Файл: Стандартизация языков программирования.pdf

Введение

Бурное развитие информационных технологий повлекло за собой создание множества искусственных языков, ориентированных на решение проблемы общения человека с компьютером. Любой обзор по языкам программирования первым делом неизбежно затрагивает вопросы классификации этих языков. Не стремясь к соблюдению слишком строгой и исчерпывающей классификации и опираясь на ряд традиционных подходов, попробуем проанализировать современное состояние языков программирования.

Один из подходов, помогающий провести обзор языков программирования, — подход исторический. Действительно, на первый взгляд все выглядит очень просто. Сначала было программирование в машинных кодах, когда программист являлся единственным посредником между остальными смертными и Машиной — гигантским "ламповым монстром", занимающим если не целое здание, то почти целый этаж. Затем появились мнемонические представления машинного кода, ассемблер и, наконец, макроассемблер. В конце 50-х возникли языки формульного программирования, из которых наиболее замечательным был Фортран, затем (в 60-х) центр тяжести стал понемногу смещаться к нечисленным методам — появился АЛГОЛ. Еще немного, и к 70-м годам произошла структурная революция — АЛГОЛ-W и, наконец, Паскаль. Далее настала очередь "модульного" программирования — Модула и Модула-2. Приблизительно в это же время рождается знаменитый язык Си, идет новая революция логического программирования — в моде ПРОЛОГ и экспертные системы. Пентагон проводит свой знаменитый конкурс, на котором побеждает Ада, а Япония заявляет о проекте машин пятого поколения, основанных на SmallTalk. В результате происходит объектно-ориентированная революция, появляются С++, Оберон, Eiffel и Модула-3.

Общие тенденции развития языков программирования при историческом подходе проследить вполне возможно, однако изложение получается сумбурным и путаным. Удивляться тут нечему — ладно если бы произошла, например, структурная революция: программистская общественность присягнула на верность программированию без "goto" и прощай Фортран! Но нет, и Фортран сейчас "в ходу", а если вспомнить об его преуспевших детях Basic и Visual Basic, то придется признать, что "некрологи" Фортрана более чем двадцатилетней давности выглядят в наше время как забавный исторический курьез. Хотя верно и то, что тех версий языка Фортран, что были четверть века назад, уже не осталось, да и машин, на которых с ними работали, сейчас найдешь разве что в музее. Язык Паскаль также, по сравнению со многими другими языками, сейчас уже не молод, но это не мешает ему оставаться одним из наиболее популярных языков и в наши дни. А Кобол? У него еще более преклонный возраст, а если посмотреть по конференциям на Internet — окажется, что очень много работ и сейчас проводится на Коболе.

Другой возможный классификационный критерий языков программирования — это революционные идеи программирования, воплотившиеся в соответствующих решениях: структурное программирование, модульное программирование, объектно-ориентированное программирование. Однако и тут четкой классификации не получится. К примеру, Паскаль возник как "продукт" структурной революции, удачно впитал в себя идеи революции "модульной", и сегодня существует практически на всех компьютерных платформах в объектно-ориентированных воплощениях. Другой пример: приверженцы языка С++, как правило, самым важным его достоинством называют объектно-ориентированное программирование. Однако было бы неверно считать, что С++ стал популярным только благодаря объектам — как и объектно-ориентированный Паскаль, С++ является языком гибридным. Применение объектно-ориентированной парадигмы при работе на нем совсем не обязательно, и многие программисты в практической работе этими возможностями как в С++, так и в объектно-ориентированном Паскале не пользуются. Точно так же, работая с современными компиляторами языка Паскаль, например с широко известными Borland Pascal/Turbo Pascal (Borland) 7.0 для IBM PC или Think Pascal (Symantec) для компьютеров Macintosh, можно в явном виде не пользоваться модульными возможностями, оформляя исходный код программы почти в полном соответствии со стандартным Паскалем. Ошибочный подход, скажет иной поклонник прогресса. Однако исходный код, соответствующий стандарту, будет обладать высокой переносимостью на разные платформы. Могут быть и иные резоны как для стандартных, так и для гибридных подходов. Видимо, поэтому разработчики объектно-ориентированного языка Модула-3 сделали принцип "гибридности" одним из основных в своем языке. С другой стороны, существует большая группа чистых объектно-ориентированных языков, где объектно-ориентированная парадигма является обязательной. Примером такого языка может служить Dee .

Казалось бы, еще один удобный классификационный признак — популярность языка: чем язык популярней — тем он лучше, так может, недолго думая, и разбить все языки на "плохие" и "хорошие"? Однако хорошо известно, что коммерческий успех того или иного продукта не является объективной оценкой качества. Мода — преходяща, особенно если ее приход стимулируется громкой рекламой и значительными капиталовложениями. И чем популярней язык, тем больше споров вокруг него, чем больше у него сторонников — тем больше и противников. Так, в самое ближайшее время много споров можно будет услышать об языке Java. Не вызовет ли приверженность этого языка принципам объектно-ориентированного программирования оттока его сторонников — и тех, кто не стремится использовать объектно-ориентированное программирование на практике, и тех, кто считает, что в ряде современных языков (например в С++ или в Eiffel) эти принципы реализованы полнее?

И, наконец, еще один критерий — уровень языка. Традиционно к языкам низкого уровня относят ассемблеры, а к языкам высокого уровня все остальные универсальные языки программирования, впрочем, для таких языков, как Форт (FORTH), Си и т. д., иногда выделяется некий "промежуточный" уровень. Помимо этого, делались неоднократные попытки выделить какой-либо язык или группу языков на "сверхвысокий" уровень, например для макросредств электронных таблиц. Не нужно вдаваться в детали, чтобы почувствовать всю условность и этой классификации. Тем более, если учесть, что большинство реализаций современных языков программирования высокого уровня имеют богатые низкоуровневые возможности. Скажем, Inline-директива, позволяющая записывать в исходном тексте машинные коды, или встроенный ассемблер, как, например, это сделано в Borland Pascal. Отметим, что, как правило, встроенный ассемблер гораздо удобнее — запись в кодах на его фоне выглядит анахронизмом. При необходимости программирования какого-либо фрагмента программы на низком уровне можно применять и обычный "не встроенный" ассемблер. В общем случае в современных языковых средах вполне возможно программировать разные модули одной и той же программы на разных языках, например и на нескольких языках высокого уровня. Отметим, однако, что на практике этого лучше не делать без особых причин.

Весьма проблематична классификация языков и по названию. Например, Н. Вирт заявляет, что недостатки концепций языка Паскаль преодолеваются в языках Модула-2 и Оберон: "Назови я эти языки Паскаль-2 и Паскаль-3... их эволюционная линия была бы очевидна". Напрашивается вопрос — что есть язык, а что есть диалект языка: например, стандартный Паскаль, расширенный Паскаль (Extended Pascal) и Turbo Pascal — три разных языка или три диалекта Паскаля?

Итак, подведем итог: несмотря на неполноту традиционных классификаций, они позволяют выявить ряд важнейших характеристик языков программирования. То же самое можно сказать о проблеме сравнения языков. Периодически такие сравнения появляются как в компьютерных журналах, так и в сетевых конференциях. Естественно, главная цель здесь недостижима, и большинство участников дискуссии обычно остается при своем мнении: одним язык Y нравится — другие его терпеть не могут. Однако, при малоинтересных общих выводах, сравнительные оценки деталей двух языков содержат иногда много оригинальных, интересных и плодотворных подходов.

Историческая справка

Ранние этапы развития

Можно сказать, что первые языки программирования возникали еще до появления современных электронных вычислительных машин: уже в XIX веке были изобретены устройства, которые можно с долей условности назвать программируемыми — к примеру, механические пианино и ткацкие станки. Для управления ими использовались наборы инструкций, которые в рамках современной классификации можно считать прототипами предметно- ориентированных языков программирования. Значимым можно считать «язык», на котором леди Ада Августа графиня Лавлейс написала программу для вычисления чисел Бернулли для Аналитической машины Чарльза Бэббиджа, ставшей бы, в случае реализации, первым компьютером — хотя и механическим, с паровым двигателем — в мире.

В 1930—1940 годах, А. Чёрч, А. Тьюринг, А. Марков в СССР разработали математические абстракции (лямбда-исчисление, машину Тьюринга, нормальные алгорифмы) соответственно — для формализации алгоритмов.

В это же время, в 1940-е годы, появились электрические цифровые компьютеры и был разработан язык, который можно считать первым высокоуровневым языком программирования для ЭВМ — «Plankalkul», созданный немецким инженером К. Цузе в период с 1943 по 1945 годы.

Программисты ЭВМ начала 1950-х годов, в особенности таких, как UMVAC и IBM 701, при создании программ пользовались непосредственно машинным кодом, запись программы на котором состояла из единиц и нулей и который принято считать языком программирования первого поколения (при этом разные машины разных производителей использовали различные коды, что требовало переписывать программу при переходе на другую ЭВМ). Вскоре на смену такому методу программирования пришло применение языков второго поколения, также ограниченных спецификациями конкретных машин, но более простых для использования человеком за счет использования мнемоник (символьных обозначений машинных команд) и возможности сопоставления имен адресам в машинной памяти. Они традиционно известны под наименованием языков ассемблера и автокодов. Однако, при использовании ассемблера становился необходимым процесс перевода программы на язык машинных кодов перед ее выполнением, для чего были разработаны специальные программы, также получившие название ассемблеров. Сохранялись и проблемы с переносимостью программы с ЭВМ одной архитектуры на другую, и необходимость для программиста при решении задачи мыслить терминами «низкого уровня» — ячейка, адрес, команда. Позднее языки второго поколения были усовершенствованы: в них появилась поддержка макрокоманд.

С середины 1950-х начали появляться языки третьего поколения, такие как Фортран, Лисп и Кобол. Языки программирования этого типа более абстрактны (их еще называют «языками высокого уровня») и универсальны, не имеют жесткой зависимости от конкретной аппаратной платформы и используемых на ней машинных команд. Программа на языке высокого уровня может исполняться (по крайней мере, в теории, на практике обычно имеются ряд специфических версий или диалектов реализации языка) на любой ЭВМ, на которой для этого языка имеется транслятор (инструмент, переводящий программу на язык машины, после чего она может быть выполнена процессором).

Обновленные версии перечисленных языков до сих пор имеют хождение в разработке программного обеспечения, и каждый из них оказал определенное влияние на последующее развитие языков программирования. Тогда же, в конце 1950-х годов, появился Алгол, также послуживший основой для ряда дальнейших разработок в этой сфере. Необходимо заметить, что на формат и применение ранних языков программирования в значительной степени влияли интерфейсные ограничения.

Совершенствование

В период 1960-х — 1970-х годов были разработаны основные парадигмы языков программирования, используемые в настоящее время, хотя во многих аспектах этот процесс представлял собой лишь улучшение идей и концепций, заложенных еще в первых языках третьего поколения.

Язык APL оказал влияние на функциональное программирование и стал первым языком, поддерживавшим обработку массивов.

Язык ПЛ/1 (NPL) был разработан в 1960-х годах как объединение лучших черт Фортрана и Кобола.

Язык Симула, появившийся примерно в это же время, впервые включал поддержку объектно-ориентированного программирования. В середине 1970-х группа специалистов представила язык Smalltalk, который был уже всецело объектно-ориентированным.

В период с 1969 по 1973 годы велась разработка языка Си, популярного и по сей день и ставшего основой для множества последующих языков, например, столь популярных, как C++ и Java.

В 1972 году был создан Пролог — наиболее известный (хотя и не первый, и далеко не единственный) язык логического программирования.

В 1973 году в языке ML была реализована расширенная система полиморфной типизации, положившая начало типизированным языкам функционального программирования.

Каждый из этих языков породил по семейству потомков, и большинство современных языков программирования в конечном счете основано на одном из них.