Файл: Основы программирования на языке Pascal (История языка Pascal).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Современные технологии применяются практически повсеместно – в частной и профессиональной жизни, в деятельности малого бизнеса и крупных корпораций, в науке, медицине, политике и т.д. Действительно, сегодня сложно представить успешное развивающееся или развитое предприятие, которое не использовало бы в своих процессах хоть малую толику автоматизации. И то легко объясняется – грамотная и продуманная автоматизация тех или иных процессов позволяет значительно сэкономить время, а также другие ресурсы любой организации. Даже персональная жизнь значительно ускорилась благодаря новейшим технологиям и инновациям. Так, писк, обработка и анализ информации зачастую выполняется автоматически различными техническими средствами, благодаря чему пользователю остается лишь ознакомиться с запрашиваемыми данными. Это стало возможно благодаря пользовательскому интерфейсу.

Пользовательский интерфейс в свое время стал настоящей революцией в мире электронно–вычислительных машин, и понятно почему – теперь стало возможным более комфортное общение с компьютером, когда оператор мог самостоятельно оценивать ситуацию и принимать решения, основываясь на том, что он видит собственными глазами. Появление пользовательского интерфейса объясняется множеством повлиявших факторов, и в частности, появлением более доступных для пользователя языков программирования.

Язык программирования представляет собой знаковую систему, призванную обеспечить эффективное общение человека и электронно–вычислительной машины. Сегодня языки программирования многообразны, каждый из них предоставляет разные возможности и разную функциональность программистам. Тем не менее, среди всех языков выделяется Pascal, который сегодня является одним из основных обучающих языков. После изучения данного языка программисты могут переходить к более сложным структурам, при этом затрачивая меньше времени и усилий.

Цель данной работы – рассмотрение основ программирования на языке Pascal.

Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:

• рассмотреть историю создания и развития Pascal;
• привести особенности языка Pascal;
• охарактеризовать типы данных языка Pascal;
• проанализировать операторы языка Pascal;
• подвести итоги исследования.

Объектом работы выступает сам язык Pascal, а предметом – основы программирования на языке Pascal.

В качестве методологической и теоретической базы работы используются научные работы российских и зарубежных исследователей, в частности таких авторов как Абрамов В. Г., Зуев. Е. А., Моргун А. Н., Фаронов В. В. и других. Авторы, чьи труды используются в работе, заслужили доверие и признание в научных трудах, в частности, в вопросах программирования и изучения языка Pascal, так что использование текстов их работ в исследовании целесообразно.

---

Структура работы включает две главы, каждая из которых, в свою очередь, содержит по два параграфа. Также включены содержание, введение, заключение и список использованных источников, а также 11 рисунков и 1 таблицу. Общий объем работы составляет 32 страницы.

1. Язык Pascal

1.1. История языка Pascal

Язык Компонентный Паскаль является кульминацией нескольких десятилетий исследовательской работы. Это самый младший член семейства алголоподобных языков. Алгол, определенный в 1960, был первым языком высокого уровня с синтаксисом, который был легко читаем, четко структурирован и описан формальным образом. Несмотря на его успешное использование в качестве нотации для математичесих алгоритмов, в нем недоставало важных типов данный, таких как указатели и литеры.

В конце 60–х гг. было выдвинуто несколько предложений об эволюционном развитии Алгола. Самым успешным оказался Паскаль, определенный в 1970 г. профессором Никлаусом Виртом из ETH, швейцарского Федерального Технологического Института в Цюрихе. Наряду с очищением языка от некоторых непрозрачных средств Алгола, в Паскале была добавлена возможность объявления новых структур данных, построенных из уже существующих более простых. Паскаль также поддерживал динамические структуры данных, т.е. такие, которые могут расти или уменьшаться во время выполнения программы. Паскаль получил сильный импульс к распространению, когда в ETH был выпущен компилятор, порождавший простой промежуточный код для виртуальной машины (P–код) вместо кода для конкретного процессора. Это существенно упростило перенос Паскаля на другие процессорные архитектуры, т.к. для этого нужно было только написать новый интерпретатор для P–кода вместо всего нового компилятора [4].

Один из таких проектов был предпринят в Университете Калифорнии в Сан–Диего. Замечательно, что эта реализация не требовала большого компьютера и могла работать на новых тогда персональных компьютерах Apple II. Это дало распространению Паскаля второй важный импульс. Третьим был выпуск компанией Borland продукта ТурбоПаскаль, содержавшего быстрый и недорогой компилятор вместе с интегрированной средой разработки программ для компьютеров IBM PC. Позднее Борланд возродил свою версию Паскаля, выпустив среду быстрой разработки приложений Дельфи. Паскаль сильно повлиял на дизайн и эволюцию многих других языков, от Ады до Visual Basic [4].

---

Модула–2

В середине 70–х гг., вдохновленный годичным академическим отпуском, проведенным в исследовательском центре PARC компании Xerox в Пало Альто, Вирт начал проект по созданию нового компьютера класса рабочая станция. Компьютер должен был полностью программироваться на языке высокого уровня, так что язык должен был обеспечить прямой доступ к аппаратному уровню. Далее, он должен был поддерживать коллективное программирование и современные принципы разработки программного обеспечения, такие как абстрактные типы данных. Эти требования были реализованы в языке программирования Модула–2 (1979). Модула–2 сохранила хорошо зарекомендовавшие себя средства Паскаля и добавила систему модулей, а также контролируемые возможности обойти систему типов языка для целей программирования низкого уровня (например, при написании драйверов). Модули могли добавляться к операционной системе непосредственно во время работы. На самом деле вся операционная система представляла собой набор модулей без выделенного ядра или подобного объекта. Модули могли компилироваться и загружаться раздельно, причем обеспечивалась полная проверка типов и версий их интерфейсов. Успех Модулы–2 был наиболее значителен в задачах с высокими требованиями на надежность, таких как системы управления движением [16].

Однако Вирт продолжал интересоваться прежде всего настольными компьютерами, и опять важный импульс пришел из центра PARC компании Xerox. В этом центре были изобретены рабочая станция, лазерный принтер, локальная сеть, графический дисплей и многие другие технологии, расширяющие возможности использования компьютеров человеком. Кроме того, в центре PARC были популяризированы некоторые более старые и малоизвестные технологии, такие как мышь, интерактивная графика и, наконец, объектно ориентированное программирование. Эта последняя концепция (хотя и не сам термин) была впервые использована в языке высокого уровня Simula – еще одним из семейства алголоподобных языков. Как и предполагает имя, язык Simula использовал объектные технологии прежде всего для целей моделирования. Однако язык Smalltalk, разработанный в центре PARC компании Xerox, использовал объектные технологии как универсальное средство. Проект Smalltalk был также пионерским в плане дизайна пользовательского интерфейса: графический пользовательский интерфейс, каким мы его теперь знаем, был разработан для системы Smalltalk [11].

В центре PARC эти идеи повлияли на другие проекты, например, паскалеподобный язык Cedar. Как и Smalltalk и позднее Оберон, Cedar представлял собой не только язык программирования, но и операционную систему. Операционная система Cedar была весьма впечатляющей и мощной, однако сложной и нестабильной.

---

Проект Оберон был начат в 1985 в ETH Виртом и его коллегой Юргом Гуткнехтом. Это была попытка выделить все существенное из системы Cedar в виде универсальной, но все же обозримой операционной системы для рабочих станций. Получившаяся система оказалась очень маленькой и эффективной, прекрасно работала в оперативной памяти размером всего 2 MB и требовала при этом лишь 10 MB пространства на диске. Важной причиной малого размера системы Оберон был ее компонентный дизайн: вместо интеграции всех желаемых средств в один монолитный программный колосс, менее часто используемые программные компоненты (модули) могли быть реализованы как расширение ядра системы. Такие компоненты загружались, только когда они были действительно нужны, и они могли совместно использоваться всеми приложениями [4].

Вирт понял, что компонентно–ориентированне программирование требовало некоторых средств объектно–ориентированного программирования, таких как упрятывание информации, позднее связывание и полиморфизм.

Упрятывание информации было сильной чертой Модулы–2. Позднее связывание поддерживалось в Модуле–2 посредством процедурных переменных. Однако там не было полиморфизма. По этой причине Вирт добавил расширенное переопределение типов: тип записей мог быть объявлен как расширение <потомок> другого типа записей <предка>. Тип–потомок можно было использовать всюду вместо его предков [16].

Но компонентно–ориентированное программирование выходит за рамки объектно–ориентированного. В системе, построенной из компонент, компонента может разделять свои структуры данных с произвольным числом других компонент, о которых она ничего не знает. Эти компоненты обычно также не знают о существовании друг друга. Такое взаимное незнание делает управление динамическими структурами данных, и в частности правильное освобождение уже ненужной памяти, принципиально более трудной проблемой, чем в закрытых программных системах. Следовательно, необходимо оставить на долю реализации языка всю работу по определению момента, когда какая–то область памяти более не нужна, чтобы повторно использовать ее без ущерба для безопасности системы. Системный сервис, выполняющий такую автоматическую утилизацию памяти, называется сборщик мусора. Сбор мусора предотвращает две из числа наиболее труднонаходимых и попросту опасных ошибок в программах: утечки памяти (когда более не используемая память не освобождается) и висячие ссылки (преждевременное освобождение памяти). Висячие ссылки позволяют одной компоненте разрушить структуры данных, принадлежащие другим. Такое нарушение защиты по типам должно быть предотвращено, т.к. компонентные системы могут содержать много независимо написанных компонент неизвестного качества (например, полученных из Интернета).

---

Хотя алголоподобные языки всегда имели высокую репутацию в отношении безопасности, введение полной защиты типов (и, следовательно, сбора мусора) было квантовым прыжком. Именно по этой причине полная совместимость с Модулой–2 оказалась невозможной. Получившаяся модификация Модулы–2 была названа как и вся система – Оберон [12].

Система модулей в Обероне, как и в Модуле–2, обеспечивала упрятывание информации для целых семейств типов, а не только для отдельных объектов. Это позволило определять и гарантировать инварианты для нескольких взаимодействующих объектов. Другими словами, разработчики получили возможность разрабатывать механизмы защиты более высокого уровня, отталкиваясь от базовых средств защиты на уровне модулей и защиты по типам, обеспечиваемых хорошей реализацией Оберона.

Такие ортодоксальные объектно–ориентированные языка, как Smalltalk, пренебрегали как типизацией переменных, так и упрятыванием информации, что было большим шагом назад в технологии программирования. Оберон примирил миры объектно–ориентированного и модульного программирования.

Последнее требование компонентно–ориентированного программирования – возможность динамически загружать новые компоненты. В Обероне единица загрузки та же, что и единица компиляции – модуль.

В 1992 г. сотрудничество с профессором Х.П. Мёссенбёком привело к нескольким добавлениям к первоначальному языку Оберон («Оберон–2»). Так возник фактический стандарт языка [4].

В 1997 г. компания Oberon microsystems, Inc., отпочковавшаяся от ETH (с Виртом в составе совета директоров), сделала некоторые небольшие добавления к Оберону–2 и назвала его Компонентный Паскаль, чтобы четче выразить как его нацеленность (компонентно–ориентированное программирование), так и его происхождение (Паскаль). Это промышленная версия Оберона, являющаяся наследницей первоначального Паскаля и Модулы–2.

Главная идея уточнений по сравнению с Обероном–2 была в том, чтобы дать проектировщику компонентного каркаса (т.е. интерфейсов модулей, определяющих абстрактные классы для конкретной проблемной области) более полный контроль над ее проектируемыми свойствами в плане безопасности. Положительным результатом стало то, что теперь легче обеспечить целостность больших компонентных систем, что особенно важно во время итеративных циклов проектирования, когда библитека разрабатывается, и позднее, когда архитектура системы должна быть переработана, чтобы обеспечить дальнейшую эволюцию и поддержку [12].

---