Языки программирования. Прошлое и будущее. С.Бобровский (1012869), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Языки 5GL, ориентированные на конкретные области применения, могут уже в ближайшее время завоевать самую широкую популярность. Наиболее перспективны продукты, позволяющие создавать приложения для работы с базами данных. Базы данных — это область информатики, наиболее успешно поддающаяся формализации. Наглядное подтверждение этому — тенденции развития практически всех известных СУБД корпоративного уровня. Вслед за встроенными языками СУБД появляются и другие проблемные языки программирования.
Кроме того, универсальные языки логического программирования наподобие Пролога, основанные на мощных математических аппаратах, совсем не канули в Лету, как может иногда показаться читателю российской компьютерной прессы, где мелькают сплошные «Си» и «Явы». Языки логического программирования продолжают более чем успешно развиваться; другое дело, что для их грамотного применения требуется высокая культура программирования (и проектирования) по сравнению с тем же C++. Они нужны для несколько иных задач, чем создание коробочных бухгалтерий (хотя для этих целей они также подходят значительно лучше С или Паскаля). Неудивительно, что в нашей стране мощными зарубежными средствами разработки, реализующими алгоритмы искусственного интеллекта или имеющими в своей основе уникальные математические теории, нередко наиболее активно интересуется ФАПСИ. Это явствует хотя бы из открытых семинаров ведущих российских фирм-дистрибьюторов соответствующих продуктов. Хочется надеяться, что рано или поздно и коммерческие фирмы поймут выгоду использования хоть и дорогих, но очень мощных по своим возможностям систем для создания приложений сверхвысокого уровня.
Так что смерть языкам программирования (и профессии программиста вместе с ними) в ближайшие лет пятьдесят не грозит. А дальше будет видно.
Третье поколение
Фортран: программисты свой выбор сделали — еще 40 лет назад
Рассмотрение языков программирования конечно лучше всего начать с самого первого языка программирования высокого уровня, как ни удивительно, не потерявшего своей актуальности и по сей день.
Язык программирования FORTRAN (FORmula TRANslation) был самым первым языком высокого уровня, получившим широкое распространение. Он возник в конце 50-х годов, когда шли горячие дискуссии о самой необходимости создания подобных языков. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали сильное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня.
Поэтому основным критерием при разработке стандартов Фортрана и создании компиляторов этого языка являлась эффективность исполняемого кода. Большинство операторов Фортрана транслировалось непосредственно в одну-две машинные команды; простые синтаксические конструкции и активное использование меток и оператора goto позволяли получить очень быстрый код. В результате программы на Фортране подчас работали быстрее ассемблерных. Сама внутренняя структура оттранслированной программы была также очень простой: весь код, все подпрограммы и все данные вместе с общим блоком размещались исключительно в статической памяти, из-за чего, правда, невозможно было использовать рекурсию.
Так как Фортран был первым языком высокого уровня, отвечающим нуждам большинства пользователей компьютеров того времени, да еще и простым в изучении, распространение его произошло очень быстро. Программисты сразу сделали правильный выбор. В то время компьютеры использовались практически только для научных расчетов, и необходимости в разработке больших проектов комплексной автоматизации (в сегодняшнем понимании) тогда еще не возникало. Конечно, многие задачи, например, расчеты военного назначения, связанные с баллистикой или ядерной физикой, требовали довольно хитрого кодирования, но умельцы, воспитанные на ассемблере, без проблем справлялись с подобными трудностями.
Из-за широкого распространения языка и появления множества программ на Фортране (преимущественно вычислительного характера) насущным стал вопрос его стандартизации. Сначала это был стандарт
Fortran IF 1964 года, затем, по мере появления новых языков с новыми идеями, в 19 78 году был принят новый стандарт Fort ra n 77(/77)с большим числом синтаксических расширений, носящих более современный и более гибкий характер. Сегодня наиболее распространенным является стандарт Fortran 90 (f90) и его очередной пересмотренный вариант Fortran 95.
Огромное количество библиотек для Фортрана, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками NASA COSMIC, потребовало строгой совместимости новых стандартов языка с предыдущими версиями для обеспечения корректной трансляции старых текстов программ новыми компиляторами. Поэтому тщательной проработке стандарта именно в отношении Фортрана всегда уделялось особое внимание.
В новые версии языка вносились и ненужные дополнения, которые выглядят как следование моде и желание сохранить популярность Фортрана (это, например, расширения, связанные с динамическим выделением памяти), и полезные вещи (модульная организация программы, работа с частями массивов и другие). Все же сегодня этот язык нельзя назвать перспективным для изучения, так как его синтаксис сильно устарел. Однако разработчикам крупных систем, которым часто приходится решать вычислительные задачи, совсем не обязательно каждый раз брать в руки учебник по математике и «начинать творить» с нуля. В 90% подобных случаев то, что вы ищете, уже давным-давно было реализовано и отлажено на Фортране.
Я сам был свидетелем разработки двух схожих между собой наукоемких проектов. Вычислительные алгоритмы, написанные с десяток лет назад для машин типа VAX с диалоговым вводом данных в текстовом режиме, переписывались с помощью Microsoft Fortran (операторы ввода/вывода заменялись на обращения к внешним функциям). Из этих модулей формировались библиотеки DLL, а сама графическая оболочка разрабатывалась на C++. И все прекрасно работало. Причем в первом подобном проекте я участвовал в 1993 году, а во втором — ровно через десять лет (правда, в последнем случае вместо Microsoft Fortran использовался Intel Fortran). Популярность Фортрана за это время в научном мире ничуть не понизилась.
Поэтому «безбедная жизнь» Фортрану обеспечена надолго. Есть и еще одна ниша — параллельные вычисления, где строгая семантика языка позволяет получать высокопроизводительные программы. Обычно используется стандарт f90, немного расширенный набором операторов для указания пригодных к распараллеливанию частей программы. Параллельный Фортран имеет свой стандарт HPF (High Performance Fortran).
Ярые поклонники Фортрана, девизом которых стала легендарная фраза: «Зачем мне изучать другие языки, когда я могу все написать на Фортране?» — тем не менее, ощущали его очевидную непригодность для крупномасштабных проектов, связанную с привязанностью к синтаксису 50-х годов. Они попытались ввести в него модные идеи объектно-ориентированного программирования. К счастью, объектный Фортран в качестве стандарта так и не появился, иначе он представлял бы собой что-то типа Мерседеса с движком от Запорожца.
Среди бесплатно распространяемых версий Фортрана наиболее известен f2c, реализованный для всех Unix/Linux-систем и преобразующий текст Фортран-программы в Си-код (ftp://netlib.att.com). Для MS-DOS имеется версия bcf77, распространяемая бесплатно для студентов (ftp.uni-stuttgart.de). Отметим Watcom Fortran (www.watcom.org), генерирующий высокоэффективный код, а также прекрасную серию Intel-ком-пиляторов. А вообще различные по качеству компиляторы Фортрана имеются на абсолютно всех компьютерных платформах.
Программисты часто спрашивают: «А чем этот Фортран лучше, например, Си?» Конечно, у каждого языка есть свои плюсы, и у Фортрана это, в первую очередь, фактическое отсутствие машинно-ориентированных конструкций и определенные гарантии в отношении правильности исполнения вычислительных операций. Например, если при использовании Си-компилятора для 16-разрядных платформ целочисленное сложение 32000+1000 может дать отрицательное число, то в Фортране такие «проколы» отсутствуют, причем тщательно отслеживается накопление погрешности при вычислениях с большим числом знаков после запятой. Кроме того, программ, реализующих самые разные математические алгоритмы, на Фортране написано столько, что переписывать их на другие языки просто глупо. А вообще на подобные «наезды» — «Си лучше!» — в конференции Интернета comp.lang.fortran обычно отвечают: «А чего ты тогда сюда пишешь?»
Однако, на мой взгляд, основная заслуга Фортрана в другом. Когда стали актуальными вопросы реализации очень крупных проектов, недостатки Фортрана, в первую очередь связанные с тяжелой отладкой, оказались слишком неприятными. Поэтому Фортран послужил сильнейшим стимулом для развития теории отладки и тестирования программ. Появились сотни синтаксических верификаторов Фортран-текстов, вылавливающих скрытые логические ошибки. В дальнейшем на этом направлении выросли такие теоретические области программирования, как эквивалентные оптимизирующие преобразования программ, высокоуровневая компиляция, автоматическое тестирование и другие.
Так что про Фортран забывать никак нельзя. Использовать его в каче-1стве инструментария в задачах системной интеграции, наверное, не имеет смысла, но то, что было наработано лучшими программистами за 20-30 лет, вполне может ускорить процесс разработки программ. По крайней мере, программных «кирпичиков» для Фортрана существует несравненно больше, чем для других языков программирования.
Язык Ада
Среди языков программирования Ада без сомнения занимает особое место. Ада сыграла в истории программирования важнейшую роль - с помощью данного инструмента стало возможным в разумные сроки реализовывать очень масштабные (по меркам 60-70-х годов прошлого века) проекты. Опыт подобных проектов в свою очередь оказал стимулирующее воздействие на исследования в области программной инженерии, которые определили направления развития информационной индустрии на пару десятков лет вперед.
Применение языка Ада при создании систем реального времени потребовало проведения достаточно сложных исследований, связанных с обеспечением поддержки в одной программе нескольких одновременно выполняющихся процессов. Через некоторое время эти исследования были положены в основу быстро набравших популярность технологий параллельных вычислений.
История этого языка начинается отнюдь не с 1975 года, когда Министерство обороны США приняло решение о начале разработки единого языка программирования для американских вооруженных сил, а в дальнейшем и для всего НАТО. История его начинается с названия, ибо Ада — имя Августы Ады Лавлейс, которую считают первой программисткой. Она была дочерью английского поэта Байрона и его отдаленной родственницы Анабеллы Милбэнк, с которой супруг расстался навсегда через месяц после рождения дочери, появившейся на свет 10 декабря 1815 года.
После того как Чарльз Бэббидж сконструировал свою механическую вычислительную машину, Ада написала для нее первую программу для вычисления коэффициентов Бернулли. В дальнейшем она разработала настоящую теорию программирования, ввела понятие цикла и еще нескольких ключевых терминов, которые почти дословно изучают сегодня студенты кибернетических факультетов! Сегодня Ада известна всем только как первая программистка, однако почему же у молодой девушки проявились такие уникальные способности? На этот вопрос откровенно ответила она сама: «Клянусь Дьяволом, что не пройдет и 10 лет, как я высосу некоторое количество жизненной крови из загадок вселенной, причем так, как этого не смогли бы сделать обычные смертные умы и губы. Никто не знает, какие ужасающие энергия и сила лежат еще неиспользованными в моем маленьком гибком существе...» Однако спонсоров на проект вычислительной машины не нашлось — ядерных ракет тогда еще не было, и Ада, проиграв на скачках все свое состояние и попав в грязную историю, скончалась в возрасте 37 лет, как и ее знаменитый отец. Стоило ли американцам так превозносить Аду, вопрос весьма спорный.
Вернемся к разработке языка Ада. Через пять лет после начала проекта сотни экспертов отобрали из 17 вариантов единственный удовлетворяющий требованиям язык, разработанный небольшой группой, которой руководил талантливый ученый Жан Ишбиа. Конечная версия международного стандарта ISO 8652:1987 была опубликована в 1987 году. По официальным сообщениям, в создании и доработке этого языка участвовали все лучшие специалисты мира в области программирования, что, впрочем, вызывает сомнение. Например, в первоначальном варианте Ады отсутствовало понятие объекта, да и советские программисты в этом проекте не участвовали, хотя и по очевидным причинам.
В развитие инфраструктуры Ады во всем мире были вложены десятки миллиардов долларов. Это привело к появлению амбициозных заявлений типа: «XX век пройдет под знаком Ады». Однако, как обычно, жизнь все расставила по своим местам.
К сожалению, для Министерства обороны США, активные работы по разработке четкого стандарта на этот язык и созданию эффективных компиляторов были завершены как раз в то время (начало 80-х), когда только-только стал вырисовываться на горизонте программной индустрии новый язык C++ с объектной идеологией. Теперь трудно сказать, что испытывал комитет разработчиков Ады, видя, как растет популярность C++ и старой, хорошо забытой объектной парадигмы мышления. Но выделенные средства уже были потрачены, стандарт создан — обратной дороги не было.
Структура самого языка очень похожа на Паскаль, а еще точнее, на Модулу. Синтаксис большинства операторов и описаний практически идентичен синтаксису Модулы, хотя она появилась практически в одно время с Адой, и трудно сказать, кто на кого оказал влияние и оказал ли влияние вообще. В Аду, в частности, было добавлено довольно много различных расширений, так что компактным, по сравнению с тем же Паскалем, этот язык назвать никак нельзя. По количеству своих возможностей Ада скорее напоминает PL/I. Но так как основной упор создатели Ады делали на модульность и соответствие пожеланиям американских «первых отделов», то средства закрытости (видимости) данных и возможность разработки отдельных блоков с использованием только спецификаций (интерфейсных описаний модулей) других разработчиков были для того времени самыми совершенными. Например, программист, реально писавший код для вычисления траектории полета крылатой ракеты, даже не представлял себе, где и для каких целей его модуль будет использоваться, хотя имел доступ к требуемым спецификациям других сотрудников и мог без проблем отлаживать свой участок кода. Из-за строгого разграничения доступа к различным уровням спецификаций подчас оказывалось невозможно определить, для чего и какими средствами должна вызываться данная процедура. Стремление к независимой разработке программ привело к весьма сложной системе взаимосвязей между спецификациями модулей и появлению «дыр», способных вызвать побочные эффекты, наличие которых, впрочем, Министерство обороны США сочло даже полезным.
Кроме того, были усилены элементы типизации данных, а также более формализованы сами типы. Все функции, связанные с вводом-выводом, были исключены из стандартного синтаксиса, а обработка исключительных ситуаций стала неотъемлемой частью языка. Кроме того, была доведена до предела мощность управляющих конструкций, что делало Аду наиболее передовым среди других паскалеподобных языков.
Фирма Borland вскоре выпустила свой Turbo Pascal, в который было встроено понятие модуля, и приблизило по возможностям свою версию Паскаля к Аде. Однако в дальнейшем попыток создания необъектных языков программирования третьего поколения, предназначенных для разработки сверхбольших проектов, к счастью, не предпринималось. Поэтому Ада поставила жирную точку в длинной веренице простых процедурных языков, начиная с Фортрана и Алгола. Фактически все, что только можно было придумать в рамках идеологии структурного программирования, было воплощено в Аде. Затем стремительно расцвело объектное программирование, и Ада отошла на второй план.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
