М. Бен-Ари - Языки программирования. Практический сравнительный анализ (2000) (1160781), страница 51

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 51)

2. Функциональные программы являются однонаправленными в том смысле, что, получив все аргументы, программа возвращает значение. В логических программах любой из аргументов цели может остаться не­определенным, и ответственность за его конкретизацию (instantiating) в соответствии с ответом лежит на унификации.

3. Логическое программирование базируется на машине вывода, которая автоматически ищет ответы.

4. Функциональное программирование оперирует с объектами более высо­кого уровня абстракции, поскольку функции и типы можно использо­вать и как данные, в то время как логическое программирование более или менее ограничено формулами на обычных типах данных.

5. Точно так же средства высокого порядка в функциональных языках программирования естественно обобщаются на модули, в то время как логические языки программирования обычно «неструктуриро­ваны».

Новая область исследования в логическом программировании — расшире­ние отождествления от простой синтаксической унификации к включению семантической информации. Например, если цель определяет 4 < х < 8 и го­лова формулы определяет 6 < х < 10, то мы можем заключить, что 6 s х < 8 и что х = 6 или х = 7. Языки, которые включают семантическую информацию при отождествлении, называются ограниченными (constraint) логическими языками программирования, потому что значения ограничиваются уравнениями. Огра­ниченные логические языки программирования должны базироваться на эф­фективных алгоритмах для решения уравнений.

Продвижение в этом направлении открывает новые перспективы повыше­ния как уровня абстракции, так и эффективности логических языков про­граммирования.

17.5. Упражнения

1. Вычислите 3 + 4, используя логическое определение сложения.

2. Что произойдет, если программа loop вызвана с целью 1оор(-1)? Как можно исправить программу?

3. Напишите программу, которая не завершается из-за конкретного прави­ла вычисления, принятого в языке Prolog . Напишите программу, кото­рая не завершается из-за правила поиска.

4. По правилам языка Prolog поиск решений осуществляется сначала вглубь (depth-first search), поскольку крайняя левая формула неоднократно вы­бирается даже после того, как она была заменена. Также можно делать поиск сначала в ширину (breath-first search), выбирая формулы последова­тельно слева направо и возвращаясь к крайней левой формуле, только когда все другие уже выбраны. Как влияет это правило на успех вычис­ления?

5. Напишите цель на языке Prolog для следующего запроса:

Есть ли тип автомобиля, который был продан Шэрон, но не Бетти?

Если да, какой это был автомобиль?

6. Изучите встроенную формулу языка Prolog findall и покажите, как она может ответить на следующие запросы:

Сколько автомобилей продал Мартин?

Продал ли Мартин больше автомобилей, чем Шэрон?

7. Напишите программу на языке Prolog для конкатенации списков и срав­ните ее с программой на языке ML. Выполните программу на языке Prolog в различных «направлениях».

8. Как можно изменить процедуру языка Prolog, чтобы она улавливала не­соответствия типов и выдавала сообщение об ошибке?

Какие типы логических программ извлекли бы выгоду из м-параллелиз-ма, а какие — из м/ш-параллелизма?

Глава 18

Java

Java является и языком программирования, и моделью для разработки про­грамм для сетей. Мы начнем обсуждение с описания модели Java, чтобы пока­зать, что модель не зависит от языка. Язык интересен сам по себе, но повы­шенный интерес к Java вызван больше моделью, чем свойствами языка.

18.1. Модель Java

Можно написать компилятор для языка Java точно так же, как и для любого другого процедурного объектно-ориентированного языка. Модель Java, одна­ко, базируется на концепции интерпретатора (см. рис. 3.2, приведенный в из­мененной форме как рис. 18.1), подобного интерпретаторам для языка Pascal, которые мы обсуждали в разделе 3.10.

В Java стрелка от J-кода к интерпретатору J-кода представляет не просто поток данных между компонентами среды разработки программного обеспе­чения. Вместо этого J-код может быть упакован в так называемый аплет (applet), который может быть передан по компьютерной системе сети. При­нимающий компьютер выполняет J-код, используя интерпретатор, называю­щийся виртуальной Java машиной (Java Virtual Machine — JVM). JVM обычно встроена внутрь браузера сети, который является программой поиска и ото­бражения информации, получаемой по сети. Когда браузер определяет, что был получен аплет, он вызывает JVM, чтобы выполнить J-код. Кроме того, модель Java включает стандартные библиотеки для графических интерфейсов пользователя, мультимедиа и сетевой связи, которые отображаются каждой реализацией JVM на средства основной операционной системы. Это является значительным расширением концепции виртуальной машины по сравнению с простым вычислением Р-кода для языка Pascal.

Обратите внимание, что также можно написать обычную программу на Java, которая называется приложением. Приложение не подчиняется ограни­чениям по защите данных, рассматриваемым ниже. К сожалению, имеются несколько огорчающих различий между программированием аплета и прило­жения.

Проблема эффективности

Слишком хорошо, чтобы быть правдой? Конечно. Модель Java страдает от тех же самых проблем эффективности, которые присущи любой модели, ос­нованной на интерпретации абстрактного машинного кода. Для относи­тельно простых программ, выполняющихся на мощных персональных ком­пьютерах и рабочих станциях, это не вызовет серьезных проблем, но произ­водительность может установить ограничение на применимость модели Java.

Одно из решений состоит в том, чтобы включить в браузер на получающей стороне компилятор, который переводит абстрактный J-код в машинный код принимающего компьютера. Фактически, компьютер может выполнять этот перевод одновременно или почти одновременно с приемом J-кода; это назы­вается компиляцией «налету». В худшем случае скорость работы возрастет при втором выполнении аплета, который вы загрузили.

Однако это решение — только частичное. Не очень практично встраивать сложный оптимизирующий компилятор внутрь каждого браузера для каждой комбинации компьютера и операционной системы. Тем не менее, для многих типов прикладных программ модель Java вполне подойдет для разработки пе­реносимого программного обеспечения.

Проблема безопасности

Предположим, что вы загружаете аплет и выполняете его на своем компьюте­ре. Откуда вы знаете, что он не собирается затереть ваш жесткий диск? Оце­нив существенный ущерб от компьютерных вирусов, злонамеренно внедрен­ных во вполне хорошие в других отношениях программы, вы можете понять, как опасно загружать произвольные программы, взятые с удаленного пункта сети. Модель Java использует несколько стратегий устранения (или по край­ней мере уменьшения!) возможности того, что аплет, пришедший по сети, по­вредит программное обеспечение и данные на принявшем его компьютере:

• Строгий контроль соответствия типов как в языке Ada. Идея состоит в том, чтобы устранить случайное или преднамеренное повреждение данных, вызванное выходом индексов за границы массива, произвольными или повисшими указателями и т. д. Мы рассмотрим этот вопрос подробно в следующих разделах.

• Проверка J-кода. Интерпретатор на принимающем компьютере проверя­ет, действительно ли поток байтов, полученных с удаленного компьюте­ра, состоит из допустимых инструкций J-кода. Это гарантирует, что ре­ально выполняется семантика безопасности модели и что не удастся «обмануть» интерпретатор и причинить вред.

• Ограничения на аплет. Аплету не разрешается выполнять некоторые опе­рации на получающем компьютере, например запись или удаление фай­лов. Это наиболее проблематичный аспект модели безопасности, потому что хотелось бы писать аплеты, которые могут делать все, что может де­лать обычная программа.

Ясно, что успех Java зависит от того, является ли модель безопасности до­статочно строгой, чтобы предотвратить злонамеренное использование JVM, в то же самое время сохраняя достаточно возможностей для создания полезных программ.

Независимость модели от языка

Проницательный читатель может заметить, что в предыдущем разделе не бы­ло ссылок на язык программирования Java! Это сделано специально, потому что модель Java является и эффективной, и полезной, даже если исходный текст аплетов написан на каком-нибудь другом языке. Например, существуют компиляторы, которые переводят Ada95 в J-Код³.

Однако язык Java был разработан вместе с JVM, и семантика языка почти полностью соответствует возможностям модели.

18.2. Язык Java

На первый взгляд синтаксис и семантика языка Java аналогичны принятым в языке C++. Однако в то время как C++ сохраняет почти полную совмести­мость с языком С, Java отказывается от совместимости ради устранения трудностей, связанных с проблематичными конструкциями языка С. Несмот­ря на внешнее сходство, языки Java и C++ весьма различны, и программу на C++ не так легко перенести на Java.

В основном языки похожи в следующих областях:

• Элементарные типы данных, выражения и управляющие операторы.

• Функции и параметры.

• Объявления класса, члены класса и достижимость.

• Наследование и динамический полиморфизм.

• Исключения.

В следующих разделах обсуждается пять областей, где проект Java сущест­венно отличается от C++: семантика ссылки, полиморфные структуры дан­ных, инкапсуляция, параллелизм и библиотеки. В упражнениях мы просим вас изучить другие различия между языками.

18.3. Семантика ссылки

Возможно, наихудшее свойство языка С (и C++) — неограниченное и чрез­мерное использование указателей. Причем операции с указателями не только трудны для понимания, они чрезвычайно предрасположены к ошибкам, как описано в гл. 8. Ситуация в языке Ada намного лучше, потому что строгий контроль соответствия типов и уровни доступа гарантируют, что использова­ние указателей не приведет к разрушению системы типов, однако структуры данных по-прежнему должны формироваться с помощью указателей.

Язык Java (подобно Eifiel и Smalltalk) использует семантику ссылки вместо семантики значения.

При объявлении переменной непримитивного типа память не выделя­ется; вместо этого выделяется неявный указатель. Чтобы реально выделить память для переменной, необходим второй шаг. Покажем теперь, как семан­тика ссылки работает в языке Java.

Массивы

Если вы объявляете массив в языке С, то выделяется память, которую вы за­просили (см. рис. 18.2а):

inta_c[10];

в то время как в языке Java вы получаете только указатель, который может ис­пользоваться для обращений к массиву (см. рис. 18.26):

int[ ] a Java;

Для размещения массива требуется дополнительная команда (см. рис. 18.2 в):

a Java = new int[10];

хотя допустимо объединять объявления с запросом памяти:

int[ ] a Java = new int[10];

Если вы сравните рис. 18.2 с рис. 8.4, вы увидите, что массивы в Java скорее по­добны структурам, определенным в языке C++ как int *a, а не как int a []. Раз­личие заключается в том, что указатель является неявным, поэтому вы не дол­жны заботиться об операциях с указателями или о выделении памяти. К тому же, в случае массива, переменная будет дескриптором массива (см. рис. 5.4), что дает возможность проверять границы при обращениях к массиву.

Отметим, что синтаксис Java проще читается, чем синтаксис C++: a_java is of type int [], что означает «целочисленный массив»; в языке C++ тип компо­нентов int и указание «масивности» [10] располагаются по разные стороны от имени переменной.

Характеристики

Список файлов книги