Летопись языков Паскаль

Паскаль... Кто из программистов не знает о таком языке? Его триумф пришелся на 80-е годы - время революции в индустрии персональных компьютеров и период расцвета структурного программирования. Он стал своего рода точкой отсчета начала новой эры языков. Сегодня будущее Паскаля представляется неопределенным, но, несмотря на все изломы судьбы, он продолжает служить верой и правдой своим почитателям.

Рождение Паскаля

Формально юбилей Паскаля пришелся на ноябрь 2000 г., когда исполнилось 30 лет с момента первой официальной публикации описания языка. Но то был недоступный широкой аудитории технический отчет Швейцарского федерального технологического института ETH (Eidgenoessische Technische Hochschule). В самом начале 1971 г. отчет был перепечатан в первом номере журнала Acta Informatica. Так что рождение нового языка можно отсчитывать и с этого момента.

Его автор, швейцарский профессор Никлаус Вирт, во многом стал известен именно благодаря появлению Паскаля. Но и последующие его проекты убедительно доказали миру, что ключ к тайнам компьютеров - в гармонии математики, инженерии и программирования. И если грамотно подойти к делу, то можно реализовать языки, операционные системы и даже создать великолепные компьютеры, превосходящие промышленные образцы, силами обычных студентов!

Паскаль нередко противопоставляют другому языку - Си. Но вот что сказал в присутствии Вирта по этому поводу Деннис Ритчи, автор Си (1993): «Я утверждаю, что Паскаль очень близок языку Си. Одни, быть может, этому удивятся, другие - нет... Даже интересно, насколько они близки друг другу. Эти языки больше расходятся в деталях, но в основе своей одинаковы. Если вы взглянете на используемые типы данных, а также на операции над типами, то обнаружите очень большую степень совпадения... И это несмотря на то, что намерения Вирта при создании Паскаля весьма отличались от наших в языке Си. Он создавал язык для обучения, а потому преследовал дидактические цели. И, как я заметил это по Паскалю и по его более поздним языкам, Вирт был во власти своего стремления ограничить выразительные средства как можно сильнее...»

Да, Паскаль, в отличие от Си, не создавался как язык системного программирования. Во имя простоты и эффективности на том уровне понимания программирования Вирт сознательно пошел на заведомое ограничение возможностей языка, прежде всего в отношении общения с внешним миром (ввод-вывод и системно-зависимые средства). И все же думать, что Паскаль - язык исключительно для преподавания, было бы неверно. Послушаем на этот счет мнение самого Вирта (1984): «Утверждалось, что Паскаль был разработан в качестве языка для обучения. Хотя это утверждение справедливо, но его использование при обучении не являлось единственной целью. На самом деле я не верю в успешность применения во время обучения таких инструментов и методик, которые нельзя использовать при решении каких-то практических задач. По сегодняшним меркам Паскаль обладал явными недостатками при программировании больших систем, но 15 лет назад он представлял собой разумный компромисс между тем, что было желательно, и тем, что было эффективно».

Противостояние Си и Паскаля

Языки Паскаль и Си во многом определили пути развития программирования в конце XX столетия. Их противостояние напомнило романтическую эпоху 60-х годов, когда сторонники Фортрана и Алгола-60 также оказались по разные стороны баррикад.

При всем уважении к таким масштабным языкам, как Кобол, ПЛ/1 и Алгол-68, господствовавшим в 70-е годы, столь явно выраженную борьбу людей и идей нам удалось наблюдать лишь в 80-е (Паскаль и Си) и в самом конце 90-х годов - Си++ и Java.

Можно назвать как минимум три десятка языков, которые сыграли заметную роль в развитии программирования, но все же именно эти три пары - Алгол-60 и Фортран, Паскаль и Си, Java и Си++ - стали самыми яркими, самыми заметными на компьютерном небосклоне.

Это, конечно, чисто субъективные ощущения, но в определенные моменты эволюции можно было наблюдать едва ли не безоговорочное господство того или иного языка, что тут же отражалось на требованиях промышленности, на составлении учебных планов в вузах и университетах. В 70-е годы на пике популярности среди универсальных языков был Фортран, в 80-е - Паскаль, в 90-е годы - Си++. К счастью, языки программирования, в отличие от небесных светил не умирают, а продолжают свою жизнь, растворяясь спустя годы и десятилетия в новых себе подобных звездах.

Создатели языков старались делать их в меньшей степени похожими на среду общения между человеком и компьютером и в большей - на упорядоченный набор знаков и символов. Первым держать курс на традиционную и устоявшуюся математическую символику предложил Х. Рутисхаузер (1952), ставший родоначальником идеи языков программирования и одним из авторов языка Алгол-60. Широкое распространение и применение его идеи получили лишь в 1957 г., после того, как корпорация IBM опубликовала описание языка Фортран и реализовала для него компилятор, транслировавший программы в машинный код. По сути, с этого момента и началась эпоха языков программирования.

Если взглянуть на историю языков с точки зрения географии их создания, то несложно сделать вывод, что две ныне самые известные ветви генеалогического древа - Паскаль и Си, давшие жизнь многим своим потомкам, являются яркими выразителями соответственно европейской и американской школ. При этом в Старом Свете архитекторы языков активно используют наработки американских исследовательских центров и лабораторий, а представители Нового Света стараются обогащаться идеями европейских специалистов (Швейцария, Норвегия, Англия, Дания). Европейская школа чаще ратует за чистоту и компактность своих языков программирования, тогда как заокеанская не в силах избежать сумбурного включения новомодных решений. Ну почти как в жизни: чистота и консерватизм французского языка против безудержных заимствований английского в его американском диалекте.

ETH Pascal и P-код

Первый компилятор Паскаля (ETH Pascal) был написан в 1970 г. Первое официальное описание Паскаля с изложением синтаксиса и семантики было опубликовано Виртом в конце 1970 г. Новая версия языка вышла в свет в 1972 г. Тогда же Вирт и его английский коллега Чарльз Энтони Хоар (Charles Anthony Richard Hoare) выпустили аксиоматическое описание Паскаля.

«Наш первый компилятор Паскаля был реализован на семействе компьютеров CDC-6000 и написан на самом Паскале. Никакого PL6000 не потребовалось, и я рассматривал это как существенный шаг вперед», - вспоминает Вирт. Несуществующий язык PL6000 Вирт упомянул в связи с тем, что несколькими годами раньше для эффективной реализации компилятора языка Algol-W на компьютере IBM/360 ему понадобилось разработать низкоуровневый язык PL360. Теперь же в этом необходимости не было.

Почему был выбран именно компьютер фирмы Control Data Corporation? Ответ прост: к тому моменту в ETH активно использовались именно эти машины, а выбор языков на них был более чем скромным: ассемблер или Фортран. Конкурировать с Фортраном в эффективности на этой платформе было непросто, ведь набор команд CDC-6000 создавался с прицелом именно на реализацию Фортрана.

Написание компилятора в 1969 г. Вирт поручил одному своему студенту (Э. Мармье). В тот момент Мармье владел лишь Фортраном и писал компилятор на этом языке с последующей трансляцией его в Паскаль. Затем компилятор Паскаля должен был подвергнуться процессу раскрутки (переписан на самом Паскале). Как отмечает Вирт, выбор Фортрана был серьезной ошибкой. Он не мог адекватно выражать сложные структуры данных компилятора, что все больше запутывало программу.

Вторая попытка создать компилятор началась с того, что он сразу формулировался на самом Паскале (в соответствии с описанием 1970 г.). Синтаксический анализ нового однопроходного компилятора осуществлялся методом рекурсивного спуска. Теперь в команду разработчиков вошли У. Амман, Э. Мармье и Р. Шилд. После того как компилятор был написан на еще не существующем языке, Шилд был отправлен к себе домой на две недели, где все это время он вручную транслировал программу во вспомогательный низкоуровневый язык, доступный на CDC-6000. Итак, в середине 1970 г. компилятор ETH Pascal был готов.

Он был интересен не только тем, что стал одной из первых реализаций языков высокого уровня на самом себе, примерно на два года опередив компилятор Си. В ходе работ над ним в 1973 г. была придумана абстрактная Pascal-машина (P-машина), исполняющая специальный P-код. Чтобы решить проблему переноса компилятора Паскаля на разные платформы, Вирт решил воспользоваться испытанными временем методами интерпретации. Из наиболее известных решений, предшествовавших P-коду, можно назвать реализацию языка Snobol-4 (Р. Грисуолд, 1967), где в качестве кода абстрактной машины использовался язык SIL (System Implementation Language).

Как известно, введение виртуальной (абстрактной) машины Java преподносилось ее разработчиками из Sun Labs едва ли как не фундаментальное открытие в практике языков программирования. Один из учеников Вирта, Михаэль Франц, заметил по этому поводу следующее: «Переносимость Java основана на наличии виртуальной машины, позволяющей легко имитировать большое число архитектур. Идея виртуальной машины была очень популярна уже более двадцати лет назад, хотя впоследствии о ней забыли. Тогда речь шла о Pascal-P - созданной в ETH реализации Паскаля, которая сыграла решающую роль в распространении этого языка. Интересно, что виртуальные машины для Паскаля и Java весьма схожи по архитектуре: в обеих используются однобайтовые инструкции без адресов (операнды помещаются в стек)».

Идеи P-кода нашли применение не только в платформах Java и NET, не только в других языках и машинах баз данных, но и в реализации аппаратных средств. Например, для непосредственного исполнения P-кода в Western Digital в 1979 г. был разработан специальный набор WD9000 P-Engine. В Стэнфордском университете в 1980 г. был создан экспериментальный процессор POMP. Появившаяся в 1978 г. коммерческая реализация Паскаля - UCSD Pascal стала еще более известной, и многие забыли, где же впервые возникли P-код и P-машина. Вот что говорит об этом Вирт: «После того как стало известно о существовании Паскаля, несколько человек попросили нас помочь в его реализации на различных машинах, подчеркивая, что они намерены использовать его для обучения и что быстродействие для них не имеет первостепенного значения. После этого мы решили создать версию компилятора, которая генерировала бы код для машины нашей собственной конструкции. Позднее этот код стал известен как P-код... Pascal-P оказался исключительно удачным языком для распространения среди большого числа пользователей. И если бы у нас хватило мудрости предвидеть масштабы такого развития событий, то мы приложили бы больше усилий и тщательности при разработке и документировании P-кода».

Для удобства использования в ETH создали P-инструментарий, в который вошли компилятор в P-код и его интерпретатор, причем все это в виде исходных текстов. Одним из получивших такой набор стал Университет Калифорнии в Сан-Диего.

Третья попытка реализации в ETH компилятора Паскаля, ставшего впоследствии известным под названием P2, была предпринята учеником Вирта Урсом Амманом; в 1974 г. она завершилась успехом. Благодаря высокому качеству Р2 получил широкое распространение в университетах и компаниях.

UCSD Pascal и начало коммерческого распространения

В 1975 г. профессор Кеннет Боулес, работавший в Университете Калифорнии в Сан-Диего (University of California at San Diego - UCSD), получил из Цюриха P-инструментарий, который вместе с компилятором P2 и был положен в основу UCSD Pascal. В Институте изучения информации калифорнийского университета Боулес вместе со Стефеном Франклином и Альфредом Борком занялись созданием системы программирования и операционной системы на базе Паскаля для микрокомпьютерных архитектур. В UCSD Pascal были внесены изменения как на уровне языка (в плане расширения и использования низкоуровневых вставок кода, в том числе и P-кода), так и на уровне P-машины. Она была переделана. Для эффективности использования Паскаля на разных компьютерах была включена дополнительная возможность генерирования машинного кода для нужной архитектуры сразу после получения P-кода. Весьма значительным усовершенствованием языка в UCSD Pascal стало введение unit-блоков, необходимых для поддержки раздельной компиляции. Впоследствии они были унаследованы в языке Turbo Pascal.

Интересно, что взята эта идея была из спецификаций языка Ада, которые к тому моменту подходили к своему завершению. В то же время сам Вирт из языка Mesa позаимствовал куда более совершенную конструкцию, ввел ее в Модулу-2 и назвал «модулем» (module). Собственно, она и дала название новому языку Вирта Modula-2 (MODUlar LAnguage).

За три года команда Боулеса разработала законченную систему, в которую вошли текстовый редактор, файловая система, а также отладчик. По сравнению с тем режимом работы, к которому уже привыкли пользователи больших машин (ввод программ и данных с перфолент и перфокарт, а также упрощенный терминальный ввод-вывод), это был огромный шаг вперед. Появился прообраз того, что сегодня называют IDE-средой (интегрированной средой разработки). UCSD Pascal стала прародительницей системы Turbo Pascal, добившейся небывалой популярности.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: конспекты 9 класс, курсовые рефераты.





1  2  3  4 | Следующая страница реферата