Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность

Подождите немного. Документ загружается.

§ 3.2] ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 191

сте с персональными компьютерами. В 1984 году, к 20-летию рожде-

ния, Курц и Кемени в содружестве с Американским институтом стан-

дартов (ANSI) разработали новую стандартную версию языка (True

Basic), а потом за его развитие со всей основательностью взялась разбо-

гатевшая Microsoft, для которой он стал фирменным языком и симво-

лом успеха.

Современный Бэйсик мало чем напоминает своего прародителя. Его

иногда сравнивают с удавом, который проглатывает и переваривает все

новые идеи в программировании. От Алгола и Паскаля он перенял со-

временный гибкий синтаксис, от Smalltalk – объекты. Более того, вос-

приняв визуальную CASE-оболочку, Бэйсик сам стал источником идей

для визуальных систем программирования. Вслед за Visual Basic появи-

лись Delphi, Visual FoxPro, Visual C++ и др.

Долгое время технологические системы программирования на Бэй-

сике развивались только как интерпретаторы, и это ограничивало его

применение для серьезных разработок, однако в последнее время поя-

вились оптимизирующие компиляторы, предоставляющие полноцен-

ную среду программирования, практически не уступающую Delphi или

Visual C.

Через два года после появления Фортрана, ко-

гда слегка утихли восторги по поводу трансля-

ции формул, выяснилось, что этот язык, иде-

ально подходящий для физиков, мало пригоден

для экономических, коммерческих, бухгалтерских расчетов. Там нет

длинных формул, зато есть сложные структуры данных, которые язык

не воспринимает. Попытки как-то модифицировать Фортран были не

очень удачными, к тому же он был собственностью IBM, а другие фир-

мы опасались засилья «голубого гиганта».

В 1959 году группа производителей и потребителей ЭВМ по ини-

циативе неугомонной Грейс Хоппер стала искать независимого спонсо-

ра, который бы мог профинансировать создание нового стандартного

языка, специально рассчитанного на задачи обработки экономических

данных. Она нашла поддержку в Министерстве обороны США, где к

тому времени уже эксплуатировалось 1046 ЭВМ, требующих обширно-

го программного обеспечения. Была образована рабочая группа

CODASYL – Conference on Data Systems Languages, которая после дол-

гих споров и проволочек предложила проект языка Cobol – COmmon

Business Oriented Language – Общий язык, ориентированный на бизнес.

Cobol – язык

для бухгалтеров

и языки СУБД

192 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

В отличие от вычислитель-

ных задач, в которых главное –

алгоритм, а простейшие не-

структурированные данные

просто вводятся и выводятся, в

экономических задачах данные

имеют приоритет. Они могут

иметь очень сложную структу-

ру и хранятся в виде файлов на

внешних устройствах сами по

себе, независимо от программ

обработки. Поэтому в Коболе

появился способ описания ие-

рархических структур данных,

который затем перекочевал во

все последующие универсаль-

ные языки программирования.

Кроме того, программа на ис-

ходном языке может быть настроена на любое оборудование и на лю-

бую структуру внешних данных, для чего в тексте имеются специаль-

ные разделы. Сам алгоритм обработки, располагающийся в разделе

процедур (procedure division), бывает, как правило, очень простым. Ав-

торы Кобола посчитали, что программы на нем будут писать рядовые

бухгалтеры, для которых сокращения и формулы могут показаться

слишком сложными, поэтому сделали язык максимально приближен-

ным к обычному английскому, даже знаки операций заменили на слова:

вместо «+» пишут оператор ADD, а вместо знака присваивания «=»

оператор GIVING (получая). В результате язык стал хотя и понятным

англоязычному пользователю, но слишком многословным.

Вот как выглядит фрагмент программы на Коболе:

1010 IDENTIFICATION DIVISION.

1020 PROGRAM-ID “EXAMPLE”.

1030 ENVIROMENT DIVISION.

1040 INPUT-OUTPUT SECTION.

1050 FILE-CONTROL.

1060 SELECT CD ASSIGN TO “SYS010” UNIT-RECORD

2540R.

1070 SELECT TT ASSIGN TO “SYS009” UTILITY 2400.

Разработчики языка Cobol у шуточного

обелиска, присланного в их адрес

в качестве намека на безнадежно

медленную работу, способную

похоронить саму идею.

Справа внизу – Грейс Хоппер

§ 3.2] ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 193

1080 DATA DIVISION.

1090 FILE SECTION.

1100 FDCDDATA RECORD IS C

1110LABEL RECORDS ARE OMITTED.

1120 01C.

1130 02 C1 PICTURE 9(4).

1140 02 C2 PICTURE 9.

1150 02 C3 PICTURE X(70).

...

1290 PROCEDURE DIVISION.

1300 P1.OPEN INPUT CD, OUTPUT TT.

1310 P2.READ CD, AT END GO TO P3.

1320 MOVE C1 TO D1.

1330 MONE C2 TO D2.

1340 MOVE C3 TO D3.

1350 ADD C1, C2, GIVING D4.

1360 WRITE T FROM D.

1370 GO TO P2.

1380 P3.CLOSE SD, TT.

1390 STOP RUN.

На этом примере хорошо видны отмеченные выше особенности

языка: привязка к оборудованию в строках 1030–1070, описание двух-

уровневой структуры внешних записей в строках 1100–1150, много-

словный раздел процедур.

Кобол получил очень широкое распространение в США. Наряду с

Фортраном он стал одним из «великих» языков, просуществовавшим

уже 40 лет и не думающим сдавать позиции. По некоторым оценкам, на

нем до сих пор пишется не менее 50% коммерческих программ.

В Советский Союз Кобол попал в начале 70-х годов, в эпоху ЕС

ЭВМ и всеобщей увлеченности АСУ, однако большой популярности он

не приобрел, повествовательные англоязычные тексты раздражали оте-

чественных программистов. Русифицированный Кобол, разработанный

для ЭВМ Минск-32, также не пользовался успехом, так как тексты из-за

меньшей лаконичности русского языка получались совсем уж громозд-

кими. Программисты предпочитали работать на более компактном и

универсальном PL/1, о котором мы будем говорить ниже.

Концепция СУБД, появившаяся к началу 70-х годов, не могла не

повлиять на языки, предназначенные для экономических задач. Напри-

мер, группа CODASYL продолжившая свою работу, в 1968 году опуб-

194 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

ликовала расширение Кобола для работы с базами данных. Фирмы-

производители СУБД также предлагали различные языки манипулиро-

вания данными. Эти языки плохо стыковались друг с другом, потому

что сами системы основывались на разных моделях данных. Однако,

когда в конце 70-х годов стал преобладать реляционный подход (что

это такое, мы скажем позже, когда речь дойдет до истории СУБД), поя-

вилась возможность создать унифицированный язык реляционных баз

данных. Таким языком стал SQL (Structured Query Language – структу-

рированный язык запросов), разработанный в 1974 году в исследова-

тельском центре IBM в Сан-Хосе. В настоящее время SQL является об-

щепризнанным стандартом языка баз данных, он реализован во всех

промышленных СУБД различных производителей.

Язык Algol (ALGOritmic Language) родился

одновременно с Коболом, и причина его появ-

ления та же – недовольство ученых Фортра-

ном и диктатом IBM. Но, в отличие от Фор-

трана и Кобола, родина Алгола – Европа. В

1958 году в Цюрихе (Швецария) открылась Международная конферен-

ция с 8-ю участниками (в том числе присутствовал и автор Фортрана

Джон Бэкус), на которой был предложен проект нового универсального

международного языка программирования. Первая версия называлась

Algol-58, в течение двух последующих лет язык дорабатывался, в

1960 году на конференции в Париже была принята окончательная вер-

сия под названием Algol-60.

Появление Алгола произвело революцию в языках программирова-

ния. В отличие от Фортрана и Кобола, создававшихся практиками, он

Algol

и его влияние

на языки

программировния

Участники парижской конференции голосуют за Алгол-60

§ 3.2] ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 195

разрабатывался учеными и основывался на надежном теоретическом

фундаменте.

Основные особенности языка сводятся к следующему:

• Впервые язык был строго формализован. Для описания синтак-

сиса Джоном Бэкусом совместно с датским астрономом Пите-

ром Науром была предложена форма задания синтаксических

правил (БНФ – Бэкуса-Наура Форма), ставшая впоследствии

общепризнанным стандартом для всех языков программиро-

вания.

• Был наведен порядок с типами данных и блочной структурой

программ, появились обязательные описания данных и проце-

дур в начале блоков, разделители операторов в виде точки с за-

пятой. В целом текст программы пробрел современный вид.

• В язык введена возможность рекурсии, что придало ему теоре-

тическую изящность.

В качестве примера приведем простейшую программу, вычисляю-

щую среднее арифметическое массива чисел (жирным шрифтом в Ал-

голе принято выделять зарезервированные служебные слова):

begin

integer i, n;

real s;

real array x[1:n];

s:=0;

for i:=1 step 1 to n do

s:=s+x[i];

s:=s/n

end

Похоже на современные языки программирования, правда?

Америка отнеслась к новому языку прохладно, там царствовала

IBM со своим Фортраном. Зато в Европе, в том числе СССР, Алгол был

встречен с восторгом, появилось множество компиляторов, обобщений

и расширений языка. В Советском Союзе сразу же после первых публи-

каций по Алголу-60 начались работы по созданию компиляторов для

наиболее распространенной и самой мощной в то время ЭВМ М-20.

Поскольку эти работы имели очень большое значение для становления

отечественных школ системного программирования, о них следует рас-

сказать подробнее.

196 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

К началу 60-х годов в стране имелось три коллектива программи-

стов, способных решить непростую задачу написания компилятора с

языка высокого уровня. Первый располагался на родине машины М-20

– в ИТМ и ВТ Академии наук и возглавлялся Святославом Сергеевичем

Лавровым (р. 1923). Учитывая ограниченные возможности памяти ЭВМ

(всего 4096 слов), авторы компилятора решили упростить задачу, отка-

завшись от рекурсии и некоторых других трудных для реализации

свойств Алгола. Зато их транслятор ТА-1, выпущенный уже в 1962 го-

ду, получился достаточно эффективным и быстродействующим, он дос-

таточно широко использовался во многих организациях в европейской

части Союза.

Второй коллектив дислоцировался в Институте прикладной матема-

тики АН СССР, туда был распределен почти весь первый выпуск уче-

ников А.А. Ляпунова, окончивших в 1954 году мехмат МГУ по специ-

альности «Программирование». Под руководством М. Р. Шура-Буры и

Эдуарда Зиновьевича Любимского они решились на реализацию пол-

ной версии Алгола. Весной 1963 года компилятор ТА-2 был готов, он

справлялся с самыми сложными примерами рекурсивных алгоритмов,

но платой за это были худшее быстродействие компилятора и невысо-

кая эффективность кода.

Третий коллектив сформировался в новосибирском Академгородке,

куда в 1960 году вслед за А.А. Ляпуновым переехал 28-летний

А.П. Ершов, организовавший отдел программирования в Вычислитель-

ном центре Сибирского отделения АН СССР. Молодежная команда

Ершова (И.В. Поттосин, М.М. Бежанова, Г.И. Кожухин и др.) отважи-

лась на разработку первого в мире оптимизирующего компилятора с

предложенного ими языка Альфа, представляющего собой Алгол без

рекурсий, но зато расширенный комплексными числами и матричными

операциями. Успех этого масштабного проекта во многом был опреде-

лен четкой организацией труда коллектива программистов. По-

видимому, это был один из первых в СССР примеров научного управ-

ления разработкой промышленного программного обеспечения. В ре-

зультате законченный к 1965 году Альфа-транслятор получился весьма

удобным и эффективным, он широко использовался при написании

разнообразных программ на М-20, особенно в сибирских вузах и НИИ.

В целом в первой половине 60-х годов Алгол-60 зарекомендовал се-

бя с положительной стороны, однако скоро начали проявляться и не-

достатки языка.

§ 3.2] ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 197

Во-первых, Алгол задумывался прежде всего как международный

язык для публикаций алгоритмов, поэтому авторы исключили из эта-

лонного языка все, что связано с конкретной реализацией, в частности

процедуры ввода-вывода. Как выяснилось далее, это было серьезным

стратегическим просчетом: в чисто практическом плане Алгол уступал

Фортрану, имевшему развитой механизм форматов внешнего обмена.

Во-вторых, набор типов переменных в Алголе был очень ограничен:

целые, вещественные и булевские скаляры, одномерные и многомерные

массивы. Определение новых типов было невозможно, язык в этом

смысле оказался замкнутым. Поскольку на практике требовались дру-

гие разнообразные типы – комплексные величины, структуры, – то раз-

рабатывались бесчисленные расширения Алгола, ориентированные на

тот или иной класс задач.

В 1962 году за совершенствование Алгола взялась Международная

федерация по обработке информации IFIP – International Federation for

Information Processing. Она организовала комитет по языку следующего

поколения (условное название AlgolX), собрав в нем специалистов с

мировыми именами – К. Хоара из британского Оксфорда; Никлауса

Вирта из швейцарского Цюриха, ван Вейнгаардена (van Wijngaarden) из

Нидерландов и др. Результатом многолетней работы стал Algol-68 (пе-

ресмотренная версия была опубликована в 1974 году, но язык сохранил

традиционное название Algol-68).

С точки зрения теории Алгол-68 был шедевром точности и строй-

ности. В нем были формализованы не только синтаксис, но и семанти-

ка, то есть правила толкования конструкций языка. Допускалось произ-

вольное конструирование новых типов, имелся богатейший механизм

форматного вывода и т.д., словом, в языке было все, до чего могла до-

думаться на тот момент фантазия ученых. Однако ценой этих новшеств

была чрезмерная сложность. Перед окончанием работы среди самих

авторов языка возник раскол. Некоторые считали, что язык получился

слишком громоздким и его нельзя выпускать в свет, но незначительное

большинство настояло на публикации. В итоге описание Алгола-68,

написанное в предельно формализованном стиле, рядовой программист

не мог даже прочитать. Еще большие проблемы возникли с разработкой

компиляторов. Некоторое время вообще было непонятно, возможна ли

в принципе полная реализация языка. И хотя компиляторы в конце кон-

цов были созданы (например, в СССР в середине 1970-х годов коллек-

тивом разработчиков из Ленинградского университета под руково-

дством Бориса Константиновича Мартыненко (р. 1938) и Андрея Нико-

198 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

лаевича Терехова (р. 1949) был реализован компилятор для ЕС ЭВМ,

который успешно использовался в ряде военных организаций и в учеб-

ном процессе), время было упущено, практическая значимость Алгола-

68 оказалась значительно ниже его потенциальных возможностей.

Несмотря на сравнительно небольшой вклад Алгола в практическое

программирование в мировом масштабе, его влияние на развитие язы-

ков программирования было огромным. Алгол породил целую плеяду

«алголоподобных» языков, некоторые из которых, например Simula и

Pascal, пережили своего родителя.

Член комитета по Алголу-68 Никлаус Вирт (Wirth,

Niklaus; р. 1934) был против принятия переуслож-

ненного стандарта. Когда с ним не посчитались, он

в знак протеста в 1971 году разработал новый ал-

голоподобный язык, простой и ясный, предназна-

ченный прежде всего для обучения студентов в

Федеральном техническом университете в Швей-

царии. В честь изобретателя первой вычислитель-

ной машины Вирт назвал язык Паскалем.

Внешний вид программы на базовом Паскале

почти неотличим от алгольного:

var

i, n: integer;

s: float;

x: array[1..n] of real;

begin

s:=0;

for i:=1 to n do

s:=s+x[i];

s:=s/n

end.

Второе рождение Паскаль пережил в 1984 году благодаря французу

Филиппу Кану (Kahn, Philippe; р. 1938), перенесшему его в безбрежный

мир персональных компьютеров. Кан родился в Париже, учился в Цю-

рихе, где глубоко изучил теорию языков программирования, познако-

мился с языком Паскаль и применил свои знания на практике, разрабо-

тав для него исключительно скоростной оптимизирующий компилятор

Turbo-Pascal. Решив заработать на поприще программирования, Кан сел

Pascal

и его потомки

Автор языка Pascal

Никлаус Вирт

(р. 1934)

§ 3.2] ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 199

на пароход и поехал искать счастья в Америку. Там в местечке Скоттс

Вэлли недалеко от Сан-Хосе в Калифорнии он организовал фирму

Borland International и, имея всего 20

000 долларов, развернул рекламу

по продаже компилятора по почте. При этом цена была просто смехо-

творной – $49.95, в десять раз ниже, чем у конкурентов. За один месяц

было продано 3

000 копий, а за 2 года – 300 000. Банковские служащие

даже заподозрили Кана в почтовом мошенничестве, но были вынужде-

ны извиниться. Так за одну ночь расцвела фирма Borland, прославив-

шаяся высококачественными разработками технологического про-

граммного обеспечения на Паскале.

Паскаль оказался идеальным языком для обучения программирова-

нию и быстро завоевал миллионы поклонников по обе стороны океана,

став реальным конкурентом Бэйсику. Что касается использования Пас-

каля для программирования реальных приложений, то базовая версия

языка этого не позволяла – в ней не хватало развитых средств ввода-

вывода и модульного программирования. Сам Вирт был против услож-

нения учебного языка, для практического программирования крупных

систем он предложил расширение Паскаля, названное им Modula-2. Од-

нако фирма Borland продолжала совершенствовать Паскаль, с каждой

новой версией он становился все мощнее, впитывая, подобно Бэйсику,

новые идеи в программировании. В начале 90-х годов в нем появились

объекты, пришедшие из языков Simula и Smalltalk, а в середине десяти-

летия фирма Borland, объединив в одном продукте все достижения сво-

его времени, в том числе концепцию модульного программирования из

Новую жизнь языку Pascal дал Филипп Кан (р. 1938) –

создатель компилятора Turbo Pascal для IBM PC

и основатель компании Borland (1984 г.)

200 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

Modula-2, вышла на рынок IBM PC с новой визуальной средой про-

граммирования Delphi. Этот пакет приобрел очень большую популяр-

ность среди прикладных программистов, в том числе в России.

Еще одним потомком Паскаля стал язык Ada

(назван в честь Ады Лавлейс). История его появле-

ния такова. В 1975 году Министерство обороны

США, самый крупный потребитель компьютерных

программ, обеспокоенное отсутствием единого по-

рядка и языковой несовместимостью, приняло ре-

шение разработать стандартный язык для програм-

мирования сложных и

ответственных воен-

ных приложений. Был

объявлен широкий

международный кон-

курс, в котором приняли участие 15 групп

разработчиков. В результате нескольких

туров в мае 1979 года выявился победи-

тель – французская фирма C.I.I., руково-

дитель проекта Жан Ихбиа (Ichbiah, Jean).

Кроме средств параллельного про-

граммирования процессов реального вре-

мени, в нем заложены принципы модуль-

ного структурирования и раздельной ком-

пиляции. Проектирование компилятора

для Ады оказалось очень трудоемким делом, к тому же Пентагон поста-

вил очень жесткие условия тестирования – сквозь компилятор должно

быть пропущено не менее 2000 различных задач. В 1986 году язык Ада

стал обязательным для всех военных разработок США. Аналогичный

стандарт принят в НАТО.

В то время, когда в Европе лучшие теоретики работали

над Алголом-68, призванном заменить Фортран и Ко-

бол, в Америке разворачивались события вокруг су-

перязыка PL/1. В 1963 году IBM стала готовить к выпуску систему IBM

S/360. Желая сохранить превосходство, фирма приступила к грандиоз-

ному проекту создания языка для будущего десятилетия, который бы

включал в себя достоинства всех известных языков – Алгола, Кобола,

Фортрана и даже Ассемблера. Был создан комитет под руководством

Руководитель проекта Ada

Жан Ихбиа. Снимок сделан

на II конференции

по истории языков

программирования, 1993 г.

Суперязык

PL/1