OO-программирование и язык Ada

Хотя инкапсулирующих языков много, относительно широко используются всего несколько из них. Пять языков заслуживают особого внимания. Язык Modula-2, наследник языка Pascal, создан Никласом Виртом в Швейцарском Федеральном Институте Технологии - автором таких языков как Algol W, собственно Pascal и (позже) Oberon. Язык CLU был разработан в MIT под руководством Барбары Лисков, хотя он и лишен наследования, но ближе всех подошел к реализации ОО-концепций. Язык Mesa, разработанный в рамках проекта Xerox, особое внимание уделял описанию межмодульных отношений больших систем. Созданный Мэри Шоу, Вильямом Вулфом и Ральфом Лондоном из Carnegie-Mellon University язык Alphard включал механизм утверждений. В изучении ОО-подходов ограничимся языком Ada, поскольку он не только привлек самое большое внимание, но является самым законченным (и самым сложным), воплощая основные черты других инкапсулирующих языков. Modula-2, например, не имеет таких возможностей, как универсальность или перегрузка.

Немного контекста

Создание языка Ada было реакцией на кризис середины 70-х годов, ощутимый для политики в области разработки ПО в Департаменте Обороны США (DoD). В отчете, предшествовашем появлению языка Ada, отмечалось, что в военной отрасли в тот момент использовалось более 450 языков программирования, многие из которых технически устарели. Все это мешало управлению подрядными работами, обучению программистов, техническому прогрессу, разработке качественного ПО и контролю цен.

Помня об успехе языка COBOL, разработанного в 50-х годах по запросу DoD, был объявлен конкурс на разработку современного языка создания ПО. Одна из заявленных целей - возможность поддержки встроенных приложений в режиме реального времени. В результате были отобраны четыре, затем - два, и, наконец, в 1979 году, после действительно справедливого отбора, победителем оказался язык Green, созданный Жаном Ичбиа (Jean D. Ichbiah) и его группой CII-Honeywell Bull. На основе опыта нескольких лет и первых промышленных реализаций язык был пересмотрен и в 1983 году был принят как стандарт ANSI.

Язык Ada (так был назван язык Green) начал новый этап в разработке языков. Никогда раньше язык не подвергался такому интенсивному испытанию перед выпуском. Никогда раньше создание языка не трактовалось как крупномасштабный инженерный проект. Лучшие эксперты многих стран в составе рабочих групп проводили недели, рассматривая предложения и делая - в те доинтернетовские дни - большое количество комментариев. Подобно языку Algol 60 в предыдущем поколении языков, Ada определил не только языковую перспективу, но и само понятие разработки языка.

Дальнейший пересмотр языка Ada привел к новой версии языка, официально называемой Ada 95, описываемой в конце данной лекции. В других частях курса название Ada без дальнейшего уточнения относится к версии Ada 83, широко используемой и сегодня.

Был ли язык Ada успешным? И да, и нет. Департамент Обороны получил то, что заказывал: благодаря строгому выполнению "поручения" язык Ada стал через несколько лет доминирующим техническим языком различных отраслей Американской военной промышленности и военных организаций некоторых других стран. Он используется в таких невоенных правительственных агентствах, как NASA и Европейское Космическое Агентство. Но, кроме некоторого проникновения в сферу обучения теории вычислительных систем - частично по инициативе Департамента Обороны, - этот язык имел лишь ограниченный успех в остальном мире ПО. Возможно, он бы распространился шире, если бы не конкуренция со стороны объектной технологии, внезапно появившейся на сцене, как раз тогда, когда язык Ada и промышленность созрели друг для друга.

По иронии судьбы разработчики языка Ada были хорошо знакомы с ОО-идеями. Хотя это не всем известно, Ичбиа создал один из первых компиляторов для Simula 67 - первого ОО-языка. Позже, когда его спрашивали, почему он не представил ОО-проект Департаменту Обороны, он объяснял, что в контексте конкуренции такой проект посчитали бы настолько далеким от основного направления, что у него не было бы шансов на победу. И он, без сомнения, прав. Действительно, до сих пор можно удивляться смелости проекта, принятого DoD. Было разумно ожидать, что процесс приведет к чему-то вроде усовершенствованной версии языка JOVIAL (языка военных приложений 60-х гг.). Но все четыре отобранных языка были основаны на языке Pascal, с его явным академическим привкусом. А Ada являлся воплощением новых смелых идей во многих областях, например, в обработке исключений, универсальности и параллелизме. Ирония состоит и в том, что язык Ada, направленный на поддержание соответствия проектов DoD прогрессу в разработках ПО, вытесняя старые подходы, в последующие годы невольно привел к задержке принятия новой (post-Ada) технологии в военном и космическом сообществе.

Уроки языка Ada остаются незаменимыми, и жаль, что многие ОО-языки 80-х и 90-х гг. не обращали большего внимания на акцент качества программной инженерии, характерный для языка Ada. Хотя в этой книге мы неоднократно будем противопоставлять решения, принятые в языке Ada, методам, принятым в объектной технологии, но эти замечания следует воспринимать не как укор, а как дань уважения к предшественнику, в сравнении с которым должны оцениваться новые методы.

Пакеты

Любой инкапсулирующий язык предлагает модульную конструкцию для группирования логически связанных программных элементов. В языке Ada она называется пакетом, модулем - в Modula-2 и Mesa, кластером - в CLU.

Класс определяется и как структурный системный компонент - модуль, и как тип. Напротив, пакет - это только модуль. Ранее отмечалось, что пакеты являются чисто синтаксическими понятиями, а классы имеют и семантическое значение. Пакеты дают способ распределения элементов системы (переменных, подпрограмм ...) в согласованные подсистемы, но они нужны только для управляемости и удобочитаемости ПО. Декомпозиция системы на пакеты не затрагивает ее семантики: можно трансформировать многопакетную систему Ada в однопакетную систему, дающую те же самые результаты, посредством чисто синтаксической операции - сняв все границы пакетов, расширяя родовые порождения (это объясняется ниже) и разрешая конфликт имен посредством переименования. Классы являются семантической конструкцией, представляя одновременно единицу модульной декомпозиции, они описывают поведение объектов во время выполнения. Благодаря наследованию семантика обогащается полиморфизмом и динамическим связыванием.

Пакет языка Ada - это свободное соединение элементов программы. Он используется для различных целей. Разумное использование этого понятия включает создание пакета, содержащего:

• набор связанных констант (как в случае с наследованием возможностей);
• библиотеку подпрограмм, например, математическую библиотеку;
• набор переменных, констант и подпрограмм, описывающих реализацию одного абстрактного объекта, или фиксированное количество абстрактных объектов, доступных только через назначенные операции;
• реализацию абстрактного типа данных.

Последнее использование наиболее интересно для данного обсуждения. Оно будет изучаться на примере пакета, описывающего стеки, взятого из руководства по языку Ada.