Традиционные языки

10. Язык C++. Наибольшее распространение из объектно-ориентированных языков получил С++, по-видимому, из-за огромной популярности С.

C++ был создан в конце 80-х гг., он практически являлся расширением C. В отличие от языков семейства Simula, в С++ воплощались не столько концепции, сколько конкретные, полезные для его создателей, приемы. Язык С++ по конструкции намного сложнее С, а определение его производит впечатление еще большей эклектичности. Но С++, усугубив недостатки С с точки зрения человека, сохранил при колоссальном расширении возможностей языка все достоинства С, касающиеся машинной ориентированности и эффективности.

С++ отличается прежде всего значительным усилением системы описаний (объектно-ориентированные возможности являются одним из наиболее применяемых расширений)^{10В качестве анекдота заметим, что система описаний С++ настолько мощна, что на стадии трансляции в принципе можно вычислить любую программу, например, выдавая результат в качестве сообщения об ошибке.} .

Еще более укрепляют позиции языка С++ многие современные инструментальные системы, создававшиеся на нем без учета потребностей других языковых средств. В частности, системы работы с динамически подключаемыми программами ( middleware ) CORBA и COM практически требуют, чтобы программа, к ним обращающаяся, была написана на С++, поскольку вся система интерфейсов ориентирована на типы данных этого языка и порою даже на конкретные их представления.

11. Язык Java. Заметным этапом в развитии объектно-ориентированного подхода стало появление языка Java, который был предложен как средство программирования не для отдельного компьютера, а сразу для всех машин, имеющих реализацию так называемой Java -машины — исполнителя программ на промежуточном языке более высокого уровня, нежели командный язык обычных машин. Иными словами, реализуется система программирования с явно определенным промежуточным языком. Другая особенность Java -проекта — его ориентация на Интернет-программирование: поддерживается возможность построения приложений, работающих сразу на нескольких машинах.

Схема трансляции с выделенным промежуточным языком, не зависящим от исходного языка, не нова. В шестидесятые годы ее пытались применять для сокращения расходов на разработку трансляторов (например, в США в качестве промежуточного языка был разработан язык Uncol, в Советском Союзе для тех же целей предлагался язык АЛМО).

Пусть требуется реализация m языков на n машинах. В схеме без промежуточного языка в этом случае нужно запрограммировать m x n трансляторов, тогда как использование такого языка позволяет сократить это число до m + n: для каждого языка пишется транслятор в промежуточный язык ( m ) и для каждой машины создается транслятор или интерпретатор промежуточного языка ( n ). Можно предположить, что затраты на 'половинки' трансляторов сократятся. Схема может быть реализована, если удается построить промежуточный язык, удовлетворяющий следующим условиям:

1. все реализуемые языки можно вложить в промежуточный язык, т. е. их модели вычислений совместимы;
2. все целевые машины можно непротиворечиво представить в одной модели вычислений промежуточного языка так, чтобы трансляция программ для этой общей модели давала бы эффективный код для конкретных вычислителей.

Выполнить эти условия весьма сложно даже для близких языков и машин, близких по архитектуре. Затраты на решение этих задач часто неизмеримо и неоправданно превышают стоимость пресловутых m x n трансляторов, поэтому после серии экспериментальных проектов идея промежуточного языка была предана забвению. В проекте Java она возродилась (правда, в урезанном до одного языка варианте) благодаря почти унифицированной архитектуре массовых компьютеров и значительному росту технических возможностей машин.

Именно эти дополнительные условия, а также квалифицированное сужение исходного языка С++, позволили воплотить старую идею в промышленной разработке^{11Про новые условия данного проекта говорят обычно с неохотой или же вовсе замалчивают их. К примеру, в книге " Java -технология" успех старой идеи в новом проекте объясняется тем, что в прежние времена эту идею изучали в университетах, тогда как сегодня за нее взялись промышленники.} .

В контексте обсуждения традиционности языков необходимо рассмотреть вопрос о том, насколько далеко язык Java и Java -машина отходят от традиционной модели вычислений. Совместная разработка этих двух компонентов системы программирования для нового языка позволила прийти к достаточно практичным компромиссам, удовлетворить условиям выбранной схемы реализации, о которых шла речь выше.

Условие (1) выполняется почти автоматически, и можно сосредоточить внимание на том, чтобы обеспечить наиболее рациональное вложение модели вычислений языка в модель машины. Что касается условия (2), то здесь ставка делалась на фактическое сходство архитектуры конкретных вычислителей, для которой уже накоплен опыт программистских решений во многих типовых ситуациях. В результате отход от традиционной модели вычислений в Java -системе хотя и заметен, но не столь значителен. Достаточно сказать, что Java-машина построена на принципах, предложенных еще в 1963 году для организации вычислений в рабочей программе Ветстоунского компилятора для Algol 60^{12В этой связи уместно следующее замечание. Если бы книга [24] не была бы сегодня библиографической редкостью, то ее главу 2 "Рабочая программа" можно было бы рекомендовать в качестве пособия для тех, кто желает изучить устройство Java -машины. После прочтения понимание Java -машины окажется более глубоким.} [24].

Важным новым качеством Java -машины является поддержка работы программиста с потенциально неограниченной памятью. При выполнении конкретной программы на языке Java можно не заботиться о том, что какая-то часть памяти перестает быть нужной. Система программирования сама сделает так, что та память, которая оказалась недоступной, а значит, ненужной, возвращается для использования в новых запросах. Такие ситуации выявляются в процессе вычислений, когда фактические ресурсы, предоставляемые для размещения данных, требуется пополнить для переиспользования. В угоду этому соглашению отказались от ряда приемов организации ручного переиспользования памяти, необходимых, например, при программировании на С.

Модель вычислений Java в точности соответствует тому, что требуется от объектно-ориентированного программирования: активность памяти на уровне методов объектов, совместное описание данных и программ методов, отделение предоставляемых средств от их реализации. Все это сочетается с традиционной схемой управления вычислениями при описании алгоритмов обработки.

Следует отметить, что разработчики языка не стали включать в него средства, с трудом укладывающиеся в концептуальную схему Java -машины и обычно предоставляемые через довольно произвольные реализационные соглашения (как, например, в С++). Ориентация Java -машины на классическую со времен Algol 60 схему организации вычислений, повлияла на язык в том отношении, что все, выходящее за рамки принятой модели, представлено таким образом, чтобы это можно было вычислить в период трансляции. К примеру, проблемы статической типизации в данном языке решены радикально: в нем просто нет средств конструирования структурных типов, отличных от классов объектов. В результате язык стал лаконичнее, например, по сравнению с С++.

Для первого опыта Java достаточно гармонично соединила ряд нововведений, которые в разрозненном виде появлялись в различных языках, и которые в совокупности повышают уровень исходных понятий примерно до второго типа в иерархии типов. Программирование на Java принципиально отходит от ориентации на особенности конкретных вычислителей. Остается лишь предположить (далеко не всегда оправданно!), что используемые машины выполняют требуемые действия с приемлемым уровнем эффективности.

В значительной степени для того, чтобы перехватить инициативу у языка Java, и был создан C#, эффективно работающий прежде всего с системами middleware, и стремящийся сохранить в новой области эффективность C /C++. Для наших целей в большинстве случаев различия между С++ и С# несущественны.

Как видим, традиционные языки прошли путь серьезной эволюции. Посмотрим, как трансформируются традиционные принципы вычислений при использовании объектной модели. Очевидно, что отход от однородности памяти для этой модели более радикален, нежели, к примеру, в языке Pascal. Если рассматривать объекты как хранимые в памяти данные, то за счет связанности этих данных с программами (методами объектов) память в объектной модели приобретает активность. На концептуальном уровне рассмотрения можно увидеть, что модернизируется управление: объект сам знает, какую программу-метод нужно активизировать, чтобы выполнить то или иное действие. Несомненно, все это повышает гибкость программирования, способствует расширению возможности отхода от традиционного взгляда на программу как на автомат, выполняющий предписания-команды. Однако на уровне реализации программ-методов все остается по-старому: то же последовательное выполнение операторов, те же подходы к разветвлениям вычислений и к организации циклической обработки.

Более того, последовательный характер вычислений остается и при задании взаимодействия объектов. Следовательно, объектный подход, хотя и способствует взгляду на вычислительные процессы, отличающемуся от традиционного стиля, сам по себе не приводит к смене базовой модели вычислений.

Объектно-ориентированный подход применяется в настоящее время для организации вычислений на основе моделей, отличных от традиционных. При этом совершенно не принимается во внимание концептуальная совместимость объектно-ориентированного подхода с новым базисом и относительный уровень базиса и надстройки. Пример рассматривается в главе, посвященной функциональному программированию.