Программное обеспечение и его разработка
Шрифт:
А в своем письме-докладе ВМФ США Хоар писал:
…а те, кто должен внедрять только что спроектированные языки высокого уровня, сталкиваются с множеством невероятно сложных частных случаев, неоднозначностями и противоречиями. Нужно создавать комитеты по стандартизации … на это уходит не меньше 6 лет. Такая работа «разбивает души», ведь очевидно, что «правильного» разрешения всех неточностей начального проекта не существует…
От возникновения языка до его «успешной стандартизации» проходит 10 лет…
Это относится к Фортрану, Алголу и PL/1. Паскаль не стандартизован до сих пор.
Почему? Из-за необычных, сложных и неожиданных взаимовлияний одних разделов языка на другие.
Паскаль имеет слишком высокий уровень, чтобы можно было с удобствами проводить (например) двоичный
Поскольку вред наносят именно эффекты взаимодействия, нужно изучать весь язык, чтобы понять, что следует исключить из него.
Основная заслуга языка высокого уровня в том, что он помогает разуму при проектировании и документировании программ для вычислительных машин; помощь, оказываемая им при непосредственном кодировании, может иметь второстепенное значение [28] .
28
Отнесение помощи при кодировании на второй план несколько симптоматично; может, языки высокого уровня и не так уж ускоряют этот процесс? — Прим. ред.
В недавнем докладе (1978) военно-морскому флоту исследователи насчитали более 2570 различных возможностей или свойств, которые можно выделить в языках программирования. 2570!!
Какими же богатыми оказываются наш мозг и наши языки!!
Кроме сформулированных Броновски естественных сложностей богатых языков, существуют еще и проблемы, связанные с оптимизацией, возникающие при построении и языков, и трансляторов с них. При оптимизации одной из 12 характеристик невольно ущемляются интересы остальных.
Написав транслятор, который проводит трансляцию очень быстро, мы плохо повлияем на скорость выполнения рабочей программы. И наоборот.
Процесс написания программы представляет собой итеративный процесс, состоящий из собственно написания, исполнения и исправления. Исправления потому, что редко какая программа с самого начала не имеет ошибок. В зависимости от задачи и от самого программиста эти три шага могут повторяться несколько, иногда очень много, раз. Программист пишет команды транслятору, который в свою очередь переписывает их на язык — более детальный — вычислительной машины. Но транслятор это не человек. Он не понимает полутонов, жестов, тонких намеков, интонаций, выражений лица и еще множества символов, присутствующих в общении человека-переводчика и говорящего или пишущего. Вычислительная машина плюс транслятор абсолютно педантичны. Необходимо, чтобы были правильными все запятые, пробелы, тире, а также их места — все, как определяется языком.
Когда программист представляет свою программу на трансляцию, первое, что делает транслирующая программа, — это проверяет все синтаксические ошибки, а если таковые находятся, исходная программа отвергается; это сопровождается напечатанными сообщениями о том, что в такой-то и такой-то точке программы найдены ошибки такого-то и такого-то типов. Пропущена скобка. Целое число умножается на число с плавающей точкой (в некоторых языках это запрещено).
Дж. Вейнберг [29] указывает, что «типичный программист» в своей деятельности по доведению программы до выполнения на машине, проходит два этапа. Сначала он стремится добиться первой безошибочной компиляции. Компиляция — эта трансляция и расширение (добавление нужных программ). «Безошибочность» заключается в отсутствии синтаксических и очевидных логических ошибок, поскольку первый шаг состоит в получении «семантически
29
Weinberg G. Psychology of Computer Programming (New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1971).
Через некоторое время предпринимается и второй шаг. Команды на машинном языке загружаются в вычислительную машину и исполняются обычно с использованием тех значений данных, которые программист задал наряду с командами. Результаты выводятся на печать и возвращаются программисту. Программист изучает их с целью определить, правильна ли логика работы программы, причем обычно оказывается, что она неправильна. Он исправляет логику процесса и снова перезапускает программу. Когда выясняется, что программа работает правильно, она либо наконец вычисляет то, что нужно, если это отдельная программа, либо передается кому-то другому, кто будет включать ее в более крупную программу. Процесс этот выглядит так, как это изображено на рис. 5.34. Проверка синтаксиса трансляторами — это весьма полезный процесс, помогающий программистам находить не только ошибки в пунктуации, но также и некоторые логические ошибки.
Если, например, программист написал программу, в которой управление передается подпрограмме по имени СЛЕД, но ни одну из особых подпрограмм этим именем не назвал, транслятор отметит этот логический промах.
Язык высокого уровня типа Фортрана может использоваться в качестве входного языка на самых разных вычислительных машинах, имеющих свои собственные транслирующие (компилирующие) программы. Язык стандартизован, каждая машина имеет свою транслирующую программу и создает рабочую программу именно для себя.
Логическим шагом в использовании этих транслирующих программ является использование машины и некоторого транслятора для перевода с исходного языка на язык другой машины.
Это называется кросс-трансляцией. Ее обычно применяют в тех случаях, когда машина, на которой будет выполняться рабочая программа, очень мала (по памяти, устройствам ввода/вывода или возможностям центрального процессора). Пускать трансляторы на маленьких, медленных машинах не очень эффективно.
Использование кросс-трансляции машины выглядит так. Программа пишется на входном языке; она переводится на большой машине транслятором, который выдает программу на языке второй машины. Затем на этой второй машине выполняется полученная рабочая программа. Вторая, маленькая машина обычно имеет систему команд, совершенно отличную от той, которая имеется на большой машине.
Этот процесс является логическим следствием преимуществ машинной независимости языков высокого уровня. Машинная независимость позволяет нам передавать программу, написанную на стандартном языке, на машину любого типа и модели, если только на ней имеется транслятор, который может переводить программу с языка высокого уровня на машинный язык. Схема процесса приведена на рис. 5.35.
Изменения и исправления в программу обычно вносятся на входном языке, с тем чтобы после этого вновь ретранслировать ее кросс-транслятором. На маленькой машине может транслятора вообще не быть.
Этот процесс значительно ускоряет программирование. Очевидно, что его недостатком является необходимость иметь большую машину.
Не так очевидно то, что указанный транслятор должен быть доступен группе, фактически продолжающей разработку. Случается, что разработчики программ при создании программы пользуются частными трансляторами, а затем возвращают их владельцам. В результате группа сопровождения лишается возможности транслировать исправляемые программы. Отвратительная ситуация. На создание «новых» трансляторов были затрачены миллионы!