Билет 12. Понятие расширяемой программы и расширяемого программирования. Принципы расширяемого программирования. Применение методологии объектно-ориентированного программирования для построения расширяемых программ. Языки программирования Никлауса Вирта: Oberon, Component Pascal.

Расширяемое программирование - возможность конструирования таких иерархий модулей, когда каждый модуль добавляет новую функциональность в систему. Расширяемое программирование подразумевает, что добавление модуля возможно без необходимости вносить какие-либо изменения в существующие модули — не должно быть необходимости даже их перекомпилировать. Новые модули не только добавляют новые процедуры, но, что более важно, добавляют также новые (расширенные) типы данных.

Сборочное (расширяемое) программирование

Сборочное программирование предполагает, что программа собирается путем переиспользования уже известных фрагментов (рис. 3.12).

Сборка может осуществляться вручную или быть задана на некотором языке сборки, или извлечена полуавтоматическим образом из спецификации задачи. В статье [Цейтин 1990] изложены основные направления для создания техники сборочного программирования.

Выработка стиля программирования, соответствующего принятым принципам модульности.

Повышение эффективности межмодульных интерфейсов; важность аппаратной поддержки модульности.

Ведение большой базы программных модулей; решение проблемы идентификации модулей и проверки пригодности по описанию интерфейса. Модули должны стать "программными кирпичиками", из которых строится программа.

Сборочное программирование тесно связано с методом повторного использования кода, причем как исходного, так и бинарного. Выделяют несколько разновидностей технологических подходов сборочного программирования, которые в значительной степени определяются базисной методологией.

Модульное сборочное программирование. Этот подход был исторически первым и базировался на процедурах и функциях методологии структурного императивного программирования.

Объектно-ориентированное сборочное программирование. Подход базируется на методологии объектно-ориентированного программирования и предполагает распространение библиотек классов в виде исходного кода или упаковку классов в динамически компонуемую библиотеку.

Компонентное сборочное программирование. Основные идеи подхода - распространение классов в бинарном виде и предоставление доступа к методам класса через строго определенные интерфейсы, что позволяет снять проблему несовместимости компиляторов и обеспечивает смену версий классов без перекомпиляции использующих их приложений. Существуют конкретные технологические подходы, поддерживающие компонентное сборочное программирование - COM (DCOM, COM+), CORBA, .Net.

Аспектно-ориентированное сборочное программирование. Концепция компонента в этом случае дополняется концепцией аспекта - варианта реализации критичных по эффективности процедур. Аспектно-ориентированное сборочное программирование заключается в сборке полнофункциональных приложений из многоаспектных компонентов, инкапсулирующих различные варианты реализации.

Язык Оберон

Оберон — язык программирования высокого уровня, разработанный Никлаусом Виртом, для исполнения программ на котором предназначена одноимённая операционная система.

Основой для Оберона послужил язык Модула-2, выросший из Паскаля. Язык сохранил основные черты синтаксиса Модулы и был объектным расширением. Это позволило отказаться от механизма вариантных записей Модулы, являющихся отступлением от первоначальной строгой статической типизации, что дало возможность ввести механизм автоматического управления памятью — сборку мусора: из языка исключена возможность освобождения динамически выделенной памяти с помощью особого оператора, а вместо него сама среда исполнения содержит модуль, возвращающий неиспользуемую память системе. Автоматическое управление памятью является средством повышения надёжности программ с динамическими структурами данных, так как исключает человеческие ошибки, свойственные, например, таким языкам, как С/C++.

Упрощение синтаксиса

Чтобы добиться максимальной надёжности и производительности трансляции, было предпринято значительное упрощение языка за счёт его отказа от средств, которые были сочтены ненужными (исходя из опыта разработки, реализации и эксплуатации других языков), либо усложняли компилятор без достаточного оправдания с точки зрения производительности, либо были достаточно сложны, чтобы быть отправленными во внешние библиотеки, либо плохо совмещались с механизмами модульности и автоматического управления памятью: записи с вариантами, перечислимые типы, типы-диапазоны, множества общего вида, беззнаковый целый тип, локальные модули, модули определений, списки экспорта, оператор for, прежний вариант оператора with, специальный синтаксис определения главной программы. Рудиментарные средства поддержки параллельного программирования, имевшиеся в Модуле-2, не вошли в язык, так как он обслуживал однопользовательскую операционную систему. В целях упрощения отказались от обработки исключений.

Было упрощено описание массивов (индексы массивов могут быть только целочисленными и всегда начинаются с нуля, подобно языку Си), ограничено использование указателей — указатели могут существовать только на записи и массивы, в списках импорта указывается только импортируемый модуль, а при использовании импортированных имён требуется обязательная квалификация (явное указание имени модуля-экспортёра). В статье «От Модулы к Оберону»[1] Вирт подробно прокомментировал причины удаления каждого из элементов.

Из соображений «достаточного минимума» в язык не были включены в качестве явного синтаксического понятия методы (процедуры и функции, связанные с типом), так как этот механизм в самом общем виде легко смоделировать, создавая в объектах (записях в языке Оберон) поля процедурного типа и присваивая им процедуры, соответствующие методам. Таким образом, в Обероне минимальными средствами поддерживается объектно-ориентированное программирование для упрощения процесса трансляции кода и ускорения этого процесса.

Благодаря внесённым изменениям, Оберон стал синтаксически проще. Описание его синтаксиса поместилось на одной странице, полное описание языка занимает около 20 страниц, что вдвое меньше, чем описание Модулы-2. Оберон является если не минимальным, то, во всяком случае, одним из самых малых по объёму универсальных языков программирования высокого уровня.