История языков программирования: Algol — жертва конфликта интересов
Влияние Algol на ИТ-индустрию
Название языка Algol (ALGOrithmic Language), первая версия которого появилась в 1958 году, подчеркивает то обстоятельство, что он предназначен для записи алгоритмов. Благодаря четкой логической структуре Algol стал стандартным средством записи алгоритмов в научной и технической литературе. Однако он так и не смог полноценно конкурировать с языком Fortran, а с COBOL его и вовсе было трудно сравнивать в силу отсутствия некоторых важных возможностей у Algol — той же обработки текстов например или форматирования ввода/вывода.
«Роды» Algol проходили очень тяжело. Для некоторых его создателей, прямо скажем, — в муках. Ученые и эксперты отрасли никак не могли прийти к единому мнению по многим вопросам.
В результате новый язык скорее вызвал интерес, чем привлек потребителей. Грейс Хоппер охарактеризовала его так: «Похож на большую поэму: простой и ясный с точки зрения математики, но отнюдь не практичный».
Предыстория
В середине 50-х годов роль программирования в машинных кодах стала уменьшаться. Появились языки более высокого уровня — Fortran, Algol, COBOL и так далее.
Первым из них и одним из наиболее распространенных был Fortran (FORmula TRANslator — переводчик формул), разработанный группой программистов фирмы IBM в 1954 году (первая версия). Этот язык был ориентирован на научно-технические расчеты математического характера.
Грейс Хоппер — американская учёная и контр-адмирал флота США. Программист гарвардского компьютера Марк I.
В 1954 году группа под руководством Грейс Хоппер разработала систему, включающую язык программирования и компилятор, которая в дальнейшем получила название Math-Matic. После удачного завершения работ по созданию Math-Matic Хоппер и ее группа принялись за разработку нового языка и компилятора, который позволил бы пользователями программировать на языке, близком к обычному английскому. В 1958 году появился компилятор Flow-Matic. Компилятор Flow-Matic был первым языком для обработки коммерческих данных.
Разработки в этом направлении привели к созданию языка COBOL (Common Business Oriented Language). Он был создан в 1960 году. В этом языке были слабее развиты математические средства, но зато хорошо развиты средства обработки текстов, организация вывода данных в форме требуемого документа. Он задумывался как основной язык для массовой обработки данных в сферах управления и бизнеса.
Лучшее — враг хорошего
В 50-х годах ХХ века весь ученый мир ждал решения проблемы определения единого языка для научного программирования. Первыми предложили свой вариант США. В 1957 году начал активно распространяться Fortran. Но европейское сообщество опасалось гегемонии IBM (там и был создан Fortran) и других агрессивных американских фирм. Поэтому они решили, что на европейском рынке непременно обязана взойти новая «звезда».
В 1958 году в Цюрихе, на базе Федерального технического университета был создан специальный комитет. 27 мая прошло первое заседание, на котором собрались восемь наиболее уважаемых авторитетов в области компьютеров: четверо из Европы и четверо из США. На встрече присутствовали создатель Fortran Джон Бекус и Джозеф Уэгстен, который в последующем стал председателем кратковременного комитета по COBOL.
Федеральный технический университет. г. Цюрих
Конференция под девизом «Лучшее — враг хорошего» на деле не соответствовала этому утверждению. Из этого работа продвигалась медленно. Американцы настаивали на языке, который был бы близок к уже используемым на компьютерах. Европейцев интересовали не столько компьютеры, сколько мощь языка при решении сложных математических задач. На второй день обсуждение едва не зашло в тупик из-за мелкого, но вызвавшего бурю эмоций пункта — десятичной точки.
Один из европейцев, ударив кулаком по столу, воскликнул: «Нет! Я никогда не буду использовать точку в десятичных дробях!» Американцы же пренебрежительно отнеслись к европейской привычке использовать в десятичных дробях запятую. Тогда Джозеф Уэгстен взял на себя миротворческую роль и попытался утихомирить «десятичную бурю».
Окончательное решение проблемы, предложенное Уэгстеном, обеспечило новому языку одно из его наиболее замечательных свойств. Он предложил трехуровневую модель языка: уровень описаний, публикаций и реализации.
Мелкие вопросы, типа выбора между точкой и запятой или используемого алфавита, были вынесены на второй-третий уровень, что позволило относительно быстро решить принципиальные вопросы. На уровне публикаций, согласованном позже, допускалось использование национальных ключевых слов и стандартов представления данных (в том числе и десятичной точки), уровень реализации определял язык совершенно строго — согласно ему должны были строиться трансляторы.Дальнейшие обсуждения пошли исключительно на первом уровне, что позволило двигаться дальше и не застревать на второстепенных деталях.
Полуфабрикат
Язык, созданный на конференции в Цюрихе, многое унаследовал от Fortran, но в Algol основные понятия были собраны в более логичную, можно даже сказать, изящную структуру. Но из-за недостатка времени и необходимости компромиссов было допущено немало оплошностей. Одна из них заключалась в отсутствии процедур ввода и вывода данных. Участники совещания намеренно не касались этой области, где многое зависит от типа компьютера, полагая, что процедуры ввода и вывода должен написать разработчик компилятора языка.
Однако единодушие комитета не было абсолютным: часть делегатов уехала с конференции, полагая, что работа сделана в самом грубом приближении, а другая же часть верила, что сделано достаточно, чтобы Algol стал «звездой» и новым международным стандартом.
Одним из таких оптимистов был Джон Бекус. В феврале 1959 года он убедил влиятельную организацию SHARE (куда входили пользователи компьютеров фирмы IBM) сделать ставку на новый язык программирования. После этого организация настоятельно порекомендовала IBM реализовать Algol.
На словах компания пошла навстречу своим клиентам, а на деле работа в этом направлении почти не велась. В то время IBM была мировым лидером на рынке компьютеров и активно внедряла Fortran, что вполне ожидаемо. У членов SHARE, на самом деле, тоже не было ясной позиции. Когда их энтузиазм угас, они как ни в чем не бывало продолжали поддерживать Fortran.
А Бекус, несмотря на неудачу, продолжал активно продвигать Algol.
Вернувшись в Цюрих, он заинтересовался грамматикой, то есть правильным расположением слов и знаков в языке. Бекус разработал строгую и точную систему определения каждой структуры языка логическим образом. Например, определяя элемент «цифра», он писал:»<цифра>: = 0×1|2|… |9|».
Вскоре программисты стали называть этот подход к описанию синтаксиса нормальной формой Бекуса, или БНФ. (Последующее уточнение этой работы датским астрономом Питером Науром привело к тому, что такой подход часто стали называть «форма Бекуса-Наура», (сокращение осталось то же — БНФ). БНФ оказала существенное влияние на разработку языков программирования, в частности была положена в основу второго этапа разработки Алгола.
Между тем, успешным Algol-58 так и не стал: требовалась серьезная доработка.
Algol-60
В январе 1960 года 13 представителей стран Европы и США, включая 7 человек из прошлой цюрихской группы, встретились в Париже, чтобы «залатать дыры», оставшиеся в первом варианте. Одним из вновь прибывших был Наур, предложивший вариант измененного языка Algol, записанный при помощи БНФ.
Синтаксические диаграммы и дерево разбора
После восьми дней трудных переговоров участники конференции покинули Париж в приподнятом настроении, считая, что согласие достигнуто и даже самые ярые критики Алгола должны отныне умолкнуть.
С редким единодушием комитет по разработке Algol-60 «голосует» для этой групповой фотографии, сделанной на конференции в Париже в 1960 году. Среди участников — американский специалист по компьютерам Джон Бекус (ближайший к камере справа) и датский астроном Петер Наур (четвертый слева), в честь которых система описания языков программирования получила название «форма Бекуса — Наура». (Фотографию сделал Джон Маккарти, создатель языка LISP)
Но едва американские участники конференции сошли с трапа самолета, на Algol-60 обрушилась жесткая критика со стороны. Кроме того, небольшая группа участников конференции указала на неоднозначности, оставшиеся в языке, и приступила к их «рекламированию». Другие критики подчеркивали, что в язык так и не включены средства ввода/вывода.
В Америке Algol-60 встретили холодно. Более того, оказалось, что для него очень сложно написать компилятор: даже самые продвинутые компьютеры того времени не могли воспринимать набор из 116 литер, которые встречались в языке описаний.
В Европе рассуждали по-другому: новый язык давал возможность обмениваться интересными и сложными идеями, невзирая на границы и языковые барьеры. Что еще важнее, он позволил европейской компьютерной индустрии обрести независимость от американских технологий.
Algol 68
В 1962 году под эгидой Международной федерации по обработке информации (International Federation for Information Processing, IFIP) был создан новый комитет, задачей которого являлись дальнейшее совершенствование Algol. В составе нового комитета оказалось немало ученых с мировым именем, в частности, Эдсгер Дейкстра, Никлаус Вирт и Тони Хоар.
Одним из недостатков предшествующей версии все-таки было признано отсутствие ввода/вывода. Пренебрежение к этому моменту объяснялось академической направленностью языка: для ученых главный интерес представляет сам алгоритм, а в каком виде будут представлены выходные данные — дело второстепенное. Для промышленных нужд такой подход не годился.
Вторым серьезным недостатком было низкое быстродействие. Поэтому важной задачей стало повышение эффективности работы на этапе выполнения программы.
Руководителем группы разработки языка по каким-то причинам был А. Ван Вейнгаарден, директор Математического центра Амстердама. Будучи чистым математиком, он, пользуясь своим авторитетом, принимал решения, с которыми не соглашались программисты-практики, что негативно повлияло на получившийся в результате язык.
К сожалению, авторитарный стиль руководства ван Вейнгаардена нередко приводил к размолвкам в коллективе и даже стал причиной выхода Хоара и Вирта из команды. О том, как тяжела была эта потеря для команды, можно судить по такому факту: предложения Вирта, не принятые комитетом, легли в основу языка Pascal.
В Algol 68 было реализовано несколько интересных идей (например, механизмы расширения языка, а также средства для параллельных вычислений), но он получил ограниченное применение.
В России были энтузиасты, которые активно использовали его в работе, и язык на основе Algol 68 стал некогда базовым для программирования отечественного компьютера «Эльбрус».
Особенности языка
Как и в большинстве других языков программирования, программа на Algol состоит из главной программы и набора подпрограмм.
begin
procedure SUM(V,N); valueN;
realarray V;
integer N;
begin
integer I;
real TEMP;
TEMP:=0;
for I:=1 step1 until N do
TEMP:=TEMP+V[I];
SUM:=TEMP
end;
integer K;
START:
inreal(1,K);
if K>0 then
begin
realarray A[1:K];
inarray(1,A);
outreal(2,SUM(A,K));
gotoSTART
end
end
Структуры данных, созданные внутри блока, локальны в его пределах и при выходе из блока уничтожаются. Таким образом можно управлять временем жизни данных и областью видимости их идентификаторов. Динамическое выделение памяти для переменных в блоке позволяет эффективно использовать рекурсию.
Блоки могут образовывать вложенные структуры, то есть внутрь блока может быть вложен блок, в него — другой блок и так далее. Важной особенностью языка является также то, что блок является разновидностью оператора — составным оператором и может быть употреблен везде, где допустим обычный оператор.
В Algol реализованы логический, целочисленный и вещественный типы, а из структур данных — лишь однородный массив. Правда, массивы являются динамическими, что позволяло эффективно управлять распределением памяти. К сожалению, типы и структуры данных в языке не слишком разнообразны. Пожалуй, это и определило дальнейшую судьбу языка, применявшегося в первую очередь для научных вычислений.
К особенностям языка можно также отнести механизмы передачи параметров подпрограммам. Их два: хорошо известная передача по значению и довольно экзотическая передача по имени.
Переданное в процедуру выражение вычисляется каждый раз — как если бы вместо формальных параметров были подставлены их значения, вычисленные в контексте вызывающей программы. По сути это нечто среднее между макроподстановкой и вызовом подпрограммы.
Begin
procedure p (a,b);
name a, b; integer a, b;
begin
for a:=1 step1 until 10 do
b := 0
end p;
integer i; integer array s [1:10];
p (i, s[i])
endПри выполнении процедуры p на каждом шаге цикла вместо a подставляется i, а вместо b подставляется s[i], и эта процедура просто обнуляет массив s. Проблем с таким способом передачи параметров очень много, поэтому передача параметров по имени так и осталась прерогативой Algol. Но этот способ передачи параметров оказал влияние на дальнейшее развитие языков программирования.
Роль в истории
Так же, как министерство обороны США в свое время активно поддержало язык COBOL, независимый исследовательский совет Германии и другие правительственные организации западноевропейских стран поддержали Algol.
Благодаря этому язык распространился от Великобритании до Советского Союза. Большинство компиляторов оказались удачными, и вскоре Algol был признан международным языком европейских программистов.
Algol не стал всеобщим международным стандартом, как надеялись некоторые, поскольку такой его статус всерьез задел бы американские интересы. Он набрал небольшую популярность в США, но так навсегда и остался в тени Fortran.
Тем не менее, многие языки, возникшие позднее, базировались (по крайней мере, частично) на Algol, и его вклад в их развитие связан с несколькими основными идеями.
Одна из наиболее важных — блочная структура, позволяющая делить программы на замкнутые единицы, разрабатываемые независимо. Другая идея — рекурсия. Третья идея — БНФ, формализованное определение синтаксиса.
Эти и другие фундаментальные идеи достались в наследство разработчикам других языков.
