Не Паскалем единым: что сделал для современного мира лауреат компьютерной «нобелевки» Никлаус Вирт
Некоторые считают, что современный мир почти не знает Никлауса Вирта и даже не догадывается о его огромном вкладе в мировую компьютерную науку. Кто-то полагает его «отцом Паскаля». Вирта вспоминают не только педагоги в ВУЗах, когда преподают студентам Turbo Pascal, но и коммерческие разработчики, пишущие на Delphi.
На самом деле, Никлаус Вирт является инженером с большой буквы, его вклад в развитие языков программирования не ограничивается Паскалем, а только начинается с него. Кроме того, Вирт — педагог, общественный деятель и, можно сказать, философ. Попробуем оценить реальный масштаб его личности и вклад в ИТ-индустрию.
Детство, образование, увлечения
Никлаус Вирт родился 15 февраля 1934 года в небольшом городке Винтертуре, в предместье Цюриха. Его родители — Уолтер и Хедвиг Вирт. Отец Никлауса был школьным учителем. Он жил неподалеку от школы, где преподавал его отец. В их доме была хорошая библиотека, где Вирт находил немало интересных книг про железные дороги, турбины и телеграф.
Винтертур имеет многовековую историю и славится своими машиностроением: там выпускаются локомотивы и дизельные двигатели. С детских лет Вирт увлекался техникой, особенно авиамоделированием. Для запуска ракет нужно было получать топливо, и потому он занялся химией. Юный Вирт оборудовал в подвале школы «секретную» лабораторию. Ничто не могло его остановить: однажды сделанная им модель отклонилась от заданной траектории и угодила под ноги директору школы. Однако Вирт все равно продолжал упорно идти к намеченной цели.
Хобби оказалось настолько серьезным, что Вирт даже построил более десятка моделей по собственным чертежам. Между прочим, позднее он занялся настоящими полетами и пронес это увлечение через всю свою жизнь. Даже в весьма почтенном возрасте создатель популярного языка программирования не отказывал себе в удовольствии полетать на реактивном истребителе.
Когда ему исполнилось 18 лет, то он с еще двумя цюрихскими авиамоделистами выписали из Англии желанную радиоаппаратуру. Это предопределило его дальнейшую судьбу — в 1954 году Вирт поступил на факультет электроники в цюрихский ETH (Eidgenoessische Technische Hochschule — Швейцарский федеральный технологический институт). После четырех лет обучения Вирт получил степень бакалавра в области электротехники. А затем начинается славное десятилетнее заокеанское научное «турне» будущего «отца Паскаля» и «короля компиляторов» по маршруту Швейцария — Канада — США — Швейцария.
Свое обучение Вирт продолжил в Лавальском университете города Квебек (Канада), где в 1960 году получил степень магистра. Затем его пригласили в университет Калифорнии в Беркли (США) — будущую жемчужину Кремниевой долины. Там под руководством профессора Хаски в 1963 году Никлаус Вирт защитил диссертацию, посвященную развитию Алгола средствами Лиспа (Euler).
Путевка в жизнь
Эта работа в буквальном смысле дала ему путевку в жизнь: Вирта приметили мэтры программирования и пригласили в Комитет IFIP по стандартизации Алгола.
Вместе с Чарльзом Хоаром Вирт отстаивал в комитете линию на разработку умеренно модифицированной версии Алгола, свободной от недостатков исходного языка и дополненной минимумом действительно необходимых средств. Вирт и Хоар представили комитету язык Алгол-W (W — от Wirth), представлявший собой именно такую переработку Алгола, но поддержки не встретили. По завершении работы комитета в 1968 году Вирт вошёл в число тех, кто критиковал Алгол-68, говоря о его недостаточной надёжности и чрезвычайной избыточности.
Та школа не прошла даром: на всю жизнь Вирт запомнил, что доказывать свою правоту нужно делом, особенно когда тебя не хотят слышать. В разработке языков он навсегда отказался от абстрактно-научного подхода в пользу математически инженерного. По его словам, лучше сначала реализовать язык и лишь потом следует о нем писать.
Великие единомышленники
Романтические 1960-е годы положили начало дружбе трех патриархов структурного программирования — голландца Эдсгера Дейкстры, англичанина Чарьза Энтони Хоара и швейцарца Никлауса Вирта.
Слева направо: Никлаус Вирт, Эдсгер Дейкстра, Чарльз Хоар
Этих «нобелевских» лауреатов (премия Тьюринга, присуждаемая ассоциацией ACM, вручается раз в жизни и приравнивается в компьютерных науках к Нобелевской) сблизили не столько абстракции компьютерных наук, сколько четкая профессиональная позиция.
Паскаль
Самым известным достижением профессора Вирта считается язык Паскаль (1970). Паскаль сыграл огромную роль в области формирования мировоззрения нескольких поколений программистов. Главное его достоинство в простоте и элегантности: он построен на четких принципах структурного программирования, сформулированных Эдсгером Дейкстрой, на красивой математической базе, заложенной Энтони Хоаром, и на блестящем архитектурном воплощении идей Algol-W, реализованных Никлаусом Виртом.
С технологической точки зрения, Паскаль был интересен не только тем, что его компилятор, созданный в ETH, стал одной из первых реализаций языков высокого уровня на самом себе, примерно на два года опередив компилятор Си. В ходе работ над ним в 1973 году была придумана абстрактная Pascal-машина (P-машина), исполняющая специальный P-код. Чтобы решить проблему переноса компилятора Паскаля на разные платформы, Вирт решил воспользоваться испытанными временем методами интерпретации.
Язык Паскаль многими воспринимался, прежде всего, как язык для преподавания компьютерных наук. Но сам Вирт не согласен с таким заведомым сужением его потенциала (1984): «Паскаль был разработан в качестве языка для обучения. Хотя это утверждение справедливо, но его использование при обучении не являлось единственной целью. На самом деле я не верю в успешность применения во время обучения таких инструментов и методик, которые нельзя использовать при решении каких-то практических задач. По сегодняшним меркам Паскаль обладал явными недостатками при программировании больших систем, но 15 лет назад он представлял собой разумный компромисс между тем, что было желательно, и тем, что было эффективно».
«Пятый элемент»
В период с 1978 по 1980 год в Швейцарском федеральном технологическом институте, куда Вирт вернулся еще в конце 60-х, он разработал одну из первых компьютерных станций с графическим дисплеем 768×592 пикселя и мышью. Для своего компьютера он выбрал несколько странное название — «Лилит».
Лилит в иудейской традиции — злой демон в женском обличии. Она овладевает мужчинами против их воли. Кстати, согласно одной из апокрифических легенд, Лилит под именем Лилу (как в фильме «Пятый элемент») была женой Адама до сотворения Евы. Наверное, Вирт имел в виду то, что его компьютер будет чрезвычайно привлекателен для мужчин и вызовет жгучую привязанность.
Компьютер «Лилит» имел 64 кбайт оперативной памяти и процессор с частотой 7 МГц. Для 1980 года это было неплохо. Все программное обеспечение для данной машины, включая оригинальную операционную систему, Вирт — при поддержке коллег — написал на языке «Модула-2», который сам и разработал незадолго до этого.
Modula-2
В свое время Брайан Керниган, известный популяризатор языка Си, соавтор классического руководства по Си (K&R), написал критическую статью «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования». Если с ней внимательно ознакомиться, то можно решить, что Никлаус Вирт сделал из нее правильные выводы и в языке Modula-2 (1980) под воздействием статьи устранил многие изъяны канонического Паскаля.
Однако следует иметь в виду одно немаловажное обстоятельство. Наделавшая шума работа Кернигана была написана 2 апреля 1981 года, т.е. через два года после реализации группой Вирта в ETH первого компилятора Modula-2 и через год после выпуска аппаратной реализации Modula-2 — персонального компьютера Lilith. В апреле 1993 года на Конференции ACM по истории языков программирования Вирт в ответ на вопрос одного из своих коллег поставил языку Modula-2 оценку »6 баллов» (наивысшая оценка в школах Швейцарии).
Язык Modula-2 был не только компактной и эффективной альтернативой языку Ada, он намного опережал те реализации идей модульного программирования, которые лишь спустя годы и в гораздо менее продуманном виде нашли свое отражение в Turbo Pascal и Delphi. Знаменитая операционная система OS/400 для IBM AS/400 была реализована на Modula-2. Центр системных исследований корпорации Digital (DEC Systems Research Center) взял этот язык в качестве основы реализации своих внутренних проектов, создав впоследствии язык Modula-3.
Компьютерная индустрия отставала от работ Вирта как минимум на 5–7 лет. В том же 1979 году (когда появился первый компилятор Modula-2 на компьютере PDP-11 в среде RT-11) намного уступавший Lilith легендарный компьютер Apple II только-только обрел компилятор Apple Pascal, ориентированный на UCSD-реализацию Паскаля. До появления первого скромного Turbo Pascal Андерса Хейльсберга оставалось целых четыре года. Что касается компьютера Lilith, то он стал первым компьютером в Европе, который полноценно использовал возможности лазерной печати. Впоследствии Вирт с грустью говорил о том, что с проектом Lilith швейцарская промышленность упустила свой уникальный шанс.
«Школа Вирта»
Алексей Недоря — кандидат физико-математических наук (1994) считает себя последователем Никлауса Вирта:
«Школа Вирта» дарила нам новые горизонты. Читая препринты Вирта, мы открывали мир и открывались миру. Что гораздо важнее, у Вирта мы учились простоте и искусству борьбы со сложностью. Простой пример. Первые компиляторы с языка Модула-2 были двухпроходными, того требовал язык. Так и наш первый кросс-компилятор, сделанный Дмитрием Кузнецовым (Leo) на Burroughs 6700 под руководством И.В. Поттосина, был двухпроходным. Потом была история «Кроноса». Когда у нас заработал первый «Кронос», мы в срочном порядке сделали компилятор с урезанной Модулы-2, чтобы можно было вести разработку на самом «Кроносе».
Алексей Недоря, Никлаус Вирт и Владимир Филиппов (слева направо). Москва, Политехнический музей, 2005 год
Мы называли этот язык и компилятор Модула-0. Компилятор был однопроходным, для чего пришлось внести изменение в язык. А потом пришла пора делать полный компилятор Модулы-2, и мы в соответствии с описанием языка начали делать его двухпроходным. Но тут пришло известие, что Вирт подкорректировал язык (добавил forward-описания процедур), и теперь можно делать однопроходный компилятор.
В итоге мы упростили себе жизнь и ускорили разработку. Главное было в том, что язык программирования, который до того был «священной коровой», принесенной откуда-то свыше, стал всего лишь рабочим инструментом, который можно подточить и подправить. Мы получили урок: разрешение творчества и понимание важности и полезности упрощений.
Ada
Во второй половине 1970-х Вирт участвовал в конкурсе министерства обороны США на разработку нового языка для программирования встроенных систем, в результате которого был создан язык Ada.
Министерство поставило задачу разработать единый язык программирования для систем управления автоматизированными комплексами, функционирующими в реальном времени. Имелись в виду, прежде всего, бортовые системы управления военными объектами. Язык назван в честь математика Ады Лавлейс.
Повторилась история с Алголом-68 — проект группы, в которой работали Вирт и Хоар, не был одобрен комитетом по языку. Чарльз Хоар и Никлаус Вирт выбыли из конкурса после первого этапа. В конкурсе победил проект, основанный на Паскале, но гораздо более сложный и объёмный.
Хоар выразил своё сожаление тем, что «погремушки и побрякушки возобладали над фундаментальными требованиями надёжности и безопасности» и предостерёг от «армады ракет, летящих не туда из-за не обнаруженной вовремя ошибки в компиляторе Ada».
Никлаус Вирт высказался более сдержанно, но тоже негативно. Он сказал: «Слишком много всего вываливается на программиста. Я не думаю, что, изучив треть Ada, можно нормально работать. Если вы не освоите всех деталей языка, то в дальнейшем можете споткнуться на них, и это приведёт к неприятным последствиям».
Жан Ишбиа, руководитель группы разработчиков Ada, выразив своё «уважение и восхищение» Виртом, не согласился с ним, сказав: «Вирт верит в простые решения сложных проблем. Я не верю в такие чудеса. Сложные проблемы требуют сложных решений».
Оберон
В 1988 году в содружестве с Юргом Гуткнехтом Вирт разработал язык программирования Оберон. Целью разработки было создание языка для реализации системного ПО проектируемой новой рабочей станции. Основой для Оберона стала Модула-2, которую существенно упростили, но при этом дополнили новыми возможностями.
Юрг Гуткнехт
Никлаус Вирт с коллегами разработали первую версию системы «Оберон», машину, компилятор языка Оберон и операционную систему System Oberon, которая обладала графическим интерфейсом пользователя, расширенными концепциями использования текста в интерфейсе и в целом являла собой материальное доказательство применимости концепций Вирта.
Как уже писали на «Хабре», в Обероне модуль — это не только средство структурирования алгоритмов и структур данных, но и единица компиляции, загрузки и распространения. То есть модуль является минимальной сущностью, которую может скомпилировать компилятор. Зависимости одного модуля от других модулей вычисляются автоматически, но не приводят к включению кода из одного модуля в другой. Включаются только идентификаторы импортируемых сущностей и хэшкод зависимости, для контроля версии кода.
Модуль является единицей загрузки, то есть, кроме особых случаев код модуля представляет собой законченную программу, в которой есть точка входа, и который может выполняться неограниченно долго. То есть, полноценная программа. Даже ядро ОС это всего лишь первый загруженный в память модуль. Так же модуль предполагает, что его будут распространять не только в виде исходника, но и в виде бинарника, а так же в виде интерфейсной части, и для его запуска потребуется только определенная платформа или несколько платформ. В целом, эти понятия входят в концепцию модульности в Обероне и составляют собой модульно-ориентированное программирование.
В 1992 году Вирт и Мёссенбёк выпустили сообщение о новом языке программирования — Оберон-2, — минимально расширенной версии Оберона. В этом же году была образована дочерняя компания ETH — Oberon microsystems, которая занялась разработкой систем Оберон. Вирт стал одним из членов её совета директоров. В 1999 году эта компания выпустила следующую версию Оберона — Компонентный Паскаль, более приспособленную для компонентного программирования.
Оберон послужил прямым предком для языка параллельного программирования (Active Oberon), различных модификаций языка Оберон под другие среды исполнения (Component Pascal, Zonnon), был реализован на нескольких платформах (JVM, CLR, JS), послужил прообразом языка Java. Сама система Оберон послужила прообразом для проекта Microsoft Singularity.
Как известно, появление виртуальной (абстрактной) машины Java преподносилось ее разработчиками из Sun Labs едва ли как не фундаментальное открытие в практике языков программирования.
Один из учеников Вирта, Михаэль Франц, заметил по этому поводу следующее: «Переносимость Java основана на наличии виртуальной машины, позволяющей легко имитировать большое число архитектур. Идея виртуальной машины была очень популярна уже более двадцати лет назад, хотя впоследствии о ней забыли. Тогда речь шла о Pascal-P — созданной в ETH реализации Паскаля, которая сыграла решающую роль в распространении этого языка. Интересно, что виртуальные машины для Паскаля и Java весьма схожи по архитектурe».
На пороге 2000-х
«А теперь обсудим характеристики «самого современного, самого объектно-ориентированного и очень простого» языка Java», писал Сергей Свердлов.
Java не только не может считаться простым, но является одним из самых сложных языков, более сложным, чем Си++, и вдвое более сложным, чем Оберон.
Но может быть, сопоставление с тем же Обероном некорректно? Ведь, наверное, Java все же более богатый язык, чем этот ваш Оберон? Ничего подобного! В Java есть всего две существенные вещи, которых нет в Обероне: встроенная многопоточность и обработка исключений. Целесообразность включения средств параллельного программирования непосредственно в язык подвергается сомнению многими специалистами. Это могло бы решаться на уровне библиотек. К тому же тот механизм, который реализован в Java, — решение отнюдь не самое удачное.
Сравнение объема синтаксиса языков
Общее число лексем в описании синтаксиса языка может служить обобщенной характеристикой размера этого описания.
Зато в маленьком Обероне есть и полноценные записи (объекты), и нормальные многомерные массивы, а не только указатели на них. Имеются в Обероне и привычные строки с нулем на конце, которые являются просто массивами символов, а никакими не объектами, а значит, не требуют специальных средств для манипуляций.
Вопреки пропаганде Java содержит мало чего-либо действительно нового. Та же концепция виртуальной машины — первое, что приходит в голову, если задуматься о многоплатформности. Лет двадцать пять назад это было удачным и свежим решением.
Такое мнение было высказано более 15 лет назад, когда подобные споры были актуальны. Вопрос о том, насколько теперь Java стал лучше или хуже в этом плане, оставим открытым.
Педагогическая и общественная деятельность
С 1963 по 1967 годах Вирт работал доцентом (assistant professor) в Стэнфордском университете и в 1967 вернулся в этом звании в университет Цюриха. А в 1968 году он получил в ETH звание профессора компьютерных наук и начал возводить на родине свой «швейцарский» Стэнфорд.
Двадцатилетие с 1969 по 1989 год было, пожалуй, самым плодотворным периодом в жизни Вирта. Он продолжал строить свою школу, уделяя немало времени организационной деятельности.
Источник: oberon2005.oberoncore.ru
C 1982 по 1984 год (а потом и с 1988 по 1990 год) Вирт возглавлял в ETH факультет компьютерных наук, а с 1990 года руководил Институтом компьютерных систем (Institute of Computer Systems) при ETH.
На пенсию профессор Вирт ушел 1 апреля 1999 года по достижении 65-летнего возраста.
Источник: oberon2005.oberoncore.ru
В 2001 году Никлаус Вирт написал приветствие российским студентам и преподавателям в связи с введением курсов по изучению «Оберона» в МГУ: «Искренне надеюсь, что «Оберон» поможет в обучении высококлассных программистов и ученых в России и что его оценят в стране, где всегда придавали большое значение основательному образованию».
Жизненное кредо
Жизненное кредо Никлауса Вирта, пишет Руслан Богатырев, лучше всего передают слова великого Блеза Паскаля: «Все наше достоинство заключено в мысли. Не пространство и не время, которых мы не можем заполнить, возвышают нас, а именно она, наша мысль. Будем же учиться хорошо мыслить».
P.S. А теперь читателям предлагается оценить масштаб личности по списку основных проектов Никлауса Вирта:
Источник: oberon2005.oberoncore.ru
