Ada бағдарламалау тілі: тарихы мен ерекшеліктері

Кіріспе

Жоғары деңгейдегі бағдарламалау тілі алғаш рет 1980 жылы жарық көрді.

Ada – Паскаль және басқа тілдерден шабыттанған, құрылымдық, статикалық типтеуге ие, императивті және объектіге бағытталған жоғары деңгейдегі бағдарламалау тілі. Ол келісімшарт бойынша жобалау (DbC), өте күшті типтеу, нақты бір мезгілдестік, тапсырмалар, синхронды хабар алмасу, қорғалған нысандар және белгісіздік үшін тілдік қолдауды қамтиды. Ada кодтың қауіпсіздігі мен қолдауға оңай болуын арттыру үшін қателерді анықтау үшін компиляторды пайдаланады, осылайша жұмыс істеу кезінде туындайтын қателердің алдын алады. Ada – Халықаралық стандарттау ұйымы (ISO) және Халықаралық электротехникалық комиссия (IEC) бірлесіп анықтаған халықаралық техникалық стандарт. 2023 жылдың мамыр айынан бастап, бұл стандарт, жай ғана Ada 2022 деп аталатын, ISO/IEC 8652:2023 болып табылады. Ada бастапқыда 1977-1983 жылдары АҚШ Қорғаныс министрлігімен жасалған келісімшарт бойынша Honeywell компаниясының француз компьютер ғалымы Жан Ичбиах басқаратын командасымен әзірленген. Ол сол кезде Қорғаныс министрлігі қолданған 450-ден астам бағдарламалау тілін алмастыру мақсатымен жасалған. Ada алғашқы компьютерлік бағдарламашы деп саналатын Ада Лавлейс (1815–1852) құрметіне аталған.

Ерекшеліктері

Ada бастапқыда кіріктірілген және нақты уақыт жүйелері үшін жасалған. 1992 және 1995 жылдар аралығында Intermetrics компаниясының S. Tucker Taft жасаған Ada 95 нұсқасы жүйелерді, сандық, қаржылық және объектіге бағытталған бағдарламалауды (OOP) қолдауды жақсартты. Ada-ның ерекшеліктері: күшті типтеу, модульдік бағдарламалау механизмдері (пакеттер), орындалу уақытын тексеру, параллель өңдеу (тапсырмалар, синхронды хабар алмасу, қорғалған объектілер және детерминистік емес таңдау операторлары), ерекше жағдайларды өңдеу және жалпыламалар. Ada 95 объектіге бағытталған бағдарламалауды, соның ішінде динамикалық жіберуді қолдайды. Ada синтаксисі негізгі операцияларды орындау тәсілдерін таңдауды азайтады және символдарға ("||" және "&&" сияқты) қарағанда ағылшын тіліндегі кілт сөздерді ("немесе", "және") пайдалануға басымдық береді. Ada негізгі арифметикалық операторларды "+", "-", "*", және "/" пайдаланады, бірақ басқа символдарды қолданудан аулақ болады. Код блоктары "декларациялау", "бастау" және "соңы" сияқты сөздермен шектеледі, мұнда "соңы" (көбінесе) жабатын блоктың идентификаторымен (мысалы, if end if, loop end loop) ілеседі. Шартты блоктарда бұл C немесе Java сияқты басқа тілдерде дұрыс емес ұялы if өрнегімен жұптасатын "else" бөлігінің қате орналасуын болдырмайды. Ada өте үлкен бағдарламалық жүйелерді әзірлеу үшін жасалған. Ada пакеттерін бөлек компиляциялауға болады. Ada пакетінің спецификациялары (пакет интерфейсі) іске асырылмай-ақ, сәйкестігін тексеру үшін бөлек компиляциялануы мүмкін. Бұл жобалау кезеңінде, іске асыру басталғанға дейін проблемаларды ертерек анықтауға мүмкіндік береді. Басқа тілдерде орындалу уақытына дейін анықталмайтын немесе бастапқы кодқа нақты тексерулерді қосуды талап ететін қателерді болдырмау үшін компиляция уақытын тексерудің үлкен саны қолдайды. Мысалы, синтаксис сәйкес келмейтін "end" белгілеріне байланысты қателерді болдырмау үшін блоктарды жабуды нақты атауды талап етеді. Күшті типтеуді сақтау көптеген жалпы бағдарламалық қателерді (бұрыс параметрлер, ауқым бұзушылықтар, жарамсыз сілтемелер, сәйкес келмейтін типтер және т.б.) компиляция кезінде немесе орындалу кезінде анықтауға мүмкіндік береді. Бір мезгілделік тілдің ерекшеліктерінің бір бөлігі болғандықтан, компилятор кейбір жағдайларда ықтимал тұйықталуларды байқай алады. Компиляторлар сонымен қатар қате жазуды, пакеттердің көрінуін, артық декларацияларды және т.б. тексеруді жиі жүргізеді және қателерді түзету туралы ескертулер мен пайдалы ұсыныстар береді. Ada сонымен қатар бөлінбеген жадқа қол жеткізуден, буфердің асығуын, ауқым бұзушылықтардан, бір қатеден, массивке қол жеткізу қателерінен және басқа да анықталатын қателерден қорғау үшін орындалу уақытын тексеруді қолдайды. Бұл тексерулерді орындау уақытының тиімділігі үшін өшіруге болады, бірақ оларды жиі тиімді компиляциялауға болады. Сондай-ақ, бағдарламаны тексеруге көмектесетін құралдар да бар. Осы себептерге байланысты Ada кейде аса маңызды жүйелерде қолданылады, онда кез келген аномалия өте ауыр зардаптарға әкелуі мүмкін, мысалы, кездейсоқ өлім, жарақат алу немесе ауыр қаржылық шығын. Ada қолданылатын жүйелердің мысалдары: авиация, әуе қозғалысын басқару, темір жол, банк, әскери және ғарыш технологиясы. Ada-ның динамикалық жады басқаруы жоғары деңгейде және қауіпсіз. Ada-да жалпы немесе типтелмеген сілтемелер жоқ; ол ешқандай сілтемелер түрін де жасырын түрде жарияламайды. Оның орнына барлық динамикалық жадының бөлінуі және босатылуы нақты жарияланған қол жеткізу типтері арқылы жүзеге асырылуы тиіс. Әрбір қол жеткізу типі жад басқарудың төменгі деңгейлік ерекшеліктерін басқаратын сақтау жинағымен байланыстырылған; бағдарламашы орталық сақтау жинағын пайдалана алады немесе жаңаларын анықтай алады (бұл әсіресе Біркелкі емес жадқа қол жеткізу үшін маңызды). Бір типтің барлығын белгілейтін бірнеше әртүрлі қол жеткізу типтерін жариялауға болады, бірақ әртүрлі сақтау жинақтарын пайдалануға болады. Сондай-ақ, тіл компиляция және орындалу уақытында қол жеткізу мәні көрсеткіш объектінің типінен асып кетпеуін қамтамасыз ететін қол жеткізуді тексеруді ұсынады. Тілдің семантикасы қол жеткімейтін объектілердің автоматты түрде жинақталуына мүмкіндік берсе де, көптеген іске асырулар оны әдепкі бойынша қолдамайды, өйткені ол нақты уақыт жүйелерінде болжамас емес мінез-құлыққа әкелер еді. Ada аймаққа негізделген жад басқаруының шектеулі түрін қолдайды; сонымен қатар, сақтау жинақтарын креативті пайдалану автоматты түрде жинақтаудың шектеулі түрін қамтамасыз ете алады, өйткені сақтау жинағын жою оның құрамындағы барлық объектілерді де жояды. Ем тиресіне ұқсайтын қос тире ("--") түсіндірілген мәтінді белгілейді. Түсіндірмелер жолдың соңында тоқталады; кодтың бүкіл бөлімдерін кездейсоқ жоюдан сақтау үшін көпжолды түсіндірме жасауға қасақана мүмкіндік жоқ. Сондықтан кодтың бүкіл блогын өшіру үшін әрбір жолдың (немесе бағананың) басына жеке " -- " қою қажет. Бұл әрине өшірілген кодты " -- " бағанасы арқылы көрсетсе де, блокты комментирлеуді қолдамайтын редакторларда үлкен блоктарды қайта қосу процесін ұзартуға әкеледі. Нүктелі үтір (";") оператордың аяқталуын білдіреді, ал бос немесе операциясыз оператор null; болып табылады. Операторды аяқтау үшін жалғыз ";" рұқсат етілмейді. Көптеген ISO стандарттарынан айырмашылығы, Ada тілінің анықтамасы (Ada анықтамалық нұсқаулығы немесе ARM деп белгілі, кейде Тіл анықтамалық нұсқаулығы немесе LRM) ақысыз мазмұн болып табылады. Осылайша, ол Ada бағдарламашылары үшін, соның ішінде Ada компиляторларын іске асыратын бағдарламашылар үшін әдеттегі анықтама болып табылады. Анықтамалық нұсқаулықтан басқа, тілдің дизайнын және әртүрлі тіл құрылымдарын пайдалануын түсіндіретін кеңейтілген негіздеме құжаты да бар. Бұл құжатты бағдарламашылар да кеңінен пайдаланады. Тіл қайта қарастырылғанда, жаңа негіздеме құжаты жазылды. Көптеген Ada бағдарламашыларына Ada бастапқы кодын жазуға көмектесетін танымал ақысыз құрал - GNAT Programming Studio және GNU Compiler Collection құрамындағы GNAT.

Ada was originally designed for embedded and real time systems. The Ada 95 revision, designed by S. Tucker Taft of Intermetrics between 1992 and 1995, improved support for systems, numerical, financial, and object oriented programming (OOP). Features of Ada include: strong typing, modular programming mechanisms (packages), run time checking, parallel processing (tasks, synchronous message passing, protected objects, and nondeterministic select statements), exception handling, and generics. Ada 95 added support for object oriented programming, including dynamic dispatch. The syntax of Ada minimizes choices of ways to perform basic operations, and prefers English keywords (such as "or else" and "and then") to symbols (such as "||" and "&&"). Ada uses the basic arithmetical operators "+", " ", "*", and "/", but avoids using other symbols. Code blocks are delimited by words such as "declare", "begin", and "end", where the "end" (in most cases) is followed by the identifier of the block it closes (e. g., if end if, loop end loop). In the case of conditional blocks this avoids a dangling else that could pair with the wrong nested if expression in other languages like C or Java. Ada is designed for developing very large software systems. Ada packages can be compiled separately. Ada package specifications (the package interface) can also be compiled separately without the implementation to check for consistency. This makes it possible to detect problems early during the design phase, before implementation starts. A large number of compile time checks are supported to help avoid bugs that would not be detectable until run time in some other languages or would require explicit checks to be added to the source code. For example, the syntax requires explicitly named closing of blocks to prevent errors due to mismatched end tokens. The adherence to strong typing allows detecting many common software errors (wrong parameters, range violations, invalid references, mismatched types, etc.) either during compile time, or otherwise during run time. As concurrency is part of the language specification, the compiler can in some cases detect potential deadlocks. Compilers also commonly check for misspelled identifiers, visibility of packages, redundant declarations, etc. and can provide warnings and useful suggestions on how to fix the error. Ada also supports run time checks to protect against access to unallocated memory, buffer overflow errors, range violations, off by one errors, array access errors, and other detectable bugs. These checks can be disabled in the interest of runtime efficiency, but can often be compiled efficiently. It also includes facilities to help program verification. For these reasons, Ada is sometimes used in critical systems, where any anomaly might lead to very serious consequences, e. g., accidental death, injury or severe financial loss. Examples of systems where Ada is used include avionics, air traffic control, railways, banking, military and space technology. Ada's dynamic memory management is high level and type safe. Ada has no generic or untyped pointers; nor does it implicitly declare any pointer type. Instead, all dynamic memory allocation and deallocation must occur via explicitly declared access types. Each access type has an associated storage pool that handles the low level details of memory management; the programmer can either use the default storage pool or define new ones (this is particularly relevant for Non Uniform Memory Access). It is even possible to declare several different access types that all designate the same type but use different storage pools. Also, the language provides for accessibility checks, both at compile time and at run time, that ensures that an access value cannot outlive the type of the object it points to. Though the semantics of the language allow automatic garbage collection of inaccessible objects, most implementations do not support it by default, as it would cause unpredictable behaviour in real time systems. Ada does support a limited form of region based memory management; also, creative use of storage pools can provide for a limited form of automatic garbage collection, since destroying a storage pool also destroys all the objects in the pool. A double dash (" "), resembling an em dash, denotes comment text. Comments stop at end of line; there is intentionally no way to make a comment span multiple lines, to prevent unclosed comments from accidentally voiding whole sections of source code. Disabling a whole block of code therefore requires the prefixing of each line (or column) individually with " ". While this clearly denotes disabled code by creating a column of repeated " " down the page, it also renders the experimental dis/re enablement of large blocks a more drawn out process in editors without block commenting support. The semicolon (";") is a statement terminator, and the null or no operation statement is null;. A single ; without a statement to terminate is not allowed. Unlike most ISO standards, the Ada language definition (known as the Ada Reference Manual or ARM, or sometimes the Language Reference Manual or LRM) is free content. Thus, it is a common reference for Ada programmers, not only programmers implementing Ada compilers. Apart from the reference manual, there is also an extensive rationale document which explains the language design and the use of various language constructs. This document is also widely used by programmers. When the language was revised, a new rationale document was written. One notable free software tool that is used by many Ada programmers to aid them in writing Ada source code is the GNAT Programming Studio, and GNAT which is part of the GNU Compiler Collection.

Тарих

1970 жылдары АҚШ Қорғаныс министрлігі (DoD) өз кіріктірілген компьютерлік жүйе жобаларында қолданылатын түрлі бағдарламалау тілдерінің санынан алаңдады, олардың көпшілігі ескірген немесе аппараттық құралға тәуелді болды, ал ешқайсысы қауіпсіз модульдік бағдарламалауды қолдамады. 1975 жылы Жоғары деңгейдегі тілдер жұмыс тобы (HOLWG) құрылды, мақсаты – департамент пен Ұлыбритания Қорғаныс министрлігінің талаптарына сай бағдарламалау тілін табу немесе жасау арқылы осы санды азайту. Көптеген итерациялардан кейін, бастапқы «сабаннан жасалған» ұсыныстан бастап, аталған бағдарламалау тілі Ада деп аталды. Мұндай жобалар үшін қолданылатын жоғары деңгейдегі бағдарламалау тілдерінің саны 1983 жылы 450-ден 1996 жылы 37-ге дейін төмендеді. HOLWG бағдарламалау тілінің қанағаттандыруы тиіс талаптарды баяндайтын Steelman тілінің талаптарын жасады. Көптеген тілдер ресми түрде қарастырылды, бірақ 1977 жылы команда ешбір тілдің талаптарға сай келмейтініне келісім білдірді. Жаңа бағдарламалау тіліне ұсыныстарды беру туралы сұраныстар жарияланды және төрт подрядшы өз ұсыныстарын әзірлеу үшін шақырылды: Қызыл (Бенджамин Бросгол басқаратын Intermetrics), Жасыл (Жан Ичбиах басқаратын Honeywell), Көк (Джон Гуденоф басқаратын SofTech) және Сары (Джей Спитцен басқаратын SRI International). 1978 жылдың сәуірінде, қоғамдық талқыдан кейін, Қызыл және Жасыл ұсыныстары келесі кезеңге өтті. 1979 жылдың мамырында Honeywell-де Жан Ичбиах жасаған Жасыл ұсынысы таңдалды және оған Ада деген ат берілді – Августа Ада Кинг, Лавлейс графинясының құрметіне (көбінесе Ада Лавлейс деп танылады). Бұл ұсынысқа Ичбиах пен оның тобы 1970 жылдары жасаған LIS тілі әсер еткен. Аданың алдын ала анықтамалық нұсқаулығы 1979 жылдың маусымында ACM SIGPLAN хабарламаларында жарияланды. Әскери стандарттың анықтамалық нұсқаулығы 1980 жылдың 10 желтоқсанында (Ада Лавлейстің туған күні) бекітілді және Ада Лавлейстің туған жылының құрметіне MIL STD 1815 нөмірі берілді. 1981 жылы Тони Хоэр Тьюринг сыйлығын алу сөйлеуінде Аданың тым күрделі және сондықтан сенімсіз екенін сынға алды, бірақ кейіннен Ада оқулығына жазған алғы сөзінде өз пікірін қайта қарағандай болды. Ада бағдарламалау қауымдастығының назарын өзіне аударды. Оның жақтастары және басқалар оның жалпы мақсаттағы бағдарламалау үшін де, қорғанысқа қатысты жұмыстар үшін де басым тілге айналуы мүмкін екенін болжады. Алғашқы Ada компиляторлары үлкен, күрделі тілді іске асыруда қиындықтарға тап болды, компиляция және орындалу уақыты баяу болды және құралдар қарапайым болды. Аданың алғашқы расталған іске асырылуы 1983 жылдың 11 сәуірінде сертификатталған NYU Ada/Ed аудармашысы болды. NYU Ada/Ed жоғары деңгейдегі SETL тілінде іске асырылған. Бірнеше коммерциялық компаниялар Ada компиляторларын және оған байланысты әзірлеу құралдарын ұсына бастады, соның ішінде Alsys, TeleSoft, DDC I, Advanced Computer Techniques, Tartan Laboratories, Irvine Compiler, TLD Systems және Verdix. Қорғаныс, аэроғарыш немесе осы салалардағы ірі бизнеске ие компьютер өндірушілері өз платформаларында Ada компиляторларын және құралдарын ұсынды; оларға Concurrent Computer Corporation, Cray Research, Inc., Digital Equipment Corporation, Harris Computer Systems және Siemens Nixdorf Informationssysteme AG кірді. Бірақ мұндай ережеден жиі ерекшеліктер жасалатын. Басқа НАТО елдерінде де ұқсас талаптар болды: Ада командалық-бақылау және басқа да функцияларды қамтитын НАТО жүйелері үшін қажет болды, ал Ада Швеция, Германия және Канада сияқты елдерде қорғанысқа қатысты қолданбалар үшін міндетті немесе артықшылықты тіл болды. 1980 жылдардың соңы мен 1990 жылдардың басында Ada компиляторларының өнімділігі жақсарды, бірақ Аданың мүмкіндіктерін толық пайдалануға кедергі келтіретін факторлар әлі де болды, соның ішінде көптеген нақты уақыт бағдарламалаушыларына беймәлім тапсырмалар моделі. Saab Gripen, Lockheed Martin F 22 Raptor және Grumman F 14 Tomcat ұшағы үшін DFCS ұшуды басқару жүйесінің жаңа нұсқасы. Канаданың автоматтандырылған әуе қозғалысын басқару жүйесі 1 миллион жолдан тұратын Ада тілінде (SLOC санағы) жазылған. Ол озық үлестірілген өңдеуді, үлестірілген Ada деректер базасын және объектіге бағытталған дизайнды ұсынады. Ада басқа әуе қозғалысын басқару жүйелерінде де қолданылады, мысалы, Ұлыбританияның келесі буындағы аралық болашақ аймақтық басқару құралдары қолдау әуе қозғалысын басқару жүйесі SPARK Ada-ны қолдана отырып жобаланған және іске асырылған. Ол сондай-ақ француздық TVM кабина сигнализация жүйесінде, TGV жоғары жылдамдықты теміржол жүйесінде, Париж, Лондон, Гонконг және Нью-Йорктегі метро қала маңы пойыздарында қолданылады.

In the 1970s the US Department of Defense (DoD) became concerned by the number of different programming languages being used for its embedded computer system projects, many of which were obsolete or hardware dependent, and none of which supported safe modular programming. In 1975, a working group, the High Order Language Working Group (HOLWG), was formed with the intent to reduce this number by finding or creating a programming language generally suitable for the department's and the UK Ministry of Defence's requirements. After many iterations beginning with an original straw man proposal the eventual programming language was named Ada. The total number of high level programming languages in use for such projects fell from over 450 in 1983 to 37 by 1996. HOLWG crafted the Steelman language requirements, a series of documents stating the requirements they felt a programming language should satisfy. Many existing languages were formally reviewed, but the team concluded in 1977 that no existing language met the specifications. Requests for proposals for a new programming language were issued and four contractors were hired to develop their proposals under the names of Red (Intermetrics led by Benjamin Brosgol), Green (Honeywell, led by Jean Ichbiah), Blue (SofTech, led by John Goodenough) and Yellow (SRI International, led by Jay Spitzen). In April 1978, after public scrutiny, the Red and Green proposals passed to the next phase. In May 1979, the Green proposal, designed by Jean Ichbiah at Honeywell, was chosen and given the name Ada—after Augusta Ada King, Countess of Lovelace, usually known as Ada Lovelace. This proposal was influenced by the language LIS that Ichbiah and his group had developed in the 1970s. The preliminary Ada reference manual was published in ACM SIGPLAN Notices in June 1979. The Military Standard reference manual was approved on December 10, 1980 (Ada Lovelace's birthday), and given the number MIL STD 1815 in honor of Ada Lovelace's birth year. In 1981, Tony Hoare took advantage of his Turing Award speech to criticize Ada for being overly complex and hence unreliable, but subsequently seemed to recant in the foreword he wrote for an Ada textbook. Ada attracted much attention from the programming community as a whole during its early days. Its backers and others predicted that it might become a dominant language for general purpose programming and not only defense related work. Early Ada compilers struggled to implement the large, complex language, and both compile time and run time performance tended to be slow and tools primitive. The first validated Ada implementation was the NYU Ada/Ed translator, certified on April 11, 1983. NYU Ada/Ed is implemented in the high level set language SETL. Several commercial companies began offering Ada compilers and associated development tools, including Alsys, TeleSoft, DDC I, Advanced Computer Techniques, Tartan Laboratories, Irvine Compiler, TLD Systems, and Verdix. Computer manufacturers who had a significant business in the defense, aerospace, or related industries, also offered Ada compilers and tools on their platforms; these included Concurrent Computer Corporation, Cray Research, Inc., Digital Equipment Corporation, Harris Computer Systems, and Siemens Nixdorf Informationssysteme AG. though exceptions to this rule were often granted. Similar requirements existed in other NATO countries: Ada was required for NATO systems involving command and control and other functions, and Ada was the mandated or preferred language for defense related applications in countries such as Sweden, Germany, and Canada. By the late 1980s and early 1990s, Ada compilers had improved in performance, but there were still barriers to fully exploiting Ada's abilities, including a tasking model that was different from what most real time programmers were used to. Saab Gripen, Lockheed Martin F 22 Raptor and the DFCS replacement flight control system for the Grumman F 14 Tomcat. The Canadian Automated Air Traffic System was written in 1 million lines of Ada (SLOC count). It featured advanced distributed processing, a distributed Ada database, and object oriented design. Ada is also used in other air traffic systems, e. g., the UK's next generation Interim Future Area Control Tools Support air traffic control system is designed and implemented using SPARK Ada. It is also used in the French TVM in cab signalling system on the TGV high speed rail system, and the metro suburban trains in Paris, London, Hong Kong and New York City.

Прагма

Прагма – компиляторға жинақталған нәтижені өзгертуге мүмкіндік беретін ақпаратты жеткізетін компилятор директивасы. Кейбір прагмалар тілдің өзіне кіріктірілген, ал қалғандары компилятордың ерекшеліктеріне байланысты. Компилятор прагмаларын қолданудың жиі кездесетін мысалдары – қысқарту немесе орындалу кезіндегі типтік тексеру, массив индексін тексеру сияқты белгілі бір мүмкіндіктерді өшіру, немесе компиляторға функцияны шақырудың орнына объектілік кодты қосуды (C/C++ тіліндегі сызықтық функциялар сияқты) бұйыру.

Негізгі себептері

Бұл құжаттар әртүрлі форматтарда, соның ішінде қағаз түрінде жарияланды. Сондай-ақ қосымшалар да қолжетімді. dtic.mil, pdf