Програф: История Визуального Языка Программирования

Введение

Язык программирования

Prograph — это визуальный, объектно-ориентированный, язык программирования с потоковой обработкой данных и поддержкой нескольких парадигм, использующий пиктографические символы для представления операций над данными. Коммерческие среды разработки программного обеспечения Prograph, такие как Prograph Classic и Prograph CPX, в течение многих лет были доступны для платформ Apple Macintosh и Windows, но в конце 1990-х годов были сняты с продажи. Поддержка языка Prograph для macOS недавно возобновилась с выпуском среды разработки программного обеспечения Marten.

История

Исследования Prograph начались в Университете Акадии в 1982 году как общее исследование языков потока данных, стимулированное семинаром по функциональным языкам, проведенным Майклом Левином. Для прояснения обсуждения использовались диаграммы, что привело к пониманию: "поскольку диаграммы нагляднее кода, почему бы не сделать сами диаграммы исполняемыми!" Так Prograph – Программирование в Графике – родился как язык визуального потока данных. Эту работу возглавлял доктор Томаш Пьетшиковский, а Стен Матвин и Томас Мулднер были соавторами ранних статей. С 1983 по 1985 год были созданы исследовательские прототипы на графической рабочей станции Three Rivers PERQ (на языке Pascal, с данными, визуализированными в виде огненных шаров, движущихся по каналам данных), и на VAX с терминалом Tektronix, а экспериментальный компилятор был разработан на IBM PC. Эта работа была продолжена в Техническом университете Новой Шотландии Пьетшиковским и доктором Филипом Коксом, включая версию, реализованную на языке Prolog. В 1985 году началась работа над коммерчески реализуемым прототипом для Macintosh – единственного широко доступного и недорогого компьютера с поддержкой высокоуровневой графики на тот момент. В начале 1986 года этот прототип был передан компании The Gunakara Sun Systems (позже переименованной в TGS Systems) для коммерциализации; ранее TGS была консалтинговой фирмой, основанной Пьетшиковским в Университете Акадии. Работая с Пьетшиковским и Коксом, Терри Килшоу нанял и руководил оригинальной командой разработчиков, а Джим Ласки был ведущим разработчиком. В 1987 году Марк Шпаковски предложил объединить объектно-ориентированный подход с визуальным потоком данных, создав систему "потока объектов". После почти четырех лет разработки первый коммерческий релиз, v1.2, был представлен на конференции OOPSLA в Новом Орлеане в октябре 1989 года. Этот продукт получил награду MacUser Editor's Choice Award как лучший инструмент разработки в 1989 году. Версия 2.0, выпущенная в июле 1990 года, добавила в систему компилятор. В 1990 году TGS сменила название на Prograph International (PI). Несмотря на медленные продажи, в 1992 году началась разработка новой версии Prograph CPX (Cross Platform eXtensions), предназначенной для создания полностью кроссплатформенных приложений. Эта версия была выпущена в 1993 году, и сразу же после этого началась разработка клиент-серверной прикладной платформы. Несмотря на растущие продажи, компания не смогла покрыть операционные расходы и, после неудачной попытки привлечения финансирования в конце 1994 года, в начале 1995 года была объявлена банкротом. В ходе процедуры банкротства руководство и сотрудники PI создали новую компанию Pictorius, которая приобрела активы PI. Вскоре после этого началась разработка версии Prograph CPX для Windows. Хотя она так и не была официально выпущена, версии Windows Prograph регулярно предоставлялись клиентам Prograph CPX, некоторые из которых портировали существующие приложения, написанные на Macintosh Prograph, с разной степенью успеха. После смены руководства в новой компании акцент сместился с разработки инструментов на заказное программирование и разработку веб-приложений. В апреле 2002 года веб-разработка компании была приобретена компанией Paragon Technology Group с Бермудских островов и переименована в Paragon Canada. Имя Pictorius и права на исходный код Prograph остались за McLean Watson Capital, инвестиционной фирмой из Торонто, которая значительно финансировала Pictorius. Ссылка на Pictorius некоторое время отображалась на странице портфолио компании, но впоследствии исчезла. Версия CPX для Windows позже была выпущена для бесплатного использования и некоторое время была доступна для загрузки с остатков веб-сайта Pictorius (ссылка ниже). Группа пользователей Prograph ("Prographers"), называющая себя "Инициативой Open Prograph" (OPI), сформировалась в конце 1990-х годов с целью сохранения актуальности Prograph в условиях развития операционных систем Apple и Microsoft. В течение некоторого времени группа также стремилась создать новый визуальный язык программирования с открытым исходным кодом, который мог бы стать преемником Prograph, но с появлением визуальной среды программирования Marten от Andescotia участие в группе практически прекратилось. Язык Prograph поддерживается IDE Marten от Andescotia Software.

Research on Prograph started at Acadia University in 1982 as a general investigation into dataflow languages, stimulated by a seminar on functional languages conducted by Michael Levin. Diagrams were used to clarify the discussion, leading to the insight: "since the diagrams are clearer than the code, why not make the diagrams themselves executable!" Thus Prograph Programming in Graphics was born as a visual dataflow language. This work was led by Dr. Tomasz Pietrzykowski, with Stan Matwin and Thomas Muldner co authoring early papers. From 1983 to 1985, research prototypes were built on a Three Rivers PERQ graphics workstation (in Pascal, with the data visualized as fireballs moving down datalinks), and a VAX with a Tektronix terminal, and an experimental compiler was programmed in an IBM PC. This work was continued at Technical University of Nova Scotia by Pietrzykowski and Dr. Philip Cox, including a version done in Prolog. In 1985, work began on a commercialisable prototype on the Macintosh, the only widely available, low priced computer with high level graphics support available at the time. In early 1986, this prototype was taken over by The Gunakara Sun Systems (later renamed to TGS Systems) for commercialisation, TGS formerly being a consulting firm formed by Pietrzykowski at Acadia University. Working with Pietrzykowski and Cox, Terry Kilshaw hired and managed the original development team, with Jim Laskey as the lead developer. In 1987 Mark Szpakowski suggested the merger of object orientation with visual dataflow, creating an "objectflow" system. After almost four years of development, the first commercial release, v1.2, was introduced at the OOPSLA conference in New Orleans in October 1989. This product won the 1989 MacUser Editor's Choice Award for Best Development Tool. Version 2.0, released in July 1990, added a compiler to the system. TGS changed its name to Prograph International (PI) in 1990. Although sales were slow, development of a new version, Prograph CPX (Cross Platform eXtensions) was undertaken in 1992, that was intended to build fully cross platform applications. This version was released in 1993, and was immediately followed by development of a client server application framework. Despite increasing sales, the company was unable to sustain operating costs, and following a failed financing attempt in late 1994, went into receivership in early 1995. As the receivership proceeded, the management and employees of PI formed a new company, Pictorius, which acquired the assets of PI. Shortly afterwards, development of a Windows version of Prograph CPX was begun. Although it was never formally released, versions of Windows Prograph were regularly made available to Prograph CPX customers, some of whom ported existing applications written in Macintosh Prograph, with varying degrees of success. After management changes at the new company, emphasis shifted from tools development to custom programming and web application development. In April 2002 the web development part of the company was acquired by the Paragon Technology Group of Bermuda and renamed Paragon Canada. The Pictorius name and rights to the Prograph source code were retained by McLean Watson Capital, a Toronto based investments firm which had heavily funded Pictorius. A reference to Pictorius appeared for a time on the former's Portfolio page, but has since disappeared. The Windows version of CPX was later released for free use, and was available for some time for download from the remnants of the Pictorius website (link below). A group of Prograph users ("Prographers") calling themselves "The Open Prograph Initiative" (OPI) formed in the late 1990s with the goal of keeping Prograph viable in the face of OS advances by Apple and Microsoft. For a time, the group also sought to create a new open source visual programming language to serve as Prograph's successor, but with the advent of Andescotia's Marten visual programming environment, participation in the group essentially ceased. The Prograph language is supported by the Marten IDE from Andescotia Software.

Описание

В 1970-х годах сложность программ значительно возросла, но инструменты, используемые для написания программ, в основном оставались такими же, как и в 1960-х годах. Это приводило к проблемам при работе над крупными проектами, которые становились настолько сложными, что даже незначительные изменения могли вызывать труднопредсказуемые побочные эффекты. Обширные исследования этой проблемы привели многих к выводу, что существующие системы программирования слишком сосредоточены на логике программы, в то время как основная цель программы – манипулирование данными. Если данные, с которыми работает программа, являются ключевым аспектом, почему данные не рассматриваются как "граждане первого класса" в языке программирования? Исходя из этого, появилось несколько новых систем программирования, включая объектно-ориентированное программирование и программирование потоками данных. Prograph развил эти концепции дальше, предложив комбинацию объектно-ориентированных методологий и полностью визуальную среду программирования. Объекты представляются шестиугольниками с двумя сторонами: одна содержит поля данных, а другая – методы, которые над ними оперируют. Двойной щелчок по любой стороне открывает окно с детальной информацией об объекте; например, при открытии стороны с переменными вверху отображаются переменные класса, а внизу – переменные экземпляра. Двойной щелчок по стороне с методами показывает методы, реализованные в данном классе, а также унаследованные от суперкласса. При двойном щелчке по самому методу открывается другое окно, отображающее его логику. В Prograph метод представлен серией иконок, каждая из которых содержит одну или несколько инструкций. Внутри каждого метода поток данных отображается линиями в виде ориентированного графа. Данные поступают в верхнюю часть схемы, проходят через различные инструкции и, при наличии выходных данных, возвращаются в нижнюю часть. Несколько особенностей системы Prograph наглядно демонстрирует пример операции сортировки базы данных. Верхняя панель показывает, что в этот метод, "конкурентная сортировка", передается один параметр – "объект базы данных". Затем этот объект через линии поступает на несколько операций. Три из них извлекают именованный индекс (indexA и т. д.) из объекта с помощью операции getter (неподключенный выход getter передает "целый" объект), а затем передают извлеченный индекс в операцию сортировки. Результаты этих операций сортировки вместе со ссылкой на исходную базу данных передаются в финальную операцию – "обновить базу данных". Нижняя панель изображения представляет выходы этого метода, и в данном случае к ним нет подключений, следовательно, метод не возвращает значение. Также стоит отметить, что, хотя это метод какого-то класса, здесь отсутствует ссылка на "self"; если она необходима, её можно передать в качестве входного параметра или найти. В языке потока данных операции могут выполняться, как только у них появятся все необходимые входные данные. Это означает, что в традиционном понимании каждая операция в этом методе может быть выполнена одновременно. В примере с базой данных все операции сортировки могут выполняться параллельно, если компьютер способен обеспечить необходимую скорость передачи данных. Языки потока данных по своей природе поддерживают параллельное выполнение, что позволяет им эффективно работать на многопроцессорных системах – одна из причин, вызвавших большой интерес к ним в 1980-х годах. Циклы и ветвления создаются путем модификации операций с помощью аннотаций. Например, цикл, вызывающий метод doit для списка входных данных, создается путем перетаскивания оператора doit, присоединения модификатора цикла и предоставления списка в качестве входных данных для цикла. Другая аннотация, "инъекция", позволяет передавать сам метод в качестве входных данных, что делает Prograph в определенной степени динамическим языком.

During the 1970s program complexity was growing considerably, but the tools used to write programs were generally similar to those used in the 1960s. This led to problems when working on larger projects, which would become so complex that even simple changes could have side effects that are difficult to fully understand. Considerable research into the problem led many to feel that the problem was that existing programming systems focused on the logic of the program, while in reality the purpose of a program was to manipulate data. If the data being manipulated is the important aspect of the program, why isn't the data the "first class citizen" of the programming language? Working on that basis, a number of new programming systems evolved, including object oriented programming and dataflow programming. Prograph took these concept further, introducing a combination of object oriented methodologies and a completely visual environment for programming. Objects are represented by hexagons with two sides, one containing the data fields, the other the methods that operate on them. Double clicking on either side would open a window showing the details for that object; for instance, opening the variables side would show class variables at the top and instance variables below. Double clicking the method side shows the methods implemented in this class, as well as those inherited from the superclass. When a method itself is double clicked, it opens into another window displaying the logic. In Prograph a method is represented by a series of icons, each icon containing an instructions (or group of them). Within each method the flow of data is represented by lines in a directed graph. Data flows in the top of the diagram, passes through various instructions, and eventually flows back out the bottom (if there is any output). Several features of the Prograph system are evident in this picture of a database sorting operation. The upper bar shows that this method, concurrent sort, is being passed in a single parameter, A Database Object. This object is then fed, via the lines, into several operations. Three of these extract a named index (indexA etc.) from the object using the getter operation (the unconnected getter output passes on the "whole" object), and then passes the extracted index to a sort operation. The output of these sort operations are then passed, along with a reference to the original database, to the final operation, update database. The bar at the bottom of the picture represents the outputs of this method, and in this case there are no connections to it and so this method does not return a value. Also note that although this is a method of some class, there is no self; if self is needed, it can be provided as an input or looked up. In a dataflow language the operations can take place as soon as they have valid inputs for all of their connections. That means, in traditional terms, that each operation in this method could be carried out at the same time. In the database example, all of the sorts could take place at the same time if the computer were capable of supplying the data. Dataflow languages tend to be inherently concurrent, meaning they are capable of running on multiprocessor systems "naturally", one of the reasons that it garnered so much interest in the 1980s. Loops and branches are constructed by modifying operations with annotations. For instance, a loop that calls the doit method on a list of input data is constructed by first dragging in the doit operator, then attaching the loop modifier and providing the list as the input to the loop. Another annotation, "injection", allows the method itself to be provided as an input, making Prograph a dynamic language to some degree.

Исполнение

Интегрированная среда разработки и исполнения Prograph также поддерживала визуальную отладку. Поддерживались стандартные механизмы точек останова и пошагового выполнения. Каждая операция в диаграмме потока данных визуально выделялась по мере выполнения. При остановке в режиме отладки, при наведении курсора мыши на связь данных отображалась всплывающая подсказка со значениями данных. Визуальное отображение стека выполнения позволяло осуществлять как откат, так и перемотку выполнения. Для многих пользователей визуальные аспекты исполнения языка были столь же важны, как и графические возможности при редактировании. Наиболее важной функцией отладки во время выполнения была возможность изменять код "на лету" в процессе отладки. Это позволяло исправлять ошибки непосредственно во время отладки без необходимости перекомпиляции.