Ада (язык программирования)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ада
Семантика:

мультипарадигменный: конкурентное, обобщённое, императивное, объектно-ориентированное, распределённое программирование, параллельное

Тип исполнения:

компилируемый

Появился в:

1980

Автор(ы):
  • MIL-STD-1815/Ada 83: Жан Ишбиа
  • Ada 95: Такер Тефт
  • Ada 2005: Такер Тефт
Система типов:

статическая, строгая, безопасная

Основные реализации:

GNAT

Испытал влияние:

ALGOL 68, Pascal, C++ (Ada 95), Smalltalk (Ada 95), Java (Ada 2005)

Повлиял на:

C++, M10, M9.3, MAYA, Seed7, PL/SQL

Сайт:

adaic.org

А́да (Ada) — язык программирования, созданный в 19791980 годах в ходе проекта Министерством обороны США с целью разработать единый язык программирования для встроенных систем (то есть систем управления автоматизированными комплексами, функционирующими в реальном времени). Имелись в виду, прежде всего, бортовые системы управления военными объектами (кораблями, самолётами, танками, ракетами, снарядами и т. п.). Перед разработчиками не стояло задачи создать универсальный язык, поэтому решения, принятые авторами Ады, нужно воспринимать в контексте особенностей выбранной предметной области. Язык назван в честь Ады Лавлэйс.

Особенности языка[править | править вики-текст]

В исходном варианте, стандартизованном в 1983 году, Ада — это структурный, модульный язык программирования, содержащий высокоуровневые средства программирования параллельных процессов. Синтаксис Ады унаследован от языков типа Algol или Паскаль, но расширен, а также сделан более строгим и логичным. Ада — язык со строгой типизацией, в нём исключена работа с объектами, не имеющими типов, а автоматические преобразования типов сведены к абсолютному минимуму[источник не указан 409 дней]. В стандарте 1995 года в язык были добавлены базовые средства объектно-ориентированного программирования, в стандарте 2007 эти средства были дополнены, поэтому современная Ада — объектно-ориентированный язык программирования.

Из особенностей синтаксиса можно отметить:

  • Язык регистро-независимый.
  • Программы модульные, механизм контроля импорта-экспорта описаний между модулями включает две разные директивы: одну для подключения другого модуля (with), другую — для импорта его описаний (use). Также существует возможность переименовать модуль при импорте (rename) — этот вариант позволяет использовать для обозначения пакета более удобные программисту идентификаторы.
  • Пакеты (один из типов модулей) могут содержать заголовок и личную часть — то, что содержится в ней, не экспортируется и другим модулям недоступно.
  • Поддерживается механизм обобщённых (настраиваемых) модулей: пакетов, процедур и функций, позволяющих описывать обобщённые алгоритмы обработки данных без указания конкретного типа.
  • Развитая система типов, как встроенных, так и порождаемых программистом. Есть множество способов создания новых типов, язык поддерживает два разных понятия: «подтип» и «производный тип». Переменные типа и подтипа совместимы, переменные типа и его производного типа — нет.
  • Средства обработки исключений.
  • Развитые средства обращения к процедурам и функциям: поддерживаются входные и выходные параметры, передача фактических параметров в произвольном порядке с указанием имён формальных, параметры со значениями по умолчанию.
  • Поддерживается переопределение процедур, функций и операторов — создание нескольких вариантов процедуры, функции или оператора с одним и тем же именем, но различными сигнатурами (типами и количеством параметров).
  • Встроенные в язык конструкции поддержки параллельного программирования: поддерживаются понятия «задача» (параллельно выполняемый фрагмент программы), «вход задачи» (средство синхронизации и коммуникации параллельно выполняющихся задач), поддерживается механизм «рандеву» (протокол взаимодействия параллельно выполняемых задач через вход одной из них), имеется оператор выбора SELECT для организации условного межпотокового взаимодействия (выбора параллельной задачи, с которой следует взаимодействовать, в зависимости от готовности к рандеву и некоторых других условий). В принципе, имеющихся в языке средств параллельного программирования достаточно для решения большого класса задач, требующих параллельной обработки, без обращения к внешним средствам, таким как дополнительные библиотеки или API операционной системы.

Для удовлетворения требованиям надёжности язык построен таким образом, чтобы как можно большее количество ошибок обнаруживалось на этапе компиляции. Кроме того, одним из требований при разработке языка была максимально лёгкая читаемость текстов программ, даже в ущерб лёгкости написания[1]. Результатом такого подхода стал несколько «тяжеловесный» синтаксис и множество ограничений, отсутствующих в наиболее распространённых промышленных языках (С и C++) и часто воспринимаемых профессиональными программистами как избыточные[источник не указан 409 дней], например, та же строгая типизация. Это привело к формированию представления об Аде как о сложном, малопонятном и неудобном в использовании языке[2].

«Hello, world!» на Аде[править | править вики-текст]

Несколько различных вариантов программы «Hello, world!» можно увидеть в Викиучебнике (англ.). Различия обусловлены необходимостью использовать библиотечную функцию Put_Line — в этом языке есть три различных способа организации такого использования.

with Ada.Text_IO;
 
procedure Hello is
  use Ada.Text_IO;
begin
  Put_Line("Hello, world!");
end Hello;

Здесь для применения функции Put_Line содержащий её пакет Ada.Text_IO импортируется с помощью конструкции use, что даёт возможность вызывать функцию по имени без квалификации — указания в вызове имени пакета, содержащего функцию.

История[править | править вики-текст]

Разработка языка была проведена в рамках международного конкурса, организованного и профинансированного министерством обороны США. Целью разработки было получение языка программирования, который мог бы стать единым для разработки проектов по заказам военного ведомства, главным образом, для разработки встроенных систем военного назначения и для больших военных компьютеров (на базе процессора iAPX 432 от Intel). Работа началась в 1975 году, с формирования набора требований к языку, который бы в полной мере удовлетворил разработчиков систем указанного типа. Первоначальный список требований, выпущенный под кодовым наименованием «Соломенный», был представлен на рецензию в ряд организаций и фирм, в течение двух лет последовательно уточнялся, в конечном счёте превратившись в итоговый документ под названием «Стальной».

После завершения формирования требований был проведён анализ, который показал, что ни один из имеющихся языков программирования не удовлетворяет требованиям в достаточной мере, так что было принято решение разработать новый язык. Конкурс на его создание был объявлен в 1977 году, разработчикам было предложено базироваться на одном из трёх языков: Паскаль, Алгол-68 или PL/1.

Из представленных на конкурс 15 проектов было отобрано 4 (все основаны на Паскале). Эти проекты были отправлены на дальнейшую доработку. На следующем этапе из 4 проектов отобрали два, из которых, после очередной доработки, был выбран один. Этот язык получил наименование «Ада» — разработавшая его группа под руководством француза Жана Ишбиа дала языку название в честь Огасты Ады Кинг Лавлейс (1815—1852), дочери поэта Дж. Байрона, которая занималась разработкой программ для вычислительной машины Бэббиджа и считается первым программистом в мире.

В 1983 году язык был официально стандартизован ANSI. Стандарт языка ANSI/MIL-STD-1815-A-1983 был утверждён 17 февраля 1983 года. МО США сделало наименование «Ada» зарегистрированной торговой маркой, запретив выпускать трансляторы языка, не прошедшие официальную процедуру тестирования на соответствие стандартам. Процедура состояла в прогоне через тестируемый компилятор большого количества (более 1000) тестовых программ (так называемый комплект ACVC), для каждой из которых был однозначно определён результат тестирования: либо удачная компиляция, либо выдача вполне конкретного сообщения об ошибке. Тестирование проводилось по принципу «всё или ничего» — при ошибке в обработке хотя бы одного тестового примера компилятор считался не прошедшим тест, причём тестирование было действительно только на той аппаратной и программной платформе, на которой оно проводилось. Таким образом была в зародыше подавлена возможность образования «версий» или «диалектов» языка Ада.

В 1987 году язык Ада был официально стандартизован ISO. С этого момента МО США предоставило язык в публичное распоряжение.

К 1990 году в мире существовало уже около 200 компиляторов, соответствовавших стандарту языка Ада.

В 1995 году был принят новый стандарт Ады, известный как Ada95. В язык были введены средства объектного программирования. Кроме того, язык был дополнен более развитыми средствами для взаимодействия с программами, написанными на других языках.

В марте 2007 года опубликованы[3] изменения в стандарте Ады. Они коснулись, в основном, возможностей объектно-ориентированного программирования: введены интерфейсы, принят обычный для большинства гибридных языков синтаксис вызова метода, внесён ещё ряд дополнений.

Ада в СССР и России[править | править вики-текст]

В СССР в 80-х годах была организована Рабочая Группа по языку Ада при Госкомитете по науке и технике. Группа занималась изучением всех открытых (а также, по слухам, добытых разведкой закрытых) данных по языку Ада и исследовала возможность и целесообразность развития и использования Ады в СССР. Деятельность этой группы привела к концу 80-х годов к разработке компиляторов Ады для практически всех применяемых в СССР компьютеров. Было выпущено несколько книг по языку Ада на русском языке.

В МГУ проводилась работа по созданию собственных пакетов тестирования ада-трансляторов на соответствие стандартам. В ЛГУ для создания ада-системы была использована ранее разрабатываемая для реализации Алгола-68 система «Паллада», которую перевели на Аду. Система содержит интегрированную среду разработки, компилятор, текстовый редактор, отладчик, библиотеки, систему контроля версий и командный интерпретатор.

После распада СССР работа по распространению Ады практически прервалась. Правда, были приняты три программы развития разработки ПО на Аде (в министерстве обороны, министерстве гражданской авиации и министерстве образования и науки), но разработка их ведётся медленно и нескоординированно. В результате в России язык Ада малоизвестен, большинство современных российских программистов считают его «мёртвым языком» и ничего о нём не знают. Ада используется в России и СНГ отдельными энтузиастами. Тем не менее, язык применяется для промышленной разработки ПО. Известно несколько разработанных на Аде проектов, работающих в России. Среди них:

  • Станция документальной связи МО РФ. Основной задачей является обеспечение обмена документальной информацией в сетях передачи данных Министерства Обороны Российской Федерации. Программно-аппаратный комплекс был совместно разработан Производственной организацией «Вычислительная техника и средства автоматизации» (аппаратное обеспечение) и группой программистов сектора вне трасс Северо-Кавказского центра управления воздушным движением «Стрела». Программное обеспечение комплекса написано на языке программирования Ada с использованием компилятора GNAT. Поддержка распределенных вычислений осуществляется дополнительным компонентом GLADE.
  • Комплекс стандартного пилотажно-навигационного и связного оборудования для российского самолета-амфибии Бериев Бе-200. Разработка проведена Научно-исследовательским институтом авиационного оборудования г. Жуковский, совместно с американской фирмой Allied Signal, Флорида, США. Использован комплекс разработки ада-систем фирмы DDC-I на платформе Intel 80486.

По адресу ada-ru.org находится сайт русскоязычного сообщества ada-программистов[4].

Критика[править | править вики-текст]

С момента появления Ада подверглась критике некоторых признанных авторитетов в области разработки языков программирования, в первую очередь — за сложность синтаксиса и большой объём. В частности, язык критиковали Чарльз Хоар и Никлаус Вирт (участвовавшие со своим проектом в данном конкурсе, но выбывшие после первого этапа), а также Эдсгер Дейкстра.

Дейкстра усомнился, что язык такой сложности, как Ада, может быть обозрим и управляем.

Если Ada собирается выдать стандарт, желательно, чтобы он был недвусмысленно документирован. По меньшей мере две группы попытались сделать это; в результате обе выдали около 600 страниц формального текста. Это гораздо больше, чем необходимо, чтобы удостовериться в невозможности хотя бы твердо установить, что оба документа определяют один и тот же язык. Ошибка очевидной неуправляемости этих двух документов кроется не в двух группах, составивших их, не в принятом ими формализме, а лишь в самом языке: сами не обеспечив формального определения, могут ли его разработчики скрыть, что они предлагают неуправляемого монстра. То, что Ada уменьшит проблемы программирования и увеличит надёжность наших разработок до приемлемых границ, — это лишь одна из тех сказок, в которые могут поверить только люди с военным образованием.

Научная фантастика и научная реальность в информатике (Edsger W. Dijkstra, EWD952)

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 Ады». Никлаус Вирт высказался более сдержанно, но тоже негативно. Он сказал: «Слишком много всего вываливается на программиста. Я не думаю, что, изучив треть Ады, можно нормально работать. Если вы не освоите всех деталей языка, то в дальнейшем можете споткнуться на них, и это приведёт к неприятным последствиям»[5]. Жан Ишбиа, руководитель группы разработчиков Ады, 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».

Вызывает сомнения и процедура проверки соответствия компилятора стандарту языка путём тестирования. Из общих соображений ясно, что тестирование может найти несоответствие, но не может гарантировать правильность. Практическим подтверждением этого является тот факт, что сертифицированные компиляторы, будучи проверены на другом наборе тестов, обнаруживали несоответствие стандарту[6].

Сторонники Ады утверждают, что единственная альтернатива большому и сложному языку в больших проектах — это применение нескольких компактных языков, неизбежно порождающее проблемы с совместимостью, для избавления от которых и была придумана Ада. Они замечают также, что представление о сложности разработки на Аде верно лишь отчасти: написание простой программы на Аде действительно требует больше времени, чем на других, менее формальных языках, типа Си, но отладка и сопровождение программ, особенно крупных и сложных, значительно упрощается. По утверждению Стефена Цейгера из Rational Software Corporation[7], разработка программного обеспечения на Аде в целом обходится на 60 % дешевле, а разработанная программа имеет в 9 раз меньше дефектов, чем при использовании языка Си.

Распространение, перспективы[править | править вики-текст]

На практике оказалось, что Ада, заняв предназначенную ей нишу в военных и родственных им разработках встроенных систем, за пределы данной ниши так и не вышла ни на Западе, ни в СССР, ни на постсоветском пространстве. Причин этому называется много. Противники языка упирают на его сложность и недостатки, сторонники говорят, прежде всего, об объективных обстоятельствах появления языка и негативных сторонах процесса его внедрения. Интересно мнение С. И. Рыбина, старшего научного сотрудника НИВЦ МГУ, консультанта компании AdaCore EU, эксперта по языку Ада рабочей группы ISO по стандарту языка. Он считает[6], что своими неудачами Ада обязана двум основным причинам:

  • Во время проектирования языка Пентагон предполагал, что всё новое ПО будет создаваться только на Аде. Из-за этого Ада получила крайне примитивные средства взаимодействия с программами на других языках. На практике оказалось, что написать на Аде вообще всё — нереально (хотя бы потому, что возникала необходимость взаимодействовать с готовыми разработками на других языках). Поэтому в отраслях, где не было жёсткого требования «писать только на Аде», предпочитали другие языки, более приспособленные к многоязычной среде. В стандарте 1995 года проблема взаимодействия с другими языками была решена, но время оказалось упущено.
  • Парадоксально, но распространению Ады помешала финансовая и организационная поддержка Пентагона. Программы на Аде, написанные для военных, работали на самой мощной вычислительной технике, какая была доступна, поэтому разработчики компиляторов заботились в первую очередь о прохождении тестов ACVC, и только потом — об эффективности компилятора и создаваемого им кода. В начале 1980-х годов начался бум микрокомпьютеров, и трансляторы для распространённых языков (Паскаля, Си, Бейсика) были оперативно оптимизированы под маломощные системы. Для Ады стимула в такой модернизации не оказалось, в результате ставшие через несколько лет основной массой мирового вычислительного парка персональные компьютеры оказались без качественного транслятора Ады. Естественно, что Ада потеряла этот сегмент рынка. Лишь относительно недавно появился компилятор GNAT, качественный и производительный, но и здесь время оказалось упущено.

Тем не менее, по некоторым осторожным прогнозам, с удешевлением аппаратуры и распространением встроенных систем со сложным ПО рынок для программ на Аде может заметно вырасти:

… Ада достаточно прочно занимает нишу больших встроенных систем с повышенными требованиями к надежности, и едва ли она уступит кому-либо эту нишу в обозримом будущем. Рост производительности аппаратных компонент при одновременном падении их стоимости ведет к тому, что встроенные системы становятся все сложнее и сложнее, и может так оказаться, что потенциальный рынок для Ада-приложений вскоре существенно вырастет.

— Интервью С.И. Рыбина[6]

Кроме того, Ада имеет, пусть и весьма ограниченное, применение в сфере высшего образования. В МГУ и Харьковском университете читаются спецкурсы по Аде. Однако, по словам того же С. И. Рыбина,

… сейчас на постсоветском пространстве в области программной индустрии и образования сложился очевидный порочный круг: в индустрии практически не знают про Аду, соответственно, со стороны индустрии нет запроса к образованию по подготовке Ада-специалистов, и из вузов в индустрию приходят новые люди, которые практически ничего не знают про Аду.

Операционные системы, написанные на Аде[править | править вики-текст]

Встроенные системы[править | править вики-текст]

  • MaRTE
  • RTEMS — ОС с открытым исходным кодом, разработана DARPA МО США
  • Ravenskar
  • RTOS-32 — проприетарная ОС

Системы в разработке[править | править вики-текст]

Больше не существующие системы[править | править вики-текст]

  • BiiN™
  • Pulse™
  • AdaOS

Компиляторы Ада[править | править вики-текст]

Название Компания Версия Операционная система Сайт
AdaMagic SofCheck Ада 95  ? www.sofcheck.com
AdaMULTI Green Hills Software Ада 83, Ада 95, Си, Си++, Фортран Solaris SPARC, GNU/Linux x86, Windows www.ghs.com
DEC Ada Hewlett Packard Ада 83 OpenVMS h71000.www7.hp.com
GNAT AdaCore Ада 83, Ада 95, Ада 2005, Ада 2012, Си Solaris SPARC, Linux x86/x86-64, Windows, другие libre.adacore.com
ICC Irvine Compiler Corporation Ада 83, Ада 95 DEC VAX/VMS, HP 9000/700, Solaris SPARC, DEC Alpha OSF/1, PC Linux, SGI IRIX, Windows www.irvine.com
Janus/Ada RR Software Ада 83, Ада 95 SCO, UnixWare, Interactive, MS-DOS, Windows www.rrsoftware.com
MAXAda Concurrent Ада 95 Linux/Xeon, PowerPC www.ccur.com
ObjectAda Aonix Ада 95 Solaris SPARC, HP-UX, IBM AIX, Linux, Windows www.aonix.com
PowerAda OC Systems Ада 83, Ада 95 Linux, AIX (Ада 95); IBM System 370/390 (Ада 83) www.ocsystems.com
Rational Apex IBM Rational Ада 83, Си, Си++ Solaris SPARC, Linux www-01.ibm.com
SCORE DDC-I Ада 83, Ада 95, Си, Фортран Solaris SPARC, Windows www.ddci.com
XD Ada SWEP-EDS Ада 83 OpenVMS Alpha/VAX www.swep-eds.com
XGC Ada XGC Software Ада 83, Ада 95, Си Solaris SPARC, PC Linux, Windows (Cygwin) www.xgc.com

За исключением GNAT и XGC (для некоторых платформ) вышеперечисленные компиляторы являются платными. Некоторые фирмы, например Aonix, предлагают бесплатные демонстрационные версии, ограниченные либо по времени использования, либо по функциональности.

Среды разработки NetBeans[8] и Eclipse имеют плагины для работы с Ада.

Производные языки[править | править вики-текст]

Синтаксис языка Ада использован в следующих языках:

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Формально конкурс на разработку языка, в результате которого был создан язык Ада, был анонимным — группы разработчиков представляли свои проекты под кодовыми названиями, чтобы конкурсная комиссия не могла учитывать личности разработчиков при выборе победителя. Но на практике, как писал один из членов комиссии, вкусы разработчиков были настолько разными, что определить автора по проекту не представляло никакого труда.
  • Все языки, дошедшие до последних туров этого конкурса, были основаны на Паскале. В связи с этим Аду можно предварительно охарактеризовать как Паскаль, развитый с учётом заданных пяти основных требований. При этом авторы пошли в основном по пути расширения Паскаля новыми элементами. В результате получился существенно более сложный язык.
  • В русском языке существуют шутки, связанные с двусмысленностью выражения «Язык Ада», в том числе и основанные на параллели с Русским Алгоритмическим Языком, известным также как «Язык РАЯ». В программистский фольклор вошло и заключение статьи советского пропагандиста Мэлора Стуруа[9] (1984 год):

Язык Пентагона — враг мира. Язык «Ады» — голос термоядерного ада… В языке «Ады» слышится проклятие роду людскому.

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

Стандарты
  • ISO/IEC 8652:1987 — Programming languages — Ada
  • ГОСТ 27831-88 — «Язык программирования АДА» (соответствует стандарту ISO 8652:1987)
  • ISO/IEC 8652:1995 — Information technology — Programming languages — Ada (Ada95)
  • ISO/IEC 8652:2012 — Information technology — Programming languages — Ada (текущая редакция стандарта)