Программное обеспечение и его разработка - [69]
Почему? Из-за необычных, сложных и неожиданных взаимовлияний одних разделов языка на другие.
Паскаль имеет слишком высокий уровень, чтобы можно было с удобствами проводить (например) двоичный ввод/вывод; этот язык имеет недостаточно высокий уровень для того, чтобы обеспечить полную гарантию безопасности при работе с записями. Включение в язык элементов как высокого, так и низкого уровня является очень сложной проблемой.
Поскольку вред наносят именно эффекты взаимодействия, нужно изучать весь язык, чтобы понять, что следует исключить из него.
Основная заслуга языка высокого уровня в том, что он помогает разуму при проектировании и документировании программ для вычислительных машин; помощь, оказываемая им при непосредственном кодировании, может иметь второстепенное значение[28].
В недавнем докладе (1978) военно-морскому флоту исследователи насчитали более 2570 различных возможностей или свойств, которые можно выделить в языках программирования. 2570!!
Какими же богатыми оказываются наш мозг и наши языки!!
Кроме сформулированных Броновски естественных сложностей богатых языков, существуют еще и проблемы, связанные с оптимизацией, возникающие при построении и языков, и трансляторов с них. При оптимизации одной из 12 характеристик невольно ущемляются интересы остальных.
Написав транслятор, который проводит трансляцию очень быстро, мы плохо повлияем на скорость выполнения рабочей программы. И наоборот.
Процесс написания программы представляет собой итеративный процесс, состоящий из собственно написания, исполнения и исправления. Исправления потому, что редко какая программа с самого начала не имеет ошибок. В зависимости от задачи и от самого программиста эти три шага могут повторяться несколько, иногда очень много, раз. Программист пишет команды транслятору, который в свою очередь переписывает их на язык — более детальный — вычислительной машины. Но транслятор это не человек. Он не понимает полутонов, жестов, тонких намеков, интонаций, выражений лица и еще множества символов, присутствующих в общении человека-переводчика и говорящего или пишущего. Вычислительная машина плюс транслятор абсолютно педантичны. Необходимо, чтобы были правильными все запятые, пробелы, тире, а также их места — все, как определяется языком.
Когда программист представляет свою программу на трансляцию, первое, что делает транслирующая программа, — это проверяет все синтаксические ошибки, а если таковые находятся, исходная программа отвергается; это сопровождается напечатанными сообщениями о том, что в такой-то и такой-то точке программы найдены ошибки такого-то и такого-то типов. Пропущена скобка. Целое число умножается на число с плавающей точкой (в некоторых языках это запрещено).
Рис. 5.34. Итеративный процесс отладки программы.
Дж. Вейнберг[29] указывает, что «типичный программист» в своей деятельности по доведению программы до выполнения на машине, проходит два этапа. Сначала он стремится добиться первой безошибочной компиляции. Компиляция — эта трансляция и расширение (добавление нужных программ). «Безошибочность» заключается в отсутствии синтаксических и очевидных логических ошибок, поскольку первый шаг состоит в получении «семантически правильной» программы. Для получения такой программы программист всякий раз при перезапуске программы на машине изменяет в ней несколько операторов.
Через некоторое время предпринимается и второй шаг. Команды на машинном языке загружаются в вычислительную машину и исполняются обычно с использованием тех значений данных, которые программист задал наряду с командами. Результаты выводятся на печать и возвращаются программисту. Программист изучает их с целью определить, правильна ли логика работы программы, причем обычно оказывается, что она неправильна. Он исправляет логику процесса и снова перезапускает программу. Когда выясняется, что программа работает правильно, она либо наконец вычисляет то, что нужно, если это отдельная программа, либо передается кому-то другому, кто будет включать ее в более крупную программу. Процесс этот выглядит так, как это изображено на рис. 5.34. Проверка синтаксиса трансляторами — это весьма полезный процесс, помогающий программистам находить не только ошибки в пунктуации, но также и некоторые логические ошибки.
Если, например, программист написал программу, в которой управление передается подпрограмме по имени СЛЕД, но ни одну из особых подпрограмм этим именем не назвал, транслятор отметит этот логический промах.
Язык высокого уровня типа Фортрана может использоваться в качестве входного языка на самых разных вычислительных машинах, имеющих свои собственные транслирующие (компилирующие) программы. Язык стандартизован, каждая машина имеет свою транслирующую программу и создает рабочую программу именно для себя.
Логическим шагом в использовании этих транслирующих программ является использование машины и некоторого транслятора для перевода с исходного языка на язык другой машины.
Это называется кросс-трансляцией. Ее обычно применяют в тех случаях, когда машина, на которой будет выполняться рабочая программа, очень мала (по памяти, устройствам ввода/вывода или возможностям центрального процессора). Пускать трансляторы на маленьких, медленных машинах не очень эффективно.
