Оберон
Оберон (Oberon) — это высокоуровневый язык программирования общего назначения, разработанный в 1988 году швейцарским ученым Никлаусом Виртом в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zürich). Язык является прямым эволюционным продолжением языков Паскаль и Модула-2. Главной концептуальной целью создания Оберона было радикальное упрощение синтаксиса и архитектуры языка при одновременном сохранении его вычислительной мощности и надежности. Эпиграфом к официальному описанию языка Вирт выбрал знаменитое высказывание Альберта Эйнштейна: «Делай настолько просто, насколько возможно, но не проще этого».
История создания и экосистема
Разработка Оберона велась не просто как создание независимого компилятора, а как часть масштабного проекта по разработке одноименной операционной системы. Первая реализация языка, выпущенная в 1989 году, представляла собой базовый компонент операционной среды Oberon (позднее получившей развитие в виде систем Native Oberon и A2). Компилятор языка был глубоко интегрирован в операционную систему, из-под которой и запускались программы, написанные на Обероне.
Исторически язык продолжает традицию алгоритмических языков, заложенную в Алгол-60. Разработчик языка, Никлаус Вирт, придерживался строгой академической философии, согласно которой чем меньше в языке заложено синтаксических конструкций и правил, тем более надежным и безошибочным будет программный код. Описание синтаксиса ранних версий Оберона занимало всего одну страницу, что делало его одним из самых лаконичных языков программирования в истории вычислительной техники.
Упрощение архитектуры и отличия от предшественников
При переходе от языка Модула-2 к Оберону была проведена масштабная ревизия функциональности. Вирт последовательно доказал избыточность многих элементов, массово применявшихся в Паскале и Модуле-2, и полностью исключил их из нового стандарта.
Из языка были удалены следующие элементы:
- Записи с вариантами (вариантные записи).
- Перечислимые типы данных.
- Типы-диапазоны.
- Множества.
- Беззнаковый целый тип данных.
- Локальные модули и списки экспорта.
- Оператор присоединения (with).
- Структурная обработка исключений.
- Инструменты поддержки параллельного программирования (поскольку базовая операционная система проектировалась как однопользовательская).
- Цикл со счетчиком (for). Разработчик счел, что для решения любых алгоритмических задач достаточно базовых циклов с условием.
- Концепция «главной программы». В Обероне любая программа представляет собой набор равноправных модулей, один из которых инициирует выполнение.
Важнейшим нововведением стало внедрение автоматического управления памятью (сборки мусора). В отличие от языков C и C++, где программист обязан вручную освобождать выделенную динамическую память, а также от Модулы-2, где среда исполнения возвращала неиспользуемую память через специальные операторы, в Обероне разработчик полностью освобожден от работы с утечками памяти. Это радикально повысило безопасность и стабильность программного обеспечения. Массивы были концептуально упрощены и приведены к формату, схожему с языком Си, а использование указателей было строго ограничено — они могут указывать только на массивы и записи.
Синтаксис и парадигмы программирования
Оберон поддерживает структурное, модульное и объектно-ориентированное программирование (ООП), однако реализация ООП в нем отличается крайним минимализмом и отсутствием привычной терминологии.
Язык использует классический скобочный синтаксис (с использованием ключевых слов BEGIN и END). Поддерживается стандартный условный оператор ветвления, оператор множественного выбора CASE, а также три типа циклов: с предусловием, с постусловием и безусловный цикл. Список импорта упрощен: указывается только имя импортируемого модуля, из которого извлекаются внешние определения типов, процедур, переменных и констант. Создаваемые программистом пользовательские типы данных ограничены исключительно массивами, записями, процедурами и указателями.
Объектно-ориентированная парадигма в классическом Обероне реализована без введения специального ключевого слова «класс». Объект трактуется исключительно как структура данных — указатель на запись. Методы реализуются посредством объявления в записи полей процедурного типа (указателей на процедуры). Таким образом, конкретная запись выступает в роли объекта, а ее описание — в роли класса.
Инкапсуляция (сокрытие данных) в Обероне обеспечивается на уровне модуля. Все типы и переменные, объявленные внутри одного модуля, полностью прозрачны и доступны друг для друга. Механизм полиморфизма реализуется за счет вызова процедурных полей записи. Конструкторы объектов в классическом понимании отсутствуют: их роль выполняют обычные процедуры, возвращающие проинициализированный указатель на запись. Модули могут загружаться и выгружаться из оперативной памяти динамически во время работы программы.
Концептуальный пример реализации объекта «Прямоугольник» и работы с ним на языке Оберон:
MODULE Main;
IMPORT Out;
TYPE
Rectangle = POINTER TO RectangleDesc;
RectangleDesc = RECORD
width, height: INTEGER;
END;
PROCEDURE CreateRectangle(w, h: INTEGER): Rectangle;
VAR r: Rectangle;
BEGIN
NEW(r);
r.width := w;
r.height := h;
RETURN r
END CreateRectangle;
PROCEDURE Area(r: Rectangle): INTEGER;
BEGIN
RETURN r.width * r.height
END Area;
VAR
rect: Rectangle;
BEGIN
rect := CreateRectangle(5, 10);
Out.Int(Area(rect), 0);
END Main.
В приведенном примере модуль содержит описание типа-записи `RectangleDesc` и указателя на него `Rectangle`. Процедура `CreateRectangle` берет на себя роль конструктора: выделяет память под объект с помощью системной функции `NEW`, инициализирует поля ширины и высоты, после чего возвращает указатель. В исполняемом блоке (после ключевого слова BEGIN) происходит создание прямоугольника с размерами 5 на 10 и вывод его вычисленной площади.
Критика и развитие стандарта
Язык Оберон неоднократно подвергался профессиональной критике со стороны разработчиков индустриального программного обеспечения. Основные претензии касаются его чрезмерного минимализма. Отсутствие богатого набора встроенных синтаксических конструкций и обширных стандартных библиотек приводит к тому, что при реализации сложных коммерческих проектов базовые алгоритмы и структуры данных программистам приходится писать с нуля.
Подход к реализации объектно-ориентированного программирования также вызвал дискуссии. Сведение классов к обычным записям с процедурными полями критиковалось как неполноценное и менее удобное по сравнению с архитектурой языков Java, C# или C++. Кроме того, среда исполнения Оберона требует наличия сложного динамического загрузчика и специфического окружения, что усложняет переносимость программ.
Отвечая на критику, Никлаус Вирт и его коллеги разработали ряд модифицированных версий языка. В 1992 году был представлен Оберон-2, в который были добавлены средства прямого определения методов (связанных процедур), что приблизило язык к классическому ООП. В дальнейшем появились стандарты Oberon SA и Oberon-07, в которых разработчик частично отступил от первоначальной аскетичности, вернув некоторые удаленные ранее конструкции. Концепции Оберона послужили фундаментом для создания таких языков, как Component Pascal, Active Oberon и Zonnon.
В академической среде существует мнение, высказанное самим Никлаусом Виртом, что создатели языка Java глубоко изучили исходные коды Оберона, заимствовали из него строгую типизацию, автоматическую сборку мусора и компонентную модульность, после чего переписали синтаксис в стиле языка C. Тем не менее, сам Оберон так и остался преимущественно объектом академических исследований и упражнений в области проектирования компиляторов, не получив широкого распространения в массовой коммерческой разработке, хотя трансляторы этого языка существуют для множества современных платформ (включая виртуальную машину Java).