Eiffel
Общие сведения
Eiffel (Эйфель) — это строго типизированный объектно-ориентированный язык программирования, разработанный в середине 1980-х годов Бертраном Мейером. Появление инструмента пришлось на период максимального роста интереса к объектно-ориентированной парадигме в индустрии разработки программного обеспечения. Фундаментальной архитектурной и идеологической особенностью языка является встроенная на уровне синтаксиса поддержка методологии «проектирования по контракту» (Design by Contract).
История создания
Язык был назван в честь выдающегося французского инженера Гюстава Эйфеля. Выбор названия концептуально отражает главную идею создателя языка: подобно тому, как Эйфелева башня была быстро и надежно собрана из небольшого числа стандартизированных деталей, язык Эйфель призван обеспечить быстрое и экономически эффективное конструирование крупных и надежных программных комплексов на основе небольшого количества независимых программных модулей.
В отличие от гибридных языков того времени, которые надстраивали объектные концепции над уже существующими процедурными парадигмами (как это было реализовано в C++ или Object Pascal), Эйфель проектировался изначально как исключительно объектно-ориентированный инструмент с идеальным, логически выверенным дизайном.
Однако на ранних этапах развития язык получил относительно слабое распространение. Это было обусловлено коммерческой политикой: первые компиляторы распространялись за высокую стоимость. Разработчикам приходилось вкладывать значительные средства не только в приобретение самого инструмента, но и в дополнительное обучение концепциям контрактного программирования, в то время как практические преимущества новой методологии были для многих инженеров неочевидны. Бесплатные версии компиляторов и трансляторов стали появляться значительно позже.
Парадигмы и архитектурные особенности
Эйфель является полностью объектно-ориентированным языком со статической (статистической в первоначальном контексте математической проверки) типизацией и абсолютной типобезопасностью. Важной концептуальной чертой является то, что абсолютно все типы данных в языке, включая базовые (например, целочисленные типы — Integer), реализованы как полноценные классы.
Язык поддерживает полный спектр возможностей классического объектно-ориентированного программирования, включая множественное наследование, переопределение операций, а также обобщенное программирование во всех его видах.
В архитектуру встроено автоматическое управление памятью: в языке полностью отсутствует понятие деструктора. Объект автоматически уничтожается встроенным сборщиком мусора, когда на него не остается ни одной активной ссылки в исполняемой программе.
Дополнительно язык поддерживает механизм «агентов» — специализированных объектов, которые инкапсулируют внутри себя вычисления (разовые процедуры) для их совместного использования и децентрализованной инициализации.
Проектирование по контракту
Главной методологической особенностью языка является глубокая интеграция концепции «контрактного программирования». Данная концепция заимствует терминологию из гражданского права и обязывает проектировщика формально и точно специфицировать поведение программных модулей, функций и объектов.
Контракт в языке Эйфель включает три основных элемента:
Предусловия (preconditions) — строгие обязательства, которые должны быть гарантированно выполнены до начала вызова метода. Постусловия (postconditions) — конкретные свойства, результаты и состояния, которые гарантированно должны присутствовать в системе после завершения выполнения метода. Инварианты (invariants) — обязательства и фундаментальные свойства объекта, которые должны непрерывно соблюдаться объектом-поставщиком при получении и обработке любого сообщения.
Синтаксис и правила оформления кода
Синтаксис языка визуально напоминает язык Алгол и родственные ему Паскаль или Си, что делает его интуитивно понятным для большинства разработчиков. Однако создатель языка ввел строгие, беспрецедентные правила оформления программного кода, призванные максимизировать его академическую читабельность.
В классическом Эйфеле действуют следующие стилистические нормы: Служебные (ключевые) слова набираются исключительно жирным шрифтом. Идентификаторы выделяются курсивом. Все имена классов пишутся исключительно прописными (большими) буквами, переменные — строчными (маленькими), а константы начинаются с заглавной буквы. Категорически запрещено использование аббревиатур, венгерской или польской нотаций. Имена переменных должны быть полными и семантически значимыми, чтобы исключить любое непонимание их назначения со стороны стороннего разработчика. В начале описания каждого класса в обязательном порядке указывается его автор. После заголовка каждой процедуры обязательно документируется результат ее действия.
Точка с запятой может использоваться для завершения любой синтаксической конструкции, однако в Эйфеле ее использование не является строго обязательным.
В языке реализована политика жесткого синтаксического минимализма в отношении управляющих конструкций. Существует только одна конструкция цикла (на базе условия until), в которой строго и однозначно определены блоки начальной инициализации, условия выхода и тела цикла. Альтернативные виды циклов сознательно исключены для предотвращения запутывания логики.
Примеры программного кода
Для Эйфеля характерна прозрачная структура описания модулей. Пример концептуальной структуры простейшей программы (вывод приветствия) демонстрирует лаконичность языка:
class HELLO
create
make
feature
make
do
-- Исполняемый код программы
end
end
В данном примере объявляется класс HELLO, а в разделе create задается его базовый конструктор make. Раздел feature (свойства и методы класса) содержит непосредственно тело конструктора, обособленное ключевыми словами do и end.
Пример работы с более сложными структурами (комплексными числами) иллюстрирует объявление типизированных свойств:
class COMPLEX
feature
r, i: REAL
feature
make (r_val, i_val: REAL)
do
r := r_val
i := i_val
end
end
Переменные в классе объявляются с указанием типа через двоеточие, что визуально идентично синтаксису Паскаля. Однако типы REAL или COMPLEX в данном случае выступают полноценными объектами. В языке также предусмотрена мощная возможность переопределения стандартных математических операций (например, символа сложения) для пользовательских классов, что позволяет инженерам создавать собственные алгебраические типы данных.
Экосистема и компиляторы
Исторически большинство компиляторов языка Эйфель представляли собой кросс-трансляторы, генерирующие на выходе исходный код на языке Си. Эйфель выступал в роли высокоуровневого скрипта, который затем компилировался стандартными Си-компиляторами (как для платформ DOS, так и для Windows) под целевую аппаратную архитектуру.
В процессе эволюции программной экосистемы появились автономные компиляторы, генерирующие непосредственно машинный код (например, среда Visual Eiffel, поддерживающая инструменты визуального программирования пользовательских интерфейсов).
Для интеграции с платформой Microsoft .NET была создана мощная среда Eiffel Studio, которая компилирует исходный текст во внутренний промежуточный язык Microsoft (CIL — Common Intermediate Language). Кроме того, существуют независимые трансляторы (в частности, проект SmartEiffel), позволяющие переводить код, написанный на Эйфеле, в байт-код виртуальной машины Java, что обеспечивает языку максимальную кроссплатформенность в современной корпоративной разработке.