Язык программирования ада доклад

Обновлено: 25.06.2024

А́да (Ada) — язык программирования, созданный в 1979—1980 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.

Содержание

Особенности языка

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. 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:

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

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.

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

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.

Критика

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.

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 [5] .

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 [6] , 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

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 [5] , что своими неудачами Ада обязана двум основным причинам:

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.

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

Встроенные системы

Системы в разработке

(проект по переписыванию ядра OpenSolaris, а потом DragonFly BSD на язык Ада) (операционная система на ядре L4)

Больше не существующие системы

Компиляторы Ада

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 [7] и Eclipse имеют плагины для работы с Ада.

Производные языки

Синтаксис языка Ада использован в следующих языках:

Интересные факты

А́да (Ada) — язык программирования, созданный в 1979—1980 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.).

Содержание

Библиотека и компилируемые модули

В общем случае, программа на языке Ада представляет собой один или несколько программных модулей, которые могут компилироваться как совместно, так и раздельно. Кроме того, программные модули являются основой построения библиотек Ады, поэтому их также называют библиотечными модулями. Программные модули бывают четырех видов:

Подпрограммы - Являются основным средством описания алгоритмов. Различают два вида подпрограмм: процедуры и функции. Процедура - это логический аналог некоторой именованной последовательности действий. Функция - логический аналог математической функции - используется для вычисления какого-либо значения.
Пакет - Основное средство для определения набора логически взаимосвязанных понятий. В простейшем случае в пакете специфицируются описания типов и общих объектов. В более общем случае в нем могут специфицироваться группы взаимосвязанных понятий, включающих подпрограммы, причем, некоторые описываемые в пакете сущности могут быть "скрыты" от пользователя, что дает возможность предоставления доступа только к тем ресурсам пакета, которые необходимы пользователю и, следовательно, должны быть для него доступны.
Задача или задачный модуль - Средство для описания последовательности действий, причем, при наличии нескольких таких последовательностей они могут выполняться параллельно. Задачи могут быть реализованы на многомашинной или многопроцессорной вычислительной конфигурации, либо на единственном процессоре в режиме разделения времени. Синхронизация достигается путем обращения ко входам, которые подобно подпрограммам могут иметь параметры, с помощью которых осуществляется передача данных между задачами.
Настраиваемые модули - Средство для параметризации подпрограмм или пакетов. В ряде случаев возникает необходимость обрабатывать объекты, которые отличаются друг от друга количеством данных, типами или какими-либо другими количественными или качественными характеристиками. Если все эти изменяемые характеристики вынести из подпрограммы или пакета, то получится некоторая заготовка (или шаблон), которую можно настроить на конкретное выполнение. Непосредственно выполнить настраиваемый модуль нельзя. Но из него можно получить экземпляр настроенного модуля (подпрограмму или пакет), который пригоден для выполнения.

Каждый программный модуль обычно состоит из двух частей: спецификации и тела. Спецификация описывает интерфейс к модулю, а тело - его реализацию. Примечательно, что спецификация и тело программного модуля являются самостоятельными компилируемыми модулями, то есть, они могут компилироваться раздельно. Разбиение модуля на спецификацию и тело, а также возможность раздельной компиляции позволяют разрабатывать, кодировать и тестировать любую программу или систему как набор достаточно независимых компонентов. Такой подход полезен при разработке больших программных систем.

Методы Ады: подпрограммы, операции и знаки операций

Методами Ады являются подпрограммы (процедуры и функции), а также операции и знаки операций (возможно более корректно будет звучать: с помощью подпрограмм осуществляется реализация действий, выполняемых операциями и знаками операций). Необходимо отметить, что стандарт Ады строго различает понятия знаков операций (operators) и операций (operations).

Знаки операций представляются следующими символами (или комбинациями символов): "=", "/=", " ", " =", "&", "+", "-", "/", "*". Другие знаки операций выражаются зарезервированными словами: "and", "or", "xor", "not", "abs", "rem", "mod", - или могут состоят из нескольких зарезервированных слов: "and then", "or else". Ада позволяет осуществлять программисту совмещение (overloading) знаков операций (в современной литературе по Си++ это часто называется как "перегрузка операторов").

В общем случае, совмещением (overloading) называют механизм, который позволяет различным сущностям использовать одинаковые имена.

Использование "use type" делает знаки операций именованных типов локально видимыми. Кроме того, их можно сделать локально видимыми используя локальное переименование.

Операции включают в себя присваивание, проверку принадлежности диапазону и любые другие именованные операции. Операции, также как и знаки операций, допускают совмещение.

Следует заметить, что Ада накладывает некоторые ограничения на использование совмещений: совмещения не допускаются для операций присваивания и проверки принадлежности диапазону, а также для знаков операций "and then" и "or else".

Еще одной разновидностью операций является операция проверки принадлежности диапазону, которая обозначается с помощью зарезервированного слова "in". Для выполнения проверки на не принадлежность "in" может комбинироваться с "not" - "not in". Проверка на принадлежность диапазону разрешена для всех типов Ады, включая лимитированные.

Другие операции могут быть описаны программистом. Как правило, описания таких операций выполняются в спецификации пакета, а реализация операций выполняется с помощью соответствующих подпрограмм.

Типы данных

Целочисленные типы

Предопределенный тип Integer

Предопределенный целочисленный тип Integer описан в пакете Standard (пакет Standard не нужно указывать в инструкциях спецификации контекста with и use). Точный диапазон целочисленных значений, предоставляемых этим типом, зависит от конкретной реализации компилятора и/или оборудования. Однако, стандарт определяет минимально допустимый диапазон значений для этого типа от -(2 ** 15) до +(2 ** 15 - 1) (например, в случае 32-битных систем, таких как Windows или Linux, для реализации компилятора GNAT диапазон значений типа Integer будет от -(2 ** 31) до +(2 ** 31 - 1)).

Тип Universal_Integer

Для предотвращения необходимости явного преобразования типов при описании целочисленных констант, Ада предлагает понятие универсального целого типа - 'Universal_Integer'. Все целочисленные литералы принадлежат типу 'Universal_Integer'. Многие атрибуты языка (обсуждаемые позже) также возвращают значения универсального целого типа. Установлено, что тип 'Universal_Integer' совместим с любым другим целочисленным типом, поэтому, в арифметических выражениях, компилятор будет автоматически преобразовывать значения универсального целого типа в значения соответствующего целочисленного типа.

Описание целочисленных констант

При хорошем стиле программирования, принято присваивать целочисленным значениям символьные имена. Это способствует улучшению читабельности программы и, при необходимости, позволяет легко вносить в нее изменения. Приведем простой пример описания константы (именованного числа):

Тип Root_Integer

Модель целочисленной арифметики Ады базируется на понятии неявного типа 'Root_Integer'. Этот тип используется как базовый тип для всех целочисленных типов Ады. Другими словами - все целочисленные типы являются производными от типа 'Root_Integer'. Диапазон значений типа Root_Integer определяется как 'System.Min_Int..System.Max_Int'. Все знаки арифметических операций описаны так, чтобы они могли выполняться над этим типом.

При описании нового целочисленного типа возможны два различных подхода, которые можно проиллюстрировать на следующем примере:

Здесь, тип X описывается как производный от типа Integer с допустимым диапазоном значений от 0 до 100. Исходя из этого, для типа X базовым типом будет тип Integer.

Тип Y описывается как тип с допустимым диапазоном значений от 0 до 100, и при его описании не указан тип-предок. В таком случае, он будет производным от типа 'Root_Integer', но его базовый диапазон не обязательно должен быть таким же как у 'Root_Integer'. В результате, некоторые системы могут размещать экземпляры объектов такого типа и его базового типа в одном байте. Другими словами, определение размера распределяемого места под объекты такого типа возлагается на компилятор.

Примеры целочисленных описаний

Предопределенные знаки операций для целочисленных типов

Модульные типы

Все целочисленные типы, которые мы рассматривали ранее, известны как целые числа со знаком. Для таких типов соблюдается правило - если в случае вычисления результат выходит за диапазон допустимых значений типа, то генерируется ошибка переполнения. Такие целочисленные типы были представлены стандартом Ada83.

Стандарт Ada95 разделяет целочисленные типы на целые числа со знаком и модульные типы. По существу, модульные типы являются целыми числами без знака. Характерной особенностью таких типов является свойство цикличности арифметических операций. Таким образом, модульные типы соответствуют целочисленным беззнаковым типам в других языках программирования (например: Byte, Word. - в реализациях Паскаля; unsigned_short, unsigned. - в C/C++).

В качестве простого примера рассмотрим следующий фрагмент кода:

Здесь не производится генерация ошибки в результате выполнения сложения. Вместо этого, переменная Count, после выполнения сложения, будет содержать 0.

Кроме этого, с модульными типами удобно использовать знаки битовых операций "and", "or", "xor" и "not". Такие операции трактуют значения модульного типа как битовый шаблон. Например:

Поскольку модульные типы не имеют отрицательных значений, для них допускается смешивание знаков битовых операций со знаками арифметических операций в одном выражении.

Следует заметить, что хотя при описании модульных типов зачастую используют степень двойки, использование двоичной системы счисления при описании модульных типов не является обязательным требованием.

Ада допускает выполнение преобразований беззнаковых чисел модульных типов в числа со знаком и обратно. При этом, производится проверка результата преобразования на допустимость диапазону значений типа назначения. В случае неудачи будет сгенерировано исключение 'Constraint_Error'. Например:

Этот код будет вызывать генерацию исключения 'Constraint_Error'.

Дополнительные целочисленные типы системы компилятора GNAT

Стандарт языка Ада допускает определять в реализации Ада-системы собственные дополнительные целочисленные типы. Таким образом, в пакете 'Standard' системы компилятора GNAT определены дополнительные целочисленные типы:

Вещественные типы

Ада предусматривает два способа представления вещественных чисел: представление вещественных величин с плавающей точкой и представление вещественных величин с фиксированной точкой. Кроме этого вы можете использовать типы вещественных величин с десятичной фиксированной точкой.

Вещественные типы с плавающей точкой, тип Float

Вещественные типы с плавающей точкой имеют неограниченный диапазон значений и точность, определяемую количеством десятичных цифр после запятой. Представление чисел с плавающей точкой имеет фиксированную относительную погрешность.

Пакет Standard предоставляет предопределенный вещественный тип с плавающей точкой Float, который обеспечивает точность в шесть десятичных цифр после запятой:

В пакете Standard компилятора GNAT, для 32-битных систем Linux и Windows, дополнительно представлены еще несколько вещественных типов с плавающей точкой (фактические значения констант для различных платформ отличаются):

Ниже следуют примеры описаний вещественных величин с плавающей точкой.

Следующие знаки операций предопределены для каждого вещественного типа с плавающей точкой.

Вещественные типы с фиксированной точкой, тип 'Duration'

Представление чисел с фиксированной точкой имеет более ограниченный диапазон значений и указанную абсолютную погрешность, которая задается как 'delta' этого типа.

В пакете Standard предоставлен предопределенный вещественный тип с фиксированной точкой 'Duration', который используется для представления времени и обеспечивает точность измерения времени в 50 микросекунд:

Ниже следуют примеры описаний вещественных типов с фиксированной точкой.

Последний пример показывает полезную способность вещественных типов с фиксированной точкой - четкое определение насколько тип должен быть точным. Например, это позволяет контролировать ошибки, возникающие при округлении.

Вещественные типы с десятичной фиксированной точкой

Следует учитывать, что поскольку от реализации компилятора Ады не требуется обязательное обеспечение поддержки вещественных величин с десятичной фиксированной точкой, то это может вызвать трудности при переносе программного обеспечения на другую систему или при использовании разных компиляторов. Примером описания вещественного типа с десятичной фиксированной точкой может служить следующее:

Типы Universal_Float и Root_Real

Подобно тому как все целочисленные литералы принадлежат универсальному классу 'Universal_Integer', все вещественные численные литералы принадлежат универсальному классу 'Universal_Float'. Этот универсальный тип совместим с любым вещественным типом с плавающей точкой и любым вещественным типом с фиксированной точкой. Такой подход избавляет от необходимости выполнения различных преобразований типов при описании вещественных констант и переменных.

Модель вещественной арифметики Ады основывается на анонимном типе 'Root_Real'. Этот анонимный тип используется как базовый тип для всех вещественных типов. Тип 'Root_Real' имеет точность, которая определяется значением константы 'Max_Base_Digits' пакета System (System.Max_Base_Digits). Такой подход использован для облегчения переносимости программ.

Пакеты для численной обработки

Полное обсуждение поддержки численной обработки в Аде - весьма обширная тема. Здесь приведем список пакетов для численной обработки, которые предоставляются поставкой компилятора GNAT:

Следует заметить, что пакет 'Ada.Numerics.Aux', который указан выше, не предназначен для непосредственного использования в программах пользователя, и упоминается только с целью полноты показанного выше списка.

Преобразование численных типов

Поскольку тип Float и тип Integer - различные типы, то Ада не допускает смешивания величин этих типов в одном выражении. Однако, встречаются случаи, когда нам необходимо комбинировать значения этих типов. В таких ситуациях нам необходимо производить преобразование значений одного численного типа в значения другого численного типа. Ада позволяет явно указывать необходимость преобразования значения типа 'Float' в значение типа 'Integer', и наоборот. Для выполнения такого преобразования используется синтаксис подобный синтаксису вызова функции:

В этом случае компилятор, во время трансляции, добавит необходимый код для преобразования типов. Такое преобразование типов всегда возможно, и будет успешным если значение результата не будет нарушать границ допустимого диапазона значений.
Следует заметить, что при преобразовании вещественного значения Float в целое значение Integer Ада использует традиционные для математики правила округления.

Организация циклических вычислений

При решении реальных задач часто возникает необходимость в организации циклических вычислений. Все конструкции организации циклических вычислений в Аде имеют форму "loop . end loop" с некоторыми вариациями. Для выхода из цикла может быть использована инструкция 'exit'.

Простые циклы (loop)

Примером простейшего цикла может служить бесконечный цикл:

Цикл while

Во многих случаях, прежде чем выполнять действия которые описываются инструкциями тела цикла, необходимо проверить какое-либо условие. Для таких случаев Ада предусматривает конструкцию цикла 'while'.

Цикл 'while' идентичен циклу 'while' в языке Паскаль. Проверка условия выполнения цикла производится до входа в блок инструкций составляющих тело цикла. При этом, если результат вычисления логического выражения будет 'True', то будет выполнен блок инструкций тела цикла. В противном случае, тело цикла - не выполняется.

Необходимо заметить, что результат вычисления логического выражения должен иметь предопределенный тип 'Standard.Boolean'

Цикл for

Еще одним распространенным случаем является ситуация когда необходимо выполнить некоторые действия заданное количество раз, то есть организовать счетный цикл. Для этого Ада предусматривает конструкцию цикла 'for'.

Конструкция цикла for Ады аналогична конструкции цикла 'for', представленной в языке Паскаль.

Существует несколько правил использования цикла for:

тип переменной-счетчика цикла for определяется типом указываемого диапазона значений счетчика, и должен быть дискретного типа, вещественные значения - недопустимы счетчик не может быть модифицирован в теле цикла, другими словами - счетчик доступен только по чтению область действия переменной-счетчика распространяется только на тело цикла Примечательно также, что тело цикла не будет выполняться если при указании диапазона значений переменной-счетчика величина значения "нижней границы" будет больше чем величина значения "верхней границы".

Возможен перебор значений диапазона в обратном порядке:

Любой дискретный тип может использоваться для указания диапазона значений переменной-счетчика.

Здесь, тип 'List' был использован для указания диапазона значений переменной-счетчика 'Count'. Подобным образом также можно использовать любой перечислимый тип.

Инструкции exit и exit when

Инструкции 'exit' и 'exit when' могут быть использованы для преждевременного выхода из цикла. При этом, выполнение программы будет продолжено в точке непосредственно следующей за циклом. Два варианта, показанных ниже, имеют одинаковый эффект:

Именованые циклы

Инструкции преждевременного выхода из цикла 'exit' и 'exit when', обычно, осуществляют выход из того цикла, который непосредственно содержит данную инструкцию. Однако, мы можем именовать циклы и модифицировать инструкцию выхода из цикла так, чтобы осуществлять выход сразу из всех вложенных циклов. Во всех случаях, следующая выполняемая инструкция будет следовать сразу за циклом из которого был осуществлен выход.

Примечательно, что в случае именованого цикла 'end loop' также необходимо именовать меткой.

Инструкция перехода goto

Инструкция перехода goto предусмотрена для использования в языке Ада, в исключительных ситуациях, и имеет следующий вид:

Использование инструкции goto очень ограничено и четко осмысленно. Вы не можете выполнить переход внутрь условной инструкции 'if', внутрь цикла '(loop)', или, как в языке Паскаль, за пределы подпрограммы.

Стандартизация

Язык обзавелся стандартом ANSI в 1983 (ANSI / MIL-STD 1815), и стандартом ИСО в 1987 (ISO-8652: 1987). Эта версия языка широко известна как Ada 83 (исходя из даты его принятия ANSI).

Ada 95, совместим с ISO / ANSI стандарт (ISO-8652: 1995), это последний стандарт для Ады. Он был принят в феврале 1995 года (выпущен Ada 95 - первый стандарт по ИСО для объектно-ориентированного языка программирования). ВВС США финансировали развитие GNAT компилятора для языка Ада, чтобы помочь ему стать стандартом разработки программного обеспечения для военных целей.

В 70-х годах 20 века, в разгар холодной войны, Министерство Обороны США устроило международный конкурс, по результатам которого необходимо было выбрать язык программирования для использования в военных целях. Однако ни один из существующих языков не устроил членов комиссии, поэтому путём долгого выбора и нескольких доработок на свет появился язык Ада, названный так в честь Ады Лавлейс. Далее началась многолетняя волокита со стандартизацией, регистрация торговой марки, запреты на кастомные трансляторы и прочие действия, отбившие желание массовой аудитории работать с Ада.

На выходе же получился достаточно нишевый язык, предназначенный для сложных вычислительных систем с повышенными требованиями по безопасности. Опять-таки из-за требований Пентагона и строгих стандартов взаимодействие с другими языками программирования крайне затруднено, поэтому до недавнего времени перейти на массовый рынок у Ада практически не было шансов. Но с удешевлением техники и усложнением используемых технологий такой шанс появляется.

Синтаксис

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

Одним из главных требований к языку была надёжность его использования. Соответственно, это повлекло за собой строгие ограничения по структуре, типам, написанию и многому другому. Кроме того, почти все ошибки здесь улавливаются на этапе компиляции.

Другим требованием была максимальная читаемость кода в распечатанном виде, что повлекло за собой тяжеловесность полученного языка и невысокую гибкость.

Более поздние стандарты частично решали эти проблемы, но по понятным причинам, они не сделали из Ада второй Python.

Ада сегодня

Вопреки мнению широкой аудитории, язык Ада до сих пор активно используется, не только в США и не только в военной индустрии. Так, например, часть ПО самолёта-амфибии Бериев Бе-200 написана как раз на Ада. Поезда метрополитена без машиниста, которые курсируют во многих крупных городах (Париже, Лондоне, Нью-Йорке и др.), также используют оборудование с американским военным языком.

Перспективы

Язык Ада критиковался и в момент появления, и когда стало понятно, что грандиозные планы Пентагона не вполне стыкуются с реальностью, и тем более сейчас. Причиной тому является неудобный язык, сложность стандартов, написанных в 1983 и 1995 году, а также недальновидность разработчиков, лишивших язык Ада массовой аудитории.

Впрочем, почти 40 лет активного использования подтверждают, что пожалуй со своей главной задачей язык Ада справился — с его помощью всё ещё можно создавать надёжный код для систем с повышенными требованиями к безопасности. При этом, если вы посмотрите на современные тенденции, количество таких изделий неуклонно растёт: автомобили с автопилотом и гибридными двигателями, частные космические аппараты и малые летательные средства, скоростные поезда, а также огромное количество встраиваемых систем. Всё это потенциальное поле для деятельности языка Ада. Добавьте сюда тот факт, что стандарт был серьёзно переработан и модернизирован в 2012 году, инструменты для работы тоже выходят и обновляются.

Таким образом, язык Ада — это и фрагмент из не самого приятного прошлого, и один из инструментов для строительства яркого будущего. И он точно не собирается на пенсию.

Язык Ада более-менее всегда был на слуху. На школьной скамье мы посмеивались над его названием, в университетской программе он сухо упоминался в качестве языка, разработанным по требованию Министерства Обороны США, но непосредственно до изучения синтаксиса или применения дошли лишь редкие программисты. Отсюда сложилось ошибочное мнение, что язык Ада функционирует лишь на прошловековом оборудовании, и потребность в нем пропадет вместе с естественной модернизацией.

И это очень далеко от правды.

Появление

Синтаксис

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

Ада сегодня

Перспективы

Язык программирования Ада родился в середине 1970-х, когда министерство обороны США и министерство обороны Британии решили заменить сотни специализированных языков программирования для встроенных вычислительных систем, всё чаще использовавшихся в военных проектах. Язык Ада разрабатывали так, чтобы это был единственный язык, способный работать на всех этих встроенных системах, и при этом обеспечивавший надёжность и быстродействие уровнем не хуже специализированных.

После обновления от 1995 года язык приспособили для систем общего назначения, добавив объектно-ориентированное программирование, не теряя из вида ключевые ценности – надёжность, простоту поддержки и эффективность. Сегодня написанное на Ада ПО формирует основу не только военного оборудования, но и коммерческих проектов в сфере авионики и систем управления воздушным трафиком. Код на Ада управляет такими ракетами, как Ариан-4 и 5, многими спутниками, и бесчисленным количеством других систем, в которых небольшие сбои могут иметь серьёзные последствия.

Возможно, Ада подойдёт и для использования в вашем следующем встроенном проекте.

Планирование военного качества

Главными пунктами запросов были:

Гибкая схема работы общего назначения, адаптирующаяся к нуждам встроенных вычислительных приложений.
Надёжность. Язык должен способствовать проектированию и разработке надёжных программ.
Лёгкость поддержки. Код должен быть читаемым, а программные решения — ясными.
Лёгкость производства эффективного кода. Должна быть возможность легко определять неэффективные конструкции.
Отсутствие ненужной сложности. Семантическая структура должна быть последовательной, и минимизировать количество концепций.
Независимость от машины. Язык не должен быть привязан к каким-то деталям ОС или оборудования.
Полное определение. Все части языка должны быть полностью и недвусмысленно определены.

Группа заключила, что хотя среди существовавших на тот момент языков ни один не подходил для нужд минобороны, было вполне реально создать новый язык, подходящий под все указанные вопросы. Четырём проектировщикам получили это сделать. Промежуточный процесс выбора подобрал два наиболее подходящих метода работы, и в итоге лишь один язык победил в конкурсе и получил название "Ада".

Встроенная по умолчанию защита

Система типов в Аде не просто строгая – её иногда называют сверхстрогой, поскольку она не позволяет никакого неявного приведения типов. Возьмём, к примеру, этот отрывок кода на С:

Это допустимый код; он откомпилируется, запустится и выдаст очевидный результат, обозначающий ответ на главный вопрос жизни, вселенной и всего такого. В Аде так не получится:

Любой программист, вязнувший в болоте из смеси стандартных определений типов C, Linux и Win32, может оценить по достоинству отсутствие необходимости рыться в бесчисленных страницах документации и плохо отформатированного кода, чтобы понять в каком из typedef или макросе содержится реальное определение чего-то, что только что помешало компиляции или вылезло при отладке.

Ада добавляет дополнительные слои защиты в проверках на этапах компиляции и запуска. В Аде программист должен явно указывать закрывающие операторы для блоков и границы, в которые должно укладываться значение переменной. Ада не определяет стандартные типы вроде int или float, а требует, чтобы программист с самого начала создал типы с определённым диапазоном. Это верно и для строк – за исключением неограниченных строк, у всех строк длина фиксирована.

На этапе работы можно проверить ошибки типа неверного доступа к памяти, переполнения буфера, выхода за установленные пределы, ошибки ±1, доступа к массиву. Затем их можно безопасно обработать, вместо того, чтобы ронять всё приложение.

Ада реализует модель ссылочных типов вместо низкоуровневых указателей. Каждый ссылочный тип обрабатывается пулом памяти, либо заданным по умолчанию, либо определённым программистом при необходимости работы с более экзотическими реализациями памяти типа NUMA. Программисту никогда не приходится обращаться к памяти напрямую, он должен использовать обработчик пула памяти.

Наконец, компилятор или программа во время исполнения решает, как передавать данные в функцию или из неё. И хотя направление передачи каждого параметра указывать нужно (‘in‘, ‘out‘, или ‘in out‘), но итоговое решение о том, передаются ли данные через регистры, кучу или по ссылке, принимает компилятор или программа во время выполнения, но не программист. Это предотвращает проблемы с переполнением стека.

Ravenscar profile и диалект SPARK являются подмножествами Ады, причём последний концентрируется на контрактах. Со временем особенности этих подмножеств перенесли в спецификацию основного языка.

Программирование на языке Ада сегодня

ANSI установила спецификацию Ada 83 в 1983. Тогда только-только вышел Intel 80286, а процессору Motorola 68000 было всего четыре года. Это была заря домашних компьютеров, а также неуклюжий переход из 1970-х в 80-е, когда популярность микроконтроллеров начала расти. Представьте себе микроконтроллер Intel 8051 и его потрясающие 4 кБ EPROM и 128 Б оперативной памяти.

Популярные сегодня микроконтроллеры во много раз более мощные по сравнению с теми, что были в 1983. Можно взять любой ARM, AVR, RISC-V, и т.п. (или Lego Mindstorms NXT kit) и начать под него разработку при помощи одинаковых инструментальных средств на базе С. Неудивительно, что популярный компилятор GNAT Ada основан на GCC. Также в разработке в рамках проекта DragonEgg находятся инструментальные средства на базе LLVM.

Существуют две версии инструментальных средств Ады на основе GCC. Вариант AdaCore поддерживается коммерчески, однако имеет свои особенности. Вариант от Free Software Foundation, естественно, свободен, и по функциональности сравним с AdaCore.

Для лёгкого старта используйте либо GNAT Programming Studio IDE (GPS), идущее в комплекте с AdaCore (копия на Github), или пишите код в текстовом редакторе и компилируйте его вручную, или при помощи Makefiles. Инструментарий тут немного посложнее, чем у С или С++, однако разработку облегчает утилита gnatmake, включающая в себя все инструменты, и работающая примерно как GCC.

Пример небольшого, но нетривиального проекта на Аде, написанного вашей покорной слугой в виде парсера аргументов командной строки. Там вы найдёте Makefile, находящийся в папке проекта ada/, где определяются папки, в которых можно найти файлы спецификации пакетов (.ads) и сами пакеты (.adb).

Эти файлы примерно соответствуют файлам с заголовками и кодом от С и С++, однако имеют и важные отличия. В отличие от С, у Ады нет препроцессора, и она не объединяет код и заголовки для создания компилируемых файлов. Вместо этого идёт ссылка на название пакета, указанное в спецификации. Название файла .ads тоже не обязано совпадать с названием пакета. Это даёт большую гибкость и предотвращает распространённые в С проблемы с циклической зависимостью или необходимостью линковки заголовков в определённом порядке.

Куда двигаться далее

Скачав инструментарий GNAT, запустив GPS или Vim/Emacs, и некоторое время посмотрев на мигающий курсор на пустой странице, вы можете задуматься над тем, с чего начать. К счастью, мы недавно освещали проект на основе Ады с использованием ядра PicoRV32 RISC-V. Он использует распространённый ICE40LP8K CPLD, который поддерживают инструментарии FPGA с открытым кодом, например, Yosys.

В плане документации есть вводные статьи для начинающих, рассчитанные на разработчиков Java и С++, справочник по AdaCore, справочник на WikiBooks, и, конечно же, документация Programming in Ada 2012. Это, возможно, наиболее полные справочники, за исключением документации Ada 2012 Language Reference Manual (LRM) на 945 страниц.

Язык Ада, пусть и довольно редкий для любителей программирования, является полностью открытым языком с надёжными средствами разработки с коммерческой поддержкой, и используется для создания ПО для всего, от межконтинентальных баллистических ракет и F-15 до прошивок медицинских устройств. Хотя это довольно сложный язык, если выходить за базовые пределы, он должен определённо входить в список языков, которые вы когда-либо использовали в своих проектах – пусть даже и для того, чтобы ваше резюме выглядело покруче.

Читайте также: