Oz (язык программирования)

Oz — учебный язык программирования высокого уровня, в котором совмещены функциональная, процедурная, декларативная семантики.

История разработки[править | править код]

Разработку языка программирования Oz начал в 1991 году профессор Gert Smolka со своими студентами из лаборатории систем программирования Лувенского католического университета в Бельгии. В 1996 году к процессу разработки подключились Seif Haridi и Peter Van Roy из Шведского института информатики (Swedish Institute of Computer Science), которые использовали этот язык в своём классическом учебнике Concepts, Techniques, and Models of Computer Programming^[1]. С 1999 до 2005 года язык развивался под руководством международной научно-исследовательской группы (Mozart Consortium), состоящей из трёх университетов: Саарский университет, Шведский институт информатики (Swedish Institute of Computer Science) и Лувенский католический университет.

Высококачественная открытая реализация языка Oz — Mozart включает IDE на основе расширения редактора Emacs, компилятор, отладчик, профайлер и другие утилиты.

Управление разработкой системы программирования Mozart в 2005 году было передано группе разработчиков (Mozart Board) с целью привлечения более широкого круга исследователей. Эта система выпущена группой Mozart Consortium под свободной лицензией и впоследствии перенесена (портирована) на большинство популярных операционных систем, в том числе Unix, FreeBSD, Linux, Microsoft Windows и Mac OS X.

Особенности языка[править | править код]

Язык программирования Oz включает в себя большинство концепций популярных парадигм программирования, в том числе логического, функционального (причём как «ленивые», так и «энергичные» вычисления), императивного, объектно-ориентированного, программирования с ограничениями, распределённого и параллельного программирования. С одной стороны, Oz обладает простой формальной семантикой, а с другой — для него создана эффективная программная реализация.

К основным преимуществам этого языка относится поддержка мультипарадигменного программирования, программирования в ограничениях, а также распределённое программирование. Так, на уровне языковых конструкций поддерживается простое и естественное распараллеливание и распределение вычислений по сети, что позволяет легко создавать отказоустойчивые приложения. Для реализации программирования в ограничениях в языке Oz вводится концепция вычислительных пространств (computation spaces), в которой происходит поиск решения. Это позволяет решать задачи математического программирования, и, в частности, задачи дискретной оптимизации.

Обзор языка[править | править код]

Структуры данных[править | править код]

Ядро языка образовано несколькими основными структурами данных, но может быть расширено с помощью так называемого синтаксического сахара.

Основные структуры данных:

• Числа (целые или с плавающей запятой)
• Записи (для группировки элементов данных): circle(x:0 y:1 radius:3 color:blue style:dots)
• Списки (простые линейные структуры):

'|'(2 '|'(4 '|'(6 '|'(8 nil)))) 2|(4|(6|(8|nil))) % синтаксический сахар 2|4|6|8|nil % ещё более краткая запись [2 4 6 8] % эффективное применение синтаксического сахара для реализации лаконичного синтаксиса 

Эти значения являются константными сущностями первого рода (first class), типизация при этом динамическая.

Функции[править | править код]

Функции являются сущностями первого рода, что позволяет применять парадигму функционального программирования:

fun {Fact N} % факториал    if N =< 0 then 1 else N*{Fact N-1} end end  fun {Comb N K} % количество сочетаний    {Fact N} div ({Fact K} * {Fact N-K}) % целые числа могут иметь сколь угодно большое значение end  fun {SumList List} % сумма элементов списка    case List of nil then 0    [] H|T then H+{SumList T} % сопоставление с образцом для списка    end end 

Потоковые переменные и декларативный параллелизм[править | править код]

Если программа обнаруживает несвязанную переменную, она ожидает до тех пор, пока переменной будет присвоено значение:

thread     Z = X+Y     % ожидает до тех пор, пока переменные X и Y не получат значения    {Browse Z}  % отображает значение Z end thread X = 40 end thread Y = 2 end 

Изменить значение потоковой переменной, с которой связано значение, невозможно:

X = 1 X = 2% error 

Потоковые переменные позволяет легко создавать агентов, которые выполняются в параллельных потоках:

fun {Ints N Max}    if N == Max then nil    else        {Delay 1000}       N|{Ints N+1 Max}    end end  fun {Sum S Stream}    case Stream of nil then S    [] H|T then S|{Sum H+S T} end end  local X Y in    thread X = {Ints 0 1000} end    thread Y = {Sum 0 X} end    {Browse Y} end 

Благодаря тому, как работают потоковые переменные, в любом месте программы можно использовать потоки вычисления, которые гарантированно вернут один и тот же результат, что делает параллельное программирование простым. Вместе с тем потоки расходуют очень мало системных ресурсов: как и в Эрланге, одновременно можно запустить 100 000 потоков^[2].

Примеры программ на языке Oz[править | править код]

Решето Эратосфена[править | править код]

В данном примере вычисляется поток простых чисел с использованием алгоритма решето Эратосфена. Для этого рекурсивно создаются параллельные потоки, которые отсеивают составные числа:

fun {Sieve Xs}    case Xs of nil then nil    [] X|Xr then Ys in       thread Ys = {Filter Xr fun {$ Y} Y mod X \= 0 end} end       X|{Sieve Ys}    end end 

Ленивые вычисления[править | править код]

По умолчанию, Oz использует модель энергичных вычислений, но также поддерживает и так называемые ленивые вычисления:

fun lazy {Fact N}    if N =< 0 then 1 else N*{Fact N-1} end end local X Y in   X = {Fact 100}    Y = X + 1 % поскольку требуется значение X, оно вычисляется именно в этот момент end 

Передача сообщений[править | править код]

Модель декларативного параллелизма может быть расширена с использованием механизма передачи сообщений:

declare local Stream Port in    Port = {NewPort Stream}    {Send Port 1} % Stream is now 1|_ ('_' indicates an unbound and unnamed variable)    {Send Port 2} % Stream is now 1|2|_     ...    {Send Port n} % Stream is now 1|2| .. |n|_ end  

Создание асинхронных агентов реализуется с помощью потоков и портов:

fun {NewAgent Init Fun}    Msg Out in    thread {FoldL Msg Fun Init Out} end    {NewPort Msg} end 

Состояния и объекты[править | править код]

Модель декларативного параллелизма может быть расширена с целью поддержки концепции состояния и объектно-ориентированного программирования; для этого необходимо создать структуру данных Cells, значение которой может быть изменено:

local A X in    A = {NewCell 0}    A := 1% changes the value of A to 1    X = @A  % @ is used to access the value of A end 

Благодаря такому незначительному расширению семантики можно использовать всю мощь объектно-ориентированного программирования:

class Counter    attr val    meth init(Value)       val:=Value    end    meth browse       {Browse @val}    end    meth inc(Value)       val :=@val+Value    end end  local C in    C = {New Counter init(0)}    {C inc(6)}    {C browse} end 

Пример программы на языке Oz, решающей ребус[править | править код]

Условие:

 ФУТ +БОЛ  --- ИГРА Где И=0 и все различные буквы означают различные цифры. 

Решение:

local Fut Res in proc {Fut C}   F#U#T#B#O#L#G#R#A = C  in   C ::: 0#9   {FD.distinct C}   F \=: 0   B \=: 0   100 * F + 10* U + T + 100*B + 10*O + L =: 100*G + 10*R + A   {FD.distribute ff C}  end  {SearchAll Fut Res}  {Browse Res}  end  

покажет все решения данного ребуса в виде таблицы.

См. также[править | править код]

• Alice (язык программирования)
• Mozart

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

• The Mozart Programming System
• Strasheela — «Электронный композитор», написанный на Oz / Mozart
• Tutorial of Oz (Учебник языка Oz)