Хьюм (язык программирования)

Хьюм

Парадигма	Функциональный
Семья	Хаскелл
Разработано	Грег Майклсон Эндрю Айрленд Энди Уоллес
Разработчики	Университет Сент-Эндрюс Университет Хериот-Ватт
Впервые появился	2000 ( 2000 )
Стабильная версия	0,8 / 25 апреля 2008 г ( 25 апреля 2008 )
Дисциплина набора текста	Предполагаемый , статичный , сильный
Платформа	ИА-32 , PowerPC
ТЫ	macOS , Red Hat Linux
Под влиянием
Хаскелл

Статуя Хьюма в Эдинбурге

Hume — это функционально-ориентированный язык программирования, разработанный в Университете Сент-Эндрюс и Университете Хериот-Ватт в Шотландии с 2000 года. Название языка является одновременно аббревиатурой, означающей «Единая мета-среда высшего порядка», и почетным знаком 18-го века. философ века Дэвид Юм . Он нацелен на вычислений в реальном времени встроенные системы , стремясь создать дизайн, который является одновременно очень абстрактным, но при этом позволяет точно определить временные и пространственные затраты на выполнение. Это позволяет гарантировать ограниченность требований по времени и пространству при выполнении программ.

Юм сочетает идеи функционального программирования с идеями конечных автоматов . Автоматы используются для структурирования взаимодействующих программ в серию «блоков», где каждый блок сопоставляет входные данные с выходными способом чисто функциональным , используя сопоставление с образцом высокого уровня. Он структурирован как ряд уровней, каждый из которых раскрывает различные свойства машины.

Модель дизайна

Дизайн языка Хьюма пытается сохранить основные свойства и функции, необходимые для области встроенных систем (особенно для прозрачной оценки затрат времени и пространства), в то же время включая как можно более высокий уровень абстракции программы. Он нацелен на приложения, начиная от простых микроконтроллеров и заканчивая сложными системами реального времени, такими как смартфоны . Эта амбициозная цель требует включения как понятий низкого уровня, таких как обработка прерываний , так и понятий высокого уровня, связанных с абстракцией структур данных и т. д. Такие системы программируются по-разному, но дизайн языка должен учитывать такие различные требования.

Язык Хьюма представляет собой трехуровневый язык: внешний (статический) уровень объявления/ метапрограммирования , промежуточный координационный уровень, описывающий статическое расположение динамических процессов и связанных с ними устройств, и внутренний уровень, описывающий каждый процесс как (динамическое) отображение шаблонов в выражения. Внутренний слой не имеет состояния и чисто функционален.

Вместо того, чтобы пытаться применить моделирование затрат и технологию доказательства корректности к существующей языковой структуре напрямую или путем изменения более общего языка (как, например, в RTSJ ), подход, принятый разработчиками Юма, заключается в том, чтобы спроектировать Юма таким образом, чтобы формальный модели и доказательства определенно могут быть построены. Хьюм структурирован как серия перекрывающихся языковых уровней, где каждый уровень добавляет выразительности к семантике выражений, но либо теряет некоторые желательные свойства, либо увеличивает техническую сложность обеспечения формальных моделей правильности/стоимости.

Характеристики

Версии интерпретатора и компилятора немного отличаются.

• интерпретатор (доказательство концепции) допускает тайм-аут и пользовательские исключения.
• компилятор допускает ограничение стоимости кучи и стека, но исключения печатают только имя исключения.

Система координации подключает блоки в стиле программирования потоков данных .

Язык выражений похож на Haskell .

Система параллельной передачи сообщений запоминает или JoCaml шаблоны соединения аккорды C Sharp Polyphonic , но при этом все каналы асинхронны.

Имеется встроенный планировщик, который постоянно проверяет соответствие шаблону во всех ящиках по очереди, приостанавливая те ящики, которые не могут копировать выходные данные в занятые места назначения ввода.

Примеры

Торговый автомат

data Coins = Nickel | Dime | Fake;
data Drinks = Coffee | Tea;
data Buttons = BCoffee | BTea | BCancel;

type Int = int 32 ;

exception EFakeCoin :: (Int, string) ;

show v = v as string ;
 
box coffee
in ( coin :: Coins, button :: Buttons, value :: Int ) -- input channels
out ( drink_outp :: string, value’ :: Int
    , refund_outp :: string, display :: string)  -- named outputs

within 500KB (400B) -- max heap ( max stack) cost bounding
handles EFakeCoin, TimeOut, HeapOverflow, StackOverflow

match
-- * wildcards for unfilled outputs, and unconsumed inputs
  ( my_coin, *, v)  {- ''join-pattern'' equivalent: coin(my_coin) & value(v) -} 
                -> let v’ = incrementCredit my_coin v
                   in ( *, v’, *, show v’)
 
           -- time bounding (''within x time-unit'') raises TimeOut ()
| ( *, BCoffee, v) {- ''join-pattern'' equivalent: button(BCoffee) & value(v) -}
                   -> (vend Coffee 10 v) within 30s 
| ( *, BTea, v)    -> (vend Tea 5 v) within 30s
| ( *, BCancel, v) -> let refund u = "Refund " ++ show u ++ "\n"
                      in ( *, 0, refund v, *)

handle
   EFakeCoin (v, msg) -> ( *, v , *, msg)
|  TimeOut () -> (*, *, *, "maybe content exhausted, call service!")
|  HeapOverflow () -> (*, *, *, "error: heap limit exceeded")
|  StackOverflow () -> (*, *, *, "error: stack limit exceeded") 
;

incrementCredit coin v = 
    case coin of
      Nickel -> v + 5
      Dime -> v + 10
      Fake -> raise EFakeCoin (v, "coin rejected")
    ; 
 
vend drink cost v = 
    if v >= cost
       then ( serve drink, v - cost, *, "your drink") 
       else ( *, v, *, "money is short of " ++ show (cost - v))
    ;
 
serve drink = case drink of
               Coffee -> "Coffee\n"
               Tea -> "Tea\n"
    ;
 
box control
in (c :: char)
out (coin :: Coins, button:: Buttons)
match
 'n' -> (Nickel, *)
 | 'd' -> (Dime, *)
 | 'f' -> (Fake, *)
 | 'c' -> (*, BCoffee)
 | 't' -> (*, BTea)
 | 'x' -> (*, BCancel)
 | _ -> (*, *)
;
 
stream console_outp to "std_out" ;
stream console_inp from "std_in" ;

-- dataflow
 
wire coffee
    -- inputs (channel origins)
    (control.coin, control.button, coffee.value’ initially 0)  -- 
    -- outputs destinations
    (console_outp, coffee.value, console_outp, console_outp) 
;
 
wire control
    (console_inp)
    (coffee.coin, coffee.button)
;

Дальнейшее чтение

• Патай, Гергели; Ханак, Питер (2007). «Встроенное функциональное программирование в Hume» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 декабря 2016 года.

Внешние ссылки

• Веб-сайт языка программирования Хьюма
• Проект Хьюма в Университете Хериот-Ватт
• Проект EmBounded сертифицирует код, ограниченный ресурсами, в Hume.
• Хьюм и многоядерность