Оз (язык программирования)

Оз
Парадигма	мультипарадигмальность : логическая , функциональная , императивная , объектно-ориентированная , ограниченная , распределенная , параллельная.
Разработано	Герт Смолка, его ученики
Разработчик	Консорциум Моцарта
Впервые появился	1991 год ; 33 года назад
Стабильная версия	Оз 1.4.0 (финальный), Моцарт 2.0.1 / 5 сентября 2018 г .; 5 лет назад
Дисциплина набора текста	динамичный
Лицензия	С X11
Веб-сайт	Моцарт .github .что
Основные реализации
	Система программирования Моцарта
Диалекты
	Оз, Моцарт
Под влиянием
	Эрланг , Лисп , Пролог
Под влиянием
	Алиса , Скала

Oz — это мультипарадигмальный язык программирования , разработанный в Лаборатории систем программирования Католического университета Лувена для обучения языкам программирования. Имеет канонический учебник: Concepts, Techniques and Models of Computer Programming .

Впервые Oz был разработан Гертом Смолкой и его учениками в 1991 году. В 1996 году разработка Oz продолжилась в сотрудничестве с исследовательской группой Сейфа Хариди и Питера Ван Роя в Шведском институте компьютерных наук . С 1999 года Oz постоянно разрабатывается международной группой Mozart Consortium, которая первоначально состояла из Саарского университета , Шведского института компьютерных наук и Католического университета Лувена . В 2005 году ответственность за управление разработкой Mozart была передана основной группе, Mozart Board, с явной целью открыть разработку Mozart для более широкого сообщества.

Система программирования Моцарта является основной реализацией Оз. Он выпущен под лицензией с открытым исходным кодом Консорциумом Моцарта. Моцарт был портирован на Unix , FreeBSD , Linux , Windows и macOS .

Особенности языка

Оз ^[2] содержит большинство концепций основных парадигм программирования , включая логическое, функциональное (как ленивое, так и активное вычисление ), императивное, объектно-ориентированное, ограничивающее, распределенное и параллельное программирование. Oz имеет как простую формальную семантику (см. главу 13 упомянутой ниже книги), так и эффективную реализацию. ^{[ нужна ссылка ]} Oz — язык, ориентированный на параллелизм , поскольку этот термин был введен Джо Армстронгом, главным разработчиком языка Erlang . Язык, ориентированный на параллелизм, делает параллелизм простым в использовании и эффективным. Oz поддерживает канонический язык графического пользовательского интерфейса (GUI) QTk. ^[3]

Помимо мультипарадигмального программирования, основными сильными сторонами Oz являются программирование в ограничениях и распределенное программирование . Благодаря факторизованному дизайну Oz может успешно реализовать прозрачную для сети модель распределенного программирования. Эта модель позволяет легко программировать открытые отказоустойчивые приложения на языке. Для программирования в ограничениях Оз вводит идею вычислительных пространств , которые позволяют определять определяемые пользователем стратегии поиска и распределения, ортогональные области ограничений.

Обзор языка

Структуры данных

Oz основан на базовом языке с очень небольшим количеством типов данных, которые можно расширить до более практичных с помощью синтаксического сахара .

Основные структуры данных:

Числа: с плавающей запятой или целое число (действительное целое число)
Записи: для группировки данных: circle(x:0 y:1 radius:3 color:blue style:dots). Здесь термины x, y, радиус и т. д. называются объектами, а данные, связанные с объектами (в данном случае 0,1,3 и т. д.), являются значениями.
Кортежи: записи с целочисленными функциями в порядке возрастания: circle(1:0 2:1 3:3 4:blue 5:dots) .
Списки: простая линейная структура

'|'  (  2   '|'  (  4   '|'  (  6   '|'  (  8   ноль  ))))   % в качестве записи.  2  |(  4  |(  6  |(  8  |  ноль  )))   % с синтаксическим сахаром  2  |  4  |  6  |  8  |  ноль   % больше синтаксического сахара  [  2   4   6   8  ]   % еще больше синтаксического сахара

Эти структуры данных представляют собой значения (постоянные), первого класса и динамически проверяемые типы . Имена переменных в Oz начинаются с заглавной буквы, чтобы отличать их от литералов. ^[4] которые всегда начинаются со строчной буквы.

Функции

Функции ^[5] являются значениями первого класса, позволяющими функциональное программирование более высокого порядка:

fun   {  Факт   N  }     если   N   =<   0   , то   1   else   N  *  {  Факт   N  -  1  }   end  end

fun   {  Comb   N   K  }     {  Fact   N  }   div   ({  Fact   K  }   *   {  Fact   N  -  K  })   % целых чисел не может переполниться в Оз (если не осталось памяти)  end  fun   {  SumList   List  }     case   Список   нулей   ,   затем   0     []   Ч  |  T   then   H  +  {  SumList   T  }   % сопоставление с шаблоном в     списка  конце

Функции могут использоваться как со свободными, так и со связанными переменными. Значения свободных переменных находятся с использованием статической лексической области видимости . ^[6]

Программирование высшего порядка

Функции похожи на другие объекты страны Оз. Функция может быть передана как атрибут другим функциям или возвращена в функции.

fun   {  Square   N  }    % Общая функция     N  *  N  end  fun   {  Map   F   Xs  }    % F здесь является функцией -     случай   программирования Xs        более высокого порядка :   nil   then   nil        []   X  |  Xr   then   {  F   X  }|{  Map   F   Xr  }     end  end  %usage  {  Browse   {  Map   Square   [  1   2   3  ]}}    %browses [1 4 9]

Анонимные функции

Как и многие другие функциональные языки, Oz поддерживает использование анонимных функций (т. е. функций, не имеющих имени) при программировании более высокого порядка. Для их обозначения используется символ $.

Далее функция Square определяется и передается анонимно, что приводит к [1 4 9] для просмотра.

{  Обзор   {  Карта   развлечений   {  $  N  }   N  *  N   end   [  1   2   3  ]}}

Поскольку анонимные функции не имеют имен, невозможно определить рекурсивные анонимные функции.

Процедуры

Предполагается, что функции в Oz возвращают значение в последнем операторе, встретившемся в теле функции во время ее выполнения. В приведенном ниже примере функция Ret возвращает 5, если X > 0, и -5 в противном случае.

объявить  fun   {  Ret   X  },     если   X   >   0   , то   5   else   ~  5   end  end

Но Oz также предоставляет возможность на случай, если функция не должна возвращать значения. Такие функции называются процедурами. ^[7] Процедуры определяются с использованием конструкции «proc» следующим образом:

объявить  proc   {  Ret   X  }     if   X   >   0   then   {  Browse   5  }   else   {  Browse   ~  5  }   end  end

Приведенный выше пример не возвращает никакого значения, он просто печатает 5 или -5 в браузере Oz в зависимости от знака X.

Переменные потока данных и декларативный параллелизм

Когда программа встречает несвязанную переменную, она ожидает значения. Например, ниже поток будет ждать, пока X и Y не будут привязаны к значению, прежде чем показывать значение Z.

нить      Z   =   X  +  Y     {  Обзор   Z  }  конец  нити   X   =   40   конец  нити   Y   =   2   конец

Значение переменной потока данных не может быть изменено после ее привязки:

X   =   1  X   =   2 %   ошибка

Переменные потока данных упрощают создание агентов одновременного потока:

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   в     потоке   X   =   {  Ints   0   1000  }   end     thread   Y   =   {  Sum   0   X  }   end     {  Browse   Y  }  end

Благодаря тому, как работают переменные потока данных, можно размещать потоки в любом месте программы и гарантировать, что результат будет одинаковым. Это делает параллельное программирование очень простым. Потоки очень дешевы: одновременно можно запустить 100 000 потоков. ^[8]

Пример: сито пробного деления

В этом примере поток простых чисел вычисляется с использованием алгоритма пробного деления путем рекурсивного создания параллельных агентов потока, которые отфильтровывают непростые числа:

fun   {  Сито   Xs  }     случай   Xs   nil   nil   then   |     ]   X  [  Xr   , затем   Ys   в        потоке   Ys   =   {  Filter   Xr   fun   {  $  Y  }   Y   mod   X   \  =   0   end  }   end        X  | {  Sieve   Ys  }     end  end

Лень

использует нетерпеливую оценку Оз по умолчанию , но ленивую оценку. ^[9] возможно. Ниже этот факт вычисляется только тогда, когда значение X необходимо для вычисления значения Y.

fun   lazy   {  Факт   N  }     if   N   =<   0   then   1   else   N  *  {  Факт   N  -  1  }   end  end  local   X   Y   in    X   =   {  Fact   100  }     Y   =   X   +   1  end

Ленивые вычисления дают возможность хранить в Oz поистине бесконечные структуры данных. Силу ленивых вычислений можно увидеть из следующего примера кода:

объявить  fun   lazy   {  Merge   Xs   Ys  }     case   Xs  #  Ys     of   (  X  |  Xr  )  #  (  Y  |  Yr  )   then        if   X   <   Y   then   X  | {  Merge   Xr   Ys  }        else if   X  >  Y   then   Y  | {  Merge   Xs   Yr  }        else   X  |{  Объединить   Xr   Yr  }        end     end  end  fun   lazy   {  Times   N   Xs  }     case   Xs     of   nil   then   nil     []   X  |  Xr   , затем   N  *  X  |{  Times   N   Xr  }     end  end  объявляем   H  H   =   1   |   {  Объединить   {  Times   2   H  }   {  Объединить   {  Times   3   H  }   {  Times   5   H  }}}  {  Обзор   {  Список  .  возьми   H   6  }}

Приведенный выше код элегантно вычисляет все обычные числа. ^[10] в бесконечном списке. Фактические цифры рассчитываются только тогда, когда они необходимы.

Параллельная передача сообщений

Декларативная параллельная модель может быть расширена за счет передачи сообщений посредством простой семантики:

объявить  локальный   потока   порт   в     Port   =   {  NewPort   Stream  }     {  отправки   Порт   1  }   % Поток теперь равен 1|_ ('_' указывает на несвязанную и безымянную переменную)     {  отправки   Порт   2  }   % Поток теперь равен 1|2|_     .. .     {  отправки   Порт   n  }   % Поток теперь равен 1|2| .. |n|_  конец

С помощью порта и потока можно определить асинхронные агенты:

fun   {  NewAgent   Init   Fun  }     Сообщение   потоке   в       {  FoldL   Msg   Fun   Init   Out  }   end     {  NewPort   Msg  }  end

Состояние и объекты

Декларативная модель снова может быть расширена для поддержки состояния и объектно-ориентированного программирования с очень простой семантикой. Чтобы создать новую изменяемую структуру данных под названием Cells:

local   A   X   in     A   =   {  NewCell   0  }     A   :  =   1    % изменяет значение A на 1     X   =   @  A    % @ используется для доступа к значению A  end

С помощью этих простых семантических изменений можно поддерживать всю объектно-ориентированную парадигму. С небольшим синтаксическим сахаром ООП становится хорошо интегрированным в Оз.

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   просмотр  }  конец

Скорость выполнения

Скорость выполнения программы, созданной компилятором Моцарта (версия 1.4.0, реализующая Oz 3), очень низкая. В наборе тестов 2012 года он в среднем был примерно в 50 раз медленнее, чем у GNU Compiler Collection (GCC) для языка C. ^[11]

См. также

Алиса (язык программирования) — язык параллельных функциональных ограничений от Саарского университета.
Программирование потоков данных
Функционально-логические языки программирования
- Карри (язык программирования)
- Меркурий (язык программирования)
- Visual Prolog — объектно-ориентированный функциональный логический язык.

Ссылки

Питер Ван Рой и Сейф Хариди (2004). Концепции, методы и модели компьютерного программирования . МТИ Пресс. В Интернете есть вспомогательные материалы для этой книги. В книге, представляющей собой введение в принципы языков программирования, в качестве предпочтительной идиомы для примеров используется Оз.

^ «Информация о лицензии Моцарта Оз» . 16 января 2014 года . Проверено 16 января 2014 г.
^ Герт Смолка (1995). «Модель программирования из страны Оз» (PDF) . Информатика сегодня . Конспекты лекций по информатике. Том. 1000. С. 324–343. дои : 10.1007/BFb0015252 . ISBN 978-3-540-60105-0 .
^ «QTk» . Архивировано из оригинала 20 мая 2013 года . Проверено 6 апреля 2009 г.
^ «3 основы» .
^ Лейф Грёнквист. «Функции высшего порядка». Продвинутое функциональное программирование в стране Оз . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 3 ноября 2014 г.
^ Роберт Джентльмен; Росс Ихака (сентябрь 2000 г.). «Лексическая область действия в статистических вычислениях» (PDF) . Журнал вычислительной и графической статистики . 9 (3, Системы и языки): 491–508. дои : 10.1080/10618600.2000.10474895 .
^ «5 основных структур управления» .
^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 года . Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Пол Худак (1989). «Концепция, эволюция и применение языков функционального программирования». Обзоры вычислительной техники ACM . 21 (3): 359–411. дои : 10.1145/72551.72554 . S2CID 207637854 .
^ Рао, AC и Варада Раджу, D (1991). «Применение метода чисел Хэмминга для обнаружения изоморфизма кинематических цепей и инверсий». Теория механизма и машин . 26 (1): 55–75. дои : 10.1016/0094-114x(91)90022-v .
^ Игра с тестами компьютерного языка

Внешние ссылки

Официальный сайт
Учебник страны Оз
Исследование языка программирования в UCL : одна из основных разработчиков Mozart/Oz, эта группа проводит исследования, используя Mozart/Oz в качестве средства.
Мультипарадигмальное программирование в Mozart/Oz: Материалы MOZ 2004 : Конференция, на которой дается обзор работы, выполняемой с Mozart/Oz.
Программирование в стране Оз
Основы страны Оз

[1] «Информация о лицензии Моцарта Оз» . 16 января 2014 года . Проверено 16 января 2014 г.

[Oz_programming_model-2] Герт Смолка (1995). «Модель программирования из страны Оз» (PDF) . Информатика сегодня . Конспекты лекций по информатике. Том. 1000. С. 324–343. дои : 10.1007/BFb0015252 . ISBN 978-3-540-60105-0 .

[3] «QTk» . Архивировано из оригинала 20 мая 2013 года . Проверено 6 апреля 2009 г.

[4] «3 основы» .

[Advanced_Functional_Programming_in_Oz-5] Лейф Грёнквист. «Функции высшего порядка». Продвинутое функциональное программирование в стране Оз . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 3 ноября 2014 г.

[Scoping-6] Роберт Джентльмен; Росс Ихака (сентябрь 2000 г.). «Лексическая область действия в статистических вычислениях» (PDF) . Журнал вычислительной и графической статистики . 9 (3, Системы и языки): 491–508. дои : 10.1080/10618600.2000.10474895 .

[7] «5 основных структур управления» .

[8] «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 года . Проверено 29 ноября 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[Lazy_Programming-9] Пол Худак (1989). «Концепция, эволюция и применение языков функционального программирования». Обзоры вычислительной техники ACM . 21 (3): 359–411. дои : 10.1145/72551.72554 . S2CID 207637854 .

[Hamming_Numbers-10] Рао, AC и Варада Раджу, D (1991). «Применение метода чисел Хэмминга для обнаружения изоморфизма кинематических цепей и инверсий». Теория механизма и машин . 26 (1): 55–75. дои : 10.1016/0094-114x(91)90022-v .

[11] Игра с тестами компьютерного языка

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]