Просмотр кода страницы Модула-2

{{Карточка языка программирования
| name                   = Modula-2 
| logo                   = 
| paradigm               = [[Императивное программирование|императивный]], [[Структурное программирование|структурированный]], [[Модульность (программирование)|модульный]], data and method hiding 
| year                   = 1978 
| designer               = [[Вирт, Никлаус|Никлаус Вирт]]
| developer              = 
| latest release version = 
| latest release date    = 
| typing                 = [[статическая типизация|статическая]], [[сильная типизация|сильная]]
| dialects               = PIM2, PIM3, PIM4, ISO 
| implementations        = [http://www.sysecol.ethz.ch/RAMSES/MacMETH.html ETH Zurich] (создан [[Вирт, Никлаус|Никлаусом Виртом]]), [http://www.plas.fit.qut.edu.au/gpm/Default.aspx Gardens Point], [http://www.awiedemann.de/compiler/ p1], 
[http://www.excelsior-usa.com/xdsx86.html Native XDS-x86], [http://www.nongnu.org/gm2/index.html gm2] (GNU Modula-2)
| influenced_by          = [[Pascal]], [[Mesa (язык программирования)|Mesa]], [[ALGOL]], [[Simula|Simula-67]]
| influenced             = [[Modula-3]], [[Оберон (язык программирования)|Oberon]], [[Ада (язык программирования)|Ada]], [[Fortran|Fortran 90]], [[Lua]], [[Zonnon]], [[Modula-GM]]
| operating_system       =
| license                =
| website                =
}}
'''Мо́дула-2''' (Modula-2) — [[язык программирования]] общего назначения, являющийся развитием [[Паскаль (язык программирования)|Паскаля]], разработанный [[Вирт, Никлаус|Никлаусом Виртом]] в [[1978 год]]у.

== Цели и принципы разработки языка ==
Язык Модула-2 был разработан Никлаусом Виртом для создания системного программного обеспечения {{нп3|Lilith (ЭВМ)|ЭВМ Lilith||Lilith (computer)}}, разработка которой началась в 1977 году в [[Швейцарская высшая техническая школа Цюриха|Институте информатики Цюриха]]. Этим определяются многие его особенности. Язык изначально проектировался как средство промышленного системного программирования, позволяющее писать надёжные, понятные, удобные в сопровождении программы. При этом язык должен был, оставаясь [[Высокоуровневый язык программирования|языком высокого уровня]] со [[Строгая типизация|строгой типизацией]] и поддержкой всех средств надёжного программирования, давать возможность обращаться непосредственно к аппаратуре, создавать специфические [[Системное программное обеспечение|системные программы]], такие как [[Обработчик прерывания|обработчики прерываний]] и [[драйвер]]ы устройств, поддерживать программирование [[Параллельные вычисления|параллельно исполняющихся взаимодействующих процессов]].

Непосредственным предком Модулы-2 был язык [[Модула (язык программирования)|Модула]], созданный Виртом в первой половине 1970-х на основе [[Паскаль (язык программирования)|Паскаля]]. Основным дополнением, отразившимся и в названии языка, была возможность разбиения программы на модули — отдельные фрагменты кода, взаимодействующие через явно описанные интерфейсы. Также был переработан синтаксис и добавлены средства параллельного программирования. Единственная экспериментальная реализация Модулы появилась в [[1975 год]]у. Модулу можно рассматривать как первоначальный вариант, своего рода «альфа-версию» Модулы-2, синтаксически эти два языка очень близки. Кроме того, по словам Вирта, на Модулу-2 оказал влияние язык {{нп3|Mesa (язык программирования)|Mesa||Mesa (programming language)}}, разработанный в [[Xerox PARC]].

== Общая характеристика ==
Язык Модула-2 — [[Структурное программирование|структурный]], [[Модуль (программирование)|модульный язык программирования]], с синтаксисом, основанным на языке Паскаль, но заметно переработанным и улучшенным. Его основные характерные особенности приведены ниже.
* Программа представляет собой набор [[модуль (программирование)|модулей]] — самостоятельных единиц компиляции, которые могут компилироваться раздельно. При этом программный модуль может (но не обязан) быть разделён на две части: модуль определений и модуль реализации. Модуль определений — это внешний интерфейс модуля, то есть набор экспортируемых им имён констант, переменных, типов, заголовков процедур и функций, которые доступны внешним модулям. Модуль реализации содержит программный код, в частности, конкретизацию описаний всего, что перечислено в модуле определений. Например, некоторый тип «запись» может быть объявлен в модуле определений с указанием лишь его имени, а в модуле реализации — с полной структурой. В этом случае внешние модули могут создавать значения данного типа, вызывать процедуры и функции, работающие с ним, выполнять присваивание переменных, но не имеют прямого доступа к структуре значений, поскольку эта структура не описана в модуле определений. Если для этого же типа описать в модуле определений структуру, то она станет доступна. Помимо модулей глобального уровня в Модуле-2 допускается создавать локальные модули.
* Импорт определений, описанных в прочих модулях, полностью контролируется. Можно импортировать модули определений целиком, но синтаксис позволяет существенно уточнять списки импорта, например, импортировать из модуля конкретные константы, переменные, процедуры и функции, только те, которые необходимы.
* Все средства ввода-вывода исключены из языка. Вместо них используются библиотечные модули, на которые возложена задача реализации ввода-вывода на конкретных системах. Однако имеется набор стандартизованных библиотек ввода-вывода, предоставляющих необходимые функции для типичных случаев (ввод-вывод основных типов данных с использованием текстового терминала, файловый ввод-вывод).
* В язык введён минимум понятий и примитивов для [[Многопоточность|многопоточного программирования]], добавлена также [[стандартная библиотека]], поддерживающая [[Параллельное программирование|параллельные программы]].
* Включены средства прямого доступа к аппаратуре компьютера, в частности, реализовано прямое отображение структур данных на память, в том числе с прямым заданием адреса.

Язык прост по структуре — в нём имеется только 40 [[Зарезервированное слово|зарезервированных слов]] (для сравнения, в [[Ада (язык программирования)|Аде]] их 63); официальное «Сообщение о языке», содержащее исчерпывающее описание Модулы-2, занимает 40 страниц (полное описание ''сокращённого'' варианта [[ПЛ/1]] занимает около 200 страниц).

== Особенности синтаксиса ==
Описать особенности Модулы-2 проще всего путём сравнения с языком Паскаль. Наиболее важные отличия, помимо введения модулей и механизмов управляемого экспорта описаний, состоят в нижеследующем.
* Язык регистро-зависимый — прописные и строчные буквы в идентификаторах различаются. Все ключевые слова пишутся в верхнем регистре.
* Синтаксис сделан более регулярным и упрощён. Все синтаксические конструкции, кроме цикла REPEAT-UNTIL, следуют принципу: конструкция, начинающаяся с ключевого слова, заканчивается ключевым словом. В частности, условный оператор имеет общий вид

<source lang="modula3">IF Условие THEN
  Операторы
ELSIF Условие THEN
  Операторы
ELSIF Условие THEN
  Операторы
...
ELSE
  Операторы
END
</source>

Благодаря этому исчезла необходимость постоянного использования составных операторов <code>BEGIN-END</code> и «лестниц» операторов IF при многоступенчатой проверке условий.
* Циклы <code>WHILE</code> и <code>FOR</code> также предусматривают тело из набора операторов и заканчиваются зарезервированным словом <code>END</code>.
* Добавлен [[безусловный цикл]] <code>LOOP-END</code>.
* И [[Процедура (программирование)|процедуры]], и [[Функция (программирование)|функции]] объявляются с ключевым словом <code>PROCEDURE</code>.
* Добавлен предопределённый тип BITSET — [[битовое поле]].
* Из языка исключён оператор безусловного перехода [[GOTO]].
* Добавлен процедурный тип, дающий возможность присваивать процедуры и функции переменным. Позже эта возможность была включена и в Паскаль, где она изначально отсутствовала.

== Диалекты ==
Существует два основных диалекта Модулы-2. Первый — '''PIM''' (по названию книги Никлауса Вирта «Programming in Modula-2», где было дано развёрнутое описание языка и основных системных библиотек), существует в трёх основных вариантах, появлявшихся последовательно и минимально отличающихся друг от друга. Второй основной диалект — '''ISO''', стандартизованный Международной организацией по стандартизации. Основные отличия диалектов от первоначального описания языка перечислены далее.

* '''PIM2''' (1983)
** Требует обязательного использования директивы '''EXPORT''' в модуле определений.
** Функция '''SIZE''' является библиотечной и должна импортироваться из модуля '''SYSTEM'''.
* '''PIM3''' (1985)
** Удалена директива '''EXPORT''' из модулей определений. Изменение мотивировалось тем, что всё содержимое модуля определений экспортируется, так что использование '''EXPORT''' является избыточным.
** Функция '''SIZE''' является предопределённой (доступна в любом месте программы без импорта).
* '''PIM4''' (1988)
** Уточнено поведение операции '''MOD''' для отрицательных операндов.
** Добавлено требование, согласно которому все строки, описанные как '''ARRAY OF CHAR''', должны завершаться нулевым символом (ASCII NUL), даже если строка занимает весь массив целиком.
* '''ISO'''<ref>ISO/IEC 10514-1:1996</ref> (1996 и 1998)
** Добавлены типы данных '''COMPLEX''' and '''LONGCOMPLEX'''.
** Добавлены исключения.
** Добавлена конструкция для кода завершения модуля '''FINALLY'''.
** Полностью стандартизована библиотека ввода-вывода.
** Внесены уточнения, снявшие большинство неоднозначностей оригинального описания, сделано много мелких исправлений и разъяснений.

== Достоинства и недостатки ==
Можно определённо сказать, что язык Модула-2, сохранив положительные черты Паскаля, имеет ряд особенностей, делающих её языком, гораздо более мощным и лучше приспособленным как для [[Системное программирование|системного]], так и для [[Прикладное программирование|прикладного программирования]]. Основные преимущества Модулы-2 перед современными ему языками структурного программирования следующие<ref>''Вирт Н.'' Программирование на языке Модула-2. М.: Мир, 1987;</ref>:

* Простота и лаконичность определения языка. Полное определение синтаксиса в нотации [[Расширенная форма Бэкуса — Наура|РБНФ]] занимает менее 3 страниц, полные [[Синтаксическая диаграмма|синтаксические диаграммы]] — 12 страниц, официальное «сообщение о языке» имеет объём 40 страниц, что для универсального языка с такими возможностями — едва ли не абсолютный минимум. Для сравнения: официальное полное определение [[Ада (язык программирования)|языка Ада]] занимает 400 машинописных страниц.
* Простой, логичный и однородный синтаксис, очищенный от избыточных конструкций и элементов, провоцирующих ошибки написания. Модула-2 — первый из директивных языков программирования, в котором удалось отказаться от оператора [[GOTO]].
* Хорошо продуманный механизм разделения программы на единицы компиляции (модули) с явно описываемыми интерфейсами и полностью контролируемым импортом, позволяющим импортировать как целые модули, так и отдельные элементы с возможностью как квалифицированного (с указанием имени модуля) так и неквалифицированного использования имён импортированных объектов.
* Исключение из языка средств ввода-вывода и большинства стандартных процедур и функций и перенос их в библиотеки, оформленные в виде стандартных модулей, что упрощает язык и компилятор и предоставляет реализатору полную свободу в способах реализации стандартных процедур и функций.
* Включение в язык механизмов низкоуровневого программирования, в том числе непосредственной работы с памятью и нетипизированными данными и указателями, что позволяет писать на языке высокого уровня большинство низкоуровневых программ, которые традиционно писались на ассемблере, таких как драйверы и обработчики [[Прерывание|прерываний]].
* Наличие элементарных средств параллельного программирования, выбранных таким образом, чтобы гарантировать их адекватную реализацию как на физически многопроцессорных платформах, так и на платформах с разделением времени.
* Существенным для времени создания языка было появление процедурного типа и, соответственно, переменных, которым можно динамически присваивать процедуры.

К недостаткам языка можно отнести:
* Слабость механизмов [[Параллельное программирование|параллельного программирования]], в частности — организации взаимодействия параллельных процессов. Реализация этих средств переложена на системные библиотеки, причём в стандартной библиотеке имеются лишь простейшие средства управления распараллеливанием. Параллельная программа на Модуле-2, использующая средства управления параллелизмом, выходящие за эти рамки, автоматически теряет переносимость.<ref name="kurochkin">''[[Курочкин, Владимир Михайлович (учёный)|Курочкин В. М.]]'' Предисловие редактора перевода к книге: Вирт Н. Программирование на языке Модула-2. М.: Мир, 1987.</ref>
* Отсутствие механизмов управления отображением [[Абстрактный тип данных|абстрактных типов]] на память.<ref name="kurochkin"/>
* Поддержка локальных модулей неоправданно усложняет компилятор. Поводами для использования вложенных модулей являются ограничение области видимости и выделение высокоприоритетных частей программы для обеспечения синхронизации при параллельной обработке, но их можно реализовать и другими, более простыми и очевидными, средствами.<ref name="wirthFM">{{cite web
 |url          = http://www.vspu.ac.ru/~chul/wirth/frommodula/frommodula.htm
 |title        = «От модулы к Оберону»
 |author       = Никлаус Вирт
 |lang         = ru
 |access-date   = 2010-10-25
 |publisher    = ИнфоАрт
 |date         = 1998
 |url-status     = live
 |archive-date = 2011-09-19
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20110919085854/http://www.vspu.ac.ru/~chul/wirth/frommodula/frommodula.htm
}}</ref>
* Явное разделение на модуль реализации и модуль определения — спорное решение. Оно усложняет работу компилятора и вынуждает программиста синхронизировать изменения в разных файлах. Можно отметить, что в потомке Модулы-2 — [[Оберон (язык программирования)|Обероне]], — от такого разделения отказались, вместо этого в едином программном модуле экспортируемые элементы (составляющие интерфейс модуля) просто помечаются специальным образом.<ref name="wirthFM"/>

Можно также отметить отсутствие в Модуле-2 ряда возможностей, известных и популярных на момент её создания, что может быть отнесено как к достоинствам, так и к недостаткам языка, в зависимости от точки зрения конкретного критика:
* Отсутствуют [[Динамический массив|динамические массивы]] и строки переменного размера.
* Отсутствуют любые встроенные средства [[Обработка исключений|обработки исключительных ситуаций]].
* Отсутствуют средства [[Обобщённое программирование|обобщённого программирования]].

== Использование ==
В СССР первые [[компилятор]]ы для Модула-2 появились в 1982-83 годах для ЭВМ СМ-4 и Электроника-60. Транслятор для БЭСМ-6 был разработан в [[ВЦ АН СССР]] ([[Серебряков, Владимир Алексеевич (математик)|В.А. Серебряков]], В.Г. Лютый, А.Н. Бездушный)<ref>{{Cite web |url=http://www.ccas.ru/depart/otdser.htm |title=Краткое представление отдела систем матем. обеспечения ВЦ РАН |access-date=2019-11-30 |archive-date=2019-09-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20190911030841/http://www.ccas.ru/depart/otdser.htm |url-status=live }}</ref>. Тогда же были выработаны технологии программирования и созданы первые пакеты прикладных программ на Модуле-2. Такие работы велись, в частности, на факультете Кибернетики [[МИФИ]]. ВНТК «СТАРТ» Вычислительного Центра [[СО РАН|Сибирского отделения Академии наук СССР]] разработал серию процессоров [[Кронос (процессор)|Кронос]] с аппаратной поддержкой языка программирования Модула-2.

В целом можно сказать, что Модула-2 не получила того распространения и признания, которого заслуживала по своим качествам. Язык завоевал определённую популярность в академической среде Европы, был довольно популярен среди программистов СССР, но не смог потеснить своего предшественника: новые реализации языка Паскаль, включившие в себя средства организации [[Модуль (программирование)|модулей]], а позже — средства [[Объектно-ориентированное программирование|объектного программирования]], всегда обходили Модулу-2 по популярности. Система Lilith, для которой создавалась Модула-2, не получила широкой известности и не смогла помочь Модуле-2 в продвижении.

Свою роль сыграло чрезвычайно широкое распространение дешёвых и быстрых Паскаль-компиляторов фирмы [[Borland International]]. Интересно, что компилятор Turbo Modula-2 для ОС CP/M был не только создан Borland, но даже поступил в продажу в Северной Америке и Западной Европе. Однако руководство компании, прежде всего [[Филипп Кан]], приняло решение отказаться от развития этой системы, чтобы не создавать конкурента крайне успешному [[Turbo Pascal]]. Результатом этого решения стало то, что вице-президент Borland Нильс Йенсен, один из основателей компании, вместе со своей командой разработчиков в 1987 году покинул Borland, выкупив права на Turbo Modula-2. Созданная им компания [[JPI]] (Jensen & Partners International) выпустила под маркой TopSpeed линейку компиляторов для процессоров семейства x86: Assembler, Modula-2, Pascal, C/C++, Ada.<ref name="letop">{{cite web
 |url          = http://pascal.sources.ru/articles/058.htm <--! http://www.osp.ru/pcworld/2001/04/058.htm -->
 |title        = Летопись языков Паскаль
 |lang         = ru
 |access-date   = 2010-10-25
 |author       = Руслан Богатырёв
 |date         = 2001-04-17
 |publisher    = Мир ПК, #04/2001
 |archive-date = 2011-05-18
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20110518050050/http://pascal.sources.ru/articles/058.htm
 |url-status     = live
}}</ref>

В настоящее время язык Модула-2 используется для программирования бортового программного обеспечения спутников, запускаемых в рамках проекта [[ГЛОНАСС]]<ref>''Колташев А. А.'' [http://kronos.ru/about/koltashev Модула-2 в российском космосе] {{Wayback|url=http://kronos.ru/about/koltashev |date=20110411163957 }}</ref>.

Компилятор GNU Modula-2 был официально включён в коллекцию [[GCC]] 13 декабря 2022 года<ref>{{cite web
 |author       = [[Ларабел, Майкл|Michael Larabel]]
 |url          = https://www.phoronix.com/news/Module-2-GCC-Merged
 |title        = Modula-2 Language Frontend Merged Into GCC 13
 |lang         = en
 |website      = [[Phoronix]]
 |publisher    = Phoronix Media
 |date         = 2022-12-14
 |access-date  = 2025-07-21
}}</ref>.

== Языки-потомки ==
* [[Модула-3]] — дальнейшее развитие Модулы-2, разработанное совместно Фирмами [[DEC]] и [[Olivetti]] при консультационной поддержке Вирта.
* [[Оберон (язык программирования)|Оберон]] — дальнейшее развитие Модулы-2, созданное Виртом в 1988 году. Оберон использует автоматическое управление памятью со [[Сборка мусора|сборкой мусора]], также в нём изменён ряд черт, которые по опыту эксплуатации Модулы-2 автор счёл неудачными. Добавлена экономно реализованная объектная подсистема. Оберон, в свою очередь, стал родоначальником целой ветви языков: [[Оберон-07]], [[Оберон-2]], Component Pascal ([[Компонентный Паскаль]]), [[Активный Оберон]], [[OberonScript]].
* [[Zonnon]] — язык, созданный Юргом Гуткнехтом на основе Модулы-2 и Активного Оберона, с добавлением ряда новых элементов, как оригинальных, так и заимствованных из других языков.
* [[:en:Alma-0|Алма-0]] — Алма-0 является дополненной (мультипарадигмальной) версией императивного языка Modula-2.
* [http://robotics.ee.uwa.edu.au/parallaxis/ Parallaxis]<ref>English book: ''Bräunl: Parallel Programming'', Prentice-Hall, 1993
English book: ''Bräunl: Parallel Image Processing'', Springer-Verlag, 2001<br>
German book: ''Bräunl: Parallele Programmierung'', Vieweg-Verlag, 1993<br>
German book: ''Bräunl: Parallele Bildverarbeitung'', Addison-Wesley, 1995<br>
German book: ''Bräunl: Massiv parallele Programmierung mit dem Parallaxis-Modell'', Springer-Verlag, Informatik-Fachberichte, 1990<br>
Russian book: ''Bräunl: Parallel Programming'', Vyschshaya Shkola Publishers, Kiev, 1997</ref> — это структурированный язык программирования для параллельного программирования данных (SIMD-системы), разработанный Томасом Браунлом в 1989 году. Язык основан на последовательной Modula-2, но расширен неавтономными параллельными конструкциями.

Помимо прямых потомков, множество других языков в той или иной мере унаследовало у Модулы-2 элементы синтаксиса и общей архитектуры. О влиянии Модулы-2 говорили создатели таких мало похожих языков, как, например, [[Lua]] и [[Go]]. Влияние Модулы-2 (и в большей степени её потомка, языка Оберон) прослеживается в Java, C#, поздних диалектах Паскаля, таких как Object Pascal и Delphi.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* ''[[Вирт Н.]]'' Программирование на языке Модула-2. Перевод с англ. [[Серебряков, Владимир Алексеевич (математик)|В. А. Серебрякова]], В. М. Ходукина; Под ред. ''[[Курочкин, Владимир Михайлович (учёный)|В. М. Курочкина]]''. — М. : Мир, 1987. — 222 с.
* ''[[Вирт Н.]]'' [http://progbook.ru/technologiya-programmirovaniya/659-virt-algoritmy-i-struktury-dannyh.html Алгоритмы и структуры данных] (версия книги на языке Модула-2), Москва, Мир, 1989, ISBN 5-03-001045-9 (русск.), 0-13-022005-1 (англ)
* {{cite web
 |url         = http://pascal.sources.ru/articles/058.htm
 |title       = Летопись языков Паскаль
 |lang        = ru 
 |access-date  = 2010-10-25
 |author      = Руслан Богатырёв
 |date        = 2001-04-17
 |publisher   = Мир ПК, #04/2001
 |url-status    = live
}}
* ''Кристиан К.'' Руководство по программированию на языке Модула-2. — М., [[Мир (издательство)|Мир]], 1989. — ISBN 5-03-001117-X — 463 с.

== Ссылки ==
* {{cite web
 |url         = http://modula2.org/
 |title       = modula-2
 |lang        = en
 |description = официальный сайт
 |access-date  = 2010-10-25
 |archive-url  = https://www.webcitation.org/619ANPsJj?url=http://modula2.org/
 |archive-date = 2011-08-23
 |url-status    = live
}}
* [http://www.nongnu.org/gm2/ GNU Modula-2] (включён в состав [[GCC]])
* {{cite web
 |url         = https://excelsior.ru/products/xds
 |title       = XDS Family of Products
 |description = [[Freeware|бесплатный]] [[компилятор]] от новосибирской компании Эксельсиор
 |lang        = ru
 |access-date  = 2025-06-21
}}
* [http://freepages.modula2.org/ Free Modula-2 Pages: freepages.modula2.org] — ресурс пользователей языка.

[[Категория:Языки программирования семейства Модулы]]
[[Категория:Процедурные языки программирования|M]]