Oz (язык программирования)
| Семантика: |
функциональный, процедурный, декларативный, объектно-ориентированный, вычисления с ограничениями, Н-модели, параллельные вычисления |
|---|---|
| Тип исполнения: |
компилируемый |
| Появился в: | |
| Автор: |
Gert Smolka & his students |
| Выпуск: | |
| Основные реализации: | |
| Испытал влияние: | |
| Повлиял на: | |
| Сайт: |
[mozart.github.io/ github.io] |
Oz — учебный язык программирования высокого уровня, в котором совмещены функциональная, процедурная, декларативная семантики.
Содержание
История разработки
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 года 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
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
Структуры данных
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
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
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
Решето Эратосфена
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
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
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
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
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
Напишите отзыв о статье "Oz (язык программирования)"
Примечания
Ссылки
- [mozart.github.io/ The Mozart Programming System]
- [strasheela.sourceforge.net Strasheela] — «Электронный композитор», написанный на Oz / Mozart
| ||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Oz (язык программирования)
– Доложи князю и княжне, что мне ничего не известно было: я поступал по высшим приказаниям – вот…Он дал бумагу Алпатычу.
– А впрочем, так как князь нездоров, мой совет им ехать в Москву. Я сам сейчас еду. Доложи… – Но губернатор не договорил: в дверь вбежал запыленный и запотелый офицер и начал что то говорить по французски. На лице губернатора изобразился ужас.
– Иди, – сказал он, кивнув головой Алпатычу, и стал что то спрашивать у офицера. Жадные, испуганные, беспомощные взгляды обратились на Алпатыча, когда он вышел из кабинета губернатора. Невольно прислушиваясь теперь к близким и все усиливавшимся выстрелам, Алпатыч поспешил на постоялый двор. Бумага, которую дал губернатор Алпатычу, была следующая:
«Уверяю вас, что городу Смоленску не предстоит еще ни малейшей опасности, и невероятно, чтобы оный ею угрожаем был. Я с одной, а князь Багратион с другой стороны идем на соединение перед Смоленском, которое совершится 22 го числа, и обе армии совокупными силами станут оборонять соотечественников своих вверенной вам губернии, пока усилия их удалят от них врагов отечества или пока не истребится в храбрых их рядах до последнего воина. Вы видите из сего, что вы имеете совершенное право успокоить жителей Смоленска, ибо кто защищаем двумя столь храбрыми войсками, тот может быть уверен в победе их». (Предписание Барклая де Толли смоленскому гражданскому губернатору, барону Ашу, 1812 года.)
Народ беспокойно сновал по улицам.
Наложенные верхом возы с домашней посудой, стульями, шкафчиками то и дело выезжали из ворот домов и ехали по улицам. В соседнем доме Ферапонтова стояли повозки и, прощаясь, выли и приговаривали бабы. Дворняжка собака, лая, вертелась перед заложенными лошадьми.
Алпатыч более поспешным шагом, чем он ходил обыкновенно, вошел во двор и прямо пошел под сарай к своим лошадям и повозке. Кучер спал; он разбудил его, велел закладывать и вошел в сени. В хозяйской горнице слышался детский плач, надрывающиеся рыдания женщины и гневный, хриплый крик Ферапонтова. Кухарка, как испуганная курица, встрепыхалась в сенях, как только вошел Алпатыч.
– До смерти убил – хозяйку бил!.. Так бил, так волочил!..
– За что? – спросил Алпатыч.
– Ехать просилась. Дело женское! Увези ты, говорит, меня, не погуби ты меня с малыми детьми; народ, говорит, весь уехал, что, говорит, мы то? Как зачал бить. Так бил, так волочил!
Алпатыч как бы одобрительно кивнул головой на эти слова и, не желая более ничего знать, подошел к противоположной – хозяйской двери горницы, в которой оставались его покупки.
– Злодей ты, губитель, – прокричала в это время худая, бледная женщина с ребенком на руках и с сорванным с головы платком, вырываясь из дверей и сбегая по лестнице на двор. Ферапонтов вышел за ней и, увидав Алпатыча, оправил жилет, волосы, зевнул и вошел в горницу за Алпатычем.
– Аль уж ехать хочешь? – спросил он.
Не отвечая на вопрос и не оглядываясь на хозяина, перебирая свои покупки, Алпатыч спросил, сколько за постой следовало хозяину.
– Сочтем! Что ж, у губернатора был? – спросил Ферапонтов. – Какое решение вышло?
Алпатыч отвечал, что губернатор ничего решительно не сказал ему.
– По нашему делу разве увеземся? – сказал Ферапонтов. – Дай до Дорогобужа по семи рублей за подводу. И я говорю: креста на них нет! – сказал он.
– Селиванов, тот угодил в четверг, продал муку в армию по девяти рублей за куль. Что же, чай пить будете? – прибавил он. Пока закладывали лошадей, Алпатыч с Ферапонтовым напились чаю и разговорились о цене хлебов, об урожае и благоприятной погоде для уборки.
– Однако затихать стала, – сказал Ферапонтов, выпив три чашки чая и поднимаясь, – должно, наша взяла. Сказано, не пустят. Значит, сила… А намесь, сказывали, Матвей Иваныч Платов их в реку Марину загнал, тысяч осьмнадцать, что ли, в один день потопил.
Алпатыч собрал свои покупки, передал их вошедшему кучеру, расчелся с хозяином. В воротах прозвучал звук колес, копыт и бубенчиков выезжавшей кибиточки.
Было уже далеко за полдень; половина улицы была в тени, другая была ярко освещена солнцем. Алпатыч взглянул в окно и пошел к двери. Вдруг послышался странный звук дальнего свиста и удара, и вслед за тем раздался сливающийся гул пушечной пальбы, от которой задрожали стекла.
Алпатыч вышел на улицу; по улице пробежали два человека к мосту. С разных сторон слышались свисты, удары ядер и лопанье гранат, падавших в городе. Но звуки эти почти не слышны были и не обращали внимания жителей в сравнении с звуками пальбы, слышными за городом. Это было бомбардирование, которое в пятом часу приказал открыть Наполеон по городу, из ста тридцати орудий. Народ первое время не понимал значения этого бомбардирования.
Звуки падавших гранат и ядер возбуждали сначала только любопытство. Жена Ферапонтова, не перестававшая до этого выть под сараем, умолкла и с ребенком на руках вышла к воротам, молча приглядываясь к народу и прислушиваясь к звукам.
К воротам вышли кухарка и лавочник. Все с веселым любопытством старались увидать проносившиеся над их головами снаряды. Из за угла вышло несколько человек людей, оживленно разговаривая.
– То то сила! – говорил один. – И крышку и потолок так в щепки и разбило.
– Как свинья и землю то взрыло, – сказал другой. – Вот так важно, вот так подбодрил! – смеясь, сказал он. – Спасибо, отскочил, а то бы она тебя смазала.
Народ обратился к этим людям. Они приостановились и рассказывали, как подле самих их ядра попали в дом. Между тем другие снаряды, то с быстрым, мрачным свистом – ядра, то с приятным посвистыванием – гранаты, не переставали перелетать через головы народа; но ни один снаряд не падал близко, все переносило. Алпатыч садился в кибиточку. Хозяин стоял в воротах.
– Чего не видала! – крикнул он на кухарку, которая, с засученными рукавами, в красной юбке, раскачиваясь голыми локтями, подошла к углу послушать то, что рассказывали.
– Вот чуда то, – приговаривала она, но, услыхав голос хозяина, она вернулась, обдергивая подоткнутую юбку.
Опять, но очень близко этот раз, засвистело что то, как сверху вниз летящая птичка, блеснул огонь посередине улицы, выстрелило что то и застлало дымом улицу.
– Злодей, что ж ты это делаешь? – прокричал хозяин, подбегая к кухарке.
В то же мгновение с разных сторон жалобно завыли женщины, испуганно заплакал ребенок и молча столпился народ с бледными лицами около кухарки. Из этой толпы слышнее всех слышались стоны и приговоры кухарки:
– Ой о ох, голубчики мои! Голубчики мои белые! Не дайте умереть! Голубчики мои белые!..
Через пять минут никого не оставалось на улице. Кухарку с бедром, разбитым гранатным осколком, снесли в кухню. Алпатыч, его кучер, Ферапонтова жена с детьми, дворник сидели в подвале, прислушиваясь. Гул орудий, свист снарядов и жалостный стон кухарки, преобладавший над всеми звуками, не умолкали ни на мгновение. Хозяйка то укачивала и уговаривала ребенка, то жалостным шепотом спрашивала у всех входивших в подвал, где был ее хозяин, оставшийся на улице. Вошедший в подвал лавочник сказал ей, что хозяин пошел с народом в собор, где поднимали смоленскую чудотворную икону.
К сумеркам канонада стала стихать. Алпатыч вышел из подвала и остановился в дверях. Прежде ясное вечера нее небо все было застлано дымом. И сквозь этот дым странно светил молодой, высоко стоящий серп месяца. После замолкшего прежнего страшного гула орудий над городом казалась тишина, прерываемая только как бы распространенным по всему городу шелестом шагов, стонов, дальних криков и треска пожаров. Стоны кухарки теперь затихли. С двух сторон поднимались и расходились черные клубы дыма от пожаров. На улице не рядами, а как муравьи из разоренной кочки, в разных мундирах и в разных направлениях, проходили и пробегали солдаты. В глазах Алпатыча несколько из них забежали на двор Ферапонтова. Алпатыч вышел к воротам. Какой то полк, теснясь и спеша, запрудил улицу, идя назад.
