Современные системы программирования

Весь этот комплекс программно-технических  средств в настоящие время  составляет новое понятие, которое  здесь названо системой программирования.

Системой программирования будем  называть весь комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования и отладки программного обеспечения. Нередко системы программирования взаимосвязаны и с другими техническими средствами, служащими целям создания программного обеспечения на более ранних этапах жизненного цикла (от формулировки требований и анализа до проектирования). Однако рассмотрение таких систем выходит за рамки данного учебного пособия.

Термин ресурсы следует признать не слишком удачным, так как этим словом обозначаются очень многие понятия, связанные с вычислительными системами (например, ресурсы вычислительного процесса). Однако так сложилось, что этот термин применяется при работе со средствами разработки, поэтому придется принять его.

Наверное, с точки зрения терминологии компиляторы ресурсов правильнее было бы назвать трансляторы, так как в результате своей работы они обычно порождают не объектный файл, а некий промежуточный код ресурсов. Однако термин компилятор ресурсов стал уже общепринятым.

Системы программирования в современном  мире доминируют на рынке средств разработки. Практически все фирмы-разработчики компиляторов поставляют свои продукты в составе соответствующей системы программирования в комплексе всех прочих технических средств. Отдельные компиляторы являются редкостью и, как правило, служат только узкоспециализированным целям.

Тенденция такова, что все развитие систем программирования идет в направлении  неуклонного повышения их дружественности  и сервисных возможностей. Это  связано с тем, что на рынке  в первую очередь лидируют те системы программирования, которые позволяют существенно снизить трудозатраты, необходимые для создания программного обеспечения на этапах жизненного цикла, связанных с кодированием, тестированием и отладкой программ. Показатель снижения трудозатрат в настоящее время считается более существенным, чем показатели, определяющие эффективность результирующей программы, построенной с помощью системы программирования.

В качестве основных тенденций в  развитии современных систем программирования следует указать внедрение в них средств разработки на основе так называемых языков четвертого поколения 4GL (four generation languages), а также поддержка систем быстрой разработки программного обеспечения RAD (rapid application development).

Языки четвертого поколения 4GL представляют собой широкий набор средств, ориентированных на проектирование и разработку программного обеспечения. Они строятся на основе оперирования не синтаксическими структурами языка и описаниями элементов, а представляющими их графическими образами. На таком уровне проектировать и разрабатывать прикладное программное обеспечение может пользователь, не являющийся квалифицированным программистом, зато имеющий представление о предметной области, на работу в которой ориентирована прикладная программа. Языки четвертого поколения являются следующим (четвертым по счету) этапом в развитии систем программирования.

Описание программы, построенное  на основе языков 4GL, транслируется  затем в исходный текст и файл описания ресурсов интерфейса, представляющие собой обычный текст на соответствующем входном языке высокого уровня. С этим текстом уже может работать профессиональный программист-разработчик он может корректировать и дополнять его необходимыми функциями. Такой подход позволяет разделить работу проектировщика, ответственного за общую концепцию всего проекта создаваемой системы, дизайнера, отвечающего за внешний вид интерфейса пользователя, и профессионального программиста, отвечающего непосредственно за создание исходного кода создаваемого программного обеспечения.

В целом языки четвертого поколения  решают уже более широкий класс  задач, чем традиционные системы  программирования. Они составляют часть  средств автоматизированного проектирования и разработки программного обеспечения, поддерживающих все этапы жизненного цикла CASE-систем. Их рассмотрение выходит за рамки данного учебного пособия.

2 Системы программирования компании Borland

Системы программирования компании Borland достаточно широко известны разработчикам в  России. Известность и распространенность этих систем программирования определила, прежде всего, простота их использования, поскольку именно в системах программирования этой компании были впервые реализованы на практике идеи интегрированной среды программирования.

Turbo Pascal

Система программирования Turbo Pascal была создана компанией Borland на основе расширения языка Pascal, получившего название Borland Pascal. Отсюда происходит и само название системы программирования.

Сам язык Pascal был предложен Н.Виртом в конце 70-х годов как хорошо структурированный учебный язык. Расширения, привнесенные в язык компанией Borland, преследовали две основные цели:

- упрощение обработки в языке  структур, представляющих наиболее  распространенные типы данных  строки и файлы (например, в  язык был внесен новый тип  данных string);

- реализация в языке основных  возможностей объектно-ориентированных  языков программирования.

Последнее нововведение потребовало серьезной  доработки синтаксиса языка. В него были внесены новые ключевые слова, синтаксические конструкции и типы данных. Однако предложенный вариант языка нельзя признать удачным, хотя бы потому, что в нем не полностью реализованы все механизмы объектно-ориентированного программирования. Например, отсутствуют такие мощные средства, как исключения и шаблоны. Есть и другие сложности в использовании языка.

Компания Borland построила и реализовала  эффективный однопроходный компилятор с языка Borland Pascal. За счет этого в  данной системе программирования удалось  добиться относительно высокой скорости компиляции исходных программ. Для ускорения работы компоновщика компанией Borland был предложен собственный уникальный формат объектных файлов модулей исходной программы TPU (Turbo Pascal Unit)3. По этой причине модули, созданные в системе программирования Turbo Pascal, не могли быть использованы в других системах программирования.

Также из них невозможно было создавать  библиотеки, ориентированные на другие языки и системы программирования. Обратная задача использование стандартных объектных файлов и библиотек в системе программирования Turbo Pascal была решаема, но имела серьезные ограничения. В состав системы программирования Turbo Pascal, кроме компилятора с языка Borland Pascal, входил также компилятор с языка ассемблера (а с появлением возможности разработки результирующих программ для среды Microsoft Windows компилятор ресурсов). Среда программирования позволяла компоновать как единые исполняемые файлы, так и оверлейные программы для ОС типа MSDOS.

Первоначально система программирования Turbo Pascal строилась на основе библиотеки RTL (run time library) языка Borland Pascal. Эта библиотека не предоставляла пользователю широкого набора функций в основном она только реализовывала базовые математические функции и функции языка. Однако можно сказать об одной характерной черте данной библиотеки она включала в свой состав объектный код менеджера памяти для управления распределением динамической памяти (кучей heap в терминах языка Pascal), который автоматически подключался к каждой результирующей программе, созданной с помощью данной системы программирования. Этот модуль получился довольно удачным и нашел свое дальнейшее применение в других системах программирования данной компании-разработчика.

Несмотря на недостатки, система  программирования Turbo Pascal получила широкое  распространение и завоевала  свое место на рынке. Основной причиной явилось то, что система впервые  была построена в виде интегрированной  среды. Данный факт предопределил ее широкое распространение, и, прежде всего, в университетской среде, где требовались простые и понятные в использовании средства разработки.

Первые версии системы программирования были ориентированы только на работу в ОС MS DOS персональных компьютеров на базе процессоров типа Intel 80x86. На исполнение в среде этой ОС были ориентированы и результирующие программы, разрабатываемые с помощью данной среды программирования.

Система программирования Turbo Pascal получила широкое распространение и дальнейшее развитие. Компания Borland выпустила несколько ее реализаций (наиболее распространенные из них версии 5.5 и 7.0). Последние реализации данной системы программирования могли создавать результирующие программы, ориентированные на работу как в ОС типа MSDOS, так и в среде типа Microsoft Windows. В них были реализованы все основные преимущества, предоставляемые интегрированной средой программирования, такие, как лексический анализ программ на лету и встроенная контекстная подсказка.

По мере распространения системы  программирования Turbo Pascal шла разработка библиотек подпрограмм и функций  для нее. Были созданы такие библиотеки, как Turbo Professional (TP), Turbo Vision, Object Window Library (OWL) для среды MS DOS и ObjectWindows для среды Microsoft Windows. Широкому распространению данных библиотек по-прежнему мешал тот факт, что в системе программирования Turbo Pascal используется уникальный, нестандартный формат объектных файлов. Отсутствие стандарта языка Borland Pascal во многом сдерживало развитие этой системы программирования и не способствовало ее применению как профессионального средства разработки.

Системе программирования Turbo Pascal здесь  уделено много внимания по той  причине, что это одна из самых  распространенных в настоящее время систем программирования учебного назначения. Кроме того, это первая появившаяся на рынке система программирования, которая полностью реализовала в себе идеи интегрированной среды программирования. Эти идеи, заложенные в системе программирования Turbo Pascal, нашли применение во многих современных системах программирования.

Borland Delphi

Система программирования Borland Delphi явилась  логическим продолжением и дальнейшим развитием идей, заложенных компанией-разработчиком  еще в системе программирования Turbo Pascal.

В качестве основных в новой системе  программирования можно указать  следующие принципиальные изменения:

- новый язык программирования Object Pascal, явившийся серьезной переработкой  прежней версии языка Borland Pascal;

- компонентная модель среды разработки, в первую очередь ориентированная на технологию разработки RAD (rapid application development).

Язык программирования Object Pascal создавался в то время, когда на рынке средств  разработки уже существовало значительное количество объектно-ориентированных языков, включая такие известные, как C++ и Java. Компания Borland попыталась учесть все недостатки существующих языков объектно-ориентированного программирования, а также свой опыт создания языка Borland Pascal. По мнению автора, во многом ей это удалось. Новый язык вышел довольно удачным, как с точки зрения синтаксиса, так и с точки зрения предоставляемых возможностей. Этот язык поддерживает практически все основные механизмы объектно-ориентированного программирования.

Компонентная модель среды разработки предусматривает создание основной части программы в виде набора взаимосвязанных компонентов классов объектно-ориентированного языка. Во время разработки исходной программы (design time) компоненты предстают в виде графических образов и обозначений, связанных между собой. Каждый компонент обладает определенным набором свойств (properties), событий (events) и методов. Каждому из них соответствует свой фрагмент исходного кода программы, отвечающий за обработку метода или реакции на какое-то событие. Разработчик может располагать на экране и связывать между собой компоненты, а также редактировать связанный с ними исходный код программы. Причем поведение компонентов во время выполнения программы (run time) полностью определяется их взаимосвязью, исходным кодом программы и объектным кодом самой компоненты.

Система программирования Borland Delphi предназначена  для создания результирующих программ, выполняющихся в среде ОС Windows различных типов.

Основу системы программирования Borland Delphi и ее компонентной модели составляет библиотека VCL (visual component library). В этой библиотеке реализованы в виде компонентов все основные органы управления и интерфейса ОС. Также в ее состав входят классы, обеспечивающие разработку приложений для архитектуры клиент-сервер и трехуровневой архитектуры (в современных реализациях Borland Delphi). Разработчик имеет возможность не только использовать любые компоненты, входящие в состав библиотеки VCL, но также и разрабатывать свои собственные компоненты, основанные на любом из классов данной библиотеки. Эти новые компоненты становятся частью системы программирования и затем могут быть использованы другими разработчиками.

Для поддержки разработки результирующих программ для архитектуры клиент-сервер в состав Borland Delphi входит средство BDE (Borland database engine). Оно обеспечивает результирующим программам возможность доступа к широкому диапазону серверов БД посредством классов библиотеки VCL. Посредством BDE результирующая программа может взаимодействовать с серверами БД типа Microsoft SQL Server, Interbase, Sybase, Oracle и т.п. Система программирования Borland Delphi поддерживает также создание результирующих программ, выполняющихся в архитектуре клиент-сервер, на базе других технологий, например ADO (ActiveX Data Objects).

Система программирования Borland Delphi выдержала  несколько реализаций. Последние  реализации данной системы программирования (прежде всего, версии 4 и 5) включают широкий  набор средств для поддержки  разработки результирующих программ в  трехуровневой архитектуре приложений. Система программирования Borland Delphi позволяет разрабатывать как серверную, так и клиентскую часть приложения в данной архитектуре. Возможно использование как технологий COM/DCOM (наиболее распространенных в среде ОС типа Microsoft Windows), так и технологии CORBA (но только при разработке клиентской части приложения).

В качестве недостатков данной системы  программирования можно указать  использование нестандартного формата  объектных файлов (сохранился еще  от системы Turbo Pascal, но в последней версии Borland Delphi5 можно использовать стандартный формат), а также нестандартного формата для хранения ресурсов пользовательского интерфейса. Кроме того, сам язык Object Pascal не является признанным стандартом. Этот факт несколько затрудняет использование Borland Delphi в масштабных проектах в качестве основного средства разработки. Тем не менее, система программирования Borland Delphi получила широкое распространение среди разработчиков в Российской Федерации.

Borland C++ Builder

Система программирования Borland C++ Builder объединила в себе идеи интегрированной  среды разработки, реализованные  компанией в системах программирования Turbo Pascal и Borland Delphi с возможностями  языка программирования C++. История  этой системы программирования начинается с интегрированной среды разработки Borland TurboC.

Среда TurboC представляла собой реализацию идей, заложенных компанией-разработчиком  в системе программирования Turbo Pascal для языка программирования C. Компания Borland стремилась перенести удачную реализацию идей интегрированной среды разработки на новую основу. Компилятор TurboC не был однопроходным, и потому время компиляции исходной программы превышало время компиляции аналогичной программы в Turbo Pascal. Кроме того, в системе программирования использовался стандартный компоновщик исполняемых файлов MSDOS.

Преимущество TurboC заключалось в  том, что эта система программирования строилась на базе стандартного языка  программирования C. Данный язык получил  широкое распространение среди разработчиков в качестве языка системного программирования, для него существовали компиляторы под многие типы целевых архитектур. В этом было главное отличие системы программирования TurboC от схожей по организации системы программирования Turbo Pascal, которая строилась на основе поддержки нестандартного расширения языка Pascal.