Когда вычислительная машина совместно с транслирующей программой воспринимает оператор языка высокого уровня, происходит сразу много разных действий. Начинается трансляция, а вместе с ней расширение. Когда я говорю своему помощнику: «Пойдите в библиотеку и принесите мне копию X», остается много не уточненных подробностей.
Помощник сам восполняет недостающие детали: какая библиотека, когда, как туда добраться, где находится X, как получить его и т. д.
Человек способен сам провести подобное расширение команды, поскольку он достаточно умен и хорошо осведомлен. Даже если он никогда не бывал в этом городе, он легко сможет выяснить, куда надо пойти, но мне говорить об этом все равно не было бы необходимости. Это же относится и к языкам машины и трансляторам, которые с ними работают. Многие трансляторы допускают использование неописанных переменных.
Многие языки программирования пытаются добиться эффективности в одной или в нескольких областях применения. Они могут облегчить человеку выражение глобальной идеи или сделать так, чтобы окончательный вариант программы исполнялся на машине как можно быстрее. Приспособлен ли язык к данной проблеме? К общению с человеком? С машиной? Или какой-нибудь комбинации этих свойств? Что нужно знать человеку для постановки задачи, ее решения, выполнения искомого процесса? Как думают люди? Как они общаются? Работают? Пишут? Ошибаются? Что может заставить машину работать более продуктивно? Всякую машину? А эту машину?
Вот потому-то десятки миллионов тратятся каждый год на проектирование и разработку новых языков программирования. Вот потому-то люди занимаются всю свою жизнь исследованиями в области языков для вычислительных машин.
Рост числа языков
К счастью для программистов, разработка языков программирования началась практически одновременно с появлением вычислительных машин. К сожалению, языков для них образовалось великое множество. В министерстве обороны США было подсчитано, что в его организациях используется около тысячи разных языков! Почему? Потому что программисты создают себе собственные языки программирования! И еще потому, что нет хорошего способа определить, какая версия лучше, а какая хуже, даже при использовании. И еще потому, что до сих пор языки оставляют желать лучшего.
В то же время наметилась некоторая стабилизация. Министерство обороны выбрало семь языков (инструкция 5000.31), на которых будут писаться все новые «встроенные» системы реального времени (Имеются в виду языки: Фортран, Кобол, Джовиал, CMS-2, SPS, TACPOL и TOS).
После длительного и глубокого изучения министерство обороны представило новый язык Ада, основанный на некотором расширении Паскаля, разработанного Н. Виртом. Если Ада докажет свою полезность, она будет включена в список инструкции 5000.31. Это очень мощный, очень сложный язык.
Однако программисты предпочитают старые языки. Сообщество программистов непоколебимо отказывается переходить на работу с новыми языками программирования. Подавляющее большинство программистов продолжают писать на Коболе и Фортране, несмотря на то что оба этих языка в настоящее время считаются устаревшими.
Почему же все старые языки продолжают существовать и остаются столь популярными? Они были изучены первыми! Тони Хоар в своем письменном докладе военно-морскому флоту констатировал следующее:
Привязанность программистов к существующим языкам сильнейшим образом контрастирует с энтузиазмом различных комитетов, утверждающих, что языки не отвечают поставленным требованиям. Причина? …затрачено огромное количество времени на овладение языком, новый же язык представляет в этом отношении серьезную угрозу, или, что еще хуже, новый язык может оказаться даже более простым для изучения и более эффективен в использовании, что может совершенно подорвать с огромным трудом завоеванное положение эксперта по старому языку…
Таким образом, может получиться и так, что более легкий язык будет побежден сложным. Программисты из Советского Союза рассказывают аналогичные истории. По-видимому, одним из первых полученных ими языков был Кобол — англоязычный COBOL. Видимо, первые вычислительные машины попали туда из Соединенных Штатов [24] и программисты должны были учить английский язык, для того чтобы воспользоваться оператором PRINT. Англоязычный COBOL выжил! Потому что старики были настроены против русскоязычного Кобола. «Пусть новички помучаются». Англоязычной версией Кобола пользуются до сих пор и в Германии.
После того как уже написано большое количество программ, перейти на новый язык трудно. Как говорят юристы, владение имуществом почти равносильно праву на него. Желание не расставаться с накопленным багажом неистребимо.
Язык и мышление
Язык, которым мы пользуемся, очень сильно воздействует на методику нашей работы. Многие утверждают, что язык формирует мышление. В книге, посвященной стилю письма и коротко названной «Стиль» Ф. Л. Лукас [25] пишет:
Вот прекрасная история о человеке, зашедшем в кафе для иностранцев, в котором уже сидели группы англичан, французов и немцев. Человек этот обратил внимание на то, что англичане в полном молчании сидели вокруг своего столика, французы говорили все разом, а немцы слушали друг друга по очереди с таким напряженным вниманием, что на мгновение поразили нашего героя. Потом он понял — они ждали конца фразы, чтобы услышать глагол (или его отрицание).
Это же можно отнести и на счет языков программирования. Выбор языка оказывает на весь дальнейший процесс глубокое воздействие. Почему Вирт предложил Паскаль? Потому что ему надоело учить студентов языкам, которые «слишком часто нельзя было логически объяснить».
Нотация, или система обозначений, помогает процессу мышления. Уайтхед и Рассел («Principia Mathematica», 1910) объяснили, что хорошая система обозначений способна освобождать мозг от излишних деталей и переключать его на обдумывание других вещей. Мощные языки типа APL дают возможность программисту заставить машину выполнить огромную работу с помощью весьма немногих команд.
Конструкция языка ограничивает возможности мышления. В лекции, прочитанной при вручении ему премии Тьюринга, Э. Дейкстра рассказал историю одного проведенного им эксперимента. Он разослал нескольким своим корреспондентам условие одной задачи и попросил их прислать ему алгоритм ее решения. Все они прошли мимо самого очевидного и элегантного решения, сказал Дейкстра, поскольку их понятие о повторных вычислениях было слишком тесно связано с представлением об управляющей переменной цикла и ее пошаговом изменении.
Ограничения, накладываемые языками
Уже с давних пор мы тщетно бьемся над созданием современного языка. Приведу обширную цитату из статьи Якоба Броновски «Логика ума» в сборнике «Чувство будущего» [26].
Проблема принятия решения … такой поразительный вопрос сформулировал Давид Гильберт: очевидно ли, что … все математические утверждения, имеющие смысл, будут рано или поздно отнесены либо к истинным, либо к ложным…
В 1931 г. … Курт Гёдель доказал две замечательные и встреченные крайне недоброжелательно теоремы. В первой говорилось, что … любая не слишком простая логическая система может заключать в себе истинные утверждения, которые тем не менее не могут быть выведены из ее аксиом. Вторая теорема утверждала, что … про аксиомы такой системы … нельзя заранее сказать, что они свободны от внутренних противоречий. Коротко это можно сформулировать так — более или менее богатая логическая система никогда не может быть полной, и в то же время нельзя гарантировать ее непротиворечивость…
