История языков программирования: 1950-е

Программирование появилось задолго до 50-х годов XX века. Первые идеи высказал ещё Чарльз Бэббидж (1792-1871), которого по праву считают отцом компьютера. Он не знал о транзисторах, микросхемах и мониторах, но достаточно точно описал основные принципы, на которых будут строится все вычислительные машины. Развила идею графиня Ада Лавлейс (1815-1852). Её место в истории до сих вызывает немало споров, но одно абсолютно точно – именно Ада фактически стала первым известным программистом. Благодаря её трудам стало понятно, что путь к эффективному использованию машин – алгоритмы, описанные в коде.

Аналитическая машина Бэббиджа

Но программирование не могло развиваться в отрыве от компьютеров. Без них это просто игры разума, абстракция, вне зависимости от качества идей. Поэтому вплоть до 1950-х языки программирования представляли из себя набор машинных инструкций, часто узкоспециализированные и вымирающие вместе с целевым устройством.

Суть проблемы

Сегодня вам не надо ничего знать об архитектуре компьютера, для большинства программистов вообще важен только язык, всё остальное – вторично. В 1950-х всё было иначе – приходилось работать с элементарными машинными кодами, а это практически всё равно что программировать при помощи паяльника.

Ещё одной проблемой было то, что за разработку языков отвечали люди, непосредственно связанные с созданием компьютеров – в первую очередь инженеры и лишь вынужденно программисты. Потому они и представляли язык в виде последовательности номеров операций и ячеек памяти. Грубо говоря, это выглядело так:

  • 01 x y – добавление содержимого ячейки памяти y к ячейке x;
  • 02 x y – аналогичная процедура с вычитанием.

В итоге код программы превращался в бесконечную череду цифр:

01 10 15 02 11 29 01 10 11 ...

Сегодня такой код вам покажется ужасом, но в начале 1950-х был нормой.

Компьютер 1940-х годов

Программистам приходилось долго учиться машинным командам, потом внимательно писать код, а после завершения ещё несколько раз его перепроверять – риск ошибки был велик. Проблемы возникли, когда развитие машин стало тормозиться нехваткой кадров для написания программ. Требовалось срочное решение.

Первый сборщик

Решение лежало на поверхности: необходимо перевести цифровые обозначения операций в буквы. То есть вместо «01 10 15» использовать «ADD 10 15». Это требовало дополнительного перевода символов в машинную команду, но, учитывая проблему, жертва была минимальна.

Решение оказалось настолько очевидным, что доподлинно неизвестно, кто первым изобрёл язык Ассемблера. Вероятнее всего, он появился одновременно сразу в нескольких местах. За название и популяризацию ответственными принято считать авторов книги «The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer» Уилкса, Уилера и Гилла. Нетрудно догадаться, что название Ассемблер происходит от английского слова assemble – собирать, монтировать, что вполне точно описывает процесс. Позднее символы стали касаться не только простейших операций, но и адресации, что значительно упростило читаемость кода.

Сейчас это кажется элементарным решением, но тогда реализация была сложным процессом, требующим создание таблиц соответствия, присвоения обозначения каждой ячейке памяти. Это привело к трём фундаментальным вещам:

  • Появлению понятия символьная переменная или просто переменная.
  • Созданию таблиц, с помощью которых вы могли найти соответствие символов, операций и ячеек памяти.
  • Пониманию, что программирование может стать искусством.

Это стало катализатором языкового прорыва.

Компиляторы и предубеждения

Ассемблер позволил создать простые превращения. Например, перевод 01 в ADD. Макроассемблер расширил эту идею и подарил программистам возможность сворачивать несколько инструкций в одну. К примеру, если в программе вы постоянно добавляли значение в ячейку памяти и проверяли, не переполнена ли она, всё это можно было записать в макрос INCRT и использовать его, меняя лишь переменные. По сути, макроассемблеры превратились в первые языки высокого уровня.

Но в таком подходе заключалась важная проблема – каждый раз перед созданием кода необходимо было сворачивать базовые операции в макросы. Требовался инструмент, который освободит программистов от постоянного копирования. Так появился компилятор.

Теперь-то мы знаем, что благодаря компилятору мы можем создать язык программирования с абсолютно любым синтаксисом, главное, чтобы он грамотно переводил наш код в машинные команды. А в то время специалисты скептически относились к языкам высокого уровня. Частично это было обусловлено производительностью компьютеров – упрощение синтаксиса со сложными трансформациями дорого обходилось, могло вернуть технологический прогресс на несколько лет назад. Частично причиной были эмоции – было тяжело отойти от формы машинных команд, потерять контроль над процессами. Программисты всерьёз боялись, что после компиляции они не смогут понять исполняемые команды. Сегодня нам наплевать, как выглядит машинный код, а в те времена это казалось важной проблемой.

Тем не менее компилятор стал единственным выходом из ситуации, но здесь проявилась другая трудность – арифметические выражения. Их исполнение не совпадает с тем, как машина читает код. Из школьного курса мы знаем порядок вычислений в выражении «2+3*5», но машина читает код в одном направлении, так что ответ будет неверным. Да, указанный пример можно решить, создав макрос, но для сложных выражений уровня «(2 + 3 * 5 + 4/6) * 10 + 16- (14 + 15) * 8» требовался принципиально иной подход.

Эпоха новой формации

Найти алгоритм анализа стека удалось Джону Бэкусу, создателю Фортрана. Он начал работать над ним в 1954 году и ему потребовалось почти 5 лет, чтобы доказать право языков высокого уровня на существование. Полное название Фортрана – The IBM Formula Translating System, или FORmula TRANslator. Несмотря на 60-летний возраст, он остаётся одним из самых популярных языков программирования и невероятно востребован в Data Science. За это время мы видели множество версий: Fortran 1, II, 66, 77, 90, 95, 2008, а в следующем году выйдет ещё одна (планировался Fortran 2015, но из-за задержек название может смениться на 2018). Именно в Фортране впервые были одновременно реализованы многие атрибуты языка высокого уровня, среди которых:

  • арифметические и логические выражения;
  • цикл DO (ранняя форма цикла FOR);
  • условный оператор IF;
  • подпрограммы;
  • массивы.

Ещё одним важным наследием Фортрана, о котором даже не догадываются современные программисты, является использование ограничений для переменных для целых чисел. Все они должны были начинаться с одного из 6 символов I, J, K, L, M, N (происходит от I-Nteger). Именно отсюда взялась привычка для перечислений брать переменные i, j и т.д.

IBM 704 – машина, на которой был создан Fortran

При этом Фортран оставался языком, приближенным к машинам. Например, там существовало такое:

if (выражение) doneg, dozero, dopos

Причиной была архитектура компьютера IBM, которой требовалась команда для использования нужного регистра: отрицательного, нулевого или положительного. Близость к машинам проявлялась и в известной команде GOTO (позднее она была унаследована Basic), означавший прямой переход к той или иной команде.

Возвращаясь к проблеме арифметических выражений, алгоритм перебора стека (то есть анализа всей строки) не был эффективным решением, но он доказал, насколько реализация может быть простой и логичной.

Языки для каждого

Fortran 1 был научным языком, в его основе лежали операции с комплексными числами и с плавающей запятой. Он даже не умел обрабатывать текст, для этого приходилось преобразовывать его в специальные коды. Поэтому Фортран оказался непригоден для бизнеса, где был специально создан язык Cobol.

Синтаксис у него принципиально иной, максимально приближенный к естественному английскому языку. Практически не было арифметики, только выражения вида:

Move Income To Total Subtract Expenses

Cobol стал олицетворением максимального удаления от прежнего машинно-арифметического мышления к общечеловеческому. И главное – теперь можно было работать с текстом и записями.

Следующим фундаментальным языком стал Algol (ALGOrithmic Language), предназначенный для научных отчётов и публикаций. В нём впервые появились естественные для нас вещи:

  • отличия между присваиванием := и логическим равенством =;
  • использование цикла for с тремя аргументами: начальное значение, предел, шаг;
  • блочная структура программ, заключённая между begin и end, это исключило необходимость применения GOTO.

Именно из Алгол произошли C, C ++, C #, Java и многие другие популярные сегодня языки.

Четвёртым китом 1950-х стал Лисп (LISt Processing language), разработанный специально для обслуживания искусственного интеллекта. Главной его особенность стала работа не с императивными данными, а с функциями. Для этого Джону Маккарти пришлось предусмотреть множество механизмов для нормальной работы: динамическую типизацию, автоматическое распределение памяти, сборщик мусора. В конечном счёте, именно Лисп стал прародителем таких языков, как Python и Ruby, а сам до сих пор активно применяется в ИИ.

Таким образом, 1950-е изменили образ мышления программистов, подарили четыре фундаментальных языка и поставили мир на рельсы компьютерной революции.

История языков программирования: 1960-е

Следующее десятилетие ознаменовалось уникальным подходом к разработке языков – коллективным. Технологический прогресс продвигался так быстро, что необходимо было стандартизировать новую информацию, не допуская дублирование. В отношении языков программирования этот принцип проявлялся наиболее ярко.

CTC DataPoint-3300. Компьютеры обретают современный облик.

К примеру, уже упомянутый Fortran вовсе не был первым языком, который решил проблему с повторяющимися макросами ассемблера. Компания Remington Rand ещё в 1952 году запустила линейку компиляторов A, которые использовали готовые библиотеки. Однако у Fortran был мощный покровитель IBM и самые современные машины, поэтому компиляторы А остались лишь в истории.

Комитеты и новые языки

Таким образом, к началу 1960-х годов было создано два крупных комитета. Первый – академический, был создан эгидой Министерства Обороны США. Второй комитет, более крупный, представлял коммерческие интересы и имел статус международного. Изначально все они работали над развитием Fortran. Но, как мы уже заметили в первой части, из-за отсутствия нормальной работы с текстом он не мог в полной мере удовлетворить потребности бизнеса и науки. Так в привилегированной группе языков программирования появились COBOL и Algol. Ответвлением последнего, по сути, являлся Lisp, именно поэтому в общей истории его роль несправедливо преуменьшена.

Если вы взгляните на список языков программирования 1960-х, увидите преимущественно знакомые названия. Главные достижения комитетов, а значит и всего софтверного мира IT – версии ALGOL 60 и 68, Fortran IV и 66, COBOL 61, 65 и 68. Собственно все свои характерные черты, указанные языки, приобрели именно в 1960-х годах.

Программирование для каждого

Главным же итогом 1960-х в мире IT стало вовсе не создание комитетов и не формирование облика современных высокоуровневых языков, а то, что программирование стало народным. Теперь ему повсеместно обучали в университетах, студентам больше не требовалось быть инженерами, чтобы понимать, как функционирует машина с написанным ими текстом. Огромную роль в этом сыграли специально придуманные образовательные языки – BASIC и Logo.

Несмотря на общее назначение, подход был принципиально разным. Logo – язык, отметивший в этом году полувековой юбилей, всё ещё остаётся востребованным в университетах и школах. Благодаря графической оболочке, он позволил окунуться в мир программирования и студентам, и маленьким детям. Основные идеи обучения и подход легли в основу одного из самых стремительно развивающихся языков – Scratch.

BASIC – симбиоз FORTRAN II и ALGOL 60. Несмотря на большое количество ограничений, по сути он стал первым языком, позволившим обучать программированию на «взрослом» уровне. То есть сделать переход от теории к работе с Algol или Fortran быстрым и безболезненным.

В истории влияние BASIC трудно переоценить. Без него, возможно, не было в современном виде никакого ПО, ведь и Microsoft, и Apple во многом обязаны именно этому языку и его ответвлениям. VB6 и Visual Basic .NET по-прежнему востребованы, причём не в обучении, а в создании полноценных приложений.

История языков программирования: 1970-е

В 60-х годах 20 века программирование развивалось благодаря комитетам. В 70-х ситуация кардинально изменилась – теперь новые языки придумывали небольшие группы людей. Это произошло благодаря доступности компьютера – теперь заполучить ЭВМ мог буквально любой человек. Именно в 70-х берёт своё начало история языков Pascal и C.

Dartmouth BASIC

Но прежде всего 70-е в программировании ознаменовались подъёмом BASIC. Он был создан в 60-х Джоном Кемени и Томасом Курцем в Дартмутском колледже в США, и должен был выполнить две основные функции:

  • Разработать систему и язык, который был бы дружелюбным, простым в освоении и использовании.
  • Сделать программирование общедоступным курсом.

Однако мгновенного отклика BASIC не нашёл. Комитеты, отвечавшие за разработку Фортрана, Алгола и Кобола, преследовали совершенно иные цели, а потому на высших уровнях до образовательного языка долгое время не было никакого дела.

Как уже было сказано, настоящие годы бума для BASIC пришлись лишь на конец 70-х, когда персональный компьютер стал доступен и любой человек мог почувствовать себя программистом.

Первые массовые ПК имели не более 4 Кбайта памяти, позднее – 16 Кбайт. В определённой степени это было возвращение на 20 лет назад, ведь компиляторы языка высокого уровня занимали сотни килобайт, поэтому часто приходилось работать с машинными командами и кодами. Но было одно исключение – BASIC.

Поскольку он предназначался как учебный язык, для мини-ПК было создано множество реализаций, основанных на интерпретаторе и компиляторе. Так BASIC стало можно запустить на машинах с ограничением памяти в 8-16 Кбайт. Именно поэтому BASIC быстро стал естественным выбором для любого, кому нужен был язык высокого уровня для ПК того времени.

Altair-8800. ПК, который изменил мир.

Первым совместным проектом Пола Аллена и Билла Гейтса был как раз интерпретатор BASIC для PDP 8 (мини-ПК). Они учились в средней школе, когда свет увидел компьютер Altair из MITS. Юные изобретатели увидели в этом уникальную возможность, урезали свой интерпретатор до 4 Кбайт так, чтобы он позволял системе запустить небольшую программу.

Билл Гейтс утверждает, что им потребовалось три с половиной недели, чтобы подготовить первую версию и около восьми недель, чтобы отполировать ее. Чтобы вы лучше представляли, как сложно уместить интерпретатор в 4 Кбайт: им пришлось урезать традиционное READY до OK, чтобы выиграть три байта памяти.

Продукт получил название «4K BASIC» – первая версия Microsoft BASIC. Было много других реализаций языка для Altair и не только - Tiny BASIC Ли Чен Вана, TRS-80 BASIC Стива Лэйнинера, EBASIC и CBASIC Гордона Эубэнкса, 6800 BASIC Роберта Уиттеркика, целая серия интерпретаторов BASIC для Apple от Стива Возняка. Но именно Microsoft BASIC Билла Гейтса оказал наибольшее влияние на программирование и ПО в целом.

Всё дело в его деловой хватке и даре убеждения – даже японцы купили Microsoft BASIC. Вишенкой на торте стало включение детища Гейтса и Аллена в IBM PC. Microsoft продолжала разрабатывать BASIC вплоть до 90-х годов, а окончательной версией стал Quick BASIC – полностью структурированный язык, который сохранил свою простоту и понятность.

Pascal

Так как BASIC достаточно долго шёл к мировой известности, многие учёные продолжали создавать образовательные языки. Никлаус Вирт руководствовался теми же идеями, что и Кемени с Курцем. Он хотел создать язык, пригодный для обучения информатике в школах и вузах, при этом он должен был работать на мини-ПК и быть походим на один из комитетских языков.

Взяв за основу Algol, в 1972 году Вирт создал язык Pascal, названный в честь французского математика XVII века Блеза Паскаля. Упрощение коснулось не только синтаксиса, но и компиляции. Например, функции и процедуры должны быть определены в начале программы, это позволяло использовать однопроходный компилятор.

Pascal стал очередной революцией в программировании.

Несмотря на критику, Pascal был очень быстро принят компьютерным сообществом. Причиной стал умный способ сделать его доступным для большинства машин без необходимости писать для каждой компиляторы с нуля. Вирт создал компилятор, который переводил код Pascal в пи-код (язык ассемблера). Далее всё, что нужно было сделать для работы на конечном устройстве – написать простой интерпретатор пи-кода, что намного проще, чем каждый раз писать компилятор Pascal.

Именно так до бытового уровня дошла идея использования виртуальной машины – концепции программирования, которая особенно прославится в конце века благодаря языку Java и машине JVM.

Точкой же взлёта Pascal стало появление UCSD Pascal. Кеннет Боулс создал не просто ещё один компилятор, но и операционную систему с утилитами в пи-коде. Система UCSD появилась в 1976 году, а статья в журнале Byte в следующем году принесла ей известность и востребованность на рынке ПК. Популярность была такой большой, что USCD была представлена на презентации очередного IBM PC как альтернативная ОС.

Войны BASIC и Pascal

Неудивительно, что всё это привело к настоящей битве за доминирование между BASIC и Pascal. В каком-то роде это было продолжение противостояния из прошлого десятилетия – Algol против Fortran или Cobol. Однако, если тогда это было просто идеологическое противостояние на уровне комитетов, теперь появилась новая реальная сила – мнение простых людей. И уже тогда было понятно, что именно здесь лежит будущее программирования. Основная битва за доминирование между Pascal и BASIC развернётся в следующем десятилетии, и приведёт к созданию почти совершенных диалектов этих языков qBasic и Turbo Pascal.

В пользу BASIC была поддержка крупных корпораций. Он по умолчанию использовался на всех известных ПК. Однако здесь был и скрыт аргумент в пользу Pascal – скорость. При нехватке памяти ПК BASIC запускался через интерпретатор, который работает медленнее компилятора. Таким образом, возник миф, что Pascal быстрее, хотя непосредственно к языкам эта версия не имеет никакого отношения.

C

Пока BASIC и Pascal боролись за умы начинающих программистов, многие корпорации были озабочены разработкой мощного универсального языка высокого уровня, который бы был производительнее и удобнее тех, над которыми трудились комитеты. Больше всего в этом преуспела компания Bell Labs – именно здесь увидели свет операционная система Unix и язык программирования C.

Одним из недостатков существующих популярных компьютерных языков была их ограниченность. Например, если вы хотели написать операционную систему, сначала приходилось иметь дело с низкоуровневыми функциями аппаратного обеспечения, и лишь заложив фундамент, можно было перейти к программированию на языке высокого уровня.

В результате в Великобритании появились сначала системный язык CPL, а потом его урезанный младший брат – BCPL (базовый CPL). Его слава добралась до другой стороны Атлантики, где Кен Томпсон, сотрудник Bell Labs, выпустил еще более упрощённую версию BCPL – B. В то время Unix разрабатывался на ассемблере, поэтому B стал настоящим панацеей для компании.

Позднее Деннис Ритчи переработал некоторые идеи Томпсона, и создал C (просто следующая буква алфавита). Язык сочетал в себе функции низкого уровня со структурой Algol. Таким образом, вначале C получил известность как структурированный язык ассемблера.

Самым ярким доказательством качества языка являлось то, что основная часть Unix, кроме небольшого ядра, была полностью переписана на C. Именно так, рука об руку, язык и ОС Unix существовали первые годы. Но слава распространялась, и в конечном итоге С начал использоваться в других операционных системах, и как итог – получил славу языка общего назначения.

Тем не менее, 70-е годы – это лишь время, когда было посажено семя С. Настоящий успех язык обрёл в следующем десятилетии. Такой, о каком создатели могли только мечтать.

Итак, в 1970-х в программировании наконец возникла главная движущая сила – мнение простых людей. Они уже не просто пользовались деятельностью «больших» учёных, любой желающий мог создать свой язык, написать компилятор или интерпретатор. Кто-то благодаря этому обрёл вечную славу, а кто-то построил миллиардную империю. Для того, чтобы сделать следующий качественный скачок, необходимо было вновь изменить подход к программированию, увеличив возможности и усложнив структуру. Совсем скоро в моду войдёт объектно-ориентированное программирование.

История языков программирования. 1980-е

Когда-то давно в программировании не существовало понятия «объекты», а сегодня уже трудно представить достаточно мощный язык, хотя бы частично не использующий принципы ООП. И хотя объектное программирование зародились ещё в 1960-х, именно 1980-е стали тем временем, когда оно стало мейнстримом.

Но начать следует с аппаратной части. В 1979 году свет увидел легендарный процессор Intel 8088, который дал мощный толчок развитию персональных компьютеров. Так как IBM PC уже по сути стал стандартом, то отныне все машины поддерживали любые языки программирования без необходимости их урезать и адаптировать.

Философия программирования

Несмотря на то, что формально программирование перестало зависеть от машин ещё в 1950-х, лишь теперь это обрело реальный смысл. Разработчики наконец избавились от необходимости задумываться об особенностях языка на том или ином компьютере, что в конечном счёте привело к развитию идей структурного, неимперативного и объектно-ориентированного программирования.

Simula

Вне всяких сомнений, самой большой революцией 80-х годов стало появление объектно-ориентированных языков. Однако первопроходцем принято считать язык Simula, разработанный в 1967 году в Норвежском Вычислительном Центре тремя учёными – Оле-Йоханом Далем, Бьорном Мирхаугом и Кристен Нигаард.

Однако, как мы помним, это было время комитетов в программировании. Более того, так как язык был разработан в небольшом скандинавском университете тремя людьми без соответствующего опыта, шансы получить мировое признание у Simula 67 были нулевые.

Язык был развитием Algol 60 и на первый взгляд не содержал ничего нового. Реальная же важность Simula 67 заключалась в философии разделения самой программы и её экземпляра. До этого большинство программистов не разделяло эти понятия. Даль и Нюгор, напротив, были озадачены именно созданием симуляций (отсюда и название языка).

Чтобы понять отличие, рассмотрим пример, пусть будет автомобиль. В традиционных языках (Fortran, Algol, BASIC или Cobol) вам необходимо писать подпрограмму или модуль для каждого автомобиля, хотя все они будут более или менее одинаковыми. В Simula 67 был реализован иной подход – вы создаёте лишь один модуль, определяющий автомобиль как набор переменных, процедур и функций, а затем просто создаёте экземпляры с частными параметрами.

С этой простой идеи начала развиваться философия объектно-ориентированного программирования. Это сегодня мы говорим о классах, объектах, экземплярах и наследовании, но всё это появилось ещё в Симуле, просто потребовалось время для совершенствования идей и массового внедрения в программирование.

Smalltalk

Следующим важным шагом в развитии объектно-ориентированных языков стал Smalltalk.

Алан Кей жил на западном побережье США в эпицентре аппаратной революции. Главным его стремлением было создать компьютер, с которым мог работать даже ребёнок. Устроившись на работу в Xerox Palo Alto, Кей создал специальную исследовательскую группу. С компьютером не получилось, зато на свет появились Smalltalk 72 и 76, заимствовавшие идеи Simula. Об этом странном норвежском языке Кей прочитал в одном из научных журналов, идея ему понравилось и он положил её в основу своих разработок. Однако в 1981 году Кей покинул проект, после чего акценты Smalltalk изменились.

Отныне группа получила название «группа концепций программного обеспечения», а Smalltalk 80 позиционировался как «серьезный язык». Большой вклад в это внесли Адель Голдберг, Дэвид Робинсон, Ларри Теслер, Дэн Ингаллс и Питер Деат.

Smalltalk стал первым полноценным объектно-ориентированным языком и задал тренд на долгие годы. Кроме того, со Smalltalk связано ещё одно эпохальное событие. На этом языке была написана первая графическая среда. Однажды в Xerox Palo Alto зашёл Стив Джобс, восхитился этой разработкой и завербовал Ларри Теслера для создания LISA – предшественника первого Macintosh. Окна, иконки, мышь – всё это берёт начало здесь.

Объекты и другие языки

Объектно-ориентированный подход стал настолько популярен в конце 80-х годов, что многие традиционные языки стали включать в себя этот подход. Бьёрн Страуструп из компании AT&T расширил возможности языка C и создал C++. Были и другие расширения, даже более удачные, но Страуструп обладал соответствующими полномочиями, потому именно его вклад в программирование оказался историческим.

Главная особенность C++ – это полноценное расширение для C. Вам даже не нужен был компилятор, потому что это было реализовано в виде препроцессора, который преобразовал С++ в C. Каждая машина, поддерживающая родительский язык, могла поддерживать и новый объектно-ориентированный.

Другими значимыми расширениями существующих языков были ответвления Pascal - Microsoft и Borland. Хоть они и не были совместимы, в подходах они схожи. Fortran, Lisp и Forth тоже включили объектно-ориентированные расширения, но в сравнении с C++ это были незначительные доработки. Появились и новые языки, вроде Ada и Modula 2, которые включали некоторые аспекты объектно-ориентированного метода.

Таким образом, к концу 1980-х годов практически каждый программист был знаком либо с Basic, либо с C++.

Неимперативное программирование

Сегодня кажется, что объекты – суть всех популярных языков программирования, но в 1980-х годах не было однозначного мнения о лучшем подходе. Поэтому каждая новая идея была зафиксирована и считалась важным прорывом.

Стандартные языки программирования создавали программы, которые при выполнении могли быть куда сложнее, чем они описаны в коде. Например, цикл может выглядеть так, как будто это всего лишь несколько строк инструкций. Но при запуске это приводило к тысячам инструкций и динамической интерпретации. Это различие между статическим текстом и фактической реализацией программы использовалось в объектно-ориентированных языках, позволяя запущенному коду приводить к появлению любого количества экземпляров.

В неимперативном программировании есть чёткое различие между статическим и динамическим текстом программы. Есть два различных способа, с помощью которых это может быть достигнуто: функциональные и логические языки программирования.

Функциональные языки, такие как Lisp, FP и Hope, желали покончить с императивным программированием, настаивая, что применение частных случаев неэффективно по сравнению с обобщающими математическими функциями. К примеру, в императивном программировании выражение:

А = А + 1

означает, что каждый раз, когда выполняется эта часть программы, А меняет значение, то есть фактически не имеет ни одного значения. Функциональные языки используют рекурсию для создания новых переменных и поэтому А не использует значения до момента запроса. Рекурсия также используется для замены циклов, поэтому время выполнения кода соизмеримо с полным временем выполнения программы. Единственная проблема заключается в том, что многие программисты находят рекурсию сложной. Тем не менее, самый известный функциональный язык, LISP, разработанный Джоном МакКарти из Массачусетского технологического института в 1959 году, по-прежнему имеет своих поклонников. И он по-прежнему является основным языком для ИИ в той или иной форме.

Логическое программирование

Самый успешный из логических языков — Prolog. Он основан на идее написания программ как набора логических операторов и использования перебора для автоматического определения результатов.

Формально этот подход освобождает программиста от беспокойства о том, как получается результат – в программу включаются только факты и их анализ. Сложность в Prolog заключается в том, что ему необходимы фундаментальные прорывы в логике, точнее, в автоматических процедурах проверки. Без этого Prolog не слишком функциональный и производительный язык.

Самой важной частью истории Prolog является его принятие японцами в 1981 году в рамках проекта десятилетия. Это стимулировало многих программистов в США, чтобы пересмотреть их использование Lisp в качестве первого выбора для программирования ИИ.

Возможно, логическое программирование и функциональное программирование - это технологии, которые еще не до конца показали истинный потенциал. С другой стороны, это может быть просто случаи, которые работают в некоторых ситуациях, оставляя необходимые объектно-ориентированные языки для выполнения реальной работы.

Турбо-языки

Было бы несправедливо обойти программирование 80-е годов, не упомянув семейство турбо-диалектов от Borland.

Turbo Pascal был первым из высокопроизводительных компиляторов нового поколения с простой средой разработки. Его создатель Андерс Хейлсберг (который, кстати, продолжил разработку C# для Microsoft) стал еще одним примером скандинавского влияния на вычисления.

Turbo Pascal прошёл путь от медленного и трудного в использовании интерпретатора до быстрого, интерактивного, адаптированного для всех машин компилятора, который приглянулся многим программистам.

После успеха Turbo Pascal появились интегрированные среды Turbo C, Turbo BASIC и Turbo Prolog.

Вдали от мейнстрима

Есть два других языка, которые оказали реальное влияние в 80-е годы и заслуживают упоминания, но не вписываются ни в какую опрятную категорию - Modula 2 и Ada.

Modula 2 был предложением Никлауса Вирта в качестве замены Pascal. По сути, это было обновление, включающее в себя идеи параллельного программирования. В 1980 году появилось Modula 2, более универсальное расширение, которое включало функции объектно-ориентированного программирования.

Это была первая реализация того, как один модуль может «видеть» данные, только используя интерфейс между ними, что позволяет программисту сосредоточиться на том, что делает модуль, а не на том, как он это делает. Эта простая идея описывает возможность скрытия и инкапсуляции данных, которые являются одной из основ объектно-ориентированного метода.

Modula 2 наследовала слишком много алгольных идей, поэтому мировой славы не получила. С другой стороны, на свет появилась Ada – пожалуй, последний из суперязыков. Она была создана очередным комитетом по заказу Министерства Обороны США и является возвратом к идеям Algol/Сobol. Ada – универсальный язык, который включает в себя невероятный диапазон функций. По этой причине его можно использовать для создания хоть объектно-ориентированной, хоть функциональной программы. Короче говоря, для всего.

История языков программирования: 1990-е

Последнее десятилетие XX века ознаменовалось появлением интернета (World Wide Web) в его привычном глобальном виде. Если ранее языки и идеи программирования распространялись через отдельные дистрибутивы или журналы, то теперь появился мощный канал обмена информацией, доступный каждому. Таким образом, любой язык программирования, даже созданный школьником на уголке планеты, мог стать международным хитом.

В то же время появление интернета открыло новые перспективы для развития языков. Он стал полем для развертывания сценариев, создания протоколов обмена информацией и различных интерактивов – благодатной почвой, где существующие языки не имели власти. В этой ситуации вторую жизнь обрели функциональные языки программирования.

Перерождение функционального программирования

Функциональные языки программирования появились ещё на рассвете программирования: в конце 50-х был Lisp, который получил международное признание и долгое время являлся одним из китов программирования. Однако с тех пор, как появились Basic и Pascal, общественный интерес к функциональному программированию угас – их возможностей хватало на решение подавляющего большинства задач персонального компьютера. Но рост требований и появление интернета изменило требования и интерес к ФП вспыхнул с новой силой. Это стало катализатором появления и популяризации языков Erlang (1986) и Haskell (1990) – чистых языков функционального программирования. Это означает:

  • Отсутствие побочных эффектов использования памяти и ввода-вывода информации. Проще говоря, при изменении частных не меняется структура программы и объекты. Например, в Haskell для этого используется механизм монад.
  • Использование функций высших порядков и лямбда-абстракций. Функции могут быть аргументами и возвращаться в качестве результата вычисления.
  • Активное использование рекурсий. В то время, как в императивном программировании в основе лежат циклы в классическом представлении, в функциональном без умения использовать рекурсию делать нечего.

Популярные языки программирования тоже понемногу стали обрастать функциональными возможностями, подстраиваясь под новые требования. Однако в 1990-х всё ещё правит императивный подход, поэтому главным явлением стало появление ещё более простых языков программирования.

Проще, мощнее, универсальнее

В мире программирования всегда находятся гики, которые стараются упростить и усовершенствовать популярные языки. Лучшие из них меняют ход истории. Так, к примеру, произошло с Гвидо Ван Россумом, создателем языка Python.

Basic и Pascal были искусственно ограничены в угоду массовости. Для сложных вычислений, моделирования и построения графиков программисту требовалось использовать сторонние библиотеки, а чаще создавать свои. Это порождало массу сложностей, куда проще было освоить ещё один язык. Кроме того, Pascal и Basic уже сильно устарели в плане синтаксиса

Гвидо при помощи Python решил все эти проблемы. Синтаксис стал по-настоящему высокоуровневым, настолько, что код мог понять даже не программист. Это вкупе с распространением интернета дало мощный толчок для создания узкоспециализированных библиотек, с помощью которых можно решать безграничный спектр задач. Если в 1980-е каждый мог сделать программирование своим хобби, то в следующем десятилетии оно уже стало элементом многих профессий.

Ещё одно подтверждение этому – появление в 1991 году очередной ветви популярного языка – Visual Basic. VB был направлен на работу с графическим интерфейсом Microsoft Windows. «Оконная» ОС уже тогда была одним из лидеров рынка, и за возможность создавать приложения зацепилось огромное количество простых пользователей. Несмотря на то, что первые версии VB не отличались функциональностью и качеством сборки, язык получил большую популярность.

Развитие получил и Pascal. Популяризации языка поспособствовала и компания Borland, подхватившая новый язык и создав на его основе программную среду, которая как раз и называлась Delphi. С её помощью миллионы школьников по всему миру научились создавать собственные MVC-приложения: игры, органайзеры, медиаплееры – всё то, о чём несколько лет назад и мечтать было сложно.

Начало доминирования

Пожалуй, главный вклад 1990-х в современный мир состоит в появлении двух невероятно мощных и схожих языков – Java и C#. Java появился хронологически раньше. Язык стремился решить насущную проблему – создание такого кода, который бы мог работать на любой платформе. Реализация стала возможна благодаря трансляции в байт-код с использованием виртуальной машины. Идея не новая, она использовалась на машине Atlas в Кэмбридже ещё в 1960-х, но только сейчас она стала по-настоящему актуальной. Синтаксис Java был схож с популярными языками, в том числе C++, но функциональность была расширена до полноценных возможностей ООП.

Концепция Java очень быстро нашла отклик у программистов, и к концу века каждый четвертый программист на планете был знаком с этим языком. Конечно, такая популярность не могла пройти мимо внимания самой могущественной IT-компании – Microsoft. На базе Java, учтя все претензии и пожелания, они выпустили свой язык – С#. Такой же популярности язык не достиг, но возможность кастомизировать Windows, на тот момент уже одной из популярнейших ОС, привлекла внимание огромного числа программистов.

Это стало причиной негласной вражды и развития программных платформ для обоих языков. Правда, всё это будет в 2000-х, а в 1990-е появляется новое направление – языки веба.

Создание интернета

Появление интернета изменило в целом представление о компьютерах и его возможностях. Теперь это были не рабочие машины, а ещё и сервис коммуникации и общения, а значит аудитория потенциальных пользователей выросла в разы. Веб стал новой программной платформой и новым рынком, который необходимо было осваивать.

Существующие языки программирования для веба были слишком «тяжёлыми», всё-таки скорость соединений в начале 90-х оставляла желать лучшего. Поэтому в качестве стандарта WWW выступала технология гипертекста. Базовым языком стал HTML, разработка которого велась ещё с 1986 года. Несмотря на то, что он не является Тьюринг-полным, то есть не может быть причислен к разряду языков программирования, переоценить вклад HTML в современный IT-мир трудно.

К середине десятилетия выросло количество серверов, сайтов, соответственно, увеличился объем трафика. Для того, чтобы уменьшить количество кода и привести страницы к общему логическому знаменателю, веб-разработчики стали использовать язык CSS. С его помощью можно было задавать цвета, формат шрифта, верстать страницы и логически их разделять, используя единый шаблон для всего сайта. Это не только уменьшило количество кода, но и значительно повысило надёжность.

Альтернативой специализированным языкам являлся Perl – язык общего назначения для работы с текстом. Он заимствовал синтаксис и механизмы из других популярных языков, в том числе С и awk, но благодаря ориентации никогда не был им конкурентом. Когда речь зашла о поиске подходящего инструмента для интерфейсного обслуживания интернета, Perl стал одним из главных вариантов.

Он же лёг в основу истории создания важнейшего языка современной «паутины» – PHP. Именно Perl использовал Расмус Лердорф, программист из Дании, создавая скрипты для обработки статистики онлайн-резюме. Он дал им название Personal Home Page. Позднее Расмус понял, что возможностей Perl ему не хватает, разработал на С новый интерпретатор шаблонов, который и получил название PHP.

Однако большая слава к языку пришла лишь после того, как в 1997 году Энди Гутманс и Зеев Сураски значительно переработали PHP, подняв к нему интерес и придав современный облик. С этого времени популярность языка начала стремительно расти, пока PHP не утвердился в качестве одного из главных языков программирования.

Еще одной альтернативной ветвью развития Perl стал Ruby – динамический высокоуровневый язык с полноценной реализацией ООП. Юкихиро Мацумото хотел реализовать ту же идею доступности, что существовала в Python, при этом сохранив «дух» Smalltalk и Perl.

Но, пожалуй, главную революцию совершил язык JavaScript. Он также изначально замышлялся как скриптовая замена С для обработки макросов. Но, благодаря многочисленным стечениям обстоятельств и удачной интеграции в HTML-коды, JavaScript вызвал бурный интерес у большинства разработчиков. Конец 90-х и начало 2000-х в вебе запомнились огромным количеством веб-страниц, перенасыщенных JS-скриптами. Они сверкали всеми цветами радуги, выдавали всплывающие сообщения при каждом клике, картинки перемещались по экрану. Сейчас это кажется ужасом, но тогда это стало настоящей революцией. Именно так JavaScript стал обязательным инструментом веб-разработчика и сохраняет это звание по сей день.

На пороге очередной технологической революции

В 1990-х стал зарождаться еще один мощный рынок – гибридов телефона и компьютера. Термин «смартфон» введет компания Ericsson только в 2000-м году, пока они носят название коммуникаторы. Изначально приложения разрабатываются на языках ассемблера и С, а системы имеют закрытый характер. Однако к концу тысячелетия ситуация меняется – Psion, Nokia, Ericsson и Motorola создают консорциум Symbian. Выпущенная им операционная система вскоре захватит почти весь рынок, став отправной точкой в сфере пользовательской разработки мобильных приложений.

История языков программирования: 2000-е

XXI век изменил общественное мнение о компьютерах. Ноутбуки, смартфоны, планшеты закрепились в технологической экосистеме. Массивные ящики системного блока и монитора воспринимались уже не просто как домашние компьютеры, а мощные машины, позволяющие создавать и запускать приложения, о которых в двадцатом столетии снимали фильмы.

Языки программирования сыграли важную роль в этих метаморфозах. Узнаем, какие из них появились в первом десятилетии XXI века и как способствовали прогрессу.

Продолжение битвы

Компания Microsoft в конце 90-х приступила к разработке C#, который должен был оспорить господство Java. Новый язык был представлен в 2000 году, но увидел свет только в 2002. Причина задержки заключалась не только в желании победить все «болячки» Java, но и в меняющихся тенденциях на рынке IT. Прежде в Microsoft ориентировались на создание десктопных приложений для Windows, но поняли, что это путь в никуда. Требовалась новая программная платформа, которая бы замкнула на себе множество языков, а также позволила работать с вебом, мобильными и стационарными устройствами. Так появилась .NET, представленная вместе с C# в 2000 году.

Этот шаг позволил в долгосрочной перспективе поднять интерес как к языку, так и ко всем продуктам Microsoft. Но компания уже допустила главный просчет. В конце 90-х ведущие производители мобильных устройств, среди которых — Nokia, Ericsson и Motorola, объявили о создании новой системы Symbian. Изначально она была закрытой, приложения писались на языках ассемблера и C, но долго игнорировать влияние Java было невозможно. Уже к началу 2000-х пользователи мобильных устройств могли устанавливать приложения на базе Java ME (ограниченной версии языка). Пока C# собирал аудиторию, Java уже работал на каждом втором смартфоне. Microsoft еще долго будет пытаться переломить эту ситуацию, но так и не преуспеет.

Зато у C# прекрасно пошли дела в игровой сфере. Как и сегодня, в 2000-х среди консольных приставок основная борьба разворачивалась между Sony PlayStation и Microsoft Xbox. Первая использовала в качестве базы C и язык ассемблера, потом перешла на собственный скриптовый язык. Фактически, Sony PlayStation была закрыта для сторонних разработчиков. Продукт компании Microsoft опирался на C++ и C# — в частности при работе с графическим движком Unity. Популярность C# возросла, но догнать Java так и не получилось: конкурент имел серьезное влияние на веб, а к концу десятилетия стал фундаментом системы Android.

Масла в огонь подливали и новообразованные языки. К примеру, Groovy, работающий на базе JVM, подтягивал синтаксис Java к простоте Python, сохраняя функциональность - поэтому привлек внимание.

Новый вектор обучения

Создание языков программирования для обучения - тенденция, берущая начало в 60-х годах. В первом десятилетии XXI века появился ведущий «детский» язык — Scratch. Разработанный в MIT, он позволял на основе простых графических блоков создавать анимацию. Первые 10 лет существования не принесли языку заслуженной славы. Дело в концепции, согласно которой программировать приходилось непосредственно в браузере. Из-за ограничений на трафик и скорость начинающие программисты со всего мира не могли себе позволить долго возиться с этим продуктом.

Функциональное программирование было актуальным решением в начале эпохи персональных компьютеров. Тогда сложные коды, привязанные к конкретным данным, было разумно замещать моделями, сокращая объем кода и увеличивая производительность. Новые языки и появление полноценного ООП заставили большинство разработчиков вернуться к императивному программированию, оставив за функциональным роль дополнения. Но в XXI веке все изменилось.

Частично этому способствовала новая волна маломощных машин (смартфонов). Высокие требования при скромной производительности вынуждали программистов мыслить функциями, а не привязываться к данным. Частично на популярность ФП повлиял новый язык — Clojure, диалект Lisp, работающий на основе виртуальной машины Java. Он будто связал десятилетия, позволив в новой эре применить известные принципы ФП. Чуть позже появился еще и ClojureScript для работы с JavaScript. Это был сигнал разработчикам языков: пора вводить возможности полноценного функционального программирования.

Big data

В 2008 году редактор журнала Nature Клиффорд Линч ввел понятие «большие данные». Этот термин он использовал при анализе растущего объема информации, поступающей в сервисы и социальные сети. Ведущие компании столкнулись с проблемой: необходимо было придумывать новые методы обработки и хранения данных, чтобы отвечать потребностям общества. Частично это решалось функциональным программированием, но требовались и новые специализированные языки.

Компания Google нашла выход в использовании нейронных сетей и языка для обработки данных - Go. Он должен был стать полноценной альтернативой C и C++, улучшив читаемость кода, документируемость, скорость сборки программ и множество других аспектов. Go так и не стал панацеей, но заслужил репутацию удобного и надежного инструмента для сложных разработок.

Гонка мобильных вооружений

Чтобы понять, насколько быстро менялись технологии в первом десятилетии XXI века, достаточно вспомнить события на рынке мобильных телефонов. Он стартовал с огромными черно-белыми «коммуникаторами» под управлением закрытых операционных систем. Им на смену пришли кнопочные «смартфоны» с Symbian. Уже к концу десятилетия все эти наработки устарели — на рынке сенсорных аппаратов бушевала битва iOS и Android.

Аппараты Android работали, опираясь на язык Java, и с первого дня существования системы пользователи могли писать под нее приложения. Почти все базовые приложения Android — результат международного конкурса разработчиков, который устроил Google за год до официального запуска платформы.

В Apple избрали другой путь — использовать собственные наработки. Objective-C был создан в 80-х как одно из множества ответвлений языка С. Возможно, он так и канул бы в ХХ веке, если бы не приглянулся разработчикам компании NeXT и операционной системы NEXTSTEP. Компьютер NeXTcube собрал массу положительных отзывов, но не получил распространения из-за высокой стоимости проекта.

Главой NeXT был Стив Джобс. Он не только удержал компанию на плаву и выгодно продал ее Apple, но и внедрил все наработки в «яблочные» продукты. Надежность и быстродействие стали визитной карточкой Mac OS и iPhone OS.

В отличие от Android, который имеет открытый исходный код, системы Apple изначально были закрытыми для сторонних разработчиков. Компания выпускала средства разработки приложений после того, как оценивала заинтересованность в продуктах. Так случилось и с MacOS: Xcode была представлена спустя 2 года после платформы, — и с iOS: через год была обнародована SDK. Разумеется, исходные коды при этом не открывались и разработчики не получали полной свободы в персонализации. Родилось главное идеологическое противостояние в IT 2010-х годов: анархическая свобода против бесконечных ограничений, массовость против качества, доступность против безопасности.

История языков программирования: 2010-е

В конце первого десятилетия XXI века крупные компании взяли в оборот выражение «большие данные» и именно на их обработку бросили максимум усилий. Для этого:

  • Изобретались новые языки взамен фундаментальных. Objective-C, C++, JavaScript, PHP и другие прекрасно справлялись с текущими задачами. Но в будущем, при значительном росте объема информации, их синтаксис и возможности могли вызывать сложности у программистов. Чаще всего улучшения сводились к упрощению синтаксиса, чтобы сократить время разработки и выпуска нового ПО;
  • Разрабатывались новые алгоритмы и библиотеки для создания искусственного интеллекта. В перспективе именно ИИ должен взять на себя работы низкой сложности: прямой контакт с пользователем, внедрение обновлений, поиск и устранение большинства багов;
  • Повышалась гибкость языков. В те языки, которые еще имели пространство для глобальных улучшений, добавлялись полноценные возможности ООП, функционального программирования, библиотеки для работы с периферией, дизайном, математикой и прочее.

Борьба с С

Язык С++ уже более 30 лет успешно существует в мире программирования, позволяя решать широкий спектр задач — особенно там, где требуется высокая производительность при ограниченных ресурсах. Заменить его пытаются уже давно, но упрощение синтаксиса и определенных конструкций (в частности, работы с памятью) неизбежно снижает скорость исполнения, а значит теряется главная прелесть. В этом плане язык Rust, официально представленный компанией Mozilla в 2010 году, подобрался к успеху ближе всего.

Он не сильно уступает в производительности С++, однако дает больше надежности на выходе, да и в плане синтаксиса чуть удобнее для программиста. Позитивная оценка со стороны сообщества разработчиков подтверждается ежегодным опросом на портале Stackoverflow, где Rust уже 4 года остается в тройке наиболее любимых языков и третий раз стабильно возглавляет рейтинг. И хотя объемы работ на С/С++ и Rust несопоставимы, есть шанс, что в ближайшем десятилетии пропасть между ними будет уменьшаться.

Корпорации тоже против вечного

В XXI веке в IT выросла роль узкого круга компаний, практически каждая из которых запустила свой язык программирования. Вы помните, что в Microsoft на рубеже 90-х и 2000-х разработали C#. В 2010-х эта традиция продолжилась: компания Apple запустила Swift, Facebook — Hack, Google — Dart (а ведь в 2000-х появился еще и Go).

Каждый из этих языков должен был заменить или дополнить своего популярного предшественника. Так, Swift пришел на смену Objective-C. По выходной производительности приложений эти два языка схожи, но если брать трудозатраты разработчика, Swift демонстрирует серьезное превосходство. В Apple при этом не стали форсировать события и принуждать всех переходить на новые методы разработки. Но — чтобы вы понимали эффект — согласно статистике портала TIOBE, всего за год после выхода Swift количество запросов «Objective-C» в популярных поисковиках снизилось почти в 10 раз. Сегодня востребованность языков уже сопоставима.

У Dart история чуть более витиеватая — общий успех все еще под сомнением, да и подвижки в популярности происходят лишь благодаря влиятельному покровителю. Правда, и задача сложнее — заменить JavaScript. Впервые Dart появился в 2011 году — в Google на него возлагали большие надежды, активно развивали, продвигали в массы. Основными «фишками» языка должны были стать не только упрощенный синтаксис и повышенная надежность программ, но и варианты запуска: с компиляцией в JavaScript-код и без нее (прямая работа с браузером Chromium). Но в итоге оказалось, что этого недостаточно, чтобы заставить разработчиков массово отказываться от JavaScript. В результате в Google в 2016-м заморозили все работы по проекту, а в феврале этого года неожиданно громыхнули с выходом Dart 2. Пока все выглядит хорошо, а эффективность такого шага сможем оценить лишь в новом десятилетии.

Про язык Hack пока вообще не стоит говорить как о преемнике PHP. В Facebook он был разработан для решения частных проблем, связанных с большими данными. Hack «понимает» код, написанный на PHP, а значит формально не вынуждает разработчиков делать выбор. Учитывая перечень решаемых задач и частоту апгрейдов языка, Hack скорее сам исчезнет из мира программирования, чем обгонит по популярности PHP.

В некотором роде схожая судьба выпала Kotlin — продукту компании JetBrains и идеологическому конкуренту Java. В сравнении с оригиналом, здесь улучшен синтаксис и повышена безопасность выходного кода. Не стоит забывать и об официальной поддержке популярных IDE: IntelliJ IDEA и Android Studio. В результате у языка немало поклонников, но среди них практически нет тех, кто бы отказался от Java в пользу Kotlin. Возможно, стоит подождать.

Куда теперь движется IT

В 2000-х в обиход вошло понятие «смартфон», 2010-е начались с массового внедрения «планшетов» и «фаблетов», но уже к 2020-му мы подходим, постепенно стирая границы между компьютерными устройствами — по сути это все и смартфоны, и планшеты, и ноутбуки.

Главная перспектива IT теперь состоит не в том, чтобы преобразовывать мир с помощью отдельных гаджетов, а создать принципиально новый — «мир виртуальной реальности». Сегодня есть лишь зачатки этой технологии, созданные на базе давно известных языков и алгоритмов. Но как смартфоны, социальные сети и «большие данные» предопределили развитие программирования в 2010-х, так и необходимость обрабатывать еще и «естественную» информацию даст толчок новой ветви развития в 2020-х. И тогда, возможно, популярные языки станут куда менее востребованы, а на смену им придут новаторские: высокопроизводительные и с элементарным синтаксисом.

Или все-таки нет?