Оберон / Компонентный Паскаль / Вики

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Сообщение о языке Active Oberon ======

Patrik Reali *

27 октября 2004 г.

Перевод Андреева М.В. опубликован с согласия автора. [[http://maxandreev.narod.ru/oberon/ActiveOberonReport_RUS.html|Оригинал]]

===== 1 Введение =====

**Active Oberon**((информация в [[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%9E%D0%B1%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%BD|Википедии]])) является расширением оригинального языка **Oberon** [29, 30]. Его цель — введение в язык свойств для выражения параллелизма посредством //активных объектов// (active objects((для более подробной информации смотрите [[https://ru.wikipedia.org/wiki/Active_Object]])) ). Данный отчет предполагает знакомство с языком **Oberon**; описываются только расширения языка.

Проектирование расширения языка направлялось на достижение унификации и гармонии. Изменения основаны на устоявшихся концепциях, таких как область действия и локальность. Обоснования, выходящие за рамки **Active Oberon**, описаны в [10].

==== 1.1 Благодарности ====


Большое спасибо **B. Kirk, A. Fischer, T. Frei, J. Gutknecht, D. Lightfoot**, и **P. Muller** за рецензию данного документа, за внесение поправок и улучшений, а так же **Владимиру Лосю** за усовершенствование примера <<барьер>>.

==== 1.2 Предыстория и родственные работы ====

Разработка языков программирования в **ETH Zurich** имеет богатые традиции. Язык **Oberon** — это последний наследник семейства **Algol, Pascal** и **Modula**. **Pascal** [16] задумывался как язык для представления маленьких программ; простота и компактность сделали его особенно подходящим для обучения программированию. **Modula** [28] эволюционировала из **Pascal** как язык для системного программирования, и извлекла пользу из практического опыта, полученного при проектировании рабочей станции **Lilith** [22] и операционной системы **Medos** [17]. Необходимость поддержки парадигмы «программирования в большом» была стимулом для создания **Oberon** [29]. Платформы **Ceres** [6] и **Chameleon** [12], //операционная система// **Oberon** [11] — эти проекты разрабатывались параллельно с проектированием языка, что позволило испытать и оценить его удобство.

Множество расширений языка **Oberon** было предложено как в **ETH**, так и вне его. **Object Oberon** [19], **Oberon-2** [18], и **Froderon** [7] исследуют добавление дополнительных объектно-ориентированных свойств в язык; **Oberon-V** [9] предлагает дополнения для поддержки параллельных операций на векторных компьютерах; **Oberon-XSC** [15] добавляет математические возможности для поддержки научных вычислений; также было предложено встраивание модулей [24]. //Параллелизм// был впервые добавлен в операционную систему через специальный системный **API** в **Concurrent Obero**n [25] и **XOberon** [2]; попытка моделирования параллелизма средствами самого языка была предпринята **Radenski** [23].

{{ ::activeoberonreport_rus0x.png?nolink&400 |}}

Рис. 1: Эволюция языков семейства Pascal

**Active Oberon** — это первый представитель нового поколения языков в данном семействе. Мы старались добавить в язык поддержку параллелизма и моделирования компонентов ясным и безболезненным способом.

==== 1.3 Дизайн языка ====

На дизайн **Active Oberon** повлиял опыт, полученный при проектировании **Oberon** и **Oberon-2**. Мы следуем нотации **Object Oberon** для объявления классов и методов, т. к. считаем, что данный способ выразительнее нотации **Oberon-2**: методы принадлежат классу и, следовательно, должны быть объявлены в классе; таким образом, прочие методы и поля, лежащие в области видимости записи, могут быть доступны без указания спецификатора. Защита от одновременного доступа при помощи модификатора ''EXLUSIVE'' более читабельна, если методы принадлежат одной области видимости. **Active Oberon** отходит от дизайна **Object Oberon** в том, что записи одновременно являются так же и классами, т. е. не позволяется сосуществование классов и записей в одной системе. Другое важное отличие продиктовано решением позволить компилятору обрабатывать //опережающие ссылки// (forward reference). Синтаксис **Object Oberon** и **Oberon-2** разработан в том числе и с целью упрощения создания компилятора, мы же постарались упростить работу программистов путем исключения ненужной избыточности опережающих объявлений, переложив тем самым работу на плечи компилятора.

**Java** [8] и **C#** [4] разделяют некоторые похожие идеи с **Active Oberon**. Они так же являются объектно-ориентированными языками из мира императивных языков, и механизм защиты экземпляров объектов от одновременного доступа так же связан с мониторами. С другой стороны, они делают акцент на объектно-ориентированноcти в такой экстремальной манере, что методы и поля класса трактуются как частный случай методов и полей экземпляра объекта, т. к. они лежат в пространстве имен класса. Более того, в **Jav**a нет //полноценной// поддержки для статического размещения структур: все структуры размещаются в динамической памяти, даже определенные пользователем массивы констант; поэтому, что бы получить приемлемую скорость исполнения, программы **Java** //нуждаются// в использовании сложной и затратной оптимизации при компиляции. Все языки из семейства //Oberon// рассматривают модули и классы как //ортогональные понятия//, каждое из них обладает своей областью действия; семантика модуля отличается от семантики класса так, как показано в [26] (для сравнения, **B. Meyer** защищает противоположное мнение [18]): модули группируют статические компоненты и соответствующие реализации, и предоставляют примитивы для развертывания и структурирования. На деле **Java** и **C#** вводят концепции, такие как //пакеты// (packages), //пространства имен// (namespaces) и //сборки// (assemblies), которые //фактически// являются //модулями//, но только под другим именем. Мы думаем, что все еще остаются веские причины для того, что бы статические структуры и модули были частью языка программирования.

Оператор ''AWAIT'' предложен и исследован **Brinch Hansen** [3], который показал его //концептуальную простоту// и элегантность, но в то же время думал, что его нельзя реализовать эффективно. Мы снова предлагаем этот оператор в **Active Oberon** с уверенностью, что это значительное усовершенствование по сравнению с сигналами и семафорами потому, что он вносит унификацию и ясность; это становится особенно очевидно при программировании в объектно-ориентированном стиле, для которого сигналы и семафоры //совершенно не подходят// в виду их неструктурного использования, т. к. они могут быть добавлены в программы //совершенно произвольным// образом. В диссертации **Питера Мюллера** (Pieter Muller) [21] доказывается, что, при определенных ограничениях, оператор ''AWAIT'' //может// быть реализован эффективно. Язык **Ada 95** [14] тоже использует конструкт, названный //барьеры// (barriers), который семантически весьма похож на ''AWAIT'' в **Active Oberon**, но только с детализацией на уровне процедур.

**Concurrent Oberon** был первой попыткой реализовать параллелизм в системе **Oberon**. Это было сделано через специальный **API**, определяющий тип ''Thread'' и функции для создания, остановки и возобновления исполнения. Защита была реализована при помощи одного глобального //системного замка// (system lock). Но не были предложены примитивы синхронизации. Эта модель так же слаба для **Active Oberon**, т. к. блокировки и синхронизация тесно связаны (когда выполняется синхронизация, блокировка снимается), и блокирующий механизм //слишком грубый//; один замок сделает мультипроцессорную систему (в которой множество процессов исполняется одновременно) //бесполезной//.

===== 2 Объектно-ориентированные расширения =====

==== 2.1 Указатель на безымянные типы записей ====

<code oberon2>
TYPE  
  (* пример указателя на безымянные типы записей *)  
 
  (* указатели на именованные типы записей *)  
  Tree = POINTER TO TreeDesc;  
  TreeDesc = RECORD key: INTEGER; l, r: Node END;  
 
  (* указатели на безымянные типы записей *)  
  Node = POINTER TO RECORD key: INTEGER; next: Node END;  
  DataNode = POINTER TO RECORD (Node) data: Data END;  
  DataTree = POINTER TO RECORD (Tree) data: Data END;
</code>

Типы ''Node'' и ''DataNode'' — //указатели на безымянные типы записей// (pointers to anonymous record types); ''Tree'' — //указатель на именованный тип записей// (pointer to named record type).

//Экземпляры// данных типов могут быть размещены //только// в динамической памяти (при помощи ''NEW''), статические экземпляры не доступны; это вызвано тем, что тип записей безымянный и невозможно определить переменную этого типа.

Типы ''RECORD'' и ''POINTER TO RECORD'' могут быть базовыми типами для указателя на безымянный тип записей; тип записей //не может// расширить указатель на анонимную запись, таким образом выполняется свойство, разрешающее //только// динамические экземпляры.

==== 2.2 Объектные типы ====

<code oberon2>
TYPE  
  (* объектные типы *)  
  DataObj = OBJECT VAR data: Data; l, r: DataObj END DataObj;
</code>

''DataObj'' — это //объектный тип// (object type).

Синтаксис типа ''OBJECT'' отличается от синтаксиса типа ''POINTER TO RECORD''; он должен следовать правилу [ DeclSeq ] Body вместо правила ''FieldList''. Это подразумевает, что процедуры могут быть объявлены //внутри// объектного типа. Мы называем их //методы// (methods) или //связанные с типом процедуры// (type-bound procedures).

Только //объектный// тип //может расширить другой объектный тип//. //Экземпляры// объектных типов должны размещаться динамически при помощи ''NEW'', подчиняясь правилу, продиктованному инициализаторами (Раздел 2.4).
==== 2.3 Связанные с типом процедуры ====

<code oberon2>
TYPE  
  Coordinate = RECORD x, y: LONGINT END;  
 
  VisualObject = OBJECT  
    VAR next: VisualObject;  
 
    PROCEDURE Draw*; (*нарисовать данный объект*)  
    BEGIN HALT(99); (*заставить расширения переопределять этот метод*)  
    END Draw;  
  END VisualObject;  
 
  Point = OBJECT (VisualObject)  
    VAR pos: Coordinate;  
 
    PROCEDURE Draw*; (*перекрываем метод Draw, объявленный в VisualObject*)  
    BEGIN MyGraph.Dot(pos.x, pos.y)  
    END Draw;  
  END Point;  
 
  Line = OBJECT (VisualObject)  
    VAR pos1, pos2: Coordinate;  
 
    PROCEDURE Draw*;  
    BEGIN MyGraph.Line(pos1.x, pos1.y, pos2.x, pos2.y)  
    END Draw;  
  END Line;  
 
VAR  
  objectRoot: VisualObject;  
 
PROCEDURE DrawObjects*;  
  VAR p: GraphObject;  
BEGIN  
  (* рисуем все объекты из списка *)  
  p := objectRoot;  
  WHILE p # NIL DO p.Draw; p := p.next END;  
END DrawObjects;
</code>

//Процедуры//, объявленные внутри объекта, называются //связанные с типом процедуры// (type-bound procedures) или методы (methods). //Методы// ассоциируются с экземпляром типа и оперируют им; внутри реализации метода, если другой метод виден по правилам видимости **Oberon**, то он доступен без указания квалификатора. Метод может //перекрывать// другой метод с таким же названием унаследованный //от базового типа// записей, но при этом он должен обладать //такой же сигнатурой//. Признак видимости является частью сигнатуры.

**Замечание**: Мы решили объявлять методы в области видимости объекта потому, что они принадлежат области видимости записи и могут быть доступны только через экземпляры записи. Это упрощает определение методов (нет получателя как в **Oberon-2** [20]) и доступ к полям и методам следует хорошо известным правилам видимости **Oberon**. Мы боялись того, что циклические ссылки станут проблемой (например, два объектных типа //взаимно ссылаются// друг на друга), но решили, что концептуальная элегантность языка //более важна//. Решение проблемы в //ослаблении// правил видимости — //допустить опережающие ссылки// на символы, объявленные позднее в исходном тексте (раздел 4.1). Альтернативный способ заключается в //расширении// опережающих описаний до описания всего типа (как в **Object Oberon** [19]). Мы отвергли данное решение в виду внесения //ненужной избыточности// в код и вместо этого переложили решение проблемы на компилятор.

Дан экземпляр объекта o типа ''T'' со связанными процедурами ''P'' и ''Q'', ''o.P'' — это //вызов// метода. Внутри метода типа ''T'' другой метод типа ''T'' может быть вызван как ''Q''. Метод ''P'' может вызвать метод, который он перекрывает, как ''P↑'' . Это //супервызов// и он может быть выполнен только //внутри// метода.

==== 2.4 Инициализаторы ====

Метод, помеченный символом ''&'' , является //инициализатором объекта// (object initializer). Этот метод вызывается автоматически при создании экземпляра объекта. Объектный тип может иметь //не более одного// инициализатора. Если он есть, он //всегда// общедоступен и может быть вызван //явно//, как метод; если отсутствует, то наследуется инициализатор базового типа. Инициализатор может иметь сигнатуру //отличающуюся// от сигнатуры унаследованного инициализатора базового типа, но в этом случае наименование инициализатора так же //должно// отличаться.

Если объектный тип ''T'' содержит или наследует инициализатор ''P'' с сигнатурой (p0: T0; .... pn: Tn), тогда конкретизация переменной ''o:T'' при помощи ''NEW'' требует указать параметры инициализатора: ''NEW(o, p0, ..., pn)''. Инициализатор исполняется автоматически вместе с ''NEW''.

**Замечание**: Необязательный инициализатор делает возможным параметризацию типа. В частности, это весьма удобно при работе с //активными объектами//, т .к. параметризация экземпляра должна быть выполнена //до старта// активности. Если на чистоту, то нам такая нотация //не нравится//, но это единственный способ, который мы смогли придумать, добавить свойство //не меняя сам язык//.

<code oberon2>
TYPE  
  Point = OBJECT (VisualObject)  
    VAR pos: Coordinate;  
 
    PROCEDURE & InitPoint(x, y: LONGINT);  
    BEGIN pos.x := x; pos.y := y  
    END InitPoint;  
 
  END Point;  
 
  PROCEDURE NewPoint(): Point;  
    VAR p: Point;  
  BEGIN NEW(p, x, y); (* вызывает NEW(p) и p.InitPoint(x, y) *)  
    RETURN p  
  END NewPoint;
</code>

==== 2.5 SELF ====

Ключевое слово ''SELF'' может быть использовано в //любом// методе или в любой локальной процедуре метода объекта. Тип данной переменной совпадает с типом объекта и ее значение //равно экземпляру// объекта, к которому привязан метод. Переменная используется для доступа к объекту в случае, если нужна ссылка на объект или когда поле или метод объекта перекрывается другим символом, например, поле записи перекрывается локальной переменной с тем же именем.

<code oberon2>
TYPE  
  ListNode = OBJECT  
    VAR data: Data; next: ListNode;  
 
    PROCEDURE & InitNode (data: Data);  
    BEGIN  
      SELF.data := data; (* инициализируем данные объекта *)  
      next := root; root := SELF (* добавляем node в начало списка *)  
    END InitNode;  
  END ListNode;  
 
VAR  
  root: ListNode;
  </code>

==== 2.6 Делегаты ====
<code oberon2>
TYPE  
  MediaPlayer = OBJECT  
    PROCEDURE Play; .... показать фильм .... END Play;  
    PROCEDURE Stop; .... остановить фильм .... END Stop;  
  END MediaPlayer;  
 
  ClickProc = PROCEDURE {DELEGATE};  
 
  Button = OBJECT  
    VAR  
      onClick: ClickProc;  
      caption: ARRAY 32 OF CHAR;  
 
      PROCEDURE OnClick;  
      BEGIN onClick END OnClick;  
 
      PROCEDURE & Init(caption: ARRAY OF CHAR; onClick: ClickProc);  
      BEGIN SELF.onClick := onClick; COPY(caption, SELF.caption)  
      END Init;  
  END Button;  
 
  PROCEDURE Init(p: MediaPlayer);  
    VAR b0, b1, b2: Button;  
  BEGIN  
    (* Перезагрузка -> вызвать системную функцию *)  
    NEW(b0, "Reboot", System.Reboot);  
 
    (* Интерфейс MediaPlayer: связываем кнопки с экземпляром плеера *)  
    NEW(b1, "Play", p.Play);  
    NEW(b2, "Stop", p.Stop);  
  END Init;
  </code>

//Делегаты// подобны процедурным типам; они совместимы как с процедурами так и с методами, в то время как процедурные типы совместимы //только// с процедурами.

//Делегаты процедурных типов// помечаются модификатором ''DELEGATE''. Делегатам могут быть назначены процедуры и методы. Пусть даны переменная с процедурным типом ''t'', экземпляр объекта ''o'' и метод ''M'' связанный с ''o'', тогда можно записать ''o.M'' в ''t'', если конечно метод и ''t'' обладают совместимыми сигнатурами. Ссылка на сам объект исключается из сигнатуры процедурного типа. Всякий раз при вызове ''t'' назначенный объект o явно передается в self-ссылку (self-reference). Присваивания и вызовы процедур остаются совместимыми с описанием **Oberon**.

==== 2.7 Описания (definitions) ====


//Описание// (definition) — это синтаксический контракт 1, определяющий набор сигнатур методов. Описание ''D0'' может быть уточнено новым описанием ''D1'', которое наследует все методы, объявленные в ''D0''. Описания и их методы видимы //глобально//. Объект может реализовать одно или несколько описаний, в этом случае он обязуется реализовать все методы определенные в этих описаниях.

<code oberon2>
DEFINITION Runnable;  
  PROCEDURE Start;  
  PROCEDURE Stop;  
END Runnable;  
 
DEFINITION Preemptable REFINES Runnable;  
  PROCEDURE Resume;  
  PROCEDURE Suspend;  
END Preemptable;  
 
TYPE  
  MyThread = OBJECT IMPLEMENTS Runnable;  
    PROCEDURE Start;  
    BEGIN .... END Start;  
 
    PROCEDURE Stop;  
    BEGIN .... END Stop;  
  END MyThread;
  </code>

Ключевое слово ''IMPLEMENTS'' используется для указания описаний, реализованных объектным типом. Объектный тип может реализовать //несколько// описаний.

Описания можно понимать как //дополнительные свойства//, которыми //должен// обладать объект, но которые ортогональны иерархии типов объектов. Метод объекта может быть вызван через описание, в этом случае во время исполнения проверяется, действительно ли экземпляр объекта реализует описание, и только после этого вызывается метод; если экземпляр объекта не реализует описание, то возникает //исключение// (run-time exception).

<code oberon2>
PROCEDURE Execute(o: OBJECT; timeout: LONGINT);  
BEGIN  
  Runnable(o).Start;  
  Delay(timeout);  
  Runnable(o).Stop;  
END Execute;
</code>

===== 3 Поддержка параллелизма =====


==== 3.1 Активные объекты ====

Определение объекта может включать ''StatBlock'', названное //телом объекта// (object body). Тело --- это активность объекта, которая исполняется после того, как экземпляр объекта размещен и инициализатор (если он есть) завершил свое исполнение; тело объекта помечается модификатором ''ACTIVE''. Во время размещения объекта так же размещается новый процесс, который исполняет тело //параллельно//; такой объект называется //активным объектом// (active object).

Если не указан модификатор ''ACTIVE'', тело исполняется //синхронно//; выход из ''NEW'' происходит только после того, как исполнение тела объекта завершается.

Система сохраняет явные ссылки на активные объекты до завершения исполнения активности для того, чтобы избежать утилизацию объекта в процессе сборки мусора. Объект //может// пережить свою активность.

<code oberon2>
TYPE
  (* определяем объект и его поведение *)  
  Object = OBJECT  
  BEGIN {ACTIVE} (* тело объекта *)  
    ... делаем что-либо ...  
  END Object;  
 
  PROCEDURE CreateAndStartObject;  
    VAR o: Object;  
  BEGIN  
    ... NEW(o); ...  
  END CreateAndStartObject;
  </code>

//Активность объекта// завершается //после// завершения исполнения //тела// объекта. Пока исполняется тело, объект продолжает существовать (например, он не может быть утилизирован при сборе мусора). После этого объект становится пассивным и может быть утилизирован в соответствии с обычными правилами.

==== 3.2 Защита ====

''Statement Block'' --- это последовательность операторов, заключенная между ''BEGIN'' и ''END''. Он может использоваться в любом месте как и простой оператор. Более полезно использовать его вместе с модификатором ''EXCLUSIVE'' для создания критической области для защиты операторов от одновременного исполнения.

<code oberon2>
PROCEDURE P;  
  VAR x, y, z: LONGINT;  
BEGIN  
  x := 0;  
  BEGIN  
    y := 1  
  END;  
  z := 3  
END P;
</code>

Объект может рассматриваться как ресурс и различные активности могут потенциально соревноваться за его использование или за эксклюзивный доступ к предоставляемым им средствам; в таком случае защита доступа //необходима//. Наша модель защиты --- //монитор//, размещенный в экземпляре объекта (instance-based monitor.).
<code oberon2>
(* Процедуры Set и Reset взаимно исключаемы *)  
TYPE  
  MyContainer = OBJECT  
    VAR x, y: LONGINT; (* Инвариант: y = f(x) *)  
 
    PROCEDURE Set(x: LONGINT);  
    BEGIN {EXCLUSIVE} (* изменение x и y атомарно *)  
      SELF.x := x; y := f(x)  
    END Set;  
 
    PROCEDURE Reset;  
    BEGIN  
      ...  
      BEGIN {EXCLUSIVE} (* изменение x и y атомарно *)  
        x := x0; y := y0;  
      END;  
      ....  
    END Reset;  
  END MyContainer
</code>

Каждый экземпляр объекта защищен и единицей защиты является произвольный блок операторов от отдельного оператора до целого метода. Блок операторов может быть защищен от одновременного доступа при помощи модификатора ''EXLUSIVE''. Активность остается на входе в эксклюзивный блок до тех пор, пока другая активность находится в эксклюзивном блоке того же экземпляра объекта.

Активность //не может// заблокировать объект //более одного// раза, повторный вход //не допускается//.

Каждый модуль считается объектным типом с //единственным// экземпляром (singleton instance), таким образом его процедуры тоже могут быть защищены. Областью видимости защиты является //модуль целиком// как и в случае //мониторов// [13].

**Замечание**: Реализована только ''EXCLUSIVE'' блокировка: ''SHARED'' блокировки (как это описано в [10]) могут быть реализованы через ''EXCLUSIVE'' блокировки и соответственно не являются базовой концепцией. Они используются очень редко и их реализация //не оправдывает// усложнение языка. Реализация ''SHARED'' блокировок описана в Приложении B.1.

**Замечание**: Повторный вход в блокировку не поддерживается из-за //концептуальной нечистоты// (см. [27]) и его корректная обработка стоит //дорого//; в нем нет реальной необходимости, т. к. можно проектировать программы без его использования. Повторно-входимые блокировки могут быть реализованы при помощи простых блокировок (см. Приложение B.3).

==== 3.3 Синхронизация ====
<code oberon2>
TYPE  
  Synchronizer = OBJECT  
    awake: BOOLEAN  
 
    PROCEDURE Wait;  
    BEGIN {EXCLUSIVE} AWAIT(awake); awake := FALSE  
    END Wait;  
 
    PROCEDURE WakeUp;  
    BEGIN {EXCLUSIVE} awake := TRUE  
    END WakeUp;  
  END Synchronizer;
 </code>

Встроенная процедура ''AWAIT'' используется для синхронизации активности с состоянием системы. Аргументом ''AWAIT'' может быть только //логическое условие//; активность сможет продолжить свое выполнение только после того, как условие станет истинным. Пока условие не выполняется, активность остается //приостановленной// (suspended); если это происходит внутри защищенного блока, то блокировка снимается на время приостановки активности (что позволяет другим активностям изменять состояние объекта и сделать условие истинным); активность возобновляет работу только если она сможет снова захватить блокировку.

Система отвечает за проверку условий и за возобновление работы приостановленных активностей. Условия внутри экземпляра объекта перепроверяются в случае, когда некоторая активность выходит из защищенного блока того же самого экземпляра объекта. Это означает, что изменение состояния объекта вне защищенного блока не приводит к перевычислению условия.

Когда несколько активностей соревнуются за одну и ту же блокировку, то активности с выполненными условиями рассматриваются раньше тех, которые только хотят войти в защищенную область.

Приложение B.6 демонстрирует синхронизацию внутри разделяемого буфера.

**Замечание**: Синхронизация //зависит// от состояния объекта, например, ожидание доступности некоторых данных или состояния для изменения. Объект используется как контейнер для данных и любой доступ осуществляется через защищенные методы или блоки. Мы подразумеваем, что при каждом доступе к защищенному блоку происходит изменение состояния объекта; таким образом условия перепроверяются только в этот момент. Это означает, что изменение состояния объекта вне защищенного блока не приводит к перевычислению условия. Для принудительной проверки условий можно вызвать пустой защищенный метод или войти в пустой защищенный блок.

===== 4 Прочие расширения языка =====

В данном разделе описываются несколько важных изменений, сделанных для лучшего интегрирования расширений в язык.

==== 4.1 Последовательность определений и опережающие ссылки ====

В **Active Oberon** область видимости описания символа распространяется на весь блок, содержащий его. Это означает, что символ может быть использован до своего определения, и что имена уникальны внутри области видимости.

==== 4.2 HUGEINT ====

В язык был добавлен 64 битный знаковый целый тип ''HUGEINT''. Он вписывается в иерархию числовых типов следующим образом:

''LONGREAL'' ⊇ ''REAL'' ⊇ ''HUGEINT'' ⊇ ''LONGINT'' ⊇ ''INTEGER'' ⊇ ''SHORTINT''


| Имя | Тип аргумента | Тип результата | Функция |
| ''SHORT(x)'' | ''HUGEINT'' | ''LONGINT'' | идентичность (возможно усечение) |
| ''LONG(x)'' | ''LONGINT'' | ''HUGEINT'' | идентичность |
| ''ENTIERH(x)'' | вещественный | ''HUGEINT'' | наибольшее целое, не превышающее x |

Таблица 1: Новые процедуры изменения типа

Таблица 1 показывает новые процедуры для изменения типа. Никаких новых правил описания констант не вводится; константы типизируются в соответствии с их значением.

| Имя | Функция |
| <code>PUT8(adr: LONGINT; x: SHORTINT)
PUT16(adr: LONGINT; x: INTEGER)
PUT32(adr: LONGINT; x: LONGINT)
PUT64(adr: LONGINT; x: HUGEINT)</code> | <code>Mem[adr] := x</code> |
| <code>GET8(adr: LONGINT): SHORTINT
GET16(adr: LONGINT): INTEGER
GET32(adr: LONGINT): LONGINT
GET64(adr: LONGINT): HUGEINT</code> | <code>RETURN Mem[adr]</code> |
| <code>PORTIN(port: LONGINT; x: AnyType) 	
PORTOUT(port: LONGINT; x: AnyType)</code> | <code>x := IOPort(port)
IOPort(port) := x</code> |
| <code>CLI
STI</code> | <code>отключить прерывания
включить прерывания </code> |
| <code>EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, ESP, EBP	
AX, BX, CX, DX, SI, DI 	
AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH</code> | <code>PUTREG/GETREG константы
32-битовые регистры
16-битовые регистры
8-регистры</code> |

Таблица 2: Новое в модуле ''SYSTEM'' для ''IA32''

==== 4.3 Нетрассируемые указатели (untraced pointers) ====

//Нетрассируемые указатели// --- это указатели, которые //не отслеживаются// сборщиком мусора. Структура или объект, на которые ссылаются только //нетрассируемые указатели//, могут быть в любой момент утилизированы сборщиком мусора.

Нетрассируемые указатели определяются при помощи модификатора ''UNTRACED''.
''TYPE Untraced = POINTER {UNTRACED} TO T;''

==== 4.4 Новое для IA32 ====


Функции из таблицы 2 были добавлены в компилятор для платформы **Intel IA32**.

''PUTx'' и ''GETx'' были добавлены ради безопасности, для работы с //нетипизированными константами//.

==== 4.5 Прочее ====

Некоторые расширения из **Oberon-2** были адаптированы для **Active Oberon**:

    ASSERT
    FOR
    экспорт только для чтения
    динамические массивы

Переменные указатели автоматически инициализируются значением ''NIL''.


===== Список литературы =====

[1]   A. Beugnard, J.-M. Jґezґequel, N. Plouzeau, and D. Watkins. Making components contract aware. Computer, 32(7):38–45, July 1999.

[2]   R. Brega. Real-time kernel for the Power-PC architecture. Master’s thesis, Institut fЁur Robotik, ETH ZЁurich, 1995.

[3]   P. Brinch Hansen. Structured multiprogramming. Communications of the ACM, 15(7):574–578, July 1972. Reprinted in The Search for Simplicity, IEEE Computer Society Press, 1996.

[4]   Microsoft Corporation. Microsoft C# Language Specifications. Microsoft Press, 2001.

[5]   Edsger W. Dijkstra. The structure of the THE-multiprogramming system. Communications of the ACM, 11(5):341–346, May 1968.

[6]   H. Eberle. Development and Analysis of a Workstation Computer. Dissertation 8431, ETH ZЁurich, 1987.

[7]   P. FrЁohlich. Projekt Froderon: Zur weiteren Entwicklung der Programmiersprache Oberon-2. Master’s thesis, Fachhochschule MЁunchen, 1997.

[8]   J. Gosling, B. Joy, and G. Steele. The Java Language Specification. The Java Series. Addison-Wesley, 1st edition, 1996.

[9]   R. Griesemer. A Programming Language for Vector Computers. Dissertation 10277, ETH ZЁurich, 1993.

[10]   J. Gutknecht. Do the fish really need remote control? A proposal for selfactive objects in Oberon. In Proc. of Joint Modular Languages Conference (JMLC). LNCS 1024, Linz, Austria, March 1997. Springer Verlag.

[11]   J. Gutknecht and N. Wirth. Project Oberon - The Design of an Operating System and Compiler. Addison-Wesley, 1992.

[12]   B. Heeb and C. Pfister. Chameleon: A workstation of a different colour. In Field-Programmable Gate Arrays: Architectures and Tools for Rapid Prototyping. Second International Workshop on Field Programmable Logic and Applications, pages 152–161, August 1992.

[13]   C. A. R. Hoare. Monitors: An operating system structuring concept. Communications of the ACM, 17(10):549–557, October 1974. Erratum in Communications of the ACM, Vol. 18, No. 2 (February), p. 95, 1975. This paper contains one of the first solutions to the Dining Philosophers problem.

[14]   International Organization for Standardization. ISO/IEC 8652:1995: Information technology — Programming languages — Ada. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 1995.

[15]   P. Januschke. Oberon-XSC - Eine Programmiersprache und Arithmetikbibliothek fЁur das Wissenschaftliche Rechnen. PhD thesis, UniversitЁat Karlsruhe, 1998.

[16]   K. Jensen and N. Wirth. PASCAL - User Manual and Report, volume 18 of Lecture Notes in Computer Science. Springer, 1974.

[17]   S. E. Knudsen. Medos-2: A Modula-2 oriented operating system for the personal computer Lilith. Diss no. 7346, ETH ZЁurich, 1983.

[18]   B. Meyer. Object-Oriented Software Construction. Prentice Hall, 2nd edition, 1997.

[19]   H. MЁossenbЁock, J. Templ, and R. Griesemer. Object Oberon: An objectoriented extension of Oberon. Technical Report 1989TR-109, Department of Computer Science, ETH ZЁurich, June 1989.

[20]   H. MЁossenbЁock and N. Wirth. The programming language Oberon-2. Structured Programming, 12(4):179–195, 1991.

[21]   P.J. Muller. The Active Object System – Design and Multiprocessor Implementation. PhD thesis, ETH ZЁurich, 2002.

[22]   R. Ohran. Lilith: A Workstation Computer for Modula-2. Dissertation 7646, ETH ZЁurich, 1984.

[23]   A. Radenski. Introducing objects and concurrency to an imperative programming language. Information Sciences, an International Journal, 87(1- 3):107–122, 1995.

[24]   A. Radenski. Module embedding. Software - Concepts and Tools, 19(3):122–129, 1998.

[25]   B. A. Sanders and S. Lalis. Adding concurrency to the Oberon system. In Proceedings of Programming Languages and System Architectures, Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 782. Springer Verlag, March 1994.

[26]   C. Szyperski. Import is not inheritance – why we need both: modules and classes. In O. Lehrmann Madsen, editor, Proceedings, ECOOP 92, number 615 in Lecture Notes in Computer Science, pages 19–32. Springer-Verlag, 1992.

[27]   Clemens Szyperski. Component Software: Beyond Object-Oriented Programming. ACM Press and Addison-Wesley, New York, NY, 1998.

[28]   N. Wirth. MODULA : A language for modular multiprogramming. Software Practice and Experience, 7:3–35, 1977.

[29]   N. Wirth. The programming language Oberon. Software Practice and Experience, 18(7):671–690, July 1988.

[30]   N. Wirth and M. Reiser. Programming in Oberon - Steps Beyond Pascal and Modula. Addison-Wesley, 1992.


===== A Синтаксис Active Oberon =====


<code>
Module     = MODULE ident ‘;’ [ImportList] {Definition} {DeclSeq} Body ident ‘.’.  
ImportList = IMPORT ident [‘:=’ ident] {‘,’ ident [‘:=’ ident ]} ‘;’.  
Definition = DEFINITION ident [REFINES Qualident] {PROCEDURE ident [FormalPars] ‘;’} END ident.  
DeclSeq    = CONST {ConstDecl ‘;’} | TYPE {TypeDecl ‘;’} | VAR {VarDecl ‘;’} | {ProcDecl ‘;’}.  
ConstDecl  = IdentDef ‘=’ ConstExpr.  
TypeDecl   = IdentDef ‘=’ Type.  
VarDecl    = IdentList ‘:’ Type.  
ProcDecl   = PROCEDURE ProcHead ‘;’ {DeclSeq} Body ident.  
ProcHead   = [SysFlag] [‘*’ | ‘&’] IdentDef [FormalPars].  
SysFlag    = ‘[’ ident ‘]’.  
FormalPars = ‘(’ [FPSection {‘;’ FPSection}] ‘)’ [‘:’ Qualident].  
FPSection  = [VAR] ident {‘,’ ident} ‘:’ Type.  
Type       = Qualident  
           | ARRAY [SysFlag] [ConstExpr {‘,’ ConstExpr}] OF Type  
           | RECORD [SysFlag] [‘(’ Qualident ‘)’] [FieldList] END  
           | POINTER [SysFlag] TO Type  
           | OBJECT [[SysFlag] [‘(’ Qualident ‘)’] [IMPLEMENTS Qualident] {DeclSec} Body]  
           | PROCEDURE [SysFlag] [FormalPars].  
FieldDecl  = [IdentList ‘:’ Type].  
FieldList  = FieldDecl {‘;’ FieldDecl}.  
Body       = StatBlock | END.  
StatBlock  = BEGIN [‘{’IdentList‘}’] [StatSeq] END.  
StatSeq    = Statement {‘;’ Statement}.  
Statement  = [Designator ‘:=’ Expr  
           | Designator [‘(’ ExprList‘)’]  
           | IF Expr THEN StatSeq {ELSIF Expr THEN StatSeq}[ELSE StatSeq] END  
           | CASE Expr DO Case {‘|’ Case} [ELSE StatSeq] END  
           | WHILE Expr DO StatSeq END  
           | REPEAT StatSeq UNTIL Expr  
           | FOR ident ‘:=’ Expr TO Expr [BY ConstExpr] DO StatSeq END  
           | LOOP StatSeq END  
           | WITH Qualident ‘:’ Qualident DO StatSeq END  
           | EXIT  
           | RETURN [Expr]  
           | AWAIT ‘(’ Expr ‘)’  
           | StatBlock  
             ].  
Case       = [CaseLabels { ‘,’ CaseLabels } ‘:’ StatSeq].  
CaseLabels = ConstExpr [‘..’ ConstExpr].  
ConstExpr  = Expr.  
Expr       = SimpleExpr [Relation SimpleExpr].  
SimpleExpr = Term {MulOp Term}.  
Term       = [‘+‘|’-’] Factor {AddOp Factor}.  
Factor     = Designator[‘(’ ExprList‘)’] | number | character | string  
           | NIL | Set | ‘(’Expr‘)‘|’ ’Factor.  
Set        = ‘{’ [Element {‘,’ Element}] ‘}’.  
Element    = Expr [‘..’ Expr].  
Relation   = ‘=’ | ‘#’ | ‘<’ | ‘<=’ | ‘>’ | ‘>=’ | IN | IS.  
MulOp      = ‘*’ | DIV | MOD | ‘/’ | ‘&’ .  
AddOp      = ‘+’ | ‘-’ | OR .  
Designator = Qualident { ‘.’ ident | ‘[’ExprList‘]’ | ‘^’  
           | ‘(’ Qualident ‘)’ }.  
ExprList   = Expr {‘,’ Expr}.  
IdentList  = IdentDef {‘,’ IdentDef}.  
Qualident  = [ident ‘.’] ident.  
IdentDef   = ident [‘*‘|’-’].
</code>



===== B Примеры синхронизации =====


==== B.1 Читатели и писатели ====

<code oberon2>
MODULE ReaderWriter;  
 
TYPE  
  RW = OBJECT  
    (* n = 0, пусто *)  
    (* n < 0, n писателей *)  
    (* n > 0, n читателей *)  
    VAR n: LONGINT;  
 
    PROCEDURE EnterReader*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT(n >= 0); INC(n)  
    END EnterReader;  
 
    PROCEDURE ExitReader*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      DEC(n)  
    END ExitReader;  
 
    PROCEDURE EnterWriter*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT(n = 0); DEC(n)  
    END EnterWriter;  
 
    PROCEDURE ExitWriter*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      INC(n)  
    END ExitWriter;  
 
    PROCEDURE & Init;  
    BEGIN n := 0  
    END Init;  
 
  END RW;  
 
END ReaderWriter.
</code>

Образец ''Читатели --- Писатели'' регулирует доступ к данным в //критической секции//. Либо один ''Писатель'' (активность, изменяющая состояние объекта), либо несколько ''Читателей'' (активности, не изменяющие состояние объекта) допускаются в критическую секцию в предоставленное время.

==== B.2 Сигналы ====

<code oberon2>
TYPE
  Signal* = OBJECT  
    VAR  
      in: LONGINT; (* следующий билет для выдачи *)  
      out: LONGINT; (* следующий билет для обслуживания *)  
 
    (* элементы с (out <= ticket < in) должны ждать *)  
    PROCEDURE Wait*;  
      VAR ticket: LONGINT;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      ticket := in; INC(in); AWAIT(ticket - out < 0)  
    END Wait;  
 
    PROCEDURE Notify*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      IF out # in THEN INC(out) END  
    END Notify;  
 
    PROCEDURE NotifyAll*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      out := in  
    END NotifyAll;  
 
    PROCEDURE & Init;  
    BEGIN in := 0; out := 0  
    END Init;  
  END Signal;
</code>

''Signal'' реализует примитивы для работы с сигналами **Active Oberon** подобно тому, как это сделано в **Java** и **Modula-2**. Он использует слегка измененный ''ticket-algorithm''. Как в некоторых магазинах, каждый покупатель получает занумерованый билет, это //гарантирует//, что покупатели будут обслужены в порядке их прибытия.

==== B.3 Повторно входимые блокировки ====

<code oberon2>
ReentrantLock* = OBJECT  
  VAR  
    lockedBy: PTR;  
    depth: LONGINT;  
 
  PROCEDURE Lock*;  
    VAR me: PTR;  
  BEGIN {EXCLUSIVE}  
    me := AosActive.CurrentThread();  
    AWAIT((lockedBy = NIL) OR (lockedBy = me));  
    lockedBy := me;  
    INC(depth)  
  END Lock;  
 
  PROCEDURE Unlock*;  
  BEGIN {EXCLUSIVE}  
    DEC(depth);  
    IF depth = 0 THEN lockedBy := NIL END  
  END Unlock;  
END ReentrantLock;
</code>

''ReentrantLock'' позволяет блокировать объект его хозяином //более// одного раза. Клиенты этого объекта должны явно использовать ''Lock'' и ''Unlock'' вместо пометки защищаемого участка оператором ''EXCLUSIVE''.

==== B.4 Бинарный и общий семафоры ====

<code oberon2>
MODULE Semaphores;  
 
TYPE  
  Sem* = OBJECT (* Бинарный семафор *)  
    VAR taken: BOOLEAN  
 
    PROCEDURE P*; (* войти *)  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT(~taken); taken := TRUE  
    END P;  
 
    PROCEDURE V*; (* войти *)  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      taken := FALSE  
    END V;  
 
    PROCEDURE & Init;  
    BEGIN taken := FALSE  
    END Init;  
  END Sem;  
 
  GSem* = OBJECT (* Общий семафор *)  
    VAR slots: LONGINT;  
 
    PROCEDURE P*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT(slots > 0); DEC(slots)  
    END P;  
 
    PROCEDURE V*;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      INC(slots)  
    END V;  
 
    PROCEDURE & Init(n: LONGINT);  
    BEGIN slots := n  
    END Init;  
  END GSem;  
END Semaphores.
</code>

Это хорошо известные синхронизирующие примитивы **Дейкстры** [5]. Заметим, что возможность реализовать семафоры показывает, что модель **Active Oberon** достаточно мощная для поддержки защиты и синхронизации параллельных процессов.

==== B.5 Барьеры ====

<code oberon2>
MODULE Barriers;  
(*  
  Барьер используется для синхронизации N активностей.  
*)  
TYPE  
  Barrier = OBJECT  
    VAR in, out, N: LONGINT;  
 
    PROCEDURE Enter*;  
      VAR i: LONGINT;  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      INC(in);  
      AWAIT (in >= N);  
      INC(out);  
      IF (out = N) THEN in := 0; out := 0 END;  
    END Enter;  
 
    PROCEDURE & Init (nofProcs: LONGINT);  
    BEGIN  
      N := nofProcs; in := 0; out := 0;  
    END Init;  
  END Barrier;  
END Barriers.
</code>

Барьер используется для синхронизации активностей друг с другом. Если активности определены как
P = Phase ;P hase ;...P hase i i,0 i,1 i,n

то барьер используется для гарантии того, что все активности выполнят ''Phasei,j'' до начала ''Phasei,j+1''. Отдельный поток исполнения будет выглядеть подобно следующему:
<code oberon2>
  FOR j := 0 TO N DO  b
    Phase(i, j); barrier.Enter  
  END;
</code>

Барьер сбрасывает счетчик ''in'' после выполнения условия чтобы избежать переполнения. Это возможно потому, что активности, повторно запрашивающие блокировку через инструкцию ''AWAIT'', имеют более высокий приоритет по сравнению с активностями, запрашивающими блокировку в первый раз в том же блоке ''EXCLUSIVE''.

==== B.6 Ограниченный буфер ====

<code oberon2>
MODULE Buffers;  
 
CONST  
  BufLen = 256;  
 
TYPE  
  (* Buffer - FIFO буфер *)  
  Buffer* = OBJECT  
    VAR  
      data: ARRAY BufLen OF INTEGER;  
      in, out: LONGINT;  
 
    (* Put - вставить элемент в буфер *)  
    PROCEDURE Put* (i: INTEGER);  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT ((in + 1) MOD BufLen # out); (*AWAIT ~полный *)  
      data[in] := i;  
      in := (in + 1) MOD BufLen  
    END Put;  
 
    (* Get - забрать элемент из буфера *)  
    PROCEDURE Get* (VAR i: INTEGER);  
    BEGIN {EXCLUSIVE}  
      AWAIT (in # out); (*AWAIT ~пустой *)  
      i := data[out];  
      out := (out + 1) MOD BufLen  
    END Get;  
 
    PROCEDURE & Init;  
    BEGIN  
      in := 0; out := 0;  
    END Init;  
 
  END Buffer;  
 
END Buffers.
</code>

''Buffer'' реализует ограниченный кольцевой буфер. Методы ''Put'' и ''Get'' защищены от одновременного доступа; они так же проверяют наличие свободного места и данных соответственно, в противном случае активность приостанавливается до того, как место освободиться или поступят новые данные.

===== C Примеры активных объектов =====


==== C.1 Обедающие философы ====

<code oberon2>
MODULE Philo;  
 
IMPORT Semaphores;  
 
CONST  
  NofPhilo = 5; (* количество философов *)  
 
VAR  
  fork: ARRAY NofPhilo OF Semaphores.Sem;  
  i: LONGINT;  
 
TYPE  
  Philosopher = OBJECT  
    VAR  
      first, second: LONGINT;  
 
    (* вилки для философов *)  
    PROCEDURE & Init(id: LONGINT);  
    BEGIN  
      IF id # NofPhilo-1 THEN  
        first := id; second := (id+1)  
      ELSE  
        first := 0; second := NofPhilo-1  
      END  
    END Init;  
 
  BEGIN {ACTIVE}  
    LOOP  
      .... Думает....  
      fork[first].P; fork[second].P;  
      .... Ест ....  
      fork[first.V; fork[second].V  
    END  
  END Philosopher;  
 
VAR  
  philo: ARRAY NofPhilo OF Philosopher;  
BEGIN  
  FOR i := 0 TO NofPhilo DO  
    NEW(fork[i]);  
    NEW(philo[i]);  
  END;  
END Philo.</code>

==== C.2 Решето Эратосфена ====

<code oberon2>
MODULE Eratosthenes; (* prk 13.09.00 *)  
 
IMPORT Out, Buffers;  
 
CONST  
  N = 2000;  
  Terminate = -1; (* охранник *)  
 
TYPE  
  Sieve = OBJECT (Buffers.Buffer)  
    VAR prime, n: INTEGER; next: Sieve;  
 
    PROCEDURE & Init;  
    BEGIN  
      Init^; (* вызывает инициализатор Buffer (суперклас) *)  
      prime := 0; next := NIL  
    END Init;  
 
  BEGIN {ACTIVE}  
    LOOP  
    Get(n);  
 
    IF n = Terminate THEN  
      (* прервать выполнение *)  
      IF next # NIL THEN next.Put (n) END;  
        EXIT  
      ELSIF prime = 0 THEN  
        (* первое число всегда простое *)  
        Out.Int(n, 0); Out.String(" простое"); Out.Ln;  
        prime := n;  
        NEW (next)  
      ELSIF (n MOD prime) # 0 THEN  
        (* передать дальше, если это не множитель простого *)  
         next.Put (n)  
      END  
    END  
  END Sieve;  
 
  PROCEDURE Start*;  
    VAR s: Sieve; i: INTEGER;  
  BEGIN  
    NEW(s);  
    FOR i := 2 TO N-1 DO s.Put (i) END;  
    s.Put(Terminate) (* использовать охранника для индикации выполнения *)  
  END Start;  
 
END Eratosthenes.</code>

''Eratosthenes'' использует //отсеивающий алгоритм// для поиска простых чисел. Каждое решето --- это активный объект, который передает все полученные значения, не являющиеся множителем первого полученного числа, на следующее решето. Синхронизация осуществляется в буфере.