WikiSort.ru - Программирование

Синтаксис и семантика

Синтаксис языка в процессе развития практически не изменяется — разработчики предпочитают уточнять семантику уже имеющихся синтаксических конструкций с помощью вводимых семантических модификаторов, что позволяет исключить значительный объём правок при введении новой функциональности, упростить компилятор, сделав его код более доступным для понимания и модификации, а также обеспечить легкость изучения и использования языка. Модификаторы заключаются в фигурные скобки {} после имени переменной, типа или ключевого слова. Например, конструкция:

VAR
  Example2 : PROCEDURE {REALTIME, C} ( VAR low, high: LONGINT ): BOOLEAN;

объявляет процедурную переменную Example2, указывающую на процедуру реального времени, с соглашением о вызове CCALL, принимающую два параметра типа длинное целое и возвращающую значение логического типа.

Описание объекта, в целом, соответствует описанию модуля, за исключением синтаксиса заголовка и отсутствия секции IMPORT. Методы целиком описываются внутри описания объекта, операции, за редким исключением, могут описываться вне тела объекта. У объекта может быть произвольное количество инициализаторов и не более одного финализатора. Встроенная процедура NEW, использующаяся для создания переменных ссылочного типа, вызывает инициализатор, выбираемый компилятором по сигнатуре параметров. Инициализатор помечается знаком & перед именем метода. Финализатор — метод без параметров, перед именем которого стоит знак ~, — вызывается автоматически при утилизации объекта.

Последовательность операторов, заключенная в операторные скобки BEGIN END, называется блоком операторов. Блок операторов также может содержать список модификаторов и секцию гарантированного завершения (FINALLY).

Переменная, а также поле записи или объекта, могут быть инициализированы константным выражением при объявлении:

TYPE
    Point = RECORD
        x := 0,
        y := 0  : LONGINT;
    END;

VAR
    i := 0, j := 10, k := 100 : INTEGER;
    Point : Point; (* поля x, y записи инициализированы значением 0 *)

Типы данных

Язык предлагает богатый набор встроенных типов:

• Базовые типы
  • логический: BOOLEAN;
  • символьные: CHAR8, CHAR16, CHAR32 и псевдоним CHAR для символьного типа по умолчанию;
  • целочисленные знаковые: SIGNED8, SIGNED16, SIGNED32, SIGNED64 и псевдонимы SMALLINT, INTEGER, LONGINT, HUGEINT;
  • целочисленные беззнаковые: UNSIGNED8, UNSIGNED16, UNSIGNED32, UNSIGNED64;
  • вещественные: REAL, LONGREAL;
  • комплексные: COMPLEX, LONGCOMPLEX;
  • машинозависимые: SIZE, ADDRESS;
  • множество: SET, SET8, SET16, SET32, SET64;
  • расширяемые перечисления: ENUM;
• структурные
  • массивы: ARRAY — статические, динамические, открытые, математические;
  • расширяемые структуры: RECORD;
  • объектные: OBJECT;
• Специальные
  • процедурные;
  • делегаты: процедурные переменные, совместимые как с процедурами, так и с методами;
  • типизированные указатели на структурные типы;
  • обобщенные указатели: ANY, OBJECT, ARRAY;
• системные: SYSTEM.BYTE

Многопоточность

Для Активного Оберона реализовано две модели многопоточности, основанные на работах Бринча Хансена и Тони Хоара^[3]:

• Вытесняющая многопоточность, с блокирующей синхронизацией^[3];
• Кооперативная многопоточность, с неблокирующей (lock-free) синхронизацией^[4]. Компилятор автоматически генерирует код переключения потоков в определённых местах. Фактически, активности (потоки), в этом случае, являются сопрограммами. Среда времени выполнения предоставляет возможность ручного переключения на нужную активность.

Исходный код, написанный с использованием синтаксиса блокирующих примитивов синхронизации языка Active Oberon, может использоваться для обеих моделей многопоточности — компилятор будет генерировать нужный для конкретной модели код. При таком подходе нет нужды в переписывании программного обеспечения под разные модели. Лишь небольшие участки исходного кода требуют адаптации (например, обработка прерываний), чтобы подавить автоматическую генерацию переключений в данном участке машинного кода. Для этого блок операторов помечается модификатором {UNCOOPERATIVE}.

 1 MODULE Example3;
 2 
 3 TYPE
 4   ActiveObject = OBJECT
 5   VAR state : SET;
 6 
 7     PROCEDURE &New;
 8     BEGIN
 9       state := {};
10     END New;
11 
12     PROCEDURE &Init*( state : SET );
13     BEGIN
14       SELF.state := state;
15     END Init;
16 
17     PROCEDURE ~Finalize;
18     BEGIN
19     ...
20     END Finalize;
21 
22   BEGIN {ACTIVE}
23     ...
24   END ActiveObject;
25 
26 VAR
27   object : ActiveObject;
28 
29 BEGIN
30   NEW( object );
31   object.Init( {0..7, 9, 12, 30..31} );
32   NEW( object, {} );
33 END Example3.

 1 (* Процедуры Set и Reset взаимно исключаемы *)
 2 TYPE
 3   MyContainer = OBJECT
 4     VAR x, y: LONGINT; (* Инвариант: y = f(x) *)
 5 
 6     PROCEDURE Set(x: LONGINT);
 7     BEGIN {EXCLUSIVE} (* изменение x и y атомарно *)
 8       SELF.x := x; y := f(x)
 9     END Set;
10 
11     PROCEDURE Reset;
12     BEGIN
13       ...
14       BEGIN {EXCLUSIVE} (* изменение x и y атомарно *)
15         x := x0; y := y0;
16       END;
17       ....
18     END Reset;
19   END MyContainer;

 1 TYPE
 2   Synchronizer = OBJECT
 3     VAR awake: BOOLEAN
 4 
 5     PROCEDURE Wait;
 6     BEGIN {EXCLUSIVE}
 7       AWAIT(awake);
 8       awake := FALSE;
 9     END Wait;
10 
11     PROCEDURE WakeUp;
12     BEGIN {EXCLUSIVE}
13       awake := TRUE;
14     END WakeUp;
15   END Synchronizer;

Обработка ошибок и исключительных ситуаций

В Активном Обероне отсутствуют средства структурной обработки исключительных ситуаций — они обрабатываются централизовано средой времени выполнения.

Оператор ASSERT принимает в качестве обязательного аргумента логическое выражение, в случае нарушения которого происходит прерывание программы и, также, как и при выполнении оператора безусловного останова HALT, управление передаётся в централизованный обработчик исключений. Если условие оператора ASSERT может быть вычислено на этапе компиляции, то, в случае невыполнения условия генерируется ошибка компиляции. Оператор ASSERT и HALT могут иметь необязательный параметр — спецификатор исключения, который может быть проанализирован обработчиком.

После обработки исключения управление передаётся в ближайшую по стеку вызовов секцию гарантированного завершения FINALLY, если она есть. Затем, если тело активного объекта помечено модификатором SAFE, будет произведён перезапуск активности, в противном случае работа активности завершается.

Информация о типах времени выполнения

Только структурные типы (массивы, записи, объекты) имеют информацию о типах времени выполнения (метаинформацию). Метаинформация хранится в специальной структуре, называемой Дескриптор типа. Дескриптор типа содержит данные о типах и именах переменных и полей, таблицу наследования, таблицу виртуальных методов и таблицы реализованных интерфейсов.

Управление памятью

В Активном Обероне применяется автоматическое управление памятью с использованием прерываемого (вытесняемого) сборщика мусора реального времени^[13], основанного на методе пометок (Mark and Sweep). Сборщик мусора выполняется в отдельном потоке, и активности (потоки), имеющие приоритет выше, чем приоритет активности сборщика мусора, могут приостановить его выполнение. При этом дерево объектов замораживается. На текущий момент только сущности реального времени могут прерывать активность сборщика мусора, в них запрещено динамическое выделение памяти, за этим следит компилятор.

Управление памятью основано на использовании типизированных участков памяти. Такой участок хранит указатель на дескриптор типа. Используя информацию о типах времени выполнения, находящуюся в дескрипторе типа, сборщик мусора находит переменные и поля ссылочного типа и помечает блоки, на которые они указывают. Другими словами, сборщику мусора нет необходимости проверять каждое значение, похожее на указатель, является ли оно корректным указателем в куче — используя информацию, предоставляемую дескриптором типа, он точно знает, какие элементы обрабатывать, что существенно увеличивает скорость и точность работы и снижает нагрузку на процесс сборки мусора. Для ускорения выделения памяти свободные участки помещаются в Списки свободных блоков, содержащие блоки памяти определенных размеров.

Переменные ссылочного типа, помеченные модификатором UNTRACED относятся к нетрассируемым указателям. Такие указатели не отслеживаются сборщиком мусора и участки памяти, на которые они ссылаются, могут быть утилизированы в любой момент времени, в случае, если они были выделены средой времени выполнения и на них нет достижимых ссылок, учитываемых сборщиком мусора. Часто, такие модификаторы используются для работы с участками памяти, выделенными вне среды времени выполнения Активного Оберона, или с небезопасными указателями.

Управление активностью объектов

Среда времени выполнения отвечает за распределение процессорного времени, гарантирует (совместно с компилятором), что в монопольной области находится не более одной активности, обеспечивает своевременную проверку условий оператора AWAIT и возобновление работы приостановленных активностей. Выражения условий продолжения внутри объекта пересчитываются во всех точках выхода из монопольных областей. Это означает, что изменение состояния объекта вне монопольной области не приводит к пересчёту условий. Когда несколько активностей соревнуются за одну и ту же монопольную область, то активности с выполненными условиями рассматриваются раньше тех, которые только хотят войти в защищенную область^[3][14].

Подключение и инициализация модулей

В Активном Обероне отсутствуют средства для прямого управления динамической загрузкой и выгрузкой модулей. Язык предлагает лишь секцию импорта (IMPORT), в которой указан список подключаемых модулей и секцию инициализации модуля. Среда времени выполнения должна обеспечить подключение и инициализацию подключаемых модулей до инициализации текущего модуля. Динамическое подключение модуля осуществляется через механизм динамического связывания. Модуль нельзя выгрузить до тех пор, пока на него есть ссылка из списка подключения другого загруженного модуля. Таким образом, чтобы исключить проблему циклических ссылок, модули должны выгружаться в порядке, обратном порядку загрузки.

Обработка ошибок и исключительных ситуаций

Модуль Traps обеспечивает централизованную обработку исключительных ситуаций. Параметры, принимаемые операторами ASSERT и HALT, могут использоваться для классификации исключительной ситуации.

В текущей реализации, если процедура, в которой произошла исключительная ситуация, содержит логическую переменную trap, то значение переменной будет установлено в TRUE, что в дальнейшем может использоваться для анализа в секции FINALLY. После обработки исключительной ситуации в модуле Traps, среда времени выполнения осуществляет поиск секций гарантированного завершения FINALLY и передает на них управление для выполнения завершающих операций. В случае, если активность помечена модификатором SAFE, производится перезапуск активности.

Программный интерфейс среды выполнения предоставляет возможность установки собственного обработчика исключительных ситуаций.

Active Cells

Math Oberon

Hello, World!

1 MODULE HelloWorld;
2 IMPORT KernelLog;
3 
4 BEGIN
5   KernelLog.String( "Hello, World!" );
6 END HelloWorld.

Решение классической задачи поставщика и потребителя

 1 MODULE BoundedBuffers;
 2 TYPE
 3   Item* = OBJECT;
 4 
 5   Buffer* = OBJECT
 6     VAR
 7       h, n: INTEGER;
 8       B: ARRAY * OF Item;
 9 
10     PROCEDURE Get*(): Item;
11     VAR x: Item;
12     BEGIN {EXCLUSIVE}
13       AWAIT(n # 0); (* буфер не пуст *)
14       x := B[h]; h := (h+1) MOD LEN(B); DEC(n);
15       RETURN x
16     END Get;
17 
18     PROCEDURE Put*(x: Item);
19     BEGIN {EXCLUSIVE}
20       AWAIT(n # LEN(B)); (* буфер не полон *)
21       B[(h+n) MOD LEN(B)] := x; INC(n)
22     END Put;
23 
24     PROCEDURE &Init(max: INTEGER);
25     BEGIN (* инициализатор *)
26       NEW(B, max); h := 0; n := 0
27     END Init;
28   END Buffer;
29 
30 END BoundedBuffers.