Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

В современном shell-программировании языки свободно смешиваются, для решения подзадач задействуются как бинарные, так и интерпретируемые элементы из почти десятка других языков. Каждый язык решает ту задачу, к которой он приспособлен лучше остальных, каждый компонент является модулем с узкими интерфейсами для связи с другими модулями, а глобальная сложность системы в целом гораздо ниже, чем в случае ее реализации в виде одного массивного монолита на универсальном языке программирования.

14.4. Сравнение языков программирования

Сочетание языков представляет собой стиль программирования, который требует скорее более интенсивного использования знаний, чем программного кода. Для успешной работы разработчику необходимо владеть достаточным количеством языков программирования, а также знать преимущества каждого из них и иметь опыт их совместного использования. В этом разделе содержатся ссылки, которые помогут в этом. Для каждого рассмотренного языка приводятся учебные примеры, иллюстрирующие его достоинства.

14.4.1. С

Несмотря на проблему управления памятью, существуют прикладные области, в которых С остается наилучшим языком. С является оптимальным языком для программ, в которых нужна максимальная скорость, актуальны требования реального времени или необходима тесная связь с ядром операционной системы.

Язык С также является оптимальным для программ, переносимых на многие операционной системы. Однако рассмотренные ниже альтернативы С все больше используются в основных операционных системах, отличных от Unix; в ближайшем будущем значение переносимости как основного преимущества С может уменьшаться.

Иногда преимущество, которое достигается с помощью таких существующих программ, как генераторы синтаксических анализаторов или GUI-построители, которые генерируют код С, так велико, что оправдывает программирование на С остальной части небольшого приложения.

И конечно, С доказал свою незаменимость для разработчиков всех его альтернатив. При достаточно глубоком изучении реализации каждого из рассматриваемых здесь языков обнаруживается ядро, выполненное на простом, переносимом С. Эти языки унаследовали многие из преимуществ С.

В современных условиях, возможно, лучше было бы рассматривать С как ассемблер высокого уровня для виртуальной машины Unix (учебный пример в главе 4). В другие операционные системы C-стандарты внесли такие возможности этой виртуальной машины, как стандартная библиотека ввода-вывода. Язык С незаменим, когда требуется тесная связь с аппаратной составляющей при сохранении переносимости.

Еще одна весомая причина, по которой следует изучать С (даже если требования к языку программирования разработчика удовлетворяются языком более высокого уровня), состоит в том, что это способствует развитию мышления на уровне аппаратной архитектуры. Лучшим справочником и учебным пособием по С для программистов является книга "The С Programming Language" [42].

Перенос C-кода из одного вида операционных систем Unix в другой почти всегда возможен и обычно прост, но в некоторых областях, таких как сигналы и контроль над процессами, могут возникать определенные сложности. Некоторые из этих проблем рассматриваются в главе 17. Различие C-привязок в других операционных системах, несомненно, может вызвать проблемы переносимости С, хотя операционная система Windows NT, по крайней мере, теоретически должна поддерживать ANSI/POSIX-совместимый стандарт С API.

Высококачественные компиляторы С доступны в Internet в виде программ с открытым кодом; наиболее известным и широко применяемым является компилятор С Фонда Свободного программного обеспечения (Free Software Foundation — FSF), входящий в коллекцию компиляторов GNU (GNU Compiler Collection — GCC). Данный компилятор стал базовым для всех Unix-систем с открытым кодом, а также для некоторых систем с закрытым кодом. Версии GCC доступны даже для операционных систем семейства Microsoft. Исходные коды GCC доступны на сайте FSF <ftp://ftp.gnu.org/pub/gnu>.

Подводя итог, можно отметить, что преимуществом С является эффективность использования ресурсов и близость к аппаратной составляющей, а к недостаткам следует отнести то, что программисту, использующему С, приходится самостоятельно решать проблемы управления ресурсами.

14.4.1.1. Учебный пример: fetchmail

Наилучший пример использования С — само ядро Unix, для которого язык программирования, свободно поддерживающий операции на аппаратном уровне, действительно является сильным преимуществом. Но fetchmail представляет собой пример пользовательской утилиты, которую хорошо писать на С.

fetchmail совершает простейшие действия по управлению динамической памятью. Единственная сложная структура данных программы состоит из однонаправленного списка управляющих блоков, по одному на каждый почтовый сервер, который составляется только один раз при запуске и довольно незначительно изменяется впоследствии. Это значительно ослабляет довод против использования С, обходя основной недостаток языка.

С другой стороны, эти управляющие блоки достаточно сложны (они включают в себя строки, флаги и численные данные) и их трудно было бы обрабатывать как связанные объекты быстрого доступа на языке реализации без эквивалентной С функции структуры. Большинство альтернатив С уступают ему в этом отношении (за исключением Python и Java).

Наконец, fetchmail нуждается в возможности анализировать довольно сложный синтаксис спецификации для управляющей информации по каждому почтовому серверу. В Unix такая проблема классически решается с помощью генераторов C-кода, вырабатывающих исходный код для лексического и грамматического анализатора из декларативных спецификаций. Существование yacc и lex было доводом в пользу С.

fetchmail можно было бы на приемлемом уровне реализовать на Python, хотя и со значительной потерей производительности. Размер и сложность структуры данных fetchmail полностью исключили бы shell и Tcl и строго указывали бы на недопустимость использования Perl. При этом предметная область программы находится за пределами естественных возможностей Emacs Lisp. Реализация на языке Java не была бы лишена смысла, но объектно-ориентированный стиль и уборка мусора дали бы небольшой выигрыш в специфических проблемах fetchmail по сравнению с теми, которые уже решались с помощью С. С++ так же не смог бы значительно упростить сравнительно простую внутреннюю логику fetchmail.

Однако реальная причина написания fetchmail на С состоит в том, что программа создавалась как постепенное развитие ее предшественника, уже написанного на С. Существующая реализация на С прошла обширное тестирование на разнообразных платформах, на необычных и специфических серверах. Повторная реализация на другом языке была бы сложной и запутанной. Более того, fetchmail зависит от импортируемого кода для функций (таких как NTLM-аутентификация), которые очевидно не доступны на более высоком уровне, чем С.

Интерактивный конфигуратор fetchmail, лишенный традиционной проблемы С, написан на Python; соответствующий учебный пример рассматривается далее.

14.4.2. С++

Когда в середине 1980-х годов С++ был впервые выпущен в свет, объектно- ориентированные языки программирования были широко разрекламированы как радикальное средство против сложности программного обеспечения. Объектно- ориентированные возможности С++ казались бесспорным преимуществом над С, и приверженцы ожидали, что С++ быстро сделает своего предшественника устаревшим.

Этого не случилось. Отчасти причинами могут быть проблемы в самом С++; требование обратной совместимости с С привело ко многим компромиссам в конструкции. Кроме всего прочего, данное требование помешало перевести С++ на полностью автоматическое управление динамической памятью и решить самую серьезную проблему С. Позже "гонка вооружений" между различными разработчиками компиляторов, которую не сдерживала слабая и преждевременная попытка стандартизации, привела к тому, что С++ стал "витиеватым" и чрезвычайно сложным языком.

Причиной послужило также и то, что самой ОО-технологии не удалось оправдать ожидания. Проблема рассматривалась в главе 4 — ОО-методы склонны приводить к созданию больших связующих уровней и проблемам сопровождения. На сегодняшний день, изучение архивов открытого исходного кода (где выбор языка скорее отражает суждения разработчика, чем корпоративные указания) показывает, что использование С++ до сих пор в основном характерно для GUI, мультимедийного инструментария и игр (основных областей успеха ОО-конструкций), и гораздо реже встречается в других областях.