भाषा डिजाइन का कांटा

FORTRAN (1957, IBM) & ALGOL (1958, अंतर्राष्ट्रीय समिति) दो डिजाइन दर्शन का प्रतिनिधित्व करते हैं जो मौलिक रूप से भिन्न परिणाम दिए।

FORTRAN

John Backus ने IBM में FORTRAN (FORmula TRANslation) परियोजना का नेतृत्व किया। डिजाइन लक्ष्य: भाषा को वैज्ञानिकों & इंजीनियरों के लिए उपयोग करना आसान बनाएं। FORTRAN ने गणितीय संकेतन स्वीकार किया जो इसके उपयोगकर्ताओं को प्राकृतिक लगा: A = B + C * D बजाय ADD B, C; STORE T; MULTIPLY T, D; STORE A के।

FORTRAN 60+ वर्षों तक जीवित रहा। यह वैज्ञानिक कंप्यूटिंग, तरल गतिविज्ञान, जलवायु मॉडलिंग, & कम्प्यूटेशनल भौतिकी में सक्रिय उपयोग में रहता है। हैमिंग ने इस स्थिरता को सफल डिजाइन के प्रमाण के रूप में नोट किया।

ALGOL

ALGOL (ALGOrithmic Language) को तार्किकविदों & कंप्यूटर वैज्ञानिकों की एक समिति द्वारा गणितीय कठोरता का लक्ष्य रखते हुए डिजाइन किया गया था: एक तार्किक रूप से स्वच्छ, औपचारिक रूप से परिभाषित भाषा। Backus-Naur फॉर्म (BNF) संकेतन व्याकरण का वर्णन करने के लिए ALGOL को निर्दिष्ट करने के लिए आविष्कार किया गया था।

ALGOL व्यावहारिक रूप से विफल रहा। इसके तार्किक सुंदरता & बाद की भाषाओं पर अपार प्रभाव (Pascal, C, & लगभग हर आधुनिक भाषा ALGOL की व्याकरण अवधारणाओं से उतरते हैं), ALGOL कभी व्यापक रूप से तैनात नहीं किया गया। हैमिंग का फैसला: तार्किक रूप से डिजाइन किए गए, मानवीय रूप से अप्रयोज्य।

भाषाओं की पदानुक्रम

हैमिंग ने मशीन कोड से लेकर असेंबली, उच्च-स्तरीय भाषाओं, & अंततः 'समस्या-उन्मुख भाषा' तक प्राकृतिक पदानुक्रम का वर्णन किया जो कैसे चिकित्सकों अपनी समस्या डोमेन के बारे में सोचते हैं। प्रत्येक स्तर मशीन दक्षता की कीमत पर मानव पठनीयता जोड़ता है।

हैमिंग के भाषा डिजाइन के चार मानदंड

हैमिंग ने FORTRAN बनाम ALGOL के पाठ को एक सफल प्रोग्रामिंग भाषा के चार मानदंड में आसवित किया:

1. सीखने में आसान — एक नौसिखिया जल्दी उत्पादक हो सकता है

2. उपयोग में आसान — दिनचर्या के काम को न्यूनतम औपचारिकता की आवश्यकता होती है

3. डीबग में आसान — त्रुटियां सार्थक, स्थानीय योग्य संदेश प्रदान करती हैं

4. उप-दिनचर्याओं का उपयोग करना आसान — पुनः उपयोग & अमूर्तता के लिए नायक प्रयास की आवश्यकता नहीं है

उन्होंने एक संरचनात्मक अवलोकन जोड़ा: मानव भाषा लगभग 60% अतिरेक ले जाती है; लिखित भाषा लगभग 40%। कम-अतिरेक भाषाएं (APL की तरह) सुंदर एक-पंक्तियां बनाती हैं जो विशेषज्ञ सुंदर पाते हैं & शुरुआत अपारदर्शी पाते हैं — & जिसमें अपरिवर्तनीय त्रुटियां होती हैं जब एक एकल चरित्र अर्थ बदल देता है।

निहितार्थ: एक भाषा तार्किक सुंदरता के लिए डिजाइन की गई गलत पाठक के लिए अनुकूलित करती है। प्रोग्रामर मानव है; मनुष्यों को त्रुटियों को पकड़ने & इरादे को संवाद करने के लिए अतिरेक की आवश्यकता होती है।

मनोवैज्ञानिक बनाम तार्किक भाषा डिजाइन

हैमिंग ने FORTRAN/ALGOL विपरीत को संस्थागत & मानव गतिविज्ञान के पाठ के रूप में लौटाया, न कि केवल भाषा डिजाइन।

FORTRAN को मनोवैज्ञानिक रूप से डिजाइन किया गया — इसे उपयोग करने वाले मनुष्यों के लिए, विशेष रूप से वैज्ञानिक जो गणितीय संकेतन में सोचते हैं। ALGOL को तार्किक रूप से डिजाइन किया गया — औपचारिक शुद्धता & सैद्धांतिक सुंदरता के लिए।

हैमिंग द्वारा पहचाना गया विरोधाभास: एक तार्किक रूप से सही भाषा जिसका मनुष्य प्रतिरोध करते हैं विफल होती है; एक व्यावहारिक रूप से डिजाइन की गई भाषा जिसे मनुष्य अपनाते हैं सफल होती है, भले ही यह तार्किक रूप से गड़बड़ा हो।

उन्होंने APL को चरम स्थिति के रूप में उद्धृत किया: तार्किक रूप से सुंदर, एक-पंक्ति अभिव्यक्त, अपने स्वयं के विशेष वर्ण सेट के साथ। विशेषज्ञों को यह पसंद था। सामान्य प्रोग्रामरों को इसे अपठनीय मिला। एक एकल चरित्र परिवर्तन एक प्रोग्राम का अर्थ चुप्पी से रूपांतरित कर सकता है। APL का एक छोटा समर्पित समुदाय है & लगभग शून्य मुख्यधारा का उपयोग है।

मानव अतिरेक तर्क: बोली जाने वाली भाषा ~60% अतिरेक (दोहराया संदर्भ, स्पष्ट शब्द, अनुमानित संरचना) है। लिखित भाषा ~40% अतिरेक है। यह अतिरेक त्रुटि पहचान का कार्य करता है — मनुष्य अविश्वसनीय हैं, इसलिए भाषा त्रुटियों को पकड़ने & सुधारने के लिए पर्याप्त दोहराई गई जानकारी के साथ विकसित हुई। एक कम-अतिरेक भाषा इस सुरक्षा नेट को हटाता है।

Compiler पदानुक्रम

हैमिंग ने Compiler/interpreter लेयरिंग का वर्णन किया: एक प्रोग्राम एक उच्च-स्तरीय भाषा में पढ़ सकता है & इसे निचले स्तर के लिए अनुवाद कर सकता है। इन परतों को स्टैक करें — प्रत्येक एक स्तर नीचे अनुवाद करता है। शीर्ष पर: एक डोमेन-विशिष्ट भाषा जो किसी क्षेत्र (जीव विज्ञान, वित्त, भौतिकी) में विशेषज्ञ स्वाभाविक रूप से लिखते हैं। नीचे: मशीन कोड। प्रत्येक संक्रमण एक Compiler या interpreter है।

भाषा जीवन की भविष्यवाणी करना

1993 तक, हैमिंग ने कई भाषाओं को सफल & विफल देखा था। FORTRAN (1957) जीवित रहा। ALGOL (1958) विफल रहा। COBOL (1959) व्यावसायिक कंप्यूटिंग में दशकों तक जीवित रहा। LISP (1958) AI अनुसंधान में जीवित रहा। PL/I (1964) सब कुछ को एकीकृत करने का प्रयास किया & विफल रहा।

आवर्ती पैटर्न

हैमिंग की सॉफ्टवेयर इतिहास अध्याय एक आवर्ती संरचना है:

1. एक दर्दनाक सीमितता मौजूद है (निरपेक्ष पते, बाइनरी संकेतन, गैर-मरम्मत योग्य कोड)

2. कोई व्यक्ति एक अमूर्तता परत का आविष्कार करता है जो सीमितता को छुपाता है

3. अमूर्तता नए स्केल को सक्षम बनाता है, जो नई दर्दनाक सीमितताएं बनाता है

4. दोहराएं

बाइनरी → अष्टक/hex → प्रतीकात्मक असेंबली → FORTRAN → संरचित प्रोग्रामिंग → ऑब्जेक्ट-उन्मुख भाषाएं → डोमेन-विशिष्ट भाषाएं। प्रत्येक परत पूर्ववर्ती की सबसे तीव्र पीड़ा को हल करता है जबकि एक नई समस्याओं का एक नया वर्ग शुरू करता है।

स्पेगेटी कोड समस्या (निरपेक्ष पते) प्रतीकात्मक असेंबली की ओर ले गई। बड़े असेंबली प्रोग्राम FORTRAN की ओर ले गए। बड़े FORTRAN प्रोग्राम संरचित प्रोग्रामिंग & फिर ऑब्जेक्ट अभिविन्यास की ओर ले गए। हैमिंग का व्याख्यान इन बाद के संक्रमण से पहले समाप्त हुआ, लेकिन पैटर्न जारी है।

इंजीनियरों के लिए उनका सबक: आप हमेशा पिछली अमूर्तता द्वारा उजागर की गई पीड़ा को हल कर रहे हैं। आप जो परत पर हैं उसे समझने के लिए जानना आवश्यक है कि इसके नीचे की परत क्यों मौजूद है।