История возникновения и развития языка программирования Си (С++) и Java (Возникновение и эволюция языка Си и С++)

Содержание:

Введение.

1.1. Возникновение и эволюция языка Си и (С++)

Перед тем как возник язык программирования С++ у него был предшественник –С . Язык С (по-русски читается «Си») был создан Денисом Ритчи в 1972г. во время совместной работы с Кеном Томсоном операционной системой UNIX . Прообразом этой программы послужил язык Би (В), разработанным К.Томпсоном. так же имело большое влияние на С язык BCPL, созданный М.Ричардсом. В отличий от многих других языков программирования (Ада, Алголь-60 и тд.), язык С вначале создавался просто как рабочий инструмент, не претендующий на широкое применение. Но при созданий этого языка , они создали часть компилятора С, затем использовали ее для компиляции остальной части компилятора С и, применили её полученный в результате компилятор для компиляции . операционная система UNIX первоначально распространилась в исходных кодах на С среди университетов и лабораторий, получатель мог откомпилировать исходный код на С в машинный код с помощью подходящего компилятора С. Распространение этого исходного кода сделало операционную систему UNIX уникальной ; программист мог сам изменить операционную систему, а исходный код мог быть перенесен с одной аппаратной платформы на другую. Так же стандарта на язык С до 1989г. Не существовало, и в качестве формального писания разработчики капилляров использовали первое издание книги Б.Кернинга и Д.Ритчи, вышедший в 1978г. с США. Роль неформального стандарта языка С сохранилась все же за этой книгой и в по сей день. Ссылка на эту работу по капиллярам обозначается специальным сокращением K&R.

Язык С проектировался как инструмент для системного программирования. У этой программы было удачное сочетание лаконичности конструкций и богатства выразительных возможностей, это позволило языку С быстро распространится и стать наиболее популярным языком прикладного и системного программирования. Компиляторы языка С работают почти на всех типах современных компьютеров в операционных системах Windows, Mac OS, Linux, FreeBSD, Solaris и др.

Первый стандарт языка С был принят в 1989г., американским национальным институтом стандартов ( American National Standards Institute-ANSI) . Эту версию языка обычно обозначают С89. Кроме того, этот же стандарт был принят и международной организацией стандартов, а в 1995г. стандарт С89 был незначительно изменен.

Разработчиком языка С++ и создателем первого транслятора является Бьерн Страуструп. Он был сотрудником научно – исследовательского вычислительного центра AT&T Bell Laboratories в Мюррей Хилл (Нью-Джерси, США). Б. Страуструп получил звание магистра математики и вычислительной техники в университете г.Аарус (Дания), а докторское звание по вычислительной технике в кембриджском университете (Англия). Он специализируется в области распределенных систем операционных систем. Моделирования и программирования. Вместе с М.А. Эллис он является автором полного руководства по языку С++ - « Руководство по С++ с примечаниями». В 1979 был создан язык С++ (по русский читается «Си-Плюс-Плюс). Язык С++ был создан Бьерни Страуструпом он высвободил объектно- ориентировочный потенциал С путем перенесения возможностей классов Simula67 в С. Б. Страуструпом в то время только начал работать в Bell Labs. Разработка этого языка у Б. Страуструпа потребовало больших усилий на протяжений 80-х и большей части 90-х годов. Все же, в июле1983г., язык С++ впервые вышел за пределы исследовательской группы, однако многие возможности С++ еще не были разработаны. Другие расширения, введены за период между 1985 и 1991г.г. (такие как множественное наследование, статистические функции-члены и чистые виртуальные функции), скорее появились в результате общения опыта программирования на С++. За шесть лет расширения языка прежде всего были направлены на повешение выразительности С++. Примерно в 1987г. стало очевидно что работа по стандартам С++ неизбежна и что следует незамедлительно приступить к созданию основы для нее. И наконец , в 1998г. был принят ANSI/ISO-стандарт языка С++.первоначально новый язык носил имя «С с классами» и только потом он стал называться С++.

С++ достиг популярности будучи разработанным в Bell Labs, позже он был перенесен в другие индустрии и корпорации. Говоря в общих словах, язык С++ является усовершенствованной , объективно-ориентировочной версией языка С. С++ построен на основе версии С89, включающей все изменения 1995г., и теперь эту версию С89 называют С-подмножеством языка С++. Язык С++изначально был задуман как набор объективно – ориентировочных расширений для языка С, вскоре его начали развивать как самостоятельный язык программирования. В настоящее время его новые средства почти удвоили объем исходного языка. Язык С++ - один из самых мощных компьютерных языков, разработанных до сих пор, который наследует как хорошие, так и плохи стороны С.

В 1999г. был принят второй ANSI/ISO – стандарт для языка С, где эту версию назвали С99. Она включает ряд усовершенствовании в несколько новых средств. Где одни из этих «новых» средств заимствованы из языка С++, а другие представляют совершенно новые возможности. Следовательно, отдельные элементы, добавленные в С99, несовместимы с языком С++. Что это означает, что с появление версии С99 стандарт языка С больше не является чистым подмножеством языка С++. Многие «несовместимости» связаны со средствами специального назначения, которые можно легко обойти. И этот вариант языка С позволяет создавать программы, совместимые с языком С++

Затем в течение многих лет велись работы по выработке новых стандартов языков С и С++, которые завершились в конце 2011г. где в том же году в октябре месяце вышел новый стандарт языка С++, обозначаемый как С++11 или ISO/IEC 14882:2011. Полная его поддержка обещана в GCC 4.7. а в декабре 2011г. был принят новый стандарт и для языка С. Где эту версию условно называют С11 или ISO/IEC 9899:2011, так же часть ее возможностей уже сейчас поддерживается компилятором GCC.

В настоящее время просто существует огромное количество С-подобных языков, т.е. языков, основой для которых послужил язык С. Наиболее значимые - язык С++ Бьярни Страуструпа, Java фирмы Sun и С# (читается Си-Шарп) фирмы Microsoft.

1.1.2. Сравнение языков С++ и С

Выбор С в качестве базового языка для С++ объясняется следующими его достоинствами:

универсальность, краткость и относительно низкий уровень;

адекватность большинству задач системного программирования;

он идет в любой системе и на любой машине;

полностью подходит для программной среды UNIX.

В С существуют свои проблемы, но в языке, разрабатываемом "с нуля" они появились бы тоже, а проблемы С, по крайней мере, хорошо известны. Более важно то, что ориентация на С позволила использовать язык "С с классами" как полезный инструмент в течение первых месяцев раздумий о введении в С классов в стиле Симулы.

С++ стал использоваться шире, но по мере роста его возможностей, выходящих за пределы С, вновь и вновь возникала проблема совместимости. Ясно, что отказавшись от части наследства С, можно избежать некоторых проблем. Это не было сделано по следующим причинам:

существуют миллионы строк программ на С, которые можно улучшить с помощью С++, но при условии, что полной переписи их на язык С++ не потребуется;

существуют миллионы строк библиотечных функций и служебных программ на С, которые можно было бы использовать в С++ при условиях совместимости обоих языков на стадии связывания и их большого синтаксического сходства;

существуют сотни тысяч программистов, знающих С; им достаточно овладеть только новыми средствами С++ и не надо изучать основ языка;

поскольку С и С++ будут использоваться одними и теми же людьми на одних и тех же системах многие годы, различия между языками должны быть либо минимальными, либо максимальными, чтобы свести к минимуму количество ошибок и недоразумений. Описание С++ было переработано так, чтобы гарантировать, что любая допустимая в обоих языках конструкция означала в них одно и то же.

Как язык, так и стандартные библиотеки С++ проектировались в расчете на переносимость. Имеющиеся реализации языка будут работать в большинстве систем, поддерживающих С. В программах на С++ можно использовать библиотеки С. Большинство служебных программ, рассчитанных на С, можно использовать и в С++.

Язык С сам развивался в последние несколько лет, что отчасти было связано с разработкой С++. Стандарт ANSI для С содержит, например, синтаксис описания функций, позаимствованный из языка "С с классами". Происходит взаимное заимствование, например, тип указателя void* был придуман для ANSI С, а впервые реализован в С++. Как было обещано в первом издании этой книги, описание С++ было доработано, чтобы исключить неоправданные расхождения. Теперь С++ более совместим с языком С, чем это было вначале. В идеале С++ должен максимально приближаться к ANSI C, но не более. Стопроцентной совместимости никогда не было и не будет, поскольку это нарушит надежность типов и согласованность использования встроенных и пользовательских типов, а эти свойства всегда были одними из главных для С++.

Для изучения С++ не обязательно знать С. Программирование на С способствует усвоению приемов и даже трюков, которые при программировании на С++ становятся просто ненужными. Например, явное преобразование типа (приведение) , в С++ нужно гораздо реже, чем в С. Тем не менее, хорошие программы на языке С по сути являются программами на С++. Например, все программы из классического описания С являются программами на С++. В процессе изучения С++ будет полезен опыт работы с любым языком со статическими типами.

1.1.3. Улучшенный С

Минимальная поддержка процедурного программирования включает функции, арифметические операции, выбирающие операторы и циклы. Помимо этого должны быть предоставлены операции ввода- вывода. Базовые языковые средства С++ унаследовал от С (включая указатели), а операции ввода-вывода предоставляются библиотекой.

Самая зачаточная концепция модульности реализуется с помощью механизма раздельной трансляции.

1.1.4. Краткий обзор С++

Язык программирования С++ задумывался как язык, который будет:

лучше языка С;

поддерживать абстракцию данных;

поддерживать объектно-ориентированное программирование.

С++ - язык общего назначения и задуман для того, чтобы настоящие программисты получили удовольствие от самого процесса программирования. За исключением второстепенных деталей он содержит язык С как подмножество. Язык С расширяется введением гибких и эффективных средств, предназначенных для построения новых типов. Программист структурирует свою задачу, определив новые типы, которые точно соответствуют понятиям предметной области задачи. Такой метод построения программы обычно называют абстракцией данных. Информация о типах содержится в некоторых объектах типов, определенных пользователем. С такими объектами можно работать надежно и просто даже в тех случаях, когда их тип нельзя установить на стадии трансляции. Программирование с использованием таких объектов обычно называют объектно-ориентированным. Если этот метод применяется правильно, то программы становятся короче и понятнее, а сопровождение их упрощается.

Ключевым понятием С++ является класс. Класс - это определяемый пользователем тип. Классы обеспечивают упрятывание данных, их инициализацию, неявное преобразование пользовательских типов, динамическое задание типов, контролируемое пользователем управление памятью и средства для перегрузки операций. В языке С++ концепции контроля типов и модульного построения программ реализованы более полно, чем в С. Кроме того, С++ содержит усовершенствования, прямо с классами не связанные: символические константы, функции-подстановки, стандартные значения параметров функций, перегрузка имен функций, операции управления свободной памятью и ссылочный тип. В С++ сохранены все возможности С эффективной работы с основными объектами, отражающими аппаратную "реальность" (разряды, байты, слова, адреса и т.д.). Это позволяет достаточно эффективно реализовывать пользовательские типы.

Объектно-ориентированное программирование - это метод программирования, способ написания "хороших" программ для множества задач. Если этот термин имеет какой-то смысл, то он должен подразумевать: такой язык программирования, который предоставляет хорошие возможности для объектно-ориентированного стиля программирования.

Язык С++ проектировался для поддержки абстракции данных и объектно-ориентированного программирования в добавление к традиционному стилю С. Впрочем, это не значит, что язык требует какого-то одного стиля программирования от всех пользователей.

1.1.5. Почему С++

Важной вехой в развитий программирования явилось создание и широкое распространение языка С++. Ведь этот язык, сохранил средства ставшего общепризнанным стандартом для написания системных и прикладных систем языка С. Он ввел в практику программирования возможности нового технологического подхода к разработке программного обеспечения, получившего название «объективно–ориентировочное программирование». С++ в настоящее время считается господствующим языком, использующим для разработки коммерческих программных продуктов. Хотя, в последнее время это господство поколебалось вследствие аналогических претензий со стороны такого языка, как Java, но общественное мнение чуть качнулся в другую сторону, и многие программисты, которые бросили С++ ради Java , поспешили вернуться к своей прежней привязанности. Но, все же, эти два языка настолько похожи. Что, изучив один из них, автоматически можно освоить другую программу на 90%. Подход к моделированным предметным областям все более успешно применяется в качестве основы для структуризации их информационных отражений и, в частности, баз знаний, ведь Microsoft разработал для своей сетевой платформу новый язык – С#. Где, так же, язык С# и С++ разновидные, и , несмотря на ряд принципиальных отличий, эти языки совпадают на 90%. Но вероятно пройдёт не мало времени , прежде чем язык С# составит серьезную конкуренцию С++.

1.2. Парадигмы

1.2.1 Процедурные программирования

Первоначальной (и, возможно, наиболее используемой) парадигмой программирования было:

Определите, какие процедуры вам нужны; используйте лучшие из известных вам алгоритмов!

Ударение делалось на обработку данных с помощью алгоритма, производящего нужные вычисления. Для поддержки этой парадигмы языки предоставляли механизм передачи параметров и получения результатов функций. Литература, отражающая такой подход, заполнена рассуждениями о способах передачи параметров, о том, как различать параметры разных типов, о различных видах функций (процедуры, подпрограммы, макрокоманды, ...) и т.д. Первым процедурным языком был Фортран, а Алгол60, Алгол68, Паскаль и С продолжили это направление.

1.2.2. Модульное программирование

Со временем при в проектировании программ акцент сместился с организации процедур на организацию структур данных. Помимо всего прочего это вызвано и ростом размеров программ. Модулем обычно называют совокупность связанных процедур и тех данных, которыми они управляют.

Эта парадигма известна как "принцип сокрытия данных". Если в языке нет возможности сгруппировать связанные процедуры вместе с данными, то он плохо поддерживает модульный стиль программирования. Теперь метод написания "хороших" процедур применяется для отдельных процедур модуля.

Поскольку данные есть единственная вещь, которую хотят скрывать, понятие упрятывания данных тривиально расширяется до понятия упрятывания информации, т.е. имен переменных, констант, функций и типов, которые тоже могут быть локальными в модуле. Хотя С++ и не предназначался специально для поддержки модульного программирования, классы поддерживают концепцию модульности . Помимо этого С++, естественно, имеет уже продемонстрированные возможности модульности, которые есть в С, т.е. представление модуля как отдельной единицы трансляции.

Модульное программирование предполагает группировку всех данных одного типа вокруг одного модуля, управляющего этим типом.

Конечно такое решение намного лучше, чем хаос, свойственный традиционным, неструктурированным решениям, но моделируемые таким способом типы совершенно очевидно отличаются от "настоящих", встроенных. Каждый управляющий типом модуль должен определять свой собственный алгоритм создания "переменных" этого типа. Не существует универсальных правил присваивания идентификаторов, обозначающих объекты такого типа. У "переменных" таких типов не существует имен, которые были бы известны транслятору или другим системным программам, и эти "переменные" не подчиняются обычным правилам областей видимости и передачи параметров.

Тип, реализуемый управляющим им модулем, по многим важным аспектам существенно отличается от встроенных типов. Такие типы не получают той поддержки со стороны транслятора (разного вида контроль), которая обеспечивается для встроенных типов. Проблема здесь в том, что программа формулируется в терминах небольших (одно-два слова) дескрипторов объектов, а не в терминах самих объектов. Это означает, что транслятор не сможет отловить глупые, очевидные ошибки.

Иными словами, концепция модульности, поддерживающая парадигму упрятывания данных, не запрещает такой стиль программирования, но и не способствует ему.

1.2.3. Абстракция данных

Абстракция данных- популярная и в общем неверно определяемая техника программирования. Фундаментальная идея состоит в разделении несущественных деталей реализации под программы и характеристик, существенных для корректного ее использования. Такое разделение может быть выражено через специальный «интерфейс», сосредотачивающий описание всех возможных применений программы.

В языках Ада, Clu, С++ и подобных им, трудность преодолевается благодаря тому, что пользователю разрешается определять свои типы, которые трактуются в языке практически так же, как встроенные. Такие типы обычно называют абстрактными типами данных, хотя лучше, пожалуй, их называть просто пользовательскими. Более строгим определением абстрактных типов данных было бы их математическое определение. Если бы удалось его дать, то, что мы называем в программировании типами, было бы конкретным представлением действительно абстрактных сущностей.

Абстрактный тип данных определяется как некий "черный ящик". После своего определения он по сути никак не взаимодействует с программой. Его никак нельзя приспособить для новых целей, не меняя определения. В этом смысле это негибкое решение.

1.2.4. Поддержка абстракции

Поддержка программирования с абстракцией данных в основном сводится к возможности определить набор операций (функции и операции) над типом. Все обращения к объектам этого типа ограничиваются операциями из заданного набора. Однако, имея такие возможности, программист скоро обнаруживает, что для удобства определения и использования новых типов нужны еще некоторые расширения языка. Хорошим примером такого расширения является перегрузка операций.

1.2.5. Объектно-ориентированное программирование

Объектно-ориентированное программирование наилучшим образом предоставляет технологию управления элементами любой сложности, создавая условия для многократного использования программных компонентов и объединения данных с методами их обработки.

Суть объектно-ориентированного программирования заключается в использовании концепции “объектов” , то есть, скорее, образов, чем данных.

Руководящая идея этого подхода заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные методами в единое целое - объект. Объекты имеют характеристики и возможности.

Фактически объектно-ориентированное программирование можно рассматривать как модульное программирование нового уровня, когда вместо во многом случайного, механического объединения процедур и данных акцент делается на их смысловую связь.

Объектная модель способна одинаково хорошо описать как элементы управления графического интерфейса (типа кнопок и раскрывающихся списков), так и реальные объекты(велосипед, самолёт, кота и воду). Таким образом, задача объектно-ориентированного программирования состоит в том, чтобы правильно представить эти объекты на языке программирования.

В языке C++ полностью поддерживаются принципы объектно-ориентированного программирования, включая три кита, на которых оно состоит: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.

Инкапсуляция: Совмещение структур данных с функциями (методами), предназначенными для манипулирования этими данными. Инкапсуляция достигается путём введения класса нового механизма структурирования и типизации данных.

Наследование: Создание новых, производных классов, которые наследуют данные и функции от одного или нескольких ранее определённых базовых классов. При этом возможно переопределение или добавление новых данных и методов. В результате создаётся иерархия классов.

Полиморфизм: Присвоение методу единого имени или идентификатора в рамках иерархии классов таким образом, чтобы любой класс в иерархии имел возможность по-своему выполнять связанные с этим методом действия.

Одновременно с появлением и детализацией концепции появились и основанные на ней языки программирования. Одним из первых явился алгоритмический язык Modula 2. Язык программирования Turbo Pascal, разработанный фирмой Borland, начиная с версии 5.5 стал объектно-ориентированным. Но наиболее последовательно воплощение концепция объектно-ориентированного программирования нашла в алгоритмическом языке C++.

Пусть, например, нужно определить для графической системы тип shape (фигура). Проблема состоит в том, что мы не различаем общие свойства фигур (например, фигура имеет цвет, ее можно нарисовать и т.д.) и свойства конкретной фигуры (например, окружность - это такая фигура, которая имеет радиус, она изображается с помощью функции, рисующей дуги и т.д.).

Суть объектно-ориентированного программирования в том, что оно позволяет выражать эти различия и использует их. Язык, который имеет конструкции для выражения и использования подобных различий, поддерживает объектно-ориентированное программирование. Все другие языки не поддерживают его. Здесь основную роль играет механизм наследования, заимствованный из языка Симула.

Те функции, для которых можно определить заявленный интерфейс, но реализация которых (т.е. тело с операторной частью) возможна только для конкретных фигур, отмечены служебным словом virtual (виртуальные). В Симуле и С++ виртуальность функции означает: "функция может быть определена позднее в классе, производном от данного".

Если общность между классами отсутствует, вполне достаточно абстракции данных. Насколько применимо объектно-ориентированное программирование для данной области приложения определяется степенью общности между разными типами, которая позволяет использовать наследование и виртуальные функции. В некоторых областях, таких, например, как интерактивная графика, есть широкий простор для объектно-ориентированного программирования. В других областях, в которых используются традиционные арифметические типы и вычисления над ними, трудно найти применение для более развитых стилей программирования, чем абстракция данных. Здесь средства, поддерживающие объектно-ориентированное программирование, очевидно, избыточны.

Нахождение общности среди отдельных типов системы представляет собой нетривиальный процесс. Степень такой общности зависит от способа проектирования системы. В процессе проектирования выявление общности классов должно быть постоянной целью. Она достигается двумя способами: либо проектированием специальных классов, используемых как "кирпичи" при построении других, либо поиском похожих классов для выделения их общей части в один базовый класс.

Для представления на С++ множества взаимозависимых классов можно использовать дружественные классы.

Еще один способ выражения общности понятий в языке предоставляют шаблоны типа. Шаблонный класс задает целое семейство классов. Например, шаблонный класс список задает классы вида "список объектов T", где T может быть произвольным типом. Таким образом, шаблонный тип указывает, как получается новый тип из заданного в качестве параметра. Самые типичные шаблонные классы - это контейнеры, в частности, списки, массивы и ассоциативные массивы.

1.2.6. Поддержка объектно-ориентированного программирования

Поддержку объектно-ориентированного программирования обеспечивают классы вместе с механизмом наследования, а также механизм вызова функций-членов в зависимости от истинного типа объекта (дело в том, что возможны случаи, когда этот тип неизвестен на стадии трансляции). Особенно важную роль играет механизм вызова функций-членов. Не менее важны средства, поддерживающие абстракцию данных (о них мы говорили ранее). Все доводы в пользу абстракции данных и базирующихся на ней методов, которые позволяют естественно и красиво работать с типами, действуют и для языка, поддерживающего объектно-ориентированное программирование. Успех обоих методов зависит от способа построения типов, от того, насколько они просты, гибки и эффективны. Метод объектно-ориентированного программирования позволяет определять более общие и гибкие пользовательские типы по сравнению с теми, которые получаются, если использовать только абстракцию данных.

Итак, мы указали, какую минимальную поддержку должен обеспечивать язык программирования для процедурного программирования, для упрятывания данных, абстракции данных и объектно-ориентированного программирования.

1.3. Пределы совершенства

1.3.1. Пределы совершенства

Язык С++ проектировался как "лучший С", поддерживающий абстракцию данных и объектно-ориентированное программирование. При этом он должен быть пригодным для большинства основных задач системного программирования.

Основная трудность для языка, который создавался в расчете на методы упрятывания данных, абстракции данных и объектно-ориентированного программирования, в том, что для того, чтобы быть языком общего назначения, он должен:

- идти на традиционных машинах;

- сосуществовать с традиционными операционными системами и языками;

- соперничать с традиционными языками программирования в эффективности

выполнения программы;

- быть пригодным во всех основных областях приложения.

Это значит, что должны быть возможности для эффективных числовых операций (арифметика с плавающей точкой без особых накладных расходов, иначе пользователь предпочтет Фортран) и средства такого доступа к памяти, который позволит писать на этом языке драйверы устройств. Кроме того, надо уметь писать вызовы функций в достаточно непривычной записи, принятой для обращений в традиционных операционных системах. Наконец, должна быть возможность из языка, поддерживающего объектно-ориентированное программирование, вызывать функции, написанные на других языках, а из других языков вызывать функцию на этом языке, поддерживающем объектно-ориентированное программирование.

Если не вводить в язык возможности низкого уровня, то придется для основных задач большинства областей приложения использовать некоторые языки низкого уровня, например С или ассемблер. Но С++ проектировался с расчетом, что в нем можно сделать все, что допустимо на С, причем без увеличения времени выполнения. Вообще, С++ проектировался, исходя из принципа, что не должно возникать никаких дополнительных затрат времени и памяти, если только этого явно не пожелает сам программист.

Язык проектировался в расчете на современные методы трансляции, которые обеспечивают проверку согласованности программы, ее эффективность и компактность представления. Основным средством борьбы со сложностью программ видится, прежде всего, строгий контроль типов и инкапсуляция. Особенно это касается больших программ, создаваемых многими людьми. Пользователь может не являться одним из создателей таких программ, и может вообще не быть программистом. Поскольку никакую настоящую программу нельзя написать без поддержки библиотек, создаваемых другими программистами, последнее замечание можно отнести практически ко всем программам.

С++ проектировался для поддержки того принципа, что всякая программа есть модель некоторых существующих в реальности понятий, а класс является конкретным представлением понятия, взятого из области приложения. Поэтому классы пронизывают всю программу на С++, и налагаются жесткие требования на гибкость понятия класса, компактность объектов класса и эффективность их использования. Если работать с классами будет неудобно или слишком накладно, то они просто не будут использоваться, и программы выродятся в программы на "лучшем С". Значит пользователь не сумеет насладиться теми возможностями, ради которых, собственно, и создавался язык.

2 Раздел:

2.1. Что такое Java?

Java широко известна как новейший объектно-ориентированный язык, легкий в изучении и позволяющий создавать программы, которые могут исполняться на любой платформе без каких-либо доработок ( кроссплатформенность ). Еще с Java почему-то всегда связана тема кофе (изображения логотипов, названия продуктов и т.д.). Программисты могут добавить к этому описанию, что язык похож на упрощенный С или С++ с добавлением garbage collector'а - автоматического сборщика "мусора" ( механизм освобождения памяти, которая больше не используется программой ). Также известно, что Java ориентирована на Internet, и самое распространенное ее применение - небольшие программы, апплеты, которые запускаются в браузере и являются частью HTML -страниц.

Критики, в свою очередь, утверждают, что язык вовсе не так прост в применении, многие замечательные свойства лишь заявлены, а на самом деле не очень-то работают, а главное - программы на Java исполняются чрезвычайно медленно. Следовательно, это просто некая модная технология, которая только на время привлечет к себе внимание, а затем исчезнет, как и многие другие.

Однако некоторые факты не позволяют согласиться с такой оценкой. Во-первых, со времени официального объявления Java прошло достаточно много времени для "просто модной технологии". Во-вторых, конференция разработчиков Java One, которая впервые была организована в 1996 году, уже через год собрала более 10000 участников и стала крупнейшей конференцией по созданию программного обеспечения в мире (каждый следующий год число участников росло примерно на 5000). Специальная программа Sun, объединяющая разработчиков Java по всему миру, Java Developer Connection, также была запущена в 1996 году, через год она насчитывала более 100.000 разработчиков, а в 2000 году - более 1,5 миллионов. На сегодня число программистов на Java оценивается в 3 миллиона.

Было выпущено пять основных версий языка, начиная с 1.0 в 1995 году и заканчивая 1.4 в феврале 2002 года. Следующая версия 1.5 выпущена в 2004 году. Все версии и документацию к ним всегда можно было бесплатно получить на официальном web-сайте Java http://java.sun.com/. Один из первых продуктов для Java - JDK 1.1 (средство разработки на Java ) - в течение первых трех недель после объявления был загружен более 220.000 раз. Версия 1.4 была загружена более 2 миллионов раз за первые 5 месяцев. Практически все ведущие производители программного обеспечения лицензировали технологию Java и регулярно объявляют о выходе построенных на ней продуктов. Это и "голубой гигант" IBM, и создатель платформы Macintosh фирма Apple, и лидер в области реляционных БД Oracle, и даже главный конкурент фирмы Sun - корпорация Microsoft - лицензировала Java еще в марте 1996 года.

2.2. История возникновения и развития языка Java

История Java восходит к 1991 году, когда группа инженеров из компании Sun под руководством Патрика Нотона (Patrick Naughton) и члена Совета директоров (и разностороннего компьютерного волшебника) Джеймса Гослинга (James Gosling) занялась разработкой небольшого языка, который можно было бы использовать для программирования бытовых устройств, например, контроллеров для переключения каналов кабельного телевидения (cable TV switchboxes).

Поскольку такие устройства не потребляют много энергии и не имеют больших микросхем памяти, я должен был быть маленьким и генерировать очень компактные программы. Кроме того, поскольку разные производители могут выбирать разные центральные процессоры (Central Processor Unit— CPU), было важно не завязнуть в какой-то одной архитектуре компьютеров. Проект получил кодовое название "Green".

Стремясь изобрести небольшой, компактный и машинонезависимый код, разработчики возродили модель, использованную при реализации первых версий языка Pascal заре эры персональных компьютеров. Никлаус Вирт, создатель языка Pascal, в свое время разработал машинонезависимый язык, генерирующий промежуточный код для некоей гипотетической машины. Этот язык стал коммерческим продуктом под названием UCSD Pascal. (Такие гипотетические машины часто называются виртуальными — например, виртуальная машина языка Java, или JVM.) 
Этот промежуточный код можно выполнять на любой машине, имеющей соответствующий интерпретатор. Инженеры, работавшие над проектом "Green", также использовали виртуальную машину, что решило их основную проблему.

Однако большинство сотрудников компании Sun имели опыт работы с операционной системой UNIX, поэтому в основу разрабатываемого ими языка бь л положен язык C++, а не Pascal. В частности, они сделали язык объектно-, а не процедурно-ориентированным.

Как сказал Гослинг в своем интервью: "Язык — это всегда средство, а не цель". Сначала Гослинг решил назвать его "Oak" ("Дуб"). (Возможно потому, что он любил смотреть на дуб, растущий прямо под окнами его офиса в компании Sun.) Потом сотрудники компании Sun узнали, что слово Oak уже используется в качестве имени ранее созданного языка программирования, и изменили название Java.

В 1992 году в рамках проекта Green была выпущена первая продукция, названная
"*7". Это было средство для чрезвычайно интеллектуального дистанционного управления. (Оно имело мощность рабочей станции SPARK, помещаясь в коробочке размером 6x4x4 дюйма.) К сожалению, ни одна из компаний— производителей электронной техники не заинтересовалась этим изобретением.

Затем группа стала заниматься разработкой устройства для кабельного телевидения, которое могло бы осуществлять новые виды услуг, например, включать видеосистему по требованию. И снова они не получили ни одного контракта. (Забавно, что одной из компаний, отказавшихся подписать с ними контракт, руководил Джим Кларк (Jim Clark) — основатель компании Netscape, впоследствии сделавшей очень много для успеха языка Java.)

Весь 1993 год и половину 1994 года продолжались безрезультатные поиски покупателей продукции, разработанной в рамках проекта "Green" (под новым названием "First Person, Inc."). (Патрик Нотон, один из основателей группы, впоследствии в основном занимавшийся маркетингом, налетал в общей сложности более 300 тысяч миль, пытаясь продать разработанную технологию.) Проект "First Person, Inc." был прекращен в 1994 году.

Тем временем в рамках Интернет разрасталась сеть World Wide Web. Ключом к этой сети является броузер, превращающий гипертекст в изображение на экране. 
В 1994 году большинство людей пользовалось броузером Mosaic, некоммерческим Web-броузером, разработанным в суперкомпьютерном центре Университета штата Иллинойс (University of Illinois) в 1993 году. (Частично этот броузер был написан Марком Андреессеном (Mark Andreessen) за 6,85 доллара в час. В то время Марк заканчивал университет и броузер был его дипломной работой. Затем он стал одним из основателей и главным программистом компании Netscape.

В своем интервью журналу Sun World Гослинг сказал, что в середине 1994 года разработчики языка поняли: "Нам нужно создать действительно крутой броузер. Такой броузер должен представлять собой одно из немногих приложений модной клиент-серверной технологии, в которой жизненно важным было бы именно то, что мы сделали: архитектурная независимость, выполнение в реальном времени, надежность, безопасность — вопросы, не являвшиеся чрезвычайно важными для рабочих станций. И мы создали такой броузер".

На самом деле броузер был разработан Патриком Нотоном и Джонатаном Пэйном (Johnatan Payne). Позднее он превратился в современный броузер HotJava. Этот броузер был написан на языке Java, чтобы продемонстрировать всю его мощь. Однако разработчики не забывали о мощных средствах, которые теперь называются апплетами, наделив свой броузер способностью выполнять код внутри Web-страниц. "Демонстрация технологии" была представлена на выставке Sun World '95 23 мая 1995 года и вызвала всеобщее помешательство на почве язака Java, продолжающееся и поныне.

Компания Sun выпустила первую версию языка Java в начале 1996 года. Через несколько месяцев после нее появилась версия Java 1.02. Люди быстро поняли, что версия Java 1.02 не подходит для разработки серьезных приложений. Конечно, эту версию можно применять для разработки Web-страниц с пляшущими человечками, однако в версии Java 1.02 ничего нельзя даже напечатать.

Честно говоря, версия Java 1.02 была еще сырой. Ее преемница, версия Java 1.1, заполнила большинство зияющих провалов, намного улучшив возможность отражения и добавив новую модель событий для программирования графического пользовательского интерфейса. Несмотря на это, она все еще была довольно ограниченной.

Выпуск версии Java 1.2 стал основной новостью конференции JavaOne в 1998 году. В новой версии слабые средства для создания графического пользовательского интерфейса и графических приложений были заменены сложным и масштабным инструментарием. Это был шаг вперед, к реализации лозунга "Write Once, Run Anywhere" ™ ("Один раз напиши— и везде выполняй"), выдвинутого при разработке предыдущих версий.

В декабре 1998 года через три дня (!) после выхода в свет название новой версии было изменено на громоздкое словосочетание Java 2 Standart Edition Software Development Kit Version 1.2 (Стандартное издание пакета инструментальных средств для разработки программного обеспечения на языке Java 2, версия 1.2).

Кроме стандартного издания пакета ("Standart Edition") были предложены еще два варианта: "микроиздание" ("Micro Edition") для портативных устройств, например, для мобильных телефонов, и. "промышленное издание" ("Enterprise Edition") для создания сер верных приложений.

Версии 1.3 и 1.4 стандартного издания пакета инструментальных средств намного совершеннее первоначального выпуска языка Java 2. Они обладают новыми возможностями и, разумеется, содержат намного меньше ошибок. В табл. 1 1 показан стремительный рост объема библиотеки API по мере появления новых версий стандартного издания пакета SDK.

Таблица 1.1. Рост объема библиотеки API из пакета Java Standart

Edition

Версия	Количество классов и интерфейсов	Количество методов и полей
1.0	212	2125
1.1	504	5478
1.2	1781	20935
1.3	2130	23901
1.4	3020	32138

 Так же этапы развития языка Java, изложенная Патриком Нотоном, соавтором браузера HotJava и нынешним вице-президентом по технологии корпорации Starwave.

5 декабря 1990 г. - Нотон отказывается от предложения перейти в компанию NeXT и начинает работу в компании Sun над проектом, получившим впоследствии название Green.

15 января 1991 г. - Совещание типа мозгового штурма по проекту Stealth (названном так Скоттом Макнили) в Аспене, в котором участвовали Билл Джой, Энди Бехтолсхейм, Уэйн Розинг, Майк Шеридан, Джейм Гослинг и Патрик Нотон.

1 февраля 1991 г. - Гослинг, Шеридан и Нотон всерьез берутся за работу. Нотон занимается графической системой Aspen, Гослинг - идеями языка программирования, Шеридан - бизнес-разработкой.

8 апреля 1991 г. - Переезд по новому адресу и разрыв прямого соединения с локальной сетью (и большинством других средств связи) компании Sun; проект продолжается под названием Green.

15 апреля 1991 г. - К проекту Green присоединяются Эд Фрэнк (архитектор системы SPARCstation 10), Крейг Форрест (дизайнер чипа SS10) и Крис Уорт (разработчик системы NeWS).

Май 1991 г. - Эд Фрэнк присваивает прототипу аппаратуры название *7 (или Star7; *7 - код, который было необходимо набрать в офисе Sand Hill, чтобы ответить на любой звонок с любого телефона).

Июнь 1991 г. - Гослинг начинает работу над интерпретатором Oak, который через несколько лет (при поисках торговой марки) переименован в Java.

1 августа 1991 г. - Осуществлено объединение Oak и Aspen; заработала их первая реальная программа.

19 августа 1991 г. - Коллектив разработчиков Green демонстрирует идеи базового пользовательского интерфейса и графическую систему сооснователям компании Sun Скотту Макнили и Биллу Джою.

17 октября 1991 г. - Шеридан и Нотон присваивают конструкторской философии своего коллектива девиз "1st Person", который со временем становится названием компании.

17 ноября 1991 г. - Офис проекта Green снова подключается к главной сети компании Sun линией на 56 Кбит/с

1 марта 1992 г. - К проекту Green присоединяется Джонатан Пейн, который позднее участвует в написании HotJava.

Лето 1992 г. - Интенсивная деятельность по доработке Oak, Green OS, пользовательского интерфейса, аппаратуры Star7 и соответствующих компонентов.

4 сентября 1992 г. - Завершена разработка устройства Star7; оно продемонстрировано Джою и Макнили.

1 октября 1992 г. - Из компании SunLabs переходит Уэйн Розинг, принимающий на себя руководство коллективом.

1 ноября 1992 г. - Организована корпорация FirstPerson.

15 января 1993 г. - Коллектив переезжает в Пало Альто в здание, где раньше находилась лаборатория Western Research Lab компании DEC и была основана исходная группа Hamilton Group (она же OSF).

15 марта 1993 г. - После ознакомления с результатами испытаний кабельного интерактивного телевидения, проведенных компанией Time Warner, корпорация FirstPerson сосредотачивается на этой тематике.

Апрель 1993 г. - Выпуск первого графического браузера для Internet - Mosaic 1.0, разработанного в центре NCSA.

14 июня 1993 г. - Компания Time Warner продолжает проводить свои испытания интерактивного кабельного ТВ с компанией SGI, несмотря на признанное превосходство технологии компании Sun и уверения, что Sun выиграла эту сделку.

Лето 1993 г. - Нотон пролетает 300 тыс. миль, продавая Oak всем, занимающимся бытовой электроникой и интерактивным телевидением; тем временем темп, с которой люди получают доступ к Internet, головокружительно нарастает.

Август 1993 г. - Через несколько месяцев многообещающих переговоров с компанией 3DO относительно разработки ОС для приставок, президент 3DO Трип Хокинс предлагает купить технологию. Макнили отказывается, и сделка срывается.

Сентябрь 1993 г. - К коллективу присоединяется Артур Ван Хофф, поначалу - чтобы создать среду разработки приложений, предназначенных для интерактивного телевидения, а потом разрабатывающий, главным образом, сам язык.

7 декабря 1993 г. - Экспертиза операций на высоком уровне в FirstPerson обнаруживает, что эта группа не имеет реальных партнеров или маркетинговой стратегии и неясно представляет себе дату выпуска.

8 февраля 1994 г. - Отменено публичное заявление компании FirstPerson о выпуске, которое должно было состояться на конференции Technology, Entertainment and Design (TED).

17 февраля 1994 г. - Исполнительным лицам компании Sun для разносторонней экспертизы представлен альтернативный бизнес-план корпорации FirstPerson по разработке мультимедийной платформы для CD-ROM и онлайновой работы.

25 апреля 1994 г. - Создана компания Sun Interactive; в нее переходит половина сотрудников FirstPerson.

Июнь 1994 г. - Начат проект Liveoak, нацеленный Биллом Джоем на использование Oak в крупном проекте небольшой операционной системы.

Июль 1994 г. - Нотон ограничивает область применения проекта Liveoak, просто переориентировав Oak на Internet.

16 сентября 1994 г. - Пейн и Нотон начинают писать WebRunner - браузер типа Mosaic, позднее переименованный в HotJava.

29 сентября 1994 г. - Прототип HotJava впервые продемонстрирован исполнительным лицам компании Sun.

11 октября 1994 г. - Нотон уходит в компанию Starwave.

Осень 1994 г. - Ван Хофф реализует компилятор Java на языке Java. (Ранее Гослинг реализовывал его на языке С).

23 мая 1995 г. - Компания Sun официально представляет Java и HotJava на выставке SunWorld '95.

2.3. Java – язык программирования

Приложения Java обычно компилируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине (JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска - 23 мая 1995 года. Сегодня технология Java предоставляет средства для превращения статических Web-страниц в интерактивные динамические документы и для создания распределенных не зависящих от платформы приложений.

"Группе была поставлена задача создать распределенную систему, которую можно было бы в качестве современной программной технологии продавать производителям бытовой электроники" – говорил Гослинг.

Гослинг, которому сейчас 40 с небольшим лет, перешел в Sun в 1984 г. из исследовательского отдела IBM. Его первая работа - интересный технически, но не имевший коммерческого успеха оконный интерфейс NeWS. Он также написал GOSMACS - первую реализацию текстового редактора EMACS на языке С.

В отношении произношения в русском языке, как и в ряде других, образовались две различные нормы - заимствованная англоязычная джава») и традиционно-национальная «ява», соответствующая традиционному произношению названия острова Ява. Компания Sun придерживается англоязычного произношения во всех странах мира. Иногда в обиходе используют также жаргонное слово «Жаба» (например, изображение жабы есть на календариках группы российских пользователей Java (Java Users Group). - так называют не только сам язык, но и платформу для создания и исполнения приложений на основе данного языка.

Чтобы не связывать разработку с конкретной платформой, Гослинг начал с расширения компилятора С++. Со временем, однако, он понял, что один С++, как его ни расширяй, не сможет удовлетворить все потребности. Поэтому в середине 1991 года был задуман язык Oak. (Впоследствии при поиске торговой марки его название было заменено на Java). "В конце концов, язык - это средство, а не самоцель, - поясняет Гослинг. - Мы не собирались зацикливаться на С++, а хотели разработать систему, которая позволяла бы создавать большую распределенную разнородную сеть из бытовых электронных устройств, способных взаимодействовать между собой".

В конце 1992 года, предприняв, по выражению тогдашнего инженера проекта Патрика Нотона, "огромные усилия по доработке Oak и других компонентов", коллектив проекта "Green" выпустил "*7" - устройство типа PDA, названное Гослингом "ручным пультом дистанционного управления".

"За полтора года мы сделали столько же, сколько иные большие коллективы в Sun делали за три года, - с гордостью отмечает Нотон. - Операционную систему GreenOS, язык, инструментарий, пользовательский интерфейс, новую аппаратную платформу, три заказных микросхемы... и каждый этап был связан с риском, т.к. мы использовали совершенно новые технологии".

-летний Нотон до прихода в команду Green возглавлял проект Sun по разработке пользовательской среды Open Window.

Малогабаритность устройства *7 выгодно подчеркивала компактность и эффективность кода, являвшегося ядром технологии. Этот продукт широко демонстрировался в Sun и произвел впечатление на таких важных персон, как Скотт Макнили и Билл Джой, однако его дальнейшая судьба оставалось неясной.

Гослинг считает браузер таким компонентом, который "создает рынок" для инструментальных средств, серверов и сред разработки. И во всех этих средствах язык Java играет ключевую роль. "До появления Java страница WWW фактически представляла собой листок бумаги. С появлением Java браузер задает структуру и резко расширяет возможности провайдеров содержания".

Гослинг полагает, что технология Java заставит людей переосмыслить роль вычислений клиент-сервер. "В стандартной модели вы имеете определенные базы данных, пишете пакеты клиентского ПО, взаимодействующего с ними, и создаете какой-то интерфейс". В рамках этой модели трудно создавать распределенные системы и осуществлять их модернизацию, особенно если их части имеют разное происхождение, указывает Гослинг.

Имея же такие инструментальные средства как Java и Web, вы получаете исходно организованную систему, подчеркивает он. "Если вы создаете на языке Java клиентскую часть приложения, то его запуск сводится просто к переходу на соответствующую страницу. Инсталляция тривиальна - просто поместите необходимое ПО на Web-сервер. И никаких проблем с переносом, поскольку имеется только одна версия приложения". Многие компании, по словам Гослинга, уже организуют базы данных в виде Web-страниц с использованием интерфейса Common Gateway Interface (CGI) - специфического стандарта для работы внешних программ на сервере HTTP.

Основные особенности языка

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) - программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинство подобного способа выполнения программ - в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программ и алгоритмов, реализованных на языке Java. В последнее время был внесен ряд усовершенствований, которые несколько увеличили скорость выполнения программ на Java:

-применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде,

-широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках,

-аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

По данным сайта shootout.alioth.debian.org, для семи разных задач время выполнения на Java составляет в среднем в полтора-два раза больше, чем для C/C++, в некоторых случаях Java быстрее, а в отдельных случаях в 7 раз медленнее. С другой стороны, для большинства из них потребление памяти Java-машиной было в 10-30 раз больше, чем программой на C/C++. Также примечательно исследование, проведённое компанией Google, согласно которому отмечается существенно более низкая производительность и большее потребление памяти в тестовых примерах на Java в сравнении с аналогичными программами на C++.

Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине. Эти идеи нашли также выражение в спецификации общеязыковой инфраструктуры CLI, заложенной в основу платформы .NET компанией Microsoft.

Основные возможности

автоматическое управление памятью;

расширенные возможности обработки исключительных ситуаций;

богатый набор средств фильтрации ввода/вывода;

набор стандартных коллекций, таких как массив <#"justify">

на уровне отдельных SQL-запросов - на основе JDBC, SQLJ;

на уровне концепции объектов, обладающих способностью к хранению в базе данных - на основе Java Data Objects и Java Persistence API;

поддержка шаблонов (начиная с версии 1.5);

параллельное выполнение программ.

2.4. Браузеры

Конечно, основная линия развития оставалась связанной с браузерами. Хотя Internet только начинал наполняться все новыми технологиями, уже возникали проблемы совместимости. Под разными платформами работали настолько разные браузеры, что различались даже шрифты. В результате автор мог создать красивую аккуратную страницу, которая у клиента расползалась.

С помощью Java web-страницу можно наполнить не только обычным текстом, но и динамическими элементами - простыми видеовставками типа вращающегося земного шара или Дьюка, машущего рукой (хотя сейчас такие задачи хорошо решает анимированный GIF, а в более сложных случаях - Macromedia Flash); интерактивными элементами типа вращающейся модели химической молекулы; бегущими строками, содержащими, например, биржевые индексы или прогноз погоды.

Но на самом деле Java - это больше, чем украшение HTML. Поскольку это полноценный язык программирования, с его помощью можно создать сложный пользовательский интерфейс. В самой первой версии Java Development Kit ( средство разработки на Java ) был пример апплета, представляющий простейшие электронные таблицы. Вскоре появился текстовый редактор, позволяющий менять стиль и цвет текста. Конечно, были игровые апплеты, обучающие, моделирующие физические и иные системы. Например, клиент, сделавший заказ в магазине или отправивший посылку почтой, получал возможность следить за доставкой через Internet.

В отличие от обычных программ, апплеты получили "в наследство" важное свойство HTML -страниц. Прочитав сегодня содержание страницы новостей, клиент не сохраняет ее на своем компьютере, а на следующий день читает обновленное содержание. Точно так же, скачав апплет и поработав с ним, можно удалить его, а в следующий раз получить более новую версию. Таким образом, программы появляются и исчезают с машины клиента безо всякого усилия, не требуются ни специальные знания, ни действия, и при этом автоматически поддерживаются самые последние версии.

2.5. Сетевые компьютеры

Когда стало понятно, что новая технология пользуется небывалым спросом, разработчикам захотелось укрепить и развить успех и распространенность Java. Для того чтобы Java не разделила судьбу NeWS (эта оконная система упоминалась в начале лекции, она не получила развития, проиграв X Window), компания Sun старалась наладить сотрудничество с независимыми фирмами для производства различных библиотек, средств разработчика, инструментов. 9 января 1996 года было сформировано новое подразделение JavaSoft,которое и занялось разработкой новых Java -технологий и продвижением их на рынок. Главная цель - появление все большего количества самых разных приложений, написанных на этой платформе. Например, 1 июля 1997 года было объявлено, что ученые NASA (National Aeronautics and Space Administration, государственная организация США, занимающаяся исследованием космоса) с помощью Java - апплетов управляют роботом, изучающим поверхность Марса (" Java помогает делать историю!").

Пора остановиться подробнее на том, почему по отношению к Java используется термин "платформа", чем Java отличается от обычного языка программирования.

Как правило, платформой называют сочетание аппаратной архитектуры ("железо"), которая определяется типом используемого процессора (Intel x86, Sun SPARC, PowerPC и др.), с операционной системой (MS Windows, Sun Solaris, Linux, Mac OS и др.). При написании программ разработчик всегда пользуется средствами целевой платформы для доступа к сети, поддержки потоков исполнения, работы с графическим пользовательским интерфейсом ( GUI ) и другими возможностями. Конечно, различные платформы, в силу технических, исторических и других причин, поддерживают различные интерфейсы ( API, Application Programming Interface), а значит, и программа может исполняться только под той платформой, под которую она была написана.

Однако часто заказчикам требуется одна и та же функциональность, а платформы они используют разные. Задача портирования приложений стоит перед разработчиками давно. Редко удается перенести сложную программу без существенной переделки, очень часто различные платформы по-разному поддерживают многие возможности (например, операционная система Mac OS традиционно использует однокнопочную мышь, в то время как Windows изначально рассчитана на двухкнопочную).

А значит, и языки программирования должны быть изначально ориентированы на какую-то конкретную платформу. Синтаксис и основные концепции легко распространить на любую систему (хотя это и не всегда эффективно), но библиотеки, компилятор и, естественно, бинарный исполняемый код специфичны для каждой платформы. Так было с самого начала эпохи компьютерных вычислений, а потому лишь немногие, действительно удачные программы поддерживались сразу на нескольких системах, что приводило к некоторой изоляции миров программного обеспечения для различных операционных систем.

Было бы странно, если бы с развитием компьютерной индустрии разработчики не попытались создать универсальную платформу, под которой могли работать все программы. Особенно такому шагу способствовало бурное развитие Глобальной сети Internet, которая объединила пользователей независимо от типа используемых процессоров и операционных систем. Именно поэтому создатели Java задумали разработать не просто еще один язык программирования, а универсальную платформу для исполнения приложений, тем более что изначально OaK создавался для различных бытовых приборов, от которых ждать совместимости не приходится.

Каким же образом можно "сгладить" различия и многообразие операционных систем? Способ не новый, но эффективный - с помощью виртуальной машины. Приложения на языке Java исполняются в специальной, универсальной среде, которая называется Java Virtual Machine. JVM - это программа, которая пишется специально для каждой реальной платформы, чтобы, с одной стороны, скрыть все ее особенности, а с другой - предоставить единую среду исполнения для Java -приложений. Фирма Sun и ее партнеры создали JVM практически для всех современных операционных систем. Когда речь идет о браузере с поддержкой Java, подразумевается, что в нем имеется встроенная виртуальная машина.

Подробнее JVM рассматривается ниже, но необходимо сказать, что разработчики Sun приложили усилия, чтобы сделать эту машину вполне реальной, а не только виртуальной. 29 мая 1996 года объявляется операционная система Java OS (финальная версия выпущена в марте следующего года). Согласно пресс-релизу, это была "возможно, самая небольшая и быстрая операционная система, поддерживающая Java ". Действительно, разработчики стремились к тому, чтобы обеспечить возможность исполнять Java -приложения на самом широком спектре устройств - сетевые компьютеры, карманные компьютеры (PDA), принтеры, игровые приставки, мобильные телефоны и т.д. Ожидалось, что Java OS будет реализована на всех аппаратных платформах. Это было необходимо для изначальной цели создателей Java - легкость добавления новой функциональности и совместимости в любые электрические приборы, которыми пользуется современный потребитель.

Это был первый шаг, продвигающий платформу Java на один уровень вниз - на уровень операционных систем. Предполагалось сделать и следующий шаг - создать аппаратную архитектуру, центральный процессор, который бы напрямую выполнял инструкции Java безо всякой виртуальной машины. Устройство с такой реализацией стало бы полноценным Java -устройством.

Кроме бытовых приборов, компания Sun позиционировала данное решение и для компьютерной индустрии - сетевые компьютеры должны были заменить разнородные платформы персональных рабочих станций. Такой подход хорошо укладывался в основную концепцию Sun, выраженную в лозунге "Сеть — это компьютер". Возможности одного компьютера никогда не сравнятся с возможностями сети, объединяющей все ресурсы компании, а тем более - всего мира. Наверное, сегодня это уже очевидно, но во времена, когда WWW еще не опутала планету, идея была революционной.

Если же строить многофункциональную сеть, то к ее рабочим станциям предъявляются совсем другие требования - они не должны быть особенно мощными, вычислительные задачи можно переложить на серверы. Это даже более выгодно, так как позволяет централизовать поддержку и обновление программного обеспечения, а также не вынуждает сотрудников быть привязанными к своим рабочим местам. Достаточно войти с любого терминала в сеть, авторизоваться - и можно продолжать работу с того места, на котором она была оставлена. Это можно сделать в кабинете, зале для презентаций, кафе, в кресле самолета, дома - где угодно!

Кроме очевидных удобств, это начинание было с большим энтузиазмом поддержано индустрией и в силу того, что оно являлось сильнейшим оружием в борьбе с крупнейшим производителем программного обеспечения - Microsoft. Тогда (да и сейчас) самой распространенной платформой являлась операционная система Windows на базе процессоров Intel (с чьей-то легкой руки теперь многими называемая Wintel). Этим компаниям удалось создать замкнутый круг, гарантирующий успех,- все пользовались их платформой, так как под нее написано больше всего программ, что, в свою очередь, заставляло разработчиков создавать новые продукты именно для платформы Wintel. Поскольку корпорация Microsoft всегда очень агрессивно развивала свое преимущество в области персональных компьютеров (вспомним, как Netscape Navigator безнадежно проиграл конкуренцию MS Internet Explorer), это не могло не вызывать сильное беспокойство других представителей компьютерной индустрии. Понятно, что концепция сетевых компьютеров свела бы на нет преимущества Wintel в случае широкого распространения. Разработчики просто перестали бы задумываться, что находится внутри их рабочей станции, так же, как домашние пользователи не имеют представления, на каких микросхемах собран их мобильный телефон или видеомагнитофон.

Мы уже рассказывали о том, как и почему Microsoft лицензировала Java, хотя, казалось бы, этот шаг лишь способствовал опасному распространению новой технологии, ведь Internet Explorer завоевывал все большую популярность. Однако вскоре разразился судебный скандал. 30 сентября 1997 года вышел новый IE 4.0, а уже 7 октября Sun объявила, что этот продукт не проходит тесты на соответствие со спецификацией виртуальной машины. 18 ноября Sun обращается в суд, чтобы запретить использование логотипа "Совместимый с Java " (" Java compatible") для MS IE 4.0. Оказалось, что разработчики Microsoft слегка "улучшили" язык Java, добавив несколько новых ключевых слов и библиотек. Не то что бы это были сверхмощные расширения, однако достаточно привлекательные для того, чтобы значительная часть разработчиков начала ее использовать. К счастью, в Sun быстро осознали всю степень опасности такого шага. Java могла потерять звание универсальной платформы, для которой верен знаменитый девиз "Write once, run everywhere" ("Написано однажды, работает везде"). В таком случае она утратила бы основу своего успеха, превратившись всего лишь в "еще один язык программирования".

Компании Sun удалось отстоять свою технологию. 24 марта 1998 года суд согласился с требованиями компании (конечно, это было только предварительное решение, дело завершилось лишь 23 января 2001 года - Sun получил компенсацию в 20 миллионов долларов и добился выполнения лицензионного соглашения), а уже 12 мая Sun снова выступает с требованием: обязать Microsoft включить полноценную версию Java в Windows 98 и другие программные продукты. Эта тяжба продолжается до сих пор с переменным успехом сторон. Например, Microsoft исключила из виртуальной машины Internet Explorer библиотеку java.rmi, позволяющую создавать распределенные приложения, пытаясь привлечь внимание разработчиков к DCOM-технологии, жестко привязанной к платформе Win32. В ответ многие компании стали распространять специальное дополнение (patch), устраняющее этот недостаток. В результате Microsoft остановила свою поддержку Java на версии 1.1, которая на данный момент является устаревшей и не имеет многих полезных возможностей. Это, в свою очередь, практически остановило широкое распространение апплетов, кроме случаев либо совсем несложной функциональности (типа бегущей строки или диалога с несколькими полями ввода и кнопками), либо приложений для внутренних сетей корпораций. Для последнего случая Sun выпустил специальный продукт Java Plug-in, который встраивается в MS IE и NN, позволяя им исполнять апплеты на основе Java самых последних версий, причем полное соответствие спецификациям гарантируется (первоначально продукт назывался Java Activator и впервые был объявлен 10 декабря 1997 года). На данный момент Microsoft то включает, то исключает Java из своей операционной системы Windows XP, видимо, пытаясь найти самый выгодный для себя вариант.

Что же касается сетевых компьютеров и Java OS, то, увы, они пока не нашли своих потребителей. Видимо, обычные персональные рабочие станции в совокупности с JVM требуют гораздо меньше технологических и маркетинговых усилий и при этом вполне успешно справляются с прикладными задачами. А Java, в свою очередь, стала позиционироваться для создания сложных серверных приложений.

2.6. Платформы Java

Итак, Java обладает длинной и непростой историей развития, однако настало время рассмотреть, что же получилось у создателей, какими свойствами обладает данная технология.

Самое широко известное, и в то же время вызывающее самые бурные споры, свойство — много- или кроссплатформенность. Уже говорилось, что оно достигается за счет использования виртуальной машины JVM, которая является обычной программой, исполняемой операционной системой и предоставляющей Java -приложениям все необходимые возможности. Поскольку все параметры JVM специфицированы, то остается единственная задача - реализовать виртуальные машины на всех существующих и используемых платформах.

Наличие виртуальной машины определяет многие свойства Java, однако сейчас остановимся на следующем вопросе - является Java языком компилируемым или интерпретируемым? На самом деле, используются оба подхода.

Исходный код любой программы на языке Java представляется обычными текстовыми файлами, которые могут быть созданы в любом текстовом редакторе или специализированном средстве разработки и имеют расширение .java. Эти файлы подаются на вход Java -компилятора, который транслирует их в специальный Java байт-код. Именно этот компактный и эффективный набор инструкций поддерживается JVM и является неотъемлемой частью платформы Java.

Результат работы компилятора сохраняется в бинарных файлах с расширением .class. Java -приложение, состоящее из таких файлов, подается на вход виртуальной машине, которая начинает их исполнять, или интерпретировать, так как сама является программой.

Многие разработчики поначалу жестко критиковали смелый лозунг Sun "Write once, run everywhere", обнаруживая все больше и больше несоответствий и нестыковок на различных платформах. Однако надо признать, что они просто были слишком нетерпеливы. Java только появилась на свет, а первые версии спецификаций были недостаточно исчерпывающими.

Очень скоро специалисты Sun пришли к выводу, что просто свободно публиковать спецификации (что уже делалось задолго до Java ) недостаточно. Необходимо еще и создавать специальные процедуры проверки новых продуктов на соответствие стандартам. Первый такой тест для JVM содержал всего около 600 проверок, через год их число выросло до десяти тысяч и с тех пор все время увеличивается (именно его в свое время не смог пройти MS IE 4.0). Безусловно, авторы виртуальных машин все время совершенствовали их, устраняя ошибки и оптимизируя работу. Все-таки любая, даже очень хорошо задуманная технология требует времени для создания высококачественной реализации. Аналогичный путь развития сейчас проходит Java 2 Micro Edition ( J2ME ), но об этом позже.

Следующим по важности свойством является объектная ориентированность Java, что всегда упоминается во всех статьях и пресс-релизах. Сам объектно-ориентированный подход (ООП) рассматривается в следующей лекции, однако важно подчеркнуть, что в Java практически все реализовано в виде объектов - потоки выполнения (threads) и потоки данных (streams), работа с сетью, работа с изображениями, с пользовательским интерфейсом, обработка ошибок и т.д. В конце концов, любое приложение на Java - это набор классов, описывающих новые типы объектов.

Подробное рассмотрение объектной модели Java проводится на протяжении всего курса, однако обозначим основные особенности. Прежде всего, создатели отказались от множественного наследования. Было решено, что оно слишком усложняет и запутывает программы. В языке используется альтернативный подход - специальный тип " интерфейс ". Он подробно рассматривается в соответствующей лекции.

Далее, в Java применяется строгая типизация. Это означает, что любая переменная и любое выражение имеет тип, известный уже на момент компиляции. Такой подход применен для упрощения выявления проблем, ведь компилятор сразу сообщает об ошибках и указывает их расположение в коде. Поиск же исключительных ситуаций (exceptions - так в Java называются некорректные ситуации) во время исполнения программы (runtime) потребует сложного тестирования, при этом причина дефекта может обнаружиться совсем в другом классе. Таким образом, нужно прикладывать дополнительные усилия при написании кода, зато существенно повышается его надежность (а это одна из основополагающих целей, для которых и создавался новый язык).

В Java существует всего 8 типов данных, которые не являются объектами. Они были определены с самой первой версии и никогда не менялись. Это пять целочисленных типов: byte, short, int, long, а также к ним относят символьный char. Затем два дробных типа float и double и, наконец, булевский тип boolean. Такие типы называются простыми, или примитивными (от английского primitive ), и они подробно рассматриваются в лекции, посвященной типам данных. Все остальные типы - объектные или ссылочные (англ. reference ).

Синтаксис Java почему-то многих ввел в заблуждение. Он действительно создан на основе синтаксиса языков C/C++, так что если посмотреть на исходный код программ, написанных на этих языках и на Java, то не сразу удается понять, какая из них на каком языке написана. Это почему-то дало многим повод думать, что Java - это упрощенный C++ с дополнительными возможностями, такими как garbage collector. Автоматический сборщик мусора ( garbage collector ) мы рассмотрим чуть ниже, но считать, что Java такой же язык, как и C++,- большое заблуждение.

Конечно, разрабатывая новую технологию, авторы Java опирались на широко распространенный язык программирования по целому ряду причин. Во-первых, они сами на тот момент считали C++ своим основным инструментом. Во-вторых, зачем придумывать что-то новое, когда есть вполне подходящее старое? Наконец, очевидно, что незнакомый синтаксис отпугнет разработчиков и существенно осложнит внедрение нового языка, а ведь Java должна была максимально быстро получить широкое распространение. Поэтому синтаксис был лишь слегка упрощен, чтобы избежать слишком запутанных конструкций.

Но, как уже говорилось, С++ принципиально не годился для новых задач, которые поставили себе разработчики из компании Sun, поэтому модель Java была построена заново, причем в соответствии с совсем другими целями. Дальнейшие лекции будут постепенно раскрывать конкретные различия.

Что же касается объектной модели, то она скорее была построена по образцу таких языков, как Smalltalk от IBM, или разработанный еще в 60-е годы в Норвежском Вычислительном Центре язык Simula, на который ссылается сам создатель Java Джеймс Гослинг.

Другое немаловажное свойство Java - легкость в освоении и разработке - также получило неоднозначную оценку. Действительно, авторы потрудились избавить программистов от наиболее распространенных ошибок, которые порой допускают даже опытные разработчики на C/C++. И первое место здесь занимает работа с памятью.

В Java с самого начала был введен механизм автоматической сборки мусора (от английского garbage collector ). Предположим, программа создает некоторый объект, работает с ним, а дальше наступает момент, когда он больше уже не нужен. Необходимо освободить занимаемую память, чтобы не мешать операционной системе нормально функционировать. В С/С++ это необходимо делать явным образом из программы. Очевидно, что при таком подходе существует две опасности - либо удалить объект, который еще кому-то необходим (и если к нему действительно произойдет обращение, то возникнет ошибка), либо не удалять объект, ставший ненужным, а это означает утечку памяти, то есть программа начинает потреблять все большее количество оперативной памяти.

При разработке на Java программист вообще не думает об освобождении памяти. Виртуальная машина сама подсчитывает количество ссылок на каждый объект, и если оно становится равным нулю, то такой объект помечается для обработки garbage collector. Таким образом, программист должен следить лишь за тем, чтобы не оставалось ссылок на ненужные объекты. Сборщик мусора - это фоновый поток исполнения, который регулярно просматривает существующие объекты и удаляет уже не нужные. Из программы никак нельзя повлиять на работу garbage collector, можно только явно инициировать его очередной проход с помощью стандартной функции. Ясно, что это существенно упрощает разработку программ, особенно для начинающих программистов.

Однако опытные разработчики были недовольны тем, что они не могут полностью контролировать все, что происходит с их системой. Нет точной информации, когда именно будет удален объект, ставший ненужным, когда начнет работать (а значит, и занимать системные ресурсы) поток сборщика мусора и т.д. Но, при всем уважении к опыту таких программистов, необходимо отметить, что подавляющее количество сбоев программ, написанных на С/С++, приходится именно на некорректную работу с памятью, причем порой это случается даже с широко распространенными продуктами весьма серьезных компаний.

Кроме того, особый упор делался на легкость освоения новой технологии. Как уже было сказано, ожидалось (и эти ожидания оправдались, в подтверждение правильности выбранного пути!), что Java должна получить максимально широкое применение, даже в тех компаниях, где никогда до этого не занимались программированием на таком уровне (бытовая техника типа тостеров и кофеварок, создание игр и других приложений для сотовых телефонов и т.д.). Был и целый ряд других соображений. Продукты для обычных пользователей, а не профессиональных программистов, должны быть особенно надежными. Internet стал Всемирной Сетью, поскольку появились непрофессиональные пользователи, а возможность создавать апплеты для них не менее привлекательна. Им требовался простой инструмент для создания надежных приложений.

Наконец, Internet-бум 90-х годов набирал обороты и выдвигал новые, более жесткие требования к срокам разработки. Многолетние проекты, которые были в прошлом обычным делом, перестали отвечать потребностям заказчиков, новые системы надо было создавать максимум за год, а то и за считаные месяцы.

Кроме введения garbage collector, были предприняты и другие шаги для облегчения разработки. Некоторые из них уже упоминались - отказ от множественного наследования, упрощение синтаксиса и др. Возможность создания многопоточных приложений была реализована в первой же версии Java (исследования показали, что это очень удобно для пользователей, а существующие стандарты опираются на телетайпные системы, которые устарели много лет назад). Другие особенности будут рассмотрены в следующих лекциях. Однако то, что создание и поддержка систем действительно проще на Java, чем на C/C++, давно является общепризнанным фактом. Впрочем, все-таки эти языки созданы для разных целей, и каждый имеет свои неоспоримые преимущества.

Следующее важное свойство Java - безопасность. Изначальная нацеленность на распределенные приложения, и в особенности решение исполнять апплеты на клиентской машине, сделали вопрос защиты одним из самых приоритетных. При работе любой виртуальной машины Java действует целый комплекс мер. Далее приводится лишь краткое описание некоторых из них.

Во-первых, это правила работы с памятью. Уже говорилось, что очистка памяти производится автоматически. Резервирование ее также определяется JVM, а не компилятором, или явным образом из программы, разработчик может лишь указать, что он хочет создать еще один новый объект. Указатели по физическим адресам отсутствуют принципиально.

Во-вторых, наличие виртуальной машины-интерпретатора значительно облегчает отсечение опасного кода на каждом этапе работы. Сначала байт-код загружается в систему, как правило, в виде class-файлов. JVM тщательно проверяет, все ли они подчиняются общим правилам безопасности Java и не созданы ли злоумышленниками с помощью каких-то других средств (и не искажены ли при передаче). Затем, во время исполнения программы, интерпретатор легко может проверить каждое действие на допустимость. Возможности классов, которые были загружены с локального диска или по сети, существенно различаются (пользователь легко может назначать или отменять конкретные права). Например, апплеты по умолчанию никогда не получат доступ к локальной файловой системе. Такие встроенные ограничения есть во всех стандартных библиотеках Java.

Наконец, существует механизм подписания апплетов и других приложений, загружаемых по сети. Специальный сертификат гарантирует, что пользователь получил код именно в том виде, в каком его выпустил производитель. Это, конечно, не дает дополнительных средств защиты, но позволяет клиенту либо отказаться от работы с приложениями ненадежных производителей, либо сразу увидеть, что в программу внесены неавторизованные изменения. В худшем случае он знает, кто ответственен за причиненный ущерб.

Совокупность описанных свойств Java позволяет утверждать, что язык весьма приспособлен для разработки Internet- и интернет (внутренние сети корпораций)-приложений.

Заключение

В заключении данной курсовой работе хотелось бы добавить, чем лучше программист знает С, тем труднее будет для него при программировании на С++ отойти от стиля программирования на С. Так же он теряет потенциальные преимущества С++. На гораздо важнее стараться думать о программе как о множестве взаимосвязанных понятий, представляемых классами и объектами, чем представлять ее как сумму структур данных и функций, что-то делающих с этими данными. Ведь, С++ является языком программирования, общего назначения. Естественная для него область применения-системное программирование, понимаемое в широком смысле этого слова. Кроме того С++ успешно используется во многих областях приложения, далеко выходящих за указанные рамки. Реализации С++ теперь есть на всех машинах, начиная с самых скромных микрокомпьютеров-до самых больших супер ЭВМ, и практически для всех операционных систем. И вряд ли теперь стоит доказывать, что С++ один из самых мощных компьютерных языков, разработанных до сих пор, но все же , язык С++ многим обязан языку С, и язык С останется подмножеством языка С++.

Так же, язык Java изначально появилась на свет как язык для создания небольших приложений для интернета, но со временем развилась как универсальная платформа для создания программного обеспечения, которое работает буквально везде-от мобильных устройств и смарт – карт до мощных серверов. Также создание Java является интересным примером истории одного из самых популярных и успешных проектов в компьютерном мире.

Литература

1. «Бьерн Страуструп. Язык программирования С++».

2. Островский В.А.» Информатика: учеб. для вузов.» М.: Высшая школа, 2000.

3. Симонович С.В. «Информатика. Базовый курс» Симонович С.В. и др. — СПб.: издательство "Питер", 2000.

4. Семакин И.А., « Информатика: Базовый курс» Семакин И.А., Залогова Л., Русаков С., Шестакова Л. – Москва: БИНОМ.,2005.

5. Станислав Горнаков "DirectX, уроки программирования на С++".

6. Монахов В.В. «Язык программирования Java и среда NetBeans».

7. Хабибуллин И.Ш. «Самоучитель Java 2».

8. Малышев Р.А. «Локальные вычислительные сети: Учебное пособие/ РГАТА» Рыбинск, 2005.