Giriş: dil değerlendirme kriterleri ve dil tasarımına etkiler

Bu ders bir dili öğretmez; dilleri karşılaştırmayı öğretir. Neden bir dil bir özelliği şöyle tasarlamış, başka bir dil böyle? Bunu soran biri yeni bir dili hızlı öğrenir, doğru dili seçer ve kullandığı dilin özelliklerini daha bilinçli kullanır. İlk hafta dilleri tartmak için kullanacağımız ölçütleri kurar. Vizede kısa cevaplı sorular olarak gelir: “Bu özellik hangi kriteri etkiler?”, “Orthogonality nedir, C’den örnek ver.”

Altın kurallar:

1. Dört kriter: readability, writability, reliability, cost.
2. Readability’yi etkileyen her şey writability ve reliability’yi de etkiler.
3. Orthogonality = kuralın istisnası yok.
4. Dil tasarımı bir dizi ödünleşimdir (trade-off); bir kriter kazanılırken diğeri kaybedilir.

Neden programlama dilleri?

• Fikirleri ifade etme gücü: düşünebildiğin yapılar bildiğin dilin yapılarıyla sınırlıdır. Başka dillerin yapılarını bilen biri, onları kendi dilinde de taklit edebilir.
• Doğru dili seçmek: sadece bir dil bilen her probleme o dille bakar.
• Yeni dilleri öğrenmek kolaylaşır: kavramlar (binding, scope, parametre geçirme) dilden dile taşınır.
• Uygulamayı anlamak: bir özelliğin nasıl uygulandığını bilmek, onu verimli kullanmayı sağlar (özyinelemenin maliyeti gibi).
• Bilinen dili daha iyi kullanmak ve bilişimin genel gelişimini anlamak.

Uygulama alanları (programming domains)

Değerlendirme kriterleri

Readability (okunabilirlik)

Programın okunup anlaşılabilme kolaylığı. Bakım maliyetinin büyük kısmı burada belirlenir.

• Simplicity: az sayıda temel yapı. İki düşmanı var: feature multiplicity (aynı işi yapmanın birden çok yolu) ve kötü kullanılan operator overloading (+ ile çıkarma yapan bir kullanıcı tanımlı operatör).

int count = 0;
count = count + 1;
count += 1;
count++;
++count;
System.out.println(count);

4

Dört farklı yazım, aynı iş. Assembly ise tersinden aşırı basittir: yapı az, ama program uzun ve okunmaz.

• Orthogonality: görece az sayıda ilkel yapı, görece az sayıda yolla birleştirilebilir ve her olası birleşim geçerli ve anlamlıdır. C’de eksiklikler: fonksiyon struct döndürebilir ama dizi döndüremez; parametreler değerle geçer, diziler hariç; struct üyesi void dışında her tip olabilir ama dizi elemanı void ya da fonksiyon olamaz. Fazlası da zarar: ALGOL 68’deki patlayan kombinasyonlar.
• Data types: yeterli tip desteği. Boolean tip yoksa timeOut = 1 yazılır; timeOut = true çok daha açıktır.
• Syntax design: özel kelimeler ve bileşik ifadelerin sonu. end if ve end loop (Ada) bir }’den daha çok bilgi verir. Biçim anlamı yansıtmalı: aynı kelimenin bağlama göre farklı anlamı olmamalı (C’de static’in iki anlamı gibi).

Writability (yazılabilirlik)

Bir alanda program yazmanın kolaylığı. Readability’yi etkileyenlere ek olarak:

• Support for abstraction: karmaşık yapıları ayrıntıları gizleyerek tanımlayıp kullanabilmek. Process abstraction (alt program), data abstraction (ağaç düğümü için bir sınıf; Fortran 77’de bunun yerine paralel tam sayı dizileri gerekirdi).
• Expressivity: işi kısa ve uygun yoldan ifade edebilmek. count++ ifadesi count = count + 1’den, for döngüsü eşdeğer while’dan yazması kolay.

Reliability (güvenilirlik)

Programın her koşulda belirtimine uygun çalışması.

• Type checking: tip hatalarını, tercihen derleme zamanında yakalamak. Çalışma zamanı kontrolü pahalı, derleme zamanı kontrolü ucuz.
• Exception handling: çalışma zamanı hatalarını yakalayıp düzeltici işlem yapabilmek.
• Aliasing: aynı hücreye iki isim. Kısıtlanması güvenilirliği artırır.

int[] a = {1, 2};
int[] b = a;
b[0] = 9;
System.out.println(a[0]);

9

• Readability ve writability de güvenilirliği etkiler: doğal olmayan yollarla yazılan programın hatalı olma ihtimali yüksektir.

Cost (maliyet)

Programcı eğitimi, program yazma, derleme, çalıştırma, dil uygulama sistemi (ücretsiz derleyici Java’nın yayılmasına yardım etti), düşük güvenilirliğin bedeli (kritik sistemde bir hata) ve bakım. Büyük sistemlerde en büyük kalem bakımdır.

Özet tablo

Diğer kriterler: portability (bir uygulamadan diğerine taşınabilirlik), generality (geniş uygulama alanı), well-definedness (resmi tanımın eksiksizliği).

Tasarım ödünleşimleri

int[] big = new int[3];
try { big[3] = 1; } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { System.out.println("checked"); }

checked

Dil tasarımına etkiler

Bilgisayar mimarisi

Bugünkü bilgisayarların çoğu von Neumann mimarisindedir: veri ve program aynı bellekte, işlemci ayrı. Komutlar ve veri işlemciye bellekten taşınır, sonuçlar geri yazılır. Bu mimari imperative dilleri doğurdu:

• Değişkenler bellek hücrelerini modeller.
• Atama verinin bellek ile işlemci arasında taşınmasını modeller.
• Iteration bu mimaride verimlidir (komutlar ardışık hücrelerde); özyineleme daha pahalıdır.

İşlemci komutları bellekten çok daha hızlı çalıştırabildiği için, bellek ile işlemci arasındaki bağlantının hızı sistemi sınırlar: von Neumann bottleneck.

Programlama metodolojileri

Dil kategorileri

Nesne yönelimli diller ayrı bir kategori değil, imperative dillerin uzantısı olarak görülür; scripting diller (Perl, Python, Ruby) ve görsel diller (.NET) de imperative ailede.

Sık yapılan hatalar

int count = 0;
count = count + 1;
count += 1;
count++;
++count;
System.out.println(count);

int[] a = {1, 2};
int[] b = a;
b[0] = 9;
System.out.println(a[0]);