Szabványos könyvtár

A programozási nyelv szabványos könyvtára olyan modulok, osztályok, objektumok, konstansok, globális változók, sablonok, makrók, függvények és eljárások halmaza, amelyek bármely, az adott nyelven írt programból meghívhatók, és a nyelv minden implementációjában jelen vannak. .

Történelem

A korai programozási nyelvekben (például Fortran, Algol, Cobol, BASIC) a nyelvhez közvetlenül nem kapcsolódó, de a legtöbb valódi program létrehozásához szükséges funkcionalitást közvetlenül a nyelvbe foglalták, és gyakran közvetlenül a fordító vagy a futási szinten implementálták. (tolmácsolt nyelvekhez) . Ezek a funkciók elsősorban azokat tartalmazták, amelyeket a programozási nyelv segítségével lehetetlen, kényelmetlen vagy nem hatékony megvalósítani: input-output parancsok, szabványos matematikai és logikai függvények számítása, speciális műveletek bizonyos típusú adatokkal, munka külső eszközökkel, "nyers" memória, interakció az operációs rendszerrel stb. Ennek a megközelítésnek voltak hátulütői: a fordítóprogramról kiderült, hogy nemcsak a statikus és ritkán változó számítógép-architektúrához kötődik, hanem szoftverkörnyezetéhez is, elsősorban az operációs rendszerhez, amely sokkal gyakrabban változhat.

Az 1970-es években a modularitás fogalma széles körben elterjedt a procedurális nyelvekben. Megjelentek a szintaktikai eszközök a program leírására, mint viszonylag független modulok halmaza. Ennek természetes következménye volt, hogy a programozási nyelvek fejlesztői elkezdték a korábban nyelvek részét képező univerzális funkciókat külső könyvtári modulokba kivenni, és szükség esetén ezeket a modulokat programokhoz csatlakoztatni. A szabványos függvények nyelvből való kizárása azonban kompatibilitási problémákhoz vezethet: minden fordítóprogram-gyártó biztosíthatja a saját könyvtárát. Ezért a programozási nyelv specifikációjával együtt a fejlesztők elkezdtek egy specifikációt javasolni a szabványos könyvtárhoz - a szoftverkörnyezet azon részéhez, amelynek jelen kell lennie a nyelv bármely megvalósításában. Ettől kezdve egy adott programozási nyelv bármilyen implementációja három részre oszlik: magának a nyelvnek a megvalósítása (a fordító), a szabványos könyvtár megvalósítása és további eszközök (fejlesztői környezet, linkszerkesztő, dokumentációs eszközök, további könyvtárak), amelyek általában nincsenek szabványosítva a nyelvvel együtt, bár lehetnek külön szabványaik. Elméletileg minden programozó, aki csak a szabványos nyelvi lehetőségeket és a szabványos könyvtárat használja, biztos lehet benne, hogy programja bármely platformon ugyanúgy fog működni.

Egyes esetekben a szabványos könyvtárat közvetlenül a nyelvi szabvány írja le ( Python , Perl , Java ), bizonyos esetekben külön szabványok írják le ( C ), néha a függvények nyelvi megvalósításokban való gyakorlati elérhetősége alapján határozzák meg ( Basic , Pascal ).

Tipikus tervezési megközelítések

Két megközelítés létezik a programozási nyelv szabványos könyvtárának végrehajtandó feladatok meghatározására.

• Először is, a szabványos könyvtárnak csak azokat az eljárásokat és függvényeket kell tartalmaznia, amelyeket szinte mindenki használ, és amelyek maximális univerzálisak. Különösen Björn Stroustrup , a C++ nyelv szerzője [1] ragaszkodik ehhez az állásponthoz . Ennek az elgondolásnak az egyik oka egy egyszerű megfontolás: minél specifikusabb a könyvtár által biztosított funkcionalitás, annál nehezebb úgy megvalósítani, hogy az minden konkrét eset követelményeit maradéktalanul kielégítse; Ha a könyvtári megvalósítás nem minden alkalmazásban univerzális és hatékony, akkor a legtöbb valós feladat számára nem megfelelő, ezért használhatatlan.

• A második az, hogy a szabványos könyvtárnak a lehető legtöbb tipikus algoritmust tartalmaznia kell, egyszerű munkát kell biztosítania a legtöbb (ideális esetben az összes) objektummal, amellyel a program kölcsönhatásba léphet. E megközelítés megvalósításának egyik példája a Python nyelv, amelynek mottója "Akkumulátorok benne vannak" (az elemek benne vannak) [2] . E megközelítés mellett szól az a felfogás, hogy a programok írásának sebessége és helyessége a legtöbb esetben fontosabb, mint a hatékonyság (legalábbis a legtöbb alkalmazási program esetében), ezért a legjobb, ha minél több kész, gondosan tesztelt mechanizmusokra, amelyeket a "kézzel" programozáshoz használhat, csak a valóban nem triviális algoritmusokhoz volt szükség; ezzel időt takaríthat meg, és megóvhatja a programozót a technikai hibáktól a már megvalósítottak írása során.

Összetétel

A nyelv képességeitől függően a szabványos könyvtár a következőket tartalmazhatja:

• eljárások és funkciók
• makrók
• globális változók
• osztályok
• sablonokat

Általában a szabványos könyvtár tartalmazza az alapvető algoritmusokat és adatstruktúrákat, amelyek szükségesek:

• munka dinamikus memóriával ;
• fájl I/O műveletek ;
• adatbeviteli-kimeneti műveletek a terminálon;
• adatok konvertálása típusok között;
• függvények az adatstruktúrákkal való munkavégzéshez: strings , tömbök , listák stb.;
• matematikai műveletek ;
• funkciók a hálózattal való munkavégzéshez ;
• a programban a kivétel- és hibakezelést biztosító funkciók ;
• a többszálas működést támogató funkciók .

Bjorn Stroustrup a következő 11 alapvető követelményt terjesztette elő a szabványos könyvtár által kínált eszközökkel szemben:

1. Igény - fontos, hogy a nyelv minden felhasználója számára elérhető legyen.
2. Használhatóság - minden programozó közvetlenül vagy közvetve használja a könyvtár céljaival kapcsolatos minden célra.
3. Hatékonyság - a legtöbb alkalmazás esetében a könyvtári megvalósítás nem lehet rosszabb, mint ugyanazon mechanizmusok manuális megvalósítása.
4. Algoritmusfüggetlenség – Lehetővé teszi az algoritmusok paraméterként történő megadását. Például a szabványos rendezési függvénynek lehetővé kell tennie bármilyen algoritmus meghatározását az elemek összehasonlítására.
5. Matematikai primitív – minden komponensnek egy meghatározott függvényt vagy függvénycsoportot kell biztosítania, amelyeket csak közösen használnak.
6. Kényelem, hatékonyság és biztonság – legalábbis a legtöbb tipikus alkalmazásban.
7. Teljesség - "Egy szabványos könyvtár sok funkciót hagyhat más könyvtárakra, de ha már megfelel a feladatnak, akkor elegendő funkcionalitást kell biztosítania ahhoz, hogy az egyes felhasználóknak és fejlesztőknek ne kelljen lecserélniük a létesítményeit."
8. Szervesen kombinálva a nyelvvel - a nyelvi eszközök, típusok, műveletek természetes folytatásaként szolgál.
9. A típusbiztonság alapértelmezés szerint típusbiztonság.
10. Az általános programozási stílusok támogatása.
11. A bővíthetőség a beépített adattípusokkal és a felhasználó által meghatározott típusokkal való konzisztens munkavégzés képessége.

Megvalósítás nyelvi szintaxisban

Egyes nyelvekben az I/O függvények magának a nyelvnek a szintaxisának részét képezik (pl. Basic , Pascal , Python ), és nem reprodukálhatók független függvényként (eljárásként). Ez egyrészt lehetővé teszi rugalmasabb szintaxis létrehozását a kimeneti utasításokhoz (például a Pascal-ban a writeln operátor szintaxisa sokkal egyszerűbb, mint a C szabványkönyvtár printf függvénye ), másrészt bonyolítja a a nyelv szintaxisa, és megnehezíti a nyelvi fordító használatát olyan programok létrehozásához, amelyek nem használják ezeket a szolgáltatásokat (például beágyazott számítógépeken ).

Linkek

1. ↑ Bjarne Stroustrup. A C++ programozási nyelv. 3. kiadás Addison-Wesley, 1997
2. ↑ Guido van Rossum. Python oktatóanyag archiválva 2006. október 4-én a Wayback Machine -nél

Lásd még

• Programozási nyelv
• Könyvtár a programozásban
• Elrendezés