Ada語言（程序設(shè)計語言）

Ada語言（程序設(shè)計語言）

Ada語言 （程序設(shè)計語言） 次瀏覽 | 2022.11.21 19:51:37 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 Ada語言程序設(shè)計語言

Ada是一種表現(xiàn)能力很強的通用程序設(shè)計語言，它是美國國防部為克服軟件開發(fā)危機，耗費巨資，歷時近20年研制成功的。它被譽為第四代計算機語言的成功代表。與其他流行的程序設(shè)計語言不同，它不僅體現(xiàn)了許多現(xiàn)代軟件的開發(fā)原理，而且將這些原理付諸實現(xiàn)。因此，Ada語言的使用可大大改善軟件系統(tǒng)的清晰性，可靠性，有效性，可維護性。Ada的出現(xiàn)，標(biāo)志著軟件工程成功地進入了國家和國際的規(guī)模。

中文名

Ada語言

特點

可靠性、有效性、可維護性

屬于

通用程序設(shè)計語言

相關(guān)語言

通用程序設(shè)計語言

簡介

Ada的出現(xiàn)，標(biāo)志著軟件工程成功地進入了國家和國際的規(guī)模。在一定意義上說，Ada還刺破了“馮.諾依曼思維模式”(Von Newman Mind-t)的桎梏，連同Ada的支持環(huán)境(APSE)一起，形成了新一派的所謂Ada文化。

它是最復(fù)雜，最完備的軟件工具。Ada語言是美國國防部指定的唯一的一種可用于軍用系統(tǒng)開發(fā)的語言，我國軍方也將Ada做為軍內(nèi)開發(fā)標(biāo)準（GJB 1383《程序設(shè)計語言Ada》）。

Ada屬于一種強類型通用程序設(shè)計語言,它比較適用于大型的復(fù)雜軟件系統(tǒng),尤其是實時和嵌入式系統(tǒng)。[1]美國國防部之所以把這種語言取名為Ada，是為了紀念奧左斯特.艾達.洛夫萊斯伯爵夫人(Augusta Ada Lovlace 1815-1852)，她是英格蘭詩人拜倫(Byron)勛爵的女兒，曾對現(xiàn)代計算機技術(shù)之父查爾斯.巴貝奇(Charles Babage)的筆記，手稿進行了整理和修正。

從某種意義上說，她是世界上第一位計算機程序員。

用途

在明白這個問題之前，需要了解Ada的一系列特性。Ada最初設(shè)計就是一門大型語言，因此在很多編程的重要問題上都有所考慮，以下文字摘自《Ada Reference Manual》：

Ada最初設(shè)計時關(guān)注于3個最重要的問題：程序的穩(wěn)定性和可維護性，程序設(shè)計和人的行為接近，并且高效。這份語言的修訂版是為了提供更大的靈活性和擴展性，存儲管理的額外控制和同步，以及標(biāo)準化的程序包以支持重要的應(yīng)用程序領(lǐng)域，同時保留原來的重點：穩(wěn)定性，可維護性，和高效。對于程序設(shè)計語言促進可靠性和簡化維護難度的需求已被確立。

因此程序可讀性的重要性高于輕松地寫代碼。例如，語言規(guī)則要求程序變量應(yīng)當(dāng)明確聲明并指定它們的類型。由于變量的數(shù)據(jù)類型是不變的，編譯器可以確保對于變量的操作適用于該類型的對象。另外，有錯誤傾向的符號已經(jīng)避免，并且語言語法避免了編碼形式的使用，使更傾向于英語的結(jié)構(gòu)。

最后，Ada語言提供了程序單元單獨編譯的功能，使程序開發(fā)和維護簡便，同樣也提供了在一個單元內(nèi)多個單元之間的檢測。考慮人類程序員的問題也在設(shè)計時被強調(diào)。總而言之，在繼續(xù)避免過多復(fù)雜句型的缺陷的同時，嘗試以一致系統(tǒng)的方式保持相對較少的底層概念。

特性

Ada語言最早是針對嵌入式和實時系統(tǒng)設(shè)計的，并且在今天依然在這方面使用廣泛。Ada95版，是由INTERMETR ICS公司的塔克。塔夫特于92到95年間設(shè)計的，當(dāng)時主要是希望改進對于系統(tǒng)，數(shù)字，財務(wù)軟件編程的支持。

Ada語言的重要特征就是其嵌入式風(fēng)格，模塊化設(shè)計，編譯檢查，平行處理，異常處理及泛型編程。Ada在95年加入了對面向?qū)ο笤O(shè)計的支持，包括動態(tài)分配等。

Ada的編譯檢查主要是針對沒有分配的內(nèi)存讀寫的保護，堆棧溢出錯誤，單個錯誤空閑，隊列讀寫錯誤以及其他可以避免的小問題。這些檢查可以在為增加效率的情況下被取消，但是在編譯的時候他們卻能帶來很高的效率。同樣它也包括對程序的嚴正的設(shè)置。因為這些原因，它被廣泛應(yīng)用于一些非常重要的系統(tǒng)中，例如航空電子學(xué)，武器及航天飛行器的操作系統(tǒng)中。

同樣它支持很多的編譯時間檢查，這些檢查被用來避免一些錯誤的發(fā)生。這種錯誤往往是在其他語言中在運行以前都不能被察覺到的，需要在源碼中加入特殊的檢查設(shè)置才能被發(fā)現(xiàn)。

Ada的動態(tài)內(nèi)存管理非常安全和高規(guī)格，它類似于JAVA語言卻不同于C語言的。這種特殊功能并不需要特殊的運行設(shè)置。盡管這種語言的語意結(jié)構(gòu)允許對于不能讀寫的目標(biāo)進行自動的碎片搜集，但是大多數(shù)運行都不支持它。Ada卻支持有限形式基于區(qū)域的存儲管理。無效的讀寫常在運行時候被檢查出來（除非這種檢測被人為關(guān)閉）并且有時候在編譯時候就被發(fā)現(xiàn)。

Ada語言的定義同國際標(biāo)準化組織（ISO）的標(biāo)準有很大不同，因為他是一個自由內(nèi)容形式的。這種做法的后果是被廣大程序員只能從它的標(biāo)準化文檔（普遍認為是Ada的參考使用手冊（ARM））尋找細節(jié)性的技術(shù)問題，但是普遍情況是一本標(biāo)準教科書卻可以在其他不同語言上使用。

Ada語言由嚴格的巴斯特范式定義，但是不適合一般人閱讀。它是第一種同時擁有IEC/ISO/美國軍用標(biāo)準認證的語言。其編譯器經(jīng)過嚴格的審查，以確保同樣的代碼在任一編譯器上產(chǎn)生同樣的可執(zhí)行效果。并且保證并行性在代碼級可以在無操作系統(tǒng)下同樣運行。

Ada語言最初設(shè)計是為了構(gòu)建長周期的、高度可靠的軟件系統(tǒng)。它提供了一系列功能來定義相關(guān)的數(shù)據(jù)類型(type)、對象(object)和操作(operation)的程序包(package)。程序包可以被參數(shù)化，數(shù)據(jù)類型可以被擴展以支持可重用庫的構(gòu)建。操作既可以使用方便的順序控制結(jié)構(gòu)，通過子程序(subprogram)來實現(xiàn)，也可以通過包含并發(fā)線程同步控制的入口(entry)來實現(xiàn)。

Ada也支持單獨編譯(parate compilation)，在物理層上支持模塊性。Ada包含了很復(fù)雜的功能以支持實時(real-time),并發(fā)程序設(shè)計(concurrent programming)。錯誤可以作為異常(exception)來標(biāo)示，并可以被明確地處理。

Ada也復(fù)蓋了系統(tǒng)編程(system programming)；這需要對數(shù)據(jù)表示和系統(tǒng)特性訪問的精確控制。最后，提供了預(yù)定義的標(biāo)準程序包，包括輸入輸出、字符串處理、數(shù)值計算的基本函數(shù)和隨機數(shù)生成來。

特點易讀性

專業(yè)人員往往要讀很多程序，因此要避免像APL那種以過于簡單的符號編程的語言，雖然它們的編程速度快，但基本上是不可讀的。因此目前有種說法是：讀一個程序比寫類似的程序還要費時，這也是有一定道理的；特別是C/C++的風(fēng)格比較松散，很多語法都在濫用，使程序可讀性相當(dāng)?shù)停捎贏da的語法接近人的語言，即使是初學(xué)者，也不會感到很難讀懂。

強類型---保證了每個對象有明確定義的值域，并防止了不同概念的邏輯混淆。許多錯誤可以被編譯器發(fā)現(xiàn)，而對于其它語言來說，則可能導(dǎo)致一個不正確的程序。

異常處理

實際中，一個程序不可能保證它的正確性；因此，通過異常機制及分塊結(jié)構(gòu)，將錯誤發(fā)生的影響控制在某一特定領(lǐng)域。

抽象數(shù)據(jù)類型

將數(shù)據(jù)描述的細節(jié)同基于該類型數(shù)據(jù)的操作相分離，以提高可移植性和可靠性。

多任務(wù)---使程序變成一系類的并發(fā)活動，而不是單一的順序活動；這在很多領(lǐng)域，特別是對于服務(wù)器程序來說有重要意義，這比調(diào)用操作系統(tǒng)提供的功能更有易可移植性和可靠性。

類屬單元

很多情況下，程序的某邏輯部份與運行時值的類型無關(guān)。因此，需要提供一種機制，從一個樣板中產(chǎn)生多個相應(yīng)的程序段，以提高代碼的可重用性。

大型編譯---封裝機制，單獨編譯及程序包的分層機制等對于編寫大規(guī)模的程序來說是必不可少的。

一個Ada語言編寫的"你好世界"Hello world program程序：

withAda.Text_IO;

procedureHello isbegin

Ada.Text_IO.Put_Line("Hello, world!");

end Hello;

在Ada.Text_IO.Put_Line處有一些快捷圖標(biāo)，不需要很多的文字輸入，但是對于這里的理解來講并沒有多大意義。

細節(jié)性的問題請參考Ada Programming/Basic。

關(guān)于阿利亞納五號的失敗

一個普遍的關(guān)于歐洲航天局阿利亞納五號火箭失敗的說法是因為Ada語言在編譯過程的檢查失敗導(dǎo)致的。將大的浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)是一種常見的程序錯誤來源。1996年6月3日，對于Ariane 5火箭的初次航行來說，這樣一個錯誤產(chǎn)生了災(zāi)難性的后果。發(fā)射后僅僅37秒，火箭偏離它的飛行路徑，解體并爆炸了。火箭上載有價值5億美元的通信衛(wèi)星。6億美元付之一炬。

后來的調(diào)查顯示，控制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的計算機向控制引擎噴嘴的計算機發(fā)送了一個無效數(shù)據(jù)。失事調(diào)查報告指出，火箭爆炸是因為：During execution of a data conversion from 64-bit floating point to 16-bit signed integer value, the floating point number which was converted had a value greater than what could be reprented by a 16-bit signed integer. This resulted in an Operand Error.

它沒有發(fā)送飛行控制信息，而是送出了一個診斷位模式，表明在將一個64位浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成16位有符號整數(shù)時，產(chǎn)生了溢出。溢出值測量的是火箭的水平速率，這比早先的Ariane 4火箭所能達到的高出了5倍。

在設(shè)計阿利亞納4火箭的軟件時，他們小心地分析了數(shù)字值，并且確定水平速率絕不會超出一個16位的數(shù)。不幸的是，他們在阿利亞納5火箭的系統(tǒng)中簡單地重新使用了這一部分，而沒有檢查它所基于的假設(shè)。Ada代碼如下：

beginnsor_get(vertical_veloc_nsor);nsor_get(horizontal_veloc_nsor); vertical_veloc_bias := integer(vertical_veloc_nsor);horizontal_veloc_bias := integer(horizontal_veloc_nsor); ... exceptionwhen numeric_error => calculate_vertical_veloc();when others => u_irs1(); end;

宏語言

Ada語言自身并不支持宏。但是強大的GCC卻同樣的可以為Ada語言提供宏支持。我們可以使用GCC預(yù)處理程序CPP來先進行對包含宏的源文件進行處理，輸出到文件，然后將該輸出文件讀取并除去以#開頭的行即獲得了標(biāo)準的Ada代碼。

CPP命令：CPP SOURCE_FILE RECORD_FILE

接著需要自己寫一個處理程序來去除CPP輸出文件中的#開頭的行。

文件讀取函數(shù)：type LPSTR is access all string;

Load a file by file-name into memory,return pointer

function Load(fn:in string) return LPSTR is

u ada.streams;

u ada.streams.stream_io;

type LPSEA is access all STREAM_ELEMENT_ARRAY;

PRAGMA WARNINGS(OFF);

function UC is new ada.unchecked_conversion(LPSEA,LPSTR);

PRAGMA WARNINGS(ON);

FILE:FILE_TYPE;

SIZE:COUNT;

DATA:LPSEA:=NULL;

begin

open(FILE,IN_FILE,fn);

SIZE:=STREAM_IO.SIZE(FILE);

DATA:=NEW STREAM_ELEMENT_ARRAY(1..STREAM_ELEMENT_OFFSET(SIZE));

READ(FILE,DATA.ALL,STREAM_ELEMENT_OFFSET(SIZE));

CLOSE(FILE);

RETURN UC(DATA);

exception when NAME_ERROR=>

GNAT.IO.PUT_LINE("Error : Can not find the file: "&fn);

return null;

end Load;

去除#行函數(shù)：函數(shù)將指定文件名文件讀出，除去#行并輸出到指定文件名。

with ada.streams.stream_io; u ada.streams.stream_io;

with ada.unchecked_deallocation;

procedure clear(input_file:in string;output_file:in string) is

src:lpstr:=load(input_file);

procedure Free is new ada.unchecked_deallocation(string,LPSTR);

file:ada.streams.stream_io.file_type;

stream:ada.streams.stream_io.stream_access;

i:integer:=0;

begin

if src/=null then

loop

i:=i+1;

if src(i)='#' then

loop

src(i):=' ';

i:=i+1;

exit when i>src'last or src(i)=ASCII.LF;

end loop;

end if;

exit when i>=src'last;

end loop;

create(file,out_file,output_file);

stream:=ada.streams.stream_io.stream(file);

string'write(stream,SRC.all);

clo(file);

Free(SRC);

end if;

end clear;

在經(jīng)過除去#行獲得最終處理過的文件后即可交由GNAT編譯了。

參考資料