Журнал «Компьютерра» № 13 от 04 апреля 2006 года - Компьютерра

Хотя постойте… может быть, оттого я и выучил семь языков, что не было у меня в детстве никаких компьютеров и подавно — Amazing Slow Downer? Эх, старость, старость…

Линки на программы, помянутые в «Голубятне» — на домашней странице internettrading.net/guru.

ПРОГРАММАЗМ: Субъектное программирование

Автор: Александр Петриковский

Как известно, технологии программирования прошли в своем развитии несколько этапов (их еще называют парадигмами): классическое, процедурное, модульное, структурное и объектно-ориентированное программирование. Понятно, что на этом прогресс не должен останавливаться. Но какая парадигма будет следующей?

Прежде чем подойти к ответу на этот вопрос, необходимо еще раз оглянуться назад. Каждая технология программирования тесно связана с некими абстракциями и каждая появилась не случайно, а была вызвана необходимостью сближения понятий реальной жизни (для которой и пишутся программы) с процессом программирования.

Чаще всего в небольших программах последовательное выполнение команд является самым естественным. Такое программирование носит название классического. Как только задачи усложняются — появляются подпрограммы и модули. Отсюда произросло структурное программирование. Оно позволяет создавать сколь угодно сложные программы и даже целые программные комплексы, разбивая основную задачу на подзадачи, которые называют модулями. Подгружаемые модули можно было отлаживать отдельно и компоновать в библиотеки для многократного использования из других приложений.

Следующей важной вехой в развитии языков программирования стало введение понятия структуры как особого, синтетического типа данных. Для описания свойств какого-либо реального объекта чаще всего требуется некий набор характеристик (структура). Присвоив этому набору имя, мы получаем возможность манипулирования характеристиками, как единым целым.

С расширением сферы применения программирования и особенно с развитием графических возможностей компьютеров появилась необходимость работать с большим количеством объектов, которые помимо свойств должны описываться рядом характерных действий. Аналогично набору свойств объекта, объединяемых рамками абстрактного понятия структуры, напрашивалось дальнейшее дополнение этого объединения набором действий — «методов». Это объединение уже представляло собой новую структуру данных — класс. Если структуру объекта можно сравнивать с его чертежом, то класс представляет собой уже некий рабочий механизм с органами управления. Этот подход позволил «конструировать» приложения из множества стандартных узлов, добавляя к ним детали и органы управления. В результате появилось целое направление — объектно-ориентированное программирование (ООП).

Нет смысла описывать все достоинства ООП, но главное достижение этого «изобретения» заключается в том, что оно приблизило представление о программе как о модели некоторого реального процесса реальной части мира!

Таким образом, все нововведения, появившиеся в свое время в технологии программирования, поддерживают одну и ту же стратегическую линию развития — совершенствование понятийного инструментария программирования.

В наши дни все большее распространение находят приложения, которые способны самостоятельно решать многовариантные задачи. Например, многие слышали о спулере[Знаете ли вы, что слово «spooler» образовано от сокращения SPOOL (кроме того, spool по-английски — катушка, шпулька), Simultaneous Peripheral Operations On Line, то есть одновременная оперативная обработка запросов к периферийным устройствам. — Здесь и далее примечания Константина Курбатова] печати — сервисной программе операционной системы, которая получает задание вывести документ на печать. Программе самой приходится опрашивать принтер, выяснять его готовность, отправлять документ на печать, а в случае занятости принтера ставить документ в очередь и т. д. Потребность в таких «умных» приложениях растет. Если раньше текстовый редактор представлял собой одну большую программу, то теперь в нем параллельно работают несколько процессов, каждый из которых выполняет специально отведенную ему роль. Например: форматирование, проверка орфографии, автоматическое сохранение документа.

Подобные приложения в современной многозадачной операционной системе исчисляются десятками. Поэтому координация их действий с ростом сложности систем превращается в непростую задачу. Здесь просматриваются два пути решения проблемы. Первый — увеличивать интеллектуальные возможности «координатора», чтобы он успевал управлять работой приложений. Второй — заставить «поумнеть» приложения, избавляя «координатора» от управленческой рутины. Первый путь имеет свой логический предел, так как напоминает растущее государство, в котором король лично управляет каждым своим подданным. Поэтому развитие информационных систем в основном идет по второму пути. Однако здесь тоже есть трудности, вызванные несовершенством методологии разработки таких приложений.

Программисту все труднее использовать результаты ранее разработанного программного кода в последующем, а при написании высокоинтеллектуальной программы процесс усложняется еще из-за большого количества программных модулей и достаточно сложных алгоритмов их взаимодействия. Все это неизбежно приводит к удорожанию разработки.

Тут-то и выходит на сцену новая технология — субъектное программирование. С ее помощью можно создать базу для развития более совершенной методологии разработки.

Итак, Субъектом называется приложение, способное в рамках системы самостоятельно реализовывать задачу, имеющую несколько путей решения. В отличие от «неразумного» Объекта, Субъект наделен возможностью выбирать этот путь, то есть он способен сам корректировать последовательности своих действий для достижения поставленной цели (как, например, делается при печати документа в спулере).

Стратегия управления такими приложениями должна основываться не на четких и конкретных командах операционной системы, а на «инструкциях». Управляя Объектом, мы используем отдельные его части (методы), а Субъекту достаточно указать «номер» инструкции, на основании которой он функционирует. И он уже сам будет управлять своими методами, чтобы достичь результата (рис. 1).

Слаженность и работоспособность работы системы, управляемой на основе такой стратегии, легко проиллюстрировать на примере отправки грузов железнодорожным транспортом. Допустим, существуют две фирмы, одна из которых занимается поставкой грузов на станцию, другая — формированием вагонов и отправкой грузов потребителям. В системе также есть диспетчер, контролирующий работу станции. Во время ремонта путей (обозначим это состояние системы — «Станция закрыта») диспетчер рассылает уведомление об этом обеим фирмам. Фирма, занимающаяся поставкой грузов, реагирует на ситуацию переходом в режим складирования грузов, а другая начинает заниматься ремонтом вагонов. Здесь важно то, что они не тратят силы на контакты друг с другом до тех пор, пока не изменится ситуация, а диспетчеру не требуется координировать их работу, так как каждый из компонентов системы действует по уже написанной инструкции.

То есть (возвращаясь к программированию) становится очевидным, что для эффективной разработки сложных интеллектуальных систем необходимо опираться на элементы, обладающие достаточной самостоятельностью. Как же должен быть устроен Субъект, чтобы реализовать все эти возможности? В первую очередь нужно формализовать на уровне системы существенные особенности такого элемента, а именно:

1. Субъект живет самостоятельной жизнью. Его сердцем является таймер, который как бы «питает» Субъект машинным временем операционной системы.

2. Субъект имеет органы осязания в виде сенсоров. Сенсоры следят за состоянием внешней и внутренней среды Субъекта. На основании анализа этих состояний Субъект выбирает ту или иную линию поведения.

3. Субъект содержит набор линий поведения. Каждая из них представляет собой роль, которая может быть выражена набором подпрограмм, преследующим определенную цель.

4. С роли на роль Субъект переключается самостоятельно исходя из анализа состояния системы.

На самом деле платформа для этого подхода в архитектуре систем подготавливалась на протяжении последних десяти-пятнадцати лет.

Некий прообраз описания Субъекта мы уже имеем, создавая AciveX (COM+) объекты; они могут загружаться в память системы и работать как вполне самостоятельные модули. Здесь в качестве связей с внешним миром используются интерфейсы, которые фактически являются сенсорами. С другой стороны, «магические» свойства операторов переключателей (case и switch) подвигли постановщиков задач для систем автоматического управления на разработку особой методологии программирования — switch-технологии, или автоматного программирования. Эта методология основывается на выделении состояний объекта, что позволяет приблизиться к формализации описания алгоритма программы. Дальше всех продвинулись в управлении объектами, которые по функциональному исполнению вполне подходят на роль Субъектов, разработчики анимационной графики и компьютерных игр.