Smalltalk

Smalltalk ([ˈsmɔːltɔːk]) — объектно-ориентированный язык программирования с динамической типизацией, основанный на идее посылки сообщений, разработанный в Xerox PARC Аланом Кэем, Дэном Ингаллсом, Тедом Кэглером, Адель Голдберг, и другими в 1970-х годах. Представляет собой интегрированную среду разработки и исполнения, объекты которой доступны для модификации через неё саму, и программирование в которой в итоге сводится к модификации её собственного поведения. Язык был представлен как Smalltalk-80.

Smalltalk
Семантика	объектно-ориентированная
Класс языка	язык программирования
Появился в	Разработка начата в 1969 г., стал доступен для широкого использования в 1980
Автор	Алан Кэй, Адель Голдберг, Дэн Ингаллс, Xerox PARC
Разработчик	Алан Кёртис Кэй, Адель Голдберг, Дэниэл Генри Холмс Ингаллс и Диана Мерри
Расширение файлов	.st
Выпуск	Smalltalk-80 version 2
Тестовая версия	1980 (1980)
Система типов	динамическая
Основные реализации	Pharo, Squeak, VisualWorks, GNU Smalltalk
Испытал влияние	Simula, Sketchpad, Lisp, Logo
Повлиял на	Objective-C, AppleScript, C#, Dylan, Groovy, Io, Java, Lisaac, NewtonScript, Python, Ruby, Scala, Self, C++
Медиафайлы на Викискладе

Smalltalk является одним из многих объектно-ориентированных языков, основанных на языке Симула, который сам оказал большое влияние на развитие таких объектно-ориентированных языков, как: Objective-C, Actor, Java, Erlang, Groovy, Ruby и многих других. Многие идеи 1980-х и 1990-х по написанию программ появились в сообществе Smalltalk. К ним можно отнести рефакторинг, шаблоны проектирования (применительно к ПО), карты «класс — обязанности — взаимодействие» и экстремальное программирование в целом. Основатель концепции вики Уорд Каннингем также входит в сообщество Smalltalk.

Основные идеи

Основными идеями Smalltalk являются:

• Всё — объекты, и всё их взаимодействие — через посылку сообщений. Строки, целые числа, логические значения, определения классов, блоки кода, стеки, память, составляющие самой интегрированной среды разработки и исполнения — всё представляется в виде объектов. У объектов есть методы и состояние. Любому объекту может быть послано любое сообщение. При отправке сообщения среда исполнения всегда ищет у объекта-получателя подходящий метод и выполняет его, а если не находит — выполняет у объекта-получателя специальный метод для неопознанных сообщений. Объект-получатель сам определяет, является ли полученное сообщение правильным, и что надо сделать, чтобы его обработать.
• Всё доступно для изменения. Если вы хотите изменить саму интегрированную среду разработки и исполнения, вы можете сделать это в работающей системе, без остановки, перекомпиляции и перезапуска. Если вам необходима в языке новая управляющая конструкция языка, вы можете добавить её. В некоторых реализациях вы можете также изменить синтаксис языка или способ работы сборщика мусора.
• Динамическая типизация — это означает, что вы не указываете типы переменных в программе, что делает язык гораздо лаконичней (как объяснено выше, является ли операция правильной, определяет объект-получатель, а не компилятор).

Smalltalk также использует другие современные идеи:

• Сборка мусора встроена в язык и незаметна разработчику.
• Dynamic translation: современные коммерческие виртуальные машины компилируют байткоды в машинные коды для быстрого выполнения.
• Выполнение кода в виртуальной машине. Программы Smalltalk обычно компилируются в байткоды и выполняются виртуальной машиной, что позволяет выполнять их на любом оборудовании, для которого существует виртуальная машина.

Одной из особенностей Smalltalk является то, что даже такие традиционные конструкции, как if-then-else, for, while, и т. д. не являются частью языка. Все они реализованы с помощью объектов. Например, решение принимается с помощью посылки сообщения ifTrue: логическому объекту, и передаёт управление фрагменту текста, если логическое значение истинно.

Собственно встроенных синтаксических конструкций в языке немного:

• посылка сообщения объекту с возможной передачей ему других объектов;
• присваивание объекта переменной;
• возвращение объекта из метода;

и несколько синтаксических конструкций для определения объектов-литералов и временных переменных.

Аналогом механизма обмена сообщениями Smalltalk является сеть интернет: можно представить каждый объект как веб-сервер, отвечающий на запросы. При этом, сервер на запросы может просто выдавать заранее предопределённый ответ, например веб-страницу, расположенную по определённому пути; может перенаправить запрос-сообщение другому объекту, аналог — прокси-сервер; может изменить запрос по определённым правилам, аналог — техника url rewriting, и конечно же, может сформировать абсолютно новую страницу, соответствующую данным, переданным с сообщением. Если для реакции на сообщение у объекта нет предопределённого метода, то среда вызывает у получателя метод #doesNotUnderstand:, так же, как веб-сервер возвращает страницу с сообщением об ошибке, если задан несуществующий путь к веб-странице.

Краткий обзор синтаксических элементов:

Отдельно стоящей парой символов | окружается список имён переменных, которые будут временными. Символ : при передаче сообщения ставится после имени сообщения или его аргумента, перед передаваемым с ним значением, а символы [ и ] ограничивают блок команд, а точнее — литерал анонимной функции. Но их можно, для начала, воспринимать их как аналог фигурных скобок { и } в Си-подобных языках. В начале такой анонимной функции до символа | можно перечислить требуемые ею аргументы. Её результатом будет последнее вычисленное ею выражение. Символ . завершает отдельную команду, символ ; — разделяет сообщения, которые нужно последовательно передать одному и тому же объекту. Пара символов := обозначает присваивание в переменную, имя которой расположено перед ней, объекта-литерала или объекта-ответа на сообщение, расположенного после неё.

Следующий пример, показывающий нахождение гласных в строке, иллюстрирует стиль Smalltalk.

| aString vowels |
aString := 'This is a string'.
vowels := aString select: [:aCharacter | aCharacter isVowel].

В последней строке примера объекту-строке посылается сообщение select: с аргументом — анонимным блоком кода, принимающим один аргумент, и возвращающим то, что вернёт обработчик события isVowel переданного этим аргументом объекта. При обработке сообщения select вызывается метод select: из класса Collection (одного из предков класса String, к которому относится объект, создаваемый строковым литералом во второй строке примера). Текст этого метода показан ниже:

select: aBlock
| newCollection |
newCollection := self species new.
self do: [:each |
    (aBlock value: each)
        ifTrue: [newCollection add: each]].
^newCollection

Он осуществляет принимает на вход анонимную функцию aBlock, создаёт новую коллекцию, аналогичную себе, и вызывает перебор своих элементов (это метод do:), выполняя переданный ему блок aBlock для каждого элемента; когда блок выполняется (в примере — aCharacter isVowel), он создаёт логическое значение, которому затем посылается сообщение ifTrue:. Если это значение true, то буква добавляется в возвращаемую строку. В конце созданная коллекция возвращается ответом на сообщение, на что указывает символ возвращения в качестве ответа ^. Из-за того что select: определён в абстрактном классе Collection, мы также можем использовать его ещё и так:

| rectangles aPoint|
rectangles := OrderedCollection
  with: (Rectangle left: 0 right: 10 top: 100 bottom: 200)
  with: (Rectangle left: 10 right: 10 top: 110 bottom: 210).
aPoint := Point x: 20 y: 20.
collisions := rectangles select: [:aRect | aRect containsPoint: aPoint].

История

Smalltalk был создан группой исследователей, возглавляемой Аланом Кэем, в исследовательском центре Xerox PARC. Первая реализация, известная как Smalltalk-71, была создана за несколько месяцев как результат спора о том, что язык программирования, основанный на идее посылки сообщений, подсказанной Симулой, должен реализовываться на «странице кода». Более поздняя версия, действительно использованная для исследовательской работы, известна сейчас как Smalltalk-72. Его синтаксис и модель исполнения сильно отличались от современного Smalltalk, настолько, что его надо рассматривать как другой язык.

После существенных переработок, которые зафиксировали несколько сторон семантики выполнения для увеличения эффективности, была создана версия, известная как Smalltalk-76. В этой версии добавились наследование, синтаксис, более близкий к Smalltalk-80, и среда разработки, включающая большинство инструментов, знакомых современным Smalltalk-разработчикам.

В Smalltalk-80 были добавлены метаклассы, что делало фразу «всё — объекты» истинной путём связывания с индивидуальными классами свойств и поведения (например, поддержки различных способов создания экземпляров). Smalltalk-80 был первой версией, доступной за пределами PARC — сначала как Smalltalk-80 Version 1, розданный небольшому количеству компаний и университетов для «экспертной оценки». Позже, в 1983 году, были выпущены общедоступная реализация, известная как Smalltalk-80 Version 2 — в виде образа (независимый от платформы файл, содержащий объекты) и спецификации виртуальной машины.

Сейчас существует две реализации Smalltalk, являющиеся прямыми потомками Smalltalk-80 — Squeak и VisualWorks. Образ Smalltalk-80 version 2 запущен на Hobbes, виртуальной машине ST-80, реализованной на VisualWorks.

«Hello, world!»

Простой пример

Transcript show: 'Hello, world!'

Этот пример показывает две стороны Smalltalk.

Во-первых, посылка сообщения: в Smalltalk все действия производятся путём посылки сообщений объектам. В данном случае сообщение это show: 'Hello, world!', и оно посылается объекту Transcript. Для обработки этого сообщения будет вызван метод Transcript show:, который должен рассмотреть свой аргумент (строку 'Hello, world!') и отобразить этот аргумент на transcript (заметьте, что у вас должно быть открыто окно Transcript, чтобы увидеть результат).

Во-вторых, этот пример показывает основной синтаксис посылки сообщения в Smalltalk: <получатель сообщения> <пробел> <сообщение>. В отличие от C++, нет точек после получателя, и нет скобок вокруг аргументов.

Пример объекта

Определение класса

Object subclass: #MessagePublisher
     instanceVariableNames: ''
     classVariableNames: ''
     poolDictionaries: ''
     category: 'Smalltalk Examples'

Это простое определение класса с определением имени и категории. Обычно среда разработки предоставляет заготовку с большей частью текста этого примера.

Определение метода

publish
     Transcript show: 'Hello, world!'

Это определение метода с именем publish. Тело метода такое же, как в простом примере.

Вызов метода

 MessagePublisher new publish

В данном примере создаётся экземпляр класса MessagePublisher (MessagePublisher new), затем ему посылается сообщение publish. Обратите внимание, что для создания объекта не используется ключевое слово языка (как в C++, Java, C#), а посылается обычное сообщение new классу MessagePublisher. Сообщения для создания объектов иногда переопределяют. Например, некий абстрактный класс может в ответ на new возвращать экземпляр одного из своих конкретных подклассов.

Реализации

• VisualWorks
• Squeak — современная открытая реализация Smalltalk с полноценной средой разработки (окна, редактор и т. д.). Один из основателей — Алан Кей.
• Self
• Pharo
• ObjectStudio
• IBM VisualAge for Smalltalk
• Dolphin Smalltalk
• Smalltalk/X
• GNU Smalltalk
• Smalltalk MT
• LSW Vision-Smalltalk
• Ambrai Smalltalk
• Huemul Smalltalk

Литература

• Роберт У. Себеста. 2.15. Объектно-ориентированное программирование: язык Smalltalk // Основные концепции языков программирования = Concepts of Programming Languages / Пер. с англ. — 5-е изд. — М.: Вильямс, 2001. — С. 109—112. — 672 с. — 5000 экз. — ISBN 5-8459-0192-8 (рус.), ISBN 0-201-75295-6 (англ.).
• Ю. А. Кирютенко, В. А. Савельев. Объектно-ориентированное программирование. Язык Smalltalk. — М.: Вузовская книга, 2007. — 328 с. — ISBN 5-9502-0097-7. Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine
• Special Issue on Smalltalk (англ.) // BYTE : magazine. — McGraw-Hill, 1981. — August (vol. 6, no. 8). Архивировано 7 мая 2016 года.

Ссылки

• Основной сайт (англ.)
• Книги о Smalltalk
• Smalltalk в России
• SqueakSource — Monticello-репозиторий для Squeak и Pharo
• Смолток. Язык и его реализация (PDF, 2.4 МБ)
• Язык программирования Smalltalk-80, перевод книги А. Голдберг и Д. Робсона
• Стандарт ANSI Smalltalk (PDF, 1.2 МБ)
• An Overview of the Programming Language Smalltalk-72 by John Shoch (недоступная ссылка с 12-10-2016 [2999 дней])
• The Smalltalk-76 Programming System. Design and Implementation by Dan Ingalls  (недоступная ссылка с 12-10-2016 [2999 дней])
• Smalltalk: Концепция объектно-ориентированного программирования, А. Г. Иванов, Ю. Е. Кремер, Компьютер Пресс, № 4, 1992