Прошлое
Повествование можно начать с 1962 г., когда в Кембриджском университете началась работа над
CPL («Cambridge Programming Language») — «усовершенствованным вариантом» ALGOL-60. К работе над языком подключился аспирант Мартин Ричардс; главной сложностью в реализации нового ЯП ему показалась необходимость ручного портирования компилятора для разных компьютерных платформ. В частности, когда кембриджский
EDSAC-2 заменили на
Atlas-2, разработчики CPL потратили много времени на портирование своего компилятора для новой платформы.
Диссертация Мартина была посвящена «само-компилирующемуся» CPL: разработанный Мартином компилятор был написан на сильно упрощённом варианте CPL, компилятор которого несложно было написать на тогдашнем макроассемблере. Перенос CPL на новую платформу теперь можно было выполнить в два шага:
- Вручную пишем компилятор «упрощённого CPL»;
- Компилируем им компилятор «полного CPL».
На этом Мартин не остановился, и разработал
BCPL — систему для разработки переносимых компиляторов. Компилятор BCPL генерировал
псевдокод, названный Мартином
«OCODE».
OCODE выглядел примерно так:
| OCODE |
«расшифровка» («procode») |
|
94 5 L1 83 73 69 86 69
95 4
42 0
42 0 40 2 14
83
42 0 42 1 40 2 14 83
42 2
40 3 42 1 15
92
85 L5
90 L6
42 1 40 4 40 2 14 83
40 4 42 1 14 80 4
90 5 40 4 40 5 88 L6
91 4
42 2 40 3 42 1 15 92
85 L7
90 L8 40 4 40 2 14
8 87 L9
40 4 42 2 11 92
85 L11
90 L10
42 0 40 6 40 2 14 83
40 4 40 6 14 80 6
90 L11
40 6 40 3 22 86 L10
91 6 90 L9
40 4 42 1 14 80 4
90 L7 40 4 40 5 88 L8
91 4 97 103 0
|
ENTRY 5 L1 'S' 'I' 'E' 'V' 'E'
SAVE 4
LN 0
LN 0 LP 2 PLUS
STIND
LN 0 LN 1 LP 2 PLUS STIND
LN 2
LP 3 LN 1 MINUS
STORE
JUMP L5
LAB L6
LN 1 LP 4 LP 2 PLUS STIND
LP 4 LN 1 PLUS SP 4
LAB L5 LP 4 LP 5 ENDFOR L6
STACK 4
LN 2 LP 3 LN 1 MINUS STORE
JUMP L7
LAB L8 LP 4 LP 2 PLUS
RV JF L9
LP 4 LN 2 MULT STORE
JUMP L11
LAB L10
LN 0 LP 6 LP 2 PLUS STIND
LP 4 LP 6 PLUS SP 6
LAB L11
LP 6 LP 3 LS JT L10
STACK 6 LAB L9
LP 4 LN 1 PLUS SP 4
LAB L7 LP 4 LP 5 ENDFOR L8
STACK 4 RTRN ENDPROC 0
|
; заголовок процедуры
; стековый кадр (два параметра и две локальные переменные)
; поместить на стек число 0
; поместить ещё один 0, прибавить к нему 2-ой элемент стека
; записать в массив на вершине стека значение под ним
; всё то же самое для 1-ого элемента массива
; поместить на стек число 2
; вычесть единицу из значения 3-его элемента стека
; записать результат в локальную переменную
; перейти к метке L5
; объявление метки L6
; взять 4-ый элемент стека, записать в массив по этому индексу 1
; прибавить к 4-ому элементу стека 1, записать результат обратно
; L5: перейти к метке L6, если 4-ый элемент стека <= 5-ому
; объявление, что на стеке сейчас четыре элемента
; вычесть единицу из значения 3-его элемента стека
; перейти к метке L7
; L8: сложить 4-ый и 2-ой элементы стека
; прочитать значение по этому адресу; если это 0, перейти к L9
; умножить 4-ый элемент на два
; перейти к метке L11
; объявление метки L10
; взять 6-ой элемент стека, записать в массив по этому индексу 0
; прибавить к 6-ому элементу стека 4-ый, записать рез-т обратно
; объявление метки L11
; перейти к метке L10, если 7-ой элемент стека меньше 4-ого
; на стеке сейчас шесть элементов; объявление метки L9
; прибавить к 4-ому элементу стека 1, записать результат обратно
; L10: перейти к L8, если 4-ый элемент стека <= 5-ому
; на стеке четыре элемента; окончание процедуры
|
(Для экономии места, последовательности команд записаны в одну строчку. Мартин в своём руководстве по BCPL поступает точно так же.)
Исходный код на BCPL:
LET sieve(workvec, vecsize) BE
{
workvec!0 := 0
workvec!1 := 0
FOR i = 2 TO vecsize-1 DO workvec!i := 1
FOR i = 2 TO vecsize-1 DO
IF workvec!i DO
{ LET j = 2 * i
WHILE j < vecsize DO
{ workvec!j := 0
j := j + i
}
}
}
В более новых версиях OCODE добавилась поддержка чисел с плавающей точкой (соответственно, набор поддерживаемых опкодов почти удвоился), а также удалили опкод
ENDFOR — вместо него генерируется пара
LE JT.
Среди «универсальных машинных языков» OCODE уникален тем, что метки в нём определяются специальными инструкциями — т.е. для интерпретации программы её нужно сначала всю загрузить в память, и найти в ней метки.
— а отдельная программа,
кодогенератор, превращала файл с таким псевдокодом в исполнимую программу для конечного процессора. OCODE сохранялся в виде текстового файла из десятичных чисел, разделённых пробелами и переводами строк: в то время, когда OCODE разрабатывался, привязка формата файла к конкретному размеру байта ограничивала бы переносимость такого файла.
Компилятор BCPL
(1) поставлялся в виде OCODE, и чтобы перенести его на новую платформу, нужно было:
- Вручную написать интерпретатор псевдокода(2) (на любом языке, хоть на Бейсике);
- Адаптировать кодогенератор,(3) написанный на BCPL, для своей платформы;
- Запустить под интерпретатором (2) компилятор BCPL (1), скормить ему кодогенератор (3), и получить на выходе исполнимый файл кодогенератора(4);
- Интерпретатор (2) нам с этого момента больше не нужен.
- Прогнать через кодогенератор (4) псевдокод компилятора (1), и получить на выходе исполнимый файл компилятора.
Такой подход означал, что для переноса компилятора на новую платформу требуется лишь самый минимум низкоуровневого программирования; и действительно, реализация BCPL была завершена к 1967 г. — раньше, чем была завершена реализация CPL, начатая на несколько лет раньше!
Достоинства BCPL применительно к системному программированию вдохновили Кена Томпсона на создание языка
Би, а тот — коллегу Кена, Денниса Ритчи, на создание Си. Именно из BCPL пошла традиция обозначать
{фигурными скобками
} блоки программы, и именно на BCPL
была написана первая программа
«Hello, World!».
GET "libhdr"
LET start() = VALOF
{ writef("Hello*n")
RESULTIS 0
}
Более важная нам причина, по которой BCPL вошёл в историю: OCODE — первая
универсальная «архитектура набора команд» (ISA), т.е. «виртуальная машина», не привязанная ни к какой конкретной аппаратной платформе с её особенностями. BCPL, таким образом — первый язык программирования, соответствующий парадигме
«Write once, run anywhere» (
WORA): программу на BCPL можно распространять в скомпилированном виде, и её можно будет запустить на любой платформе, для которой существует OCODE-кодогенератор.
