Self (язык программирования)

Self — объектно-ориентированный, прототипный язык программирования, который задумывался как развитие языка Xerox PARC, а потом в Стэндфордском университете. Это была экспериментальная разработка, целью которой было выяснить, насколько далеко можно продвинуться в направлении динамической чисто объектно-ориентированной системы программирования.

В итоге в языке Self были реализованы следующие концепции:

• отсутствие классов; такие языки называются prototype-based; в них создание новых типов объектов осуществляется посредством клонирования имеющихся и внесения изменений непосредственно в структуру нового объекта; каждый объект представляет собой набор слотов одного из нескольких видов: константный (constant), переменный (variable) или родительский (parent), который задаёт наследование; также у объекта может быть активизационная запись (activation record), которая делает объект методом;
• отсутствие операции присваивания (:=), которая была в Smalltalk; присваивание значений локальных слотов и слотов в получателе (self) также осуществляется посредством посылки сообщения;
• поддерживается множественное наследование путём делегирования, то есть можно указать больше одного объекта, обрабатывающего сообщения, которые исходный объект не может обработать; в то же время, получателем сообщений, вызванных из родительских методов опять будет дочерний объект;
• родительские слоты могут быть изменяемыми, то есть поддерживается динамическое множественное наследование; очевидное применение — простая реализация шаблона проектирования State;
• даже базовые объекты, которые в Smalltalk были зарезервированными словами (nil, false), тоже являются обычными слотами в корневом объекте и извлекаются посредством посылки сообщения; таким образом в языке Self осталось только одно зарезервированное слово (resend — делегирования вызова родительским объектам), в то время как в Smalltalk их было пять;
• в Smalltalk некоторые арифметические операции и сообщения, отвечающие за условия и циклы обрабатываются компилятором специальным образом; это было сделано для улучшения производительности; в Self таких частных случаев нет, и абсолютно все сообщения трактуются одинаково; это означает, что даже простейшая условная конструкция требует две операции посылки сообщения и клонирования нескольких объектов;

Понятно, что все эти нововведения выглядят абсолютно дико с точки зрения практического программирования, тем более это выглядело дико в момент создания Self. Но цель научных разработок как раз и заключается в том, чтобы исследовать невероятные подходы в надежде, что в дальнейшем это может получить выгодное применение. Так получилось и с языком Self.

Имея такие характеристики, трудно себе представить, что язык Self способен выполняться хотя бы умеренно медленно. Действительно, простая интерпретируемая реализация в лоб выполняет программы, написанные на Self, в сотни-тысячи раз медленнее, чем аналогичная программа на Си.

Поэтому разработчики языка в первую очередь сконцентрировали свои усилия на создание эффективного динамического компилятора — Self dynamic compiler technology. Эта система эволюционировала в трёх версиях и к 1993 году достигла невероятных результатов. Стандартный набор целочисленных тестов Стэндфордского университета выполнялся со скоростью 40 % от скорости оптимизирующего компилятора Си. Теория показала, что возможно достичь планки в 60 %, и является пределом для динамических языков, если реализовать более качественное распределение машинного кода.

Ещё более впечатляющие результаты могут быть достигнуты в алгоритмах с высокой степенью полиморфизма. Реальные приложения, как правило, и относятся к этой категории. В языках C/C++ полиморфизм реализуется посредством операции косвенного вызова (indirect call). А эта операция обходится очень дорого на современных суперскалярных процессорах. Динамический адаптивный компилятор Self способен реализовать полиморфный вызов так же хорошо, как и любой другой, или даже полностью исключить его посредством встраивания вызываемого метода в вызывающий (adaptive inlining). Таким образом программы на языках C/C++ показывают даже меньшую производительность на таких тестах.

Что же обеспечило настолько хороший результат? Вот технологии, которые были реализованы в динамическом компиляторе языка Self:

• многоуровневый сборщик мусора (multi-generational garbage collector) — для эффективного управления памятью;
• компиляция одного и того же метода для разных получателей сообщения (customization);
• полиморфный встроенный кэш вызовов (PIC);
• сбор статистической информации о частоте вызовов каждого метода в системе с дальнейшей передачей этой информации адаптивному компилятору/декомпилятору.
• динамическая компиляция часто вызываемого метода с возможностью встраивания нескольких методов вверх и вниз по цепочке вызовов;
• динамическая декомпиляция с замещением методов на стеке в случае программных изменений; это необходимо для сохранения семантики языка, когда в произвольный момент времени может быть внесено изменение в структуру любого объекта.

Правда, следует отметить, что все эти технологии приводили к сильному перерасходу памяти, так что среда разработки Self для нормального функционирования требовала 64 мегабайта памяти.

Проект Self финансировался компанией Sun Microsystems, и в 1994 году было решено официально закрыть проект. Видимо, в тот момент поменялась политическая обстановка внутри компании в связи со скорым выходом языка

Ссылки

• Домашняя страница Self на сайте Sun Microsystems
• http://github.com/gburd/self/tree/master/src
• http://www.smalltalk.ru/articles/smalltalk.html