Вирт ученый. Не Паскалем единым: что сделал для современного мира лауреат компьютерной «нобелевки» Никлаус Вирт. Премии и награды

Никлаус Вирт... Это имя в России известно многим. Три с лишним десятилетия назад профессор Вирт создал в далекой Швейцарии язык программирования Паскаль. Казалось бы, одного этого было достаточно, чтобы навечно вписать его имя в летопись компьютерных наук. Но в жизни нередко бывает так, что признание и известность получают далеко не самые лучшие и не самые совершенные творения. Вот и в случае с Паскалем мы видим лишь вершину айсберга, а большая часть творчества Вирта до сих пор для многих остается неизвестной.

Никлаус Вирт родился 70 лет назад - 15 февраля 1934 г. - в небольшом городке Винтертуре в предместье Цюриха. Родился Никлаус в семье Уолтера и Хедвиг Вирт. Они жили неподалеку от школы, где преподавал его отец. В их доме была хорошая библиотека, где Вирт находил немало интересных книг, рассказывавших про железные дороги, турбины и телеграф.

Небольшой городок Винтертур имеет многовековую историю и славится своим машиностроением: там выпускаются локомотивы и дизельные двигатели. С детских лет Вирт увлекался техникой, особенно авиамоделированием. Он буквально грезил небом. Но для запуска ракет нужно было топливо, и потому он занялся химией. Юный Вирт оборудовал в подвале школы «секретную» лабораторию. Ничто не могло его остановить: однажды сделанная им модель отклонилась от заданной траектории и угодила под ноги директору школы. Однако Вирт все равно продолжал упорно идти к намеченной цели.

Спустя несколько десятилетий Никлаусу Вирту, как и Кену Томпсону, автору UNIX, довелось полетать на МИГе с военного аэродрома в Кубинке, что находится под Москвой. Сбылась его заветная мечта. Лучше всего мотивацию профессионального творчества Вирта раскрыл его коллега по Стэнфордскому университету (США), профессор Дональд Кнут: «Вирт всегда хотел создавать аэропланы, и ему нужен был самый лучший инструментарий. Вот почему он проектировал много компьютерных языков и микрокомпьютеров...»

От строительства моделей Никлаус довольно быстро перешел к разработке дистанционного управления для них. Когда ему исполнилось 18 лет, он с еще двумя цюрихскими авиамоделистами получили из Англии желанную радиоаппаратуру. Это предопределило его дальнейшую судьбу - в 1954 г. Вирт поступил на факультет электроники в цюрихский ETH (Eidgenoessische Technische Hochschule, Швейцарский федеральный технологический институт). После четырех лет обучения Вирт получил степень бакалавра в области электротехники. А затем начинается славное десятилетнее заокеанское научное «турне» будущего «отца Паскаля» и «короля компиляторов» по маршруту Швейцария - Канада - США - Швейцария.

Свое обучение Вирт продолжил в Лавальском университете г. Квебека (Канада), где в 1960 г. получил степень магистра. Затем его пригласили в университет Калифорнии в Беркли (США) - будущую жемчужину Кремниевой долины. Там под руководством профессора Хаски в 1963 г. Никлаус Вирт защитил диссертацию, посвященную развитию Алгола средствами Лиспа (язык Euler). Эта работа в буквальном смысле дала ему путевку в жизнь: Вирта приметили мэтры программирования и пригласили в Комитет IFIP по стандартизации Алгола. Та школа не прошла даром: на всю жизнь Вирт запомнил, что доказывать свою правоту нужно делом, особенно когда тебя не хотят слышать. В разработке языков он навсегда отказался от абстрактно-научного подхода в пользу математически-инженерного. По его словам, лучше сначала реализовать язык и лишь потом следует о нем писать.

С 1963 по 1967 г. Вирт работал доцентом (assistant professor) в Стэнфордском университете и в 1967 г. вернулся в этом звании в университет Цюриха. А в 1968 г. он получил в ETH звание профессора компьютерных наук и начал возводить на родине свой «швейцарский» Стэнфорд. Двадцатилетие с 1969 по 1989 г. было, пожалуй, самым плодотворным периодом в жизни Вирта (табл. 1 ). Он продолжал строить свою школу, уделяя немало времени организационной деятельности. C 1982 по 1984 г. (а потом и с 1988 по 1990 г.) Вирт возглавлял в ETH факультет компьютерных наук, а с 1990 г. руководил Институтом компьютерных систем (Institute of Computer Systems) при ETH. На пенсию профессор Вирт ушел 1 апреля 1999 г. по достижении 65-летнего возраста.

Романтические 1960-е годы положили начало дружбе трех патриархов структурного программирования - голландца Эдсгера Дейкстры, англичанина Энтони Хоара и швейцарца Никлауса Вирта. Этих «нобелевских» лауреатов (премия Тьюринга, присуждаемая ассоциацией ACM, вручается раз в жизни и приравнивается в компьютерных науках к Нобелевской) сблизили не столько абстракции компьютерных наук, сколько четкая профессиональная позиция.

Самым известным достижением профессора Вирта считается язык Паскаль. Безусловно, многие об этом языке слышали и знают его. Паскаль сыграл огромную роль в формировании мировоззрения нескольких поколений программистов. Но этот язык далеко не идеальный. В свое время Брайан Керниган, известный популяризатор языка Си, соавтор классического руководства по Си (K&R), написал критическую статью «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования». Если с ней внимательно ознакомиться, то можно решить, что Никлаус Вирт сделал из нее правильные выводы и в языке Modula-2 под воздействием статьи устранил многие изъяны канонического Паскаля. Однако следует иметь в виду одно немаловажное обстоятельство. Наделавшая шума работа Кернигана была написана 2 апреля 1981 г., т.е. через два года (!) после реализации группой Вирта в ETH первого компилятора Modula-2 и через год после выпуска аппаратной реализации Modula-2 - персонального компьютера Lilith. В апреле 1993 г. на Конференции ACM по истории языков программирования Вирт в ответ на вопрос одного из своих коллег поставил языку Modula-2 оценку «6 баллов» (наивысшая оценка в школах Швейцарии).

Компьютерная индустрия отставала от работ Вирта как минимум на 5-7 лет. В том же 1979 г. намного уступавший Lilith легендарный компьютер Apple II только-только обрел компилятор Apple Pascal, ориентированный на UCSD-реализацию Паскаля. До появления первого скромного Turbo Pascal Андерса Хейльсберга оставалось целых четыре года! Впоследствии Вирт с грустью говорил о том, что с проектом Lilith швейцарская промышленность упустила свой уникальный шанс.

Подлинной жемчужиной творчества Вирта стал проект Oberon. Созданная почти два десятилетия назад система Oberon (Oberon System, http://www.oberon.ethz.ch ) играет в наши дни приблизительно ту же роль, что в начале 1980-х годов играли проекты Alto и Xerox Star знаменитого центра Xerox PARC, откуда взяли начало современные персональные компьютеры и текстовые редакторы. Для таких корпораций, как Microsoft, IBM и Sun Microsystems, проект Oberon стал источником плодотворных идей, среди которых можно выделить документо-ориентированный интерфейс, браузеры, промышленные языки разработки ПО (Java и C#), машинно-независимый мобильный код (JVM и.NET CLR), аплеты, компонентное ПО, динамическую компиляцию (JIT, AOC, DAC), смарт-теги, веб-службы и др.

Мы живем в эпоху торжества безумной технологической гонки и надуманной сложности. Всю свою жизнь Никлаус Вирт посвятил борьбе с этими пагубными явлениями, но его не слышат или не хотят слышать. «Крайнюю степень ума, - писал Блез Паскаль, - обвиняют в безумии точно так же, как полное отсутствие ума. Хороша только посредственность».

Вирт был и остается последователем европейской инженерной культуры. Американские достижения давали ему богатую пищу для размышлений: многие идеи он пропускал через себя и выкристаллизовывал самое ценное. Все три ключевых языка (Паскаль, Modula-2 и Oberon) были созданы Виртом буквально два-три года спустя после возвращения из-за океана. (В 1967 г. Вирт завершал работы по компилятору Algol-W в Стэнфорде, а в 1976 г. и 1984 г. на год уезжал в лаборатории Xerox PARC.) Работы Вирта создавались не в ваккуме. Его окружали единомышленники - коллеги и ученики, среди которых можно выделить Юрга Гуткнехта (соавтора по проекту Oberon), Ханспетера Мессенбока (соавтора языка Oberon-2), Ричарда Орана (соавтора при создании Lilith), Куно Пфистера (основателя Oberon microsystems и идеолога инструментария BlackBox), Клеменса Шиперски (идеолога компонентной архитектуры в Oberon System) и Михаэля Франца (автора концепции динамической кодогенерации, прообраза JIT-компиляции Java).

Большую роль в популяризации в нашей стране языков и систем Никлауса Вирта в 1980-1990-х годах сыграла рабочая группа по Modula-2, бессменным руководителем и вдохновителем которой был Д. М. Сагателян из Института общей физики АН СССР. Нельзя не вспомнить и работы группы профессора И. В. Поттосина из Сибирского отделения АН СССР (НГУ и Институт систем информатики им. А. П. Ершова). Создание инструментария для бортового ПО отечественных спутников (проект СОКРАТ), семейство компьютеров KRONOS (Дмитрий Кузнецов, Алексей Недоря, Евгений Тарасов, Владимир Васекин и др.), XDS-семейство компиляторов Modula-2/Oberon-2 - вот, пожалуй, самые яркие страницы отечественной истории, связанные с именем Вирта. Нарастающая волна интереса к Oberon, вершине творчества патриарха надежного программирования, в связи с острой потребностью в высококачественном программном обеспечении, в частности, в физике, привела к возникновению проекта «Информатика-21» (http://www.inr.ac.ru/~info21/ ), к которому с огромным интересом относится Вирт. Более того, в марте этого года в швейцарском Центре ядерных исследований (CERN), где 15 лет назад взяла свое начало сеть World Wide Web, специально для физиков проводился Oberon Day (http://cern.ch/oberon.day ).

Никлаус Вирт заложил традицию присвоения языкам программирования имен математиков прошлого. В 1963 г. он дал имя Леонарда Эйлера, великого швейцарского математика, много лет проработавшего в России, своему первому творению - языку Euler. А в 1970 г. Блез Паскаль, великий французский математик и философ, творчеством которого восхищались Н. Г. Чернышевский и Л. Н. Толстой, был увековечен Виртом в языке Паскаль. Интересные параллели: 11 мая 1994 г., выступая в С.-Петербургском университете, Дональд Кнут подчеркнул, что для него особенно приятен тот факт, что звание почетного доктора информатики ему присуждает университет, в котором преподавал еще великий Эйлер. Никлаус Вирт 27 июня 1996 г. надел почетную докторскую мантию в Новосибирском Академгородке, созданном М. А. Лаврентьевым и С. Л. Соболевым по образу и подобию того самого Стэнфорда, который Вирт взял за основу строительства своей европейской школы в ETH. Вклад Вирта в развитие компьютерных наук и программной инженерии был оценен по достоинству. Он не только стал членом трех академий (Swiss Academy of Engineering, U.S. Academy of Engineering, Berlin-Brandenburg Academy), но и лауреатом самых престижных наград (табл. 2 ).

Жизненное кредо Никлауса Вирта лучше всего, пожалуй, передают слова великого Блеза Паскаля, написавшего три с лишним столетия назад: «Все наше достоинство заключено в мысли. Не пространство и не время, которых мы не можем заполнить, возвышают нас, а именно она, наша мысль. Будем же учиться хорошо мыслить...

Руслан Богатырев - научный редактор «Мира ПК», главный редактор «Мир ПК - диска», [email protected] .

Полную версию статьи см. в электронном альманахе «Искусство программирования», опубликованном в мартовском приложении «Мир ПК-диска» (№ 3/04).

Мы живем в сложном мире и стараемся решать сложные по своей сути проблемы, которые зачастую для своего решения требуют сложных устройств. Однако это не значит, что мы не должны найти элегантные решения, убеждающие своей ясностью и эффективностью. Простые элегантные решения более эффективны, но найти их труднее, чем сложные, и для этого требуется больше времени.

Никлаус Вирт (Швейцария, Швейцарский федеральный технологический институт).

Из речи при вручении премии Тьюринга (Сан-Франциско, США, октябрь 1984 г.).

Когда компьютеров еще не было, то программирование не составляло никакой проблемы. Когда у нас появилось несколько маломощных компьютеров, то программирование стало проблемой средней сложности. Теперь же, когда мы располагаем гигантскими компьютерами, то и программирование превращается в гигантскую проблему.

Эдсгер Дейкстра (Нидерланды, Эйндховенский технологический университет).

Почти все в программном обеспечении может быть реализовано, продано и даже использовано, если проявить достаточную настойчивость... Но существует одно качество, которое нельзя купить, - это надежность. Цена надежности - погоня за крайней простотой. Это цена, которую очень богатому труднее всего заплатить.

Энтони Хоар (Великобритания, Оксфордский университет).

Некоторые считают, что современный мир почти не знает Никлауса Вирта и даже не догадывается о его огромном вкладе в мировую компьютерную науку. Кто-то полагает его «отцом Паскаля». Вирта вспоминают не только педагоги в ВУЗах, когда преподают студентам Turbo Pascal, но и коммерческие разработчики, пишущие на Delphi.

На самом деле, Никлаус Вирт является инженером с большой буквы, его вклад в развитие языков программирования не ограничивается Паскалем, а только начинается с него. Кроме того, Вирт - педагог, общественный деятель и, можно сказать, философ. Попробуем оценить реальный масштаб его личности и вклад в ИТ-индустрию.

Детство, образование, увлечения

Винтертур имеет многовековую историю и славится своими машиностроением: там выпускаются локомотивы и дизельные двигатели. С детских лет Вирт увлекался техникой, особенно авиамоделированием. Для запуска ракет нужно было получать топливо, и потому он занялся химией. Юный Вирт оборудовал в подвале школы «секретную» лабораторию. Ничто не могло его остановить: однажды сделанная им модель отклонилась от заданной траектории и угодила под ноги директору школы. Однако Вирт все равно продолжал упорно идти к намеченной цели.

Хобби оказалось настолько серьезным, что Вирт даже построил более десятка моделей по собственным чертежам. Между прочим, позднее он занялся настоящими полетами и пронес это увлечение через всю свою жизнь. Даже в весьма почтенном возрасте создатель популярного языка программирования не отказывал себе в удовольствии полетать на реактивном истребителе.

Когда ему исполнилось 18 лет, то он с еще двумя цюрихскими авиамоделистами выписали из Англии желанную радиоаппаратуру. Это предопределило его дальнейшую судьбу – в 1954 году Вирт поступил на факультет электроники в цюрихский ETH (Eidgenoessische Technische Hochschule – Швейцарский федеральный технологический институт). После четырех лет обучения Вирт получил степень бакалавра в области электротехники. А затем начинается славное десятилетнее заокеанское научное «турне» будущего «отца Паскаля» и «короля компиляторов» по маршруту Швейцария – Канада – США – Швейцария.

Свое обучение Вирт продолжил в Лавальском университете города Квебек (Канада), где в 1960 году получил степень магистра. Затем его пригласили в университет Калифорнии в Беркли (США) – будущую жемчужину Кремниевой долины. Там под руководством профессора Хаски в 1963 году Никлаус Вирт защитил диссертацию, посвященную развитию Алгола средствами Лиспа (Euler).

Путевка в жизнь

Министерство поставило задачу разработать единый язык программирования для систем управления автоматизированными комплексами, функционирующими в реальном времени. Имелись в виду, прежде всего, бортовые системы управления военными объектами. Язык назван в честь математика Ады Лавлейс .

Повторилась история с Алголом-68 - проект группы, в которой работали Вирт и Хоар, не был одобрен комитетом по языку. Чарльз Хоар и Никлаус Вирт выбыли из конкурса после первого этапа. В конкурсе победил проект, основанный на Паскале, но гораздо более сложный и объёмный.

Хоар выразил своё сожаление тем, что «погремушки и побрякушки возобладали над фундаментальными требованиями надёжности и безопасности» и предостерёг от «армады ракет, летящих не туда из-за не обнаруженной вовремя ошибки в компиляторе Ada».

Никлаус Вирт высказался более сдержанно, но тоже негативно. Он сказал: «Слишком много всего вываливается на программиста. Я не думаю, что, изучив треть Ada, можно нормально работать. Если вы не освоите всех деталей языка, то в дальнейшем можете споткнуться на них, и это приведёт к неприятным последствиям».

Жан Ишбиа, руководитель группы разработчиков Ada, выразив своё «уважение и восхищение» Виртом, не согласился с ним, сказав: «Вирт верит в простые решения сложных проблем. Я не верю в такие чудеса. Сложные проблемы требуют сложных решений».

Оберон

Юрг Гуткнехт

Никлаус Вирт с коллегами разработали первую версию системы «Оберон», машину, компилятор языка Оберон и операционную систему System Oberon, которая обладала графическим интерфейсом пользователя, расширенными концепциями использования текста в интерфейсе и в целом являла собой материальное доказательство применимости концепций Вирта.

Как уже писали на «Хабре», в Обероне модуль - это не только средство структурирования алгоритмов и структур данных, но и единица компиляции, загрузки и распространения. То есть модуль является минимальной сущностью, которую может скомпилировать компилятор. Зависимости одного модуля от других модулей вычисляются автоматически, но не приводят к включению кода из одного модуля в другой. Включаются только идентификаторы импортируемых сущностей и хэшкод зависимости, для контроля версии кода.

Модуль является единицей загрузки, то есть, кроме особых случаев код модуля представляет собой законченную программу, в которой есть точка входа, и который может выполняться неограниченно долго. То есть, полноценная программа. Даже ядро ОС это всего лишь первый загруженный в память модуль. Так же модуль предполагает, что его будут распространять не только в виде исходника, но и в виде бинарника, а так же в виде интерфейсной части, и для его запуска потребуется только определенная платформа или несколько платформ. В целом, эти понятия входят в концепцию модульности в Обероне и составляют собой модульно-ориентированное программирование.

Оберон послужил прямым предком для языка параллельного программирования (Active Oberon), различных модификаций языка Оберон под другие среды исполнения (Component Pascal, Zonnon), был реализован на нескольких платформах (JVM, CLR, JS), послужил прообразом языка Java. Сама система Оберон послужила прообразом для проекта Microsoft Singularity.

Как известно , появление виртуальной (абстрактной) машины Java преподносилось ее разработчиками из Sun Labs едва ли как не фундаментальное открытие в практике языков программирования.

Один из учеников Вирта, Михаэль Франц, заметил по этому поводу следующее: «Переносимость Java основана на наличии виртуальной машины, позволяющей легко имитировать большое число архитектур. Идея виртуальной машины была очень популярна уже более двадцати лет назад, хотя впоследствии о ней забыли. Тогда речь шла о Pascal-P – созданной в ETH реализации Паскаля, которая сыграла решающую роль в распространении этого языка. Интересно, что виртуальные машины для Паскаля и Java весьма схожи по архитектурe».

На пороге 2000-х

Java не только не может считаться простым, но является одним из самых сложных языков, более сложным, чем Си++, и вдвое более сложным, чем Оберон.

Но может быть, сопоставление с тем же Обероном некорректно? Ведь, наверное, Java все же более богатый язык, чем этот ваш Оберон? Ничего подобного! В Java есть всего две существенные вещи, которых нет в Обероне: встроенная многопоточность и обработка исключений. Целесообразность включения средств параллельного программирования непосредственно в язык подвергается сомнению многими специалистами. Это могло бы решаться на уровне библиотек. К тому же тот механизм, который реализован в Java, - решение отнюдь не самое удачное.

Общее число лексем в описании синтаксиса языка может служить обобщенной характеристикой размера этого описания.

Зато в маленьком Обероне есть и полноценные записи (объекты), и нормальные многомерные массивы, а не только указатели на них. Имеются в Обероне и привычные строки с нулем на конце, которые являются просто массивами символов, а никакими не объектами, а значит, не требуют специальных средств для манипуляций.
Вопреки пропаганде Java содержит мало чего-либо действительно нового. Та же концепция виртуальной машины - первое, что приходит в голову, если задуматься о многоплатформности. Лет двадцать пять назад это было удачным и свежим решением.

Педагогическая и общественная деятельность

Двадцатилетие с 1969 по 1989 год было, пожалуй, самым плодотворным периодом в жизни Вирта. Он продолжал строить свою школу, уделяя немало времени организационной деятельности.

Дата Рождения:1934

Программы становятся медленнее более быстро, чем компьютеры становятся быстрее .

©.

Никлаус Вирт