Smalltalk

Smalltalk — это объектно-ориентированный язык программирования и интегрированная среда разработки, основанные на концепции обмена сообщениями между объектами. Smalltalk считается одним из первых и наиболее влиятельных объектно-ориентированных языков, оказавшим значительное воздействие на развитие таких языков, как Java, C++, Python и Ruby. Отличительной особенностью Smalltalk является его «чистая» объектная модель, в которой всё, включая числа и логические значения, является объектом, а управляющие конструкции реализуются через отправку сообщений.

История

Создание в Xerox PARC

Smalltalk был разработан в исследовательском центре Xerox PARC (Palo Alto Research Center) группой учёных под руководством Алана Кея. Работы начались в начале 1970-х годов. Ключевой идеей Кея было создание среды, в которой пользователь взаимодействует с системой через графический интерфейс, а программы пишутся на языке, основанном на объектах и сообщениях. Первая реализация, Smalltalk-72, была создана в 1972 году и представляла собой экспериментальную систему, работавшую на компьютере Xerox Alto. В 1976 году вышла версия Smalltalk-76, в которой была введена концепция классов и наследования. Окончательная и наиболее известная версия, Smalltalk-80, была выпущена в 1980 году. Она стала первой открытой версией, доступной для сторонних разработчиков, и легла в основу всех современных диалектов языка.

Коммерциализация и диалекты

В 1980-х годах Smalltalk начал использоваться в коммерческих проектах. Появились несколько диалектов, наиболее известными из которых стали:

• Smalltalk/V (1986) — версия для IBM PC и Macintosh, разработанная компанией Digitalk. Она была одной из первых, доступных для персональных компьютеров.
• VisualWorks (1990-е) — диалект, разработанный компанией ParcPlace Systems (основанной бывшими сотрудниками Xerox PARC). VisualWorks отличался мощной средой разработки и поддержкой графического интерфейса.
• Squeak (1996) — открытая реализация Smalltalk-80, созданная Аланом Кеем и его коллегами. Squeak написан на самом себе и легко портируется на различные платформы. Он активно используется в образовании и исследовательских проектах.
• Pharo (2008) — форк Squeak, ориентированный на профессиональную разработку. Pharo отличается чистым синтаксисом, современной средой разработки и активным сообществом.

Влияние и наследие

Smalltalk оказал огромное влияние на развитие информатики. Его идеи легли в основу объектно-ориентированного программирования, графических пользовательских интерфейсов (GUI), сред разработки (IDE) и прототипирования. Многие концепции, такие как «паттерны проектирования» и «рефакторинг», были впервые систематизированы применительно к Smalltalk. Однако, несмотря на свою значимость, Smalltalk не получил широкого распространения в индустрии, уступив место C++ и Java, что отчасти связано с высокими требованиями к аппаратному обеспечению и закрытостью первых коммерческих версий.

Основные концепции

Чистая объектная модель

В Smalltalk всё является объектом — числа, строки, классы, блоки кода, и даже сама среда разработки. Каждый объект имеет состояние (набор полей) и поведение (набор методов). Взаимодействие между объектами осуществляется исключительно через отправку сообщений. Например, выражение 3 + 4 в Smalltalk интерпретируется как отправка сообщения + с аргументом 4 объекту 3. Результатом является новый объект — число 7.

Классы и экземпляры

Каждый объект является экземпляром некоторого класса. Класс определяет структуру (поля) и поведение (методы) своих экземпляров. Классы сами являются объектами — экземплярами метакласса. Это позволяет динамически создавать новые классы и изменять существующие во время выполнения программы. Наследование в Smalltalk является одиночным (один класс может иметь только один суперкласс), но поддерживается множественное наследование через механизмы «примесей» (traits).

Динамическая типизация

Smalltalk является языком с динамической типизацией. Тип переменной не объявляется явно и может меняться во время выполнения. Это делает язык гибким, но требует от разработчика внимательности. Ошибки типов обнаруживаются только при попытке отправить объекту сообщение, которое он не понимает.

Блоки и замыкания

Блоки кода (closures) в Smalltalk являются объектами, которые могут быть переданы в качестве аргументов, сохранены в переменных и выполнены по требованию. Блоки используются для реализации управляющих конструкций (условий, циклов) и итераций по коллекциям. Например, цикл [a < b] whileTrue: [a := a + 1] использует блоки для проверки условия и выполнения тела цикла.

Среда разработки (IDE)

Smalltalk неразрывно связан со своей средой разработки, которая является частью самого языка. Среда включает в себя:

• Браузер классов — инструмент для просмотра и редактирования классов и методов.
• Инспектор — инструмент для просмотра и изменения состояния объектов.
• Отладчик — инструмент для пошагового выполнения кода и анализа ошибок.
• Workspace — область для выполнения произвольного кода.

Среда разработки Smalltalk является «живой» — изменения в коде вносятся непосредственно в работающую систему, без необходимости перекомпиляции и перезапуска. Это позволяет быстро прототипировать и отлаживать программы.

Синтаксис

Синтаксис Smalltalk минималистичен и лаконичен. Он состоит из нескольких типов сообщений:

• Унарные сообщения: отправляются объекту без аргументов. Например: 3 factorial, Date today.
• Бинарные сообщения: отправляются объекту с одним аргументом. Например: 3 + 4, a > b.
• Ключевые сообщения: отправляются объекту с одним или несколькими аргументами, каждый из которых указывается по ключу. Например: aPen color: Color red, aDictionary at: 'key' put: 'value'.

Выражения разделяются точкой. Переменные объявляются в начале метода. Комментарии заключаются в двойные кавычки ("комментарий").

Пример кода

Ниже приведён пример определения класса Counter в Smalltalk (диалект Pharo):

```smalltalk Object subclass: #Counter instanceVariableNames: 'count' classVariableNames: '' poolDictionaries: '' category: 'Examples'

"Методы экземпляра" initialize count := 0

increment count := count + 1

decrement count := count - 1

value ^ count ```

Использование класса:

``smalltalk | c | c := Counter new. c initialize. c increment. c increment. c value. "вернёт 2" ``

Применение

Несмотря на ограниченное распространение, Smalltalk используется в ряде областей:

• Образование: Smalltalk, особенно диалект Squeak, широко применяется для обучения детей и студентов основам программирования и объектно-ориентированного подхода. Проект Scratch (среда визуального программирования) изначально был реализован на Squeak.
• Исследования: Smalltalk используется в научных исследованиях, особенно в области искусственного интеллекта, моделирования и прототипирования.
• Финансовый сектор: Некоторые крупные финансовые компании (например, JPMorgan Chase) используют Smalltalk (диалект VisualWorks) для разработки торговых систем и аналитических приложений, благодаря его надёжности и возможности быстрой модификации.
• Разработка веб-приложений: Существуют фреймворки для веб-разработки на Smalltalk, такие как Seaside, который позволяет создавать динамические веб-сайты с серверной логикой на Smalltalk.

Критика

Smalltalk подвергается критике за несколько аспектов:

• Производительность: Из-за динамической типизации и интерпретируемой природы, Smalltalk часто медленнее компилируемых языков, таких как C++ или Java. Однако современные виртуальные машины (например, Cog в Pharo) значительно улучшили производительность.
• Отсутствие статической типизации: Это может приводить к ошибкам, которые обнаруживаются только во время выполнения, а не на этапе компиляции.
• Закрытость и сообщество: Smalltalk имеет относительно небольшое сообщество разработчиков по сравнению с мейнстримовыми языками, что ограничивает количество библиотек и инструментов.
• Интеграция с другими системами: Интеграция Smalltalk с существующими системами (например, базами данных, веб-серверами) может быть сложнее, чем для языков с более широкой экосистемой.

Источники

1. Алан Кей. «The Early History of Smalltalk». History of Programming Languages II, 1996.
2. Адель Голдберг, Дэвид Робсон. «Smalltalk-80: The Language and its Implementation». Addison-Wesley, 1983.
3. Стивен Б. МакКинли, Джон М. Виссер. «Smalltalk: A Language and its Implementation». ACM Computing Surveys, 1990.
4. Документация проекта Pharo. «Pharo by Example». 2020.
5. Документация проекта Squeak. «Squeak by Example». 2009.