Modula-2

Modula-2

编程范型	指令式、结构化、模块化、数据和方法隐藏、并发
設計者	尼克劳斯·维尔特
发行时间	1978年
型態系統	强，静态
系统平台	Lilith（AMD 2901）
操作系统	跨平台
文件扩展名	.mod .m2 .def .MOD .DEF .mi .md
主要實作產品
Niklaus Wirth撰写的ETH编译器 GNU Modula-2 ADW Modula-2
衍生副語言
PIM2、PIM3、PIM4、ISO
啟發語言
Modula、Mesa、Pascal、ALGOL W、Euclid
影響語言
Modula-3、Oberon、Ada、Fortran、Lua、Seed7、Zonnon、Modula-GM

Modula-2，是由尼克劳斯·维尔特（Niklaus Wirth）提出的通用的过程式语言，具有充分的灵活性用于系统编程，和更加广阔应用领域。特别是，它被设计用来一种直接的方式支持分离的编译和数据抽象。它的很多语法是基于了Wirth早先的周知语言Pascal。Modula-2被设计为显著的类似于Pascal，移除了一些元素和语法歧义，增补了“模块”这个重要概念，并且对多道程序有直接的语言支持。

描述

Modula-2语言允许使用一趟编译器。Gutknecht和Wirth的这种编译器大致上比早前的多趟编译器要快上四倍。

下面是"Hello world"程序的源代码例子：

MODULE Hello;
FROM STextIO IMPORT WriteString;
BEGIN
  WriteString("Hello World!");
END Hello.

Modula-2的模块（module）可以用来封装一组有关的子程序和数据结构，并限制它们对程序其他部份的可见性。模块设计以清晰的方式实现了Modula-2的数据抽象特征。Modula-2程序是由模块组成，每个模块构成自两个部份：作为接口部份的"定义模块"，它只包含“导出”的那部份子系统（对其他模块可见），和“实现模块”，它包含模块内部的工作代码。

语言有严格的作用域控制。模块的作用域可以被当作是不可逾越的墙：在标准标识符之外，来自外部的对象在模块内是不可见的，除非显式的导入它；内部的模块对象在外部是不可见的，除非显式的导出它。

假定模块M1导出对象a、b、c和P，通过列举它们的标识符于显式导出列表之中：

  DEFINITION MODULE M1;
    EXPORT QUALIFIED a, b, c, P;
    ...

然后来自模块M1的对象a、b、c和P，在模块M1外部就叫做M1.a、M1.b、M1.c和M1.P。它们以一种有限制的方式给导出至外部（假定模块M1是全局的）。导出的模块名字比如M1，被用作限定符并跟随着对象的名字。

假定模块M2包含下列IMPORT声明：

  MODULE M2;
    IMPORT M1;
    ...

然后这意味着模块M1导出至它所包围的程序的外部的对象，现在可以用在模块M2内部。它们以一种限定方式来引用，也就是M1.a、M1.b、M1.c和M1.P。例如：

    ...
    M1.a := 0;
    M1.c := M1.P(M1.a + M1.b);
    ...

限定的导出避免了名字冲突：例如，如果另一个模块M3也导出了一个对象叫做P，那么我们仍可以区分这两个对象，因为M1.P不同于M3.P。凭借限定导出，两个对象在它们的导出模口M1和M3中都叫做P是不碍事的。

存在一种可作为替代的方式，它在Modula-2编程者中广泛采用。假定模块M4是公式化为如下：

  MODULE M4;
    FROM M1 IMPORT a, b, c, P;

然后这意味着模块M1导出至外部的对象可以用在模块M4内部，但可以用无限定方式来引用导出的标识符，也就是a、b、c和P。例如：

    ...
    a := 0;
    c := P(a + b);
    ...

这种无限定导入的方法，允许在其导出模块之外，以同在它们的导出模块之内一样简单的方式，来使用这些变量和其他对象。对于已经被显式允许的所有这些对象，变得与包围所有模块的墙没有关系了。当然无限定导入只在没有名字冲突时是可用的。

这些导出和导入规则看起来可能是没有必要的限制和冗余的。但是它们不只是守卫对象免于不希望的访问，而且还有一个让人愉悦的副作用，提供了在程序中定义的所有标识符的自动交叉引用：如果标识符被一个模块名字所限定，那么它的定义位于那个模块。否则如果它是无限定的出现的，简单的反向查找，将会要么遇到这个标识符的声明，要么遇到它出现在一个IMPORT语句中，指出了它所来自的模块的名字。这个性质在尝试理解包含很多模块的大型程序时是非常有用的。

语言提供了（有限的）单处理器并发（监视器、协程和显式控制转移）和硬件访问（绝对地址、位操纵和中断）。它使用了名称类型系统。

历史

图灵奖获得者Wirth，根據其早期對Pascal、模組程式語言(Modula)或稱為Modula-1程式語言、及Alto電腦的經驗，來定義Modula-2。在1976至1977年間，Wirth在Xerox Palo Alto研究中心，與一群設計Alto電腦的工作夥伴一同工作，次年，他在瑞士聯邦理工學院資訊研究所，開始了一個Lilith個人電腦計畫。該計畫主要的原則乃是以Modula-2為Lilith的系統程式語言，而以Lilith為Modula-2的組織架構。由於不需組譯器(Assembler)，該語言不僅適用於編寫高階的應用程式，也應適用於編寫低階，與機器相關的編碼程式(Machine-Dependent Coding)，用裝置的操控與儲存體的配置。

該語言本身與Lilith結構之設計，都以優雅及簡單為原則，在整個Lilith計畫的生命期中(1978-1988)，作業系統、繪圖套裝軟體、資料庫系統、網路協議、檔案伺服器及許多其他系統和應用模組都是藉著Modula-2發展出來的。

特征

Modula-2設計是讓其程式模組得以重複使用(Reuse)。它藉著提供一些標準程式庫，如異常處置(Exception Handling)、字串處理(String Processing)、輸入／輸出(I/O)及並行程式設計(Concurrent Programming)等，來降低語言本身的複雜度。

一個Modula-2的定義模組(Definition Module)，定義抽象化資料(Data Abstraction)的介面規格。一個定義模組，是與其相對應的實作模組(Implementation Module)，個別分開來編譯。一旦編譯好就不必再改變。一個定義模組(Definition Module)包含對常數、類型(Type)、變數及程序標頭的宣告。只有那些可能會被其他程式設計師引用到的程式標頭，才會被宣告在定義模組內。那些相對應的執行模組，包括區域性的常數、類型、變數宣告；以及外部程序和內部實作所需用到的程序定義。

程式是由上而下(Top-Down)的方式發展，其步驟乃是先建立若干定義模組，之後再隨著需要建立實作模組的部分。每一個實作模組，可在其被呼叫前對其區域性的資料結構設定初始值。Modula-2也需偵測在實作模組內的資料是否已過時而導致資料的不一致。

Modula-2程式語言有幾項特色，使其在電腦科學的發展過程中，有著功不可沒的功勞。首先，它所提出的電腦架構、語言和作業環境的整合概念，是一項創舉；其次，它強調程式設計師在使用者介面的設計上，至少需花費用同實作程式設計時所耗費的成本和努力。最後，它提出對抽象化資料的簡化。

參見

• Pascal — 初期參考與發想的程式語言
• Modula — Modula-2 的初階語言
• Modula-3 — Modula-2 擴增物件導向語言
• Mesa
• Simula
• Oberon

图书

• Wirth, Niklaus. Programming in Modula-2 4th. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. 1988. ISBN 978-0-387-96051-7. doi:10.1007/978-3-642-83565-0. 
• King, K. N. Modula-2: A Complete Guide. Burlington, Massachusetts: Jones and Bartlett Publishers. 1 January 1988. ISBN 978-0669110913. 
• Sutcliffe, Richard J. Modula-2: Abstractions for Data and Programming Structures. Arjay Books. 2004–2005. ISBN 978-0-669-11091-3.  Uses ISO-standard Modula-2.
• Gleaves, Richard. Modula-2 for Pascal Programmers. Springer Books on Professional Computing 1st. Switzerland: Springer Nature. 1984. ISBN 978-0-387-96051-7. doi:10.1007/978-1-4613-8531-8. 
• Cooper, Doug. Oh My! Modula-2: An Introduction to Programming. New York City, New York: W. W. Norton & Company. 1 September 1990. ISBN 978-0393960099. 

外部連結

• Modula-2 Internet directory（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• The Modula-2 website ring（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• https://web.archive.org/web/20060806030519/http://murray.newcastle.edu.au/users/staff/peter/m2/Modula2.html (英文)
• http://www.arjay.bc.ca/Modula-2/m2faq.html（页面存档备份，存于互联网档案馆） (英文)
• http://www.nongnu.org/gm2/（页面存档备份，存于互联网档案馆） GNU Modula-2 (英文)
• https://web.archive.org/web/20150722230801/http://objective.modula2.net/ Objective Modula-2 (英文)

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