程式語言歷史

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這篇文章在探討程式語言在歷史上的主要發展。更詳細的事件發生年表,請參閱程式語言年表

1940之前[编辑]

第一個程式語言比現代的計算機還早誕生。首先,這種語言是種編碼(en:code)。

於1801年發明的提花織布機(或稱甲卡提花織布機,英文:en:Jacquard loom),運用打孔卡上的坑洞來代表縫紉織布機的手臂動作,以便自動化產生裝飾的圖案。

Ada Lovelace在1842年至1843年間花費了九個月,將義大利數學家Luigi Menabrea關於查爾斯·巴貝奇新發表機器分析機的回憶錄翻譯完成。她於那篇文章後面附加了一個用分析機計算伯努利数方法的細節,被部分歷史學家認為是世界上第一個電腦程序。 [1]

Herman Hollerith在觀察列車長對乘客票根在特定位置打洞的方式後,意識到他可以把資訊編碼記載到打孔卡上,隨後根據這項發現使用打孔卡來編碼並紀錄1890年的人口統計資料。

第一個計算機程式碼是針對他們的應用面設計的。在20世紀的前十年主要是用十進位來算數,後來人們發現不只是用文字,也可以用數字來表現邏輯。舉例來說,阿隆佐·邱奇曾以公式化(formulaic)的方式表達λ演算图灵机是一種紙帶標記(tape-marking)機器(就像電話公司用的那種)操作方法抽象化後的集合。图灵机這種透過有限數字(finite number)呈現機器的方式,奠定了程式如同冯·诺伊曼结构計算機中的資料一樣地儲存的基礎。但不同於λ演算,图灵机的程式碼並沒有辦法成為高階程式語言的基石,這是是因為它主要的用途是分析演算法的複雜度

就像許多歷史上的"第一次"一樣,第一個現代程式語言也很難界定。最一開始是因為硬體限制而限定了語言,打孔卡允許80行(column)的長度,但某幾行必須用來記錄卡片的順序。FORTRAN則納入了一些與英文字詞相同的關鍵字,像是"IF"、"GOTO"(原字詞為go to),以及"CONTINUE"。之後採用磁鼓(magnetic drum)作為記憶體使用,也代表計算機程式也必須插入(interleave)到磁鼓的轉動(rotation)中。和現今比較起來,這也讓程式語言必須更加依賴硬體(hardware-dependent)。

對部分的人認為必須在"程式語言"的狀態確立之前,根據能力(power)以及可讀性(human-readability)的程度來決定歷史上第一個程式語言是什麼語言。提花織布機和查爾斯·巴貝奇所製作的差分機(en:Difference Engine)都具備在大量限制下,簡單描述機器應執行行為的語言。也有種並非設計給人類運用的受限特定領域語言(en:domain-specific language),是將打孔卡運用到自動演奏鋼琴(en:player piano)上。

1940年代[编辑]

最早被確認的現代化、電力啟動(electrically powered)的計算機約在1940年代被創造出來。程式設計師在有限的速度及記憶體容量限制之下,撰寫人工調整(hand tuned)過的組合語言程式。而且很快就發現到使用組合語言的這種撰寫方式需要花費大量的腦力(intellectual effort)而且很容易出錯(error-prone)。

Konrad Zuse於1948年發表了他所設計的Plankalkül程式語言的論文[1]。但是在他有生之年卻未能將該語言實作,而他原本的貢獻也被其他的發展所孤立。

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

1950與1960年代[编辑]

有三個現代程式語言於1950年代被設計出來,這三者所衍生的語言直到今日仍舊廣泛地被採用:

另一個1950年代晚期的里程碑是由美國與歐洲計算機學者針對"演算法的新語言"所組成的委員會出版的ALGOL 60報告(名稱取自"ALGOrithmic Language"(演算法語言))。這份報告強化了當時許多關於計算的想法,並提出了兩個語言上的創新功能:

  • 巢狀區塊結構:可以將有意義的程式碼片段群組成一個區塊(block),而非轉成分散且特定命名的程序。
  • 詞彙範圍(lexical scoping):區塊可以有區塊外部無法透過名稱存取,屬於區塊本身的變數、程序以及函式。

另一個創新則是關於語言的描述方式:

  • 一種名為巴科斯-諾爾範式 (BNF)的數學化精確符號被用於描述語言的語法。之後的程式語言幾乎全部都採用類似BNF的方式來描述程式語法中上下文無關的部份。

Algol 60對之後語言的設計上帶來了特殊的影響,部分的語言很快的就被廣泛採用。後續為了開發Algol的擴充子集合,設計了一個名為Burroughs(en:Burroughs large systems)的大型系統。

延續Algol的關鍵構想所產生的成果就是ALGOL 68

  • 語法跟語意變的更加正交(orthogonal),採用匿名的歷程(routines),採用高階(higher-order)功能的遞迴式輸入(typing)系統等等。
  • 整個語言及語意的部分都透過為了描述語言而特別設計的Van Wijngaarden grammar來進行正式的定義,而不僅止於上下文無關的部份。

Algol 68一些較少被使用到的語言功能(如同步與並列區塊)、語法捷徑的複雜系統,以及型態自動強制轉換(coercions),使得實作者興趣缺缺,也讓Algol 68獲得了很難用(diffcult)的名聲。尼克劳斯·维尔特就乾脆離開該設計委員會,另外在開發出更簡單的Pascal語言。

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

1967-1978:確立了基礎範式[编辑]

1960年代晚期至1970年代晚期的期間中,程式語言的發展也有了重大的成果。大多數現在所使用的主要語言範式都是在這段期間中發明的:

這些語言都各自演展出自己的家族分支,現今多數現代程式語言的祖先都可以追朔他們其中至少一個以上。

在1960年代以及1970年代中結構化程式設計的優點也帶來許多的爭議,特別是在程式開發的過程中完全不使用GOTO。這項爭議跟語言本身的設計非常有關係:某些語言並沒有包含GOTO,這也強迫程式設計師必須結構化地編寫程式。儘管這個爭議在當時吵翻了天,但幾乎所有的程式設計師都同意就算語言本身有提供GOTO的功能,在除了少數罕見的情況下去使用GOTO是種不良的程序风格。結果是之後世代的程式語言設計者發覺到結構化程式語言的爭議實在既乏味又令人眼花撩亂。

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

1980年代:增強、模組、效能[编辑]

1980年代的程式語言與之前相較顯得更為強大。C++合併了物件導向以及系統程式設計。美國政府標準化一種名為Ada的系統程式語言並提供給國防承包商使用。日本以及其他地方運用了大量的資金對採用邏輯程式語言結構的第五代語言進行研究。函數程式語言社群則把焦點轉移到標準化ML及Lisp身上。這些活動都不是在開發新的範式,而是在將上個世代發明的構想進一步發揚光大。

然而,在語言設計上有個重大的新趨勢,就是研究運用模組或大型組織化的程式單元來進行大型系統的開發。Modula、Ada,以及ML都在1980年代發展出值得注意的模組化系統。模組化系統常拘泥於採用泛型程式設計結構:泛型存在(generics being)、本質(essence),參數化模組(parameterized modules)。(參閱多型)

儘管沒有出現新的主要程式語言範式,許多研究人員仍就擴充之前語言的構想並將它們運用到新的內容上。舉例來說,Argus以及Emerald系統的語言配合物件導向語言運用到分散式系統上。

1980年代的程式語言實作情況也有所進展。计算机系统结构RISC的進展假定硬體應當為編譯器設計,而非身為人類的組合語言程式設計師。藉由中央处理器速度增快的幫助,編譯技術也越來越積極,RISC的進展對高階語言編譯技術帶來不小的關注。

語言技術持續這些發展並邁入了1990年代。

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

1990年代:網際網路時代[编辑]

1990年代未見到有什麼重大的創新,大多都是以前構想的重組或變化。這段期間主要在推動的哲學是提升程式設計師的生產力。許多"快速應用程式開發" (RAD) 語言也應運而生,這些語言大多都有相應的整合開發環境垃圾回收等機制,且大多是先前語言的衍生語言。這類型的語言也大多是物件導向的程式語言,包含有Object PascalVisual Basic,以及C#Java則是更加保守的語言,也具備垃圾回收機制。與其他類似語言相比,也受到更多的觀注。新的脚本语言則比RAD語言更新更好。這種語言並非直接從其他語言衍生,而且新的語法更加開放地(liberal)與功能契合。雖然腳本語言比RAD語言來的更有生產力,但大多會有因為小程式較為簡單,但是大型程式則難以使用腳本語言撰寫並維護的顧慮[來源請求]。儘管如此,腳本語言還是網路層面的應用上大放異彩。

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

現今的趨勢[编辑]

程式語言持續在學術及企業兩個層面中發展進化,目前的一些趨勢包含有:

在這段期間被開發出來的重要語言包括有:

程式語言發展史上的傑出人物[编辑]

參閱[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ J. Fuegi and J. Francis, Lovelace & Babbage and the creation of the 1843 'notes'., Annals of the History of Computing, 2003-October-December, 25 (4): 19, 25, doi:10.1109/MAHC.2003.1253887 

延伸閱讀[编辑]

  • Sammet, Jean E., "Programming Languages: History and Fundamentals" Prentice-Hall, 1969

外部連結[编辑]