程式语言历史

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本条目探讨程式语言在历史上的主要发展。更详细的事件发生年表，请参阅程式语言年表（英语：Timeline of programming languages）。

1940之前[编辑]

霍列瑞斯式的打孔机(pantograph)，用于1890年的人口普查[1]

第一个程式语言的出现早于现代的计算机的诞生。首先，这种语言是种代码。

于1804年发明的雅卡尔织布机，运用打孔卡上的坑洞来代表缝纫织布机的手臂动作，以便自动化产生装饰的图案。

爱达·勒芙蕾丝在1842年至1843年间花费了九个月，将义大利数学家费德里科·路易吉关于查尔斯·巴贝奇新发表机器分析机的回忆录翻译完成。她于那篇文章后面附加了一个用分析机计算伯努利数方法的细节，被部分历史学家认为是世界上第一个电脑程序。[2]

赫尔曼·何乐礼在观察列车长对乘客票根在特定位置打洞的方式后得到灵感，把资讯编码记载到打孔卡上，随后根据这项发现使用打孔卡来编码并纪录1890年的人口统计资料。

最早的计算机程式码是针对他们的应用面设计的。例如，阿隆佐·邱奇曾以公式化(formulaic)的方式表达λ演算。图灵机是一种纸带标记(tape-marking)机器(就像电话公司用的那种)操作方法抽象化后的集合。图灵机这种透过有限数字(finite number)呈现机器的方式，奠定了程式如同冯·诺伊曼结构计算机中的资料一样地储存的基础。但不同于λ演算，图灵机的程式码并没有办法成为高阶程式语言的基石，这是因为它主要的用途是分析演算法的复杂度。

第一个现代程式语言很难界定。最一开始是因为硬体限制而限定了语言，打孔卡允许80行(column)的长度，但某几行必须用来记录卡片的顺序。FORTRAN则纳入了一些与英文字词相同的关键字，像是“IF”、“GOTO”（原字词为go to），以及“CONTINUE”。之后采用磁鼓作为记忆体使用，也代表计算机程式也必须插入(interleave)到磁鼓的转动(rotation)中。和现今比较起来，这也让程式语言必须更加依赖硬体(hardware-dependent)。

对部分的人认为必须在“程式语言”的状态确立之前，根据能力(power)以及可读性(human-readability)的程度来决定历史上第一个程式语言是什么语言。提花织布机和查尔斯·巴贝奇所制作的差分机都具备在大量限制下，简单描述机器应执行行为的语言。也有种并非设计给人类运用的受限特定领域语言，是将打孔卡运用到自动演奏钢琴上。

1940年代[编辑]

最早被确认的现代化、电力启动(electrically powered)的计算机约在1940年代被创造出来。程式设计师在有限的速度及记忆体容量限制之下，撰写人工调整(hand tuned)过的组合语言程式。而且很快就发现到使用组合语言的这种撰写方式需要花费大量的脑力(intellectual effort)而且很容易出错(error-prone)。

康拉德·楚泽于1948年发表了他所设计的Plankalkül程式语言的论文[3]。但是在他有生之年却未能将该语言实作，而他原本的贡献也被其他的发展所孤立。

1950与1960年代[编辑]

有三个现代程式语言于1950年代被设计出来，三者衍生的语言直到今日仍旧广泛地被采用：

  • FORTRAN (1955)，名称取自“FORmula TRANslator”(公式翻译器)，由约翰·巴科斯等人所发明；
  • LISP，名称取自“LISt Processor”(列举处理器)，由约翰·麦卡锡等人所发明；
  • COBOL，名称取自“COmmon Business Oriented Language”(通用商业导向语言)，由被葛丽丝·霍普深刻影响的Short Range Committee所发明。

另一个1950年代晚期的里程碑是由美国与欧洲计算机学者针对“演算法的新语言”所组成的委员会出版的《ALGOL 60报告》（名称取自“ALGOrithmic Language”，即演算法语言）。这份报告强化了当时许多关于计算的想法，并提出了两个语言上的创新功能：

  • 嵌套区块结构：可以将有意义的程式码片段群组成一个块，而非转成分散且特定命名的程序。
  • 词法作用域：区块可以有区块外部无法透过名称存取，属于区块本身的变数、程序以及函式。

另一个创新则是关于语言的描述方式：

  • 一种名为巴科斯-诺尔范式 (BNF)的数学化精确符号被用于描述语言的语法。之后的程式语言几乎全部都采用类似BNF的方式来描述程式语法中上下文无关的部份。

Algol 60对之后语言的设计上带来了特殊的影响，部分的语言很快的就被广泛采用。后续为了开发Algol的扩充子集合，设计了一个名为Burroughs大型系统（英语：Burroughs large systems）。

延续Algol的关键构想所产生的成果就是ALGOL 68：

  • 语法跟语意变的更加正交(orthogonal)，采用匿名的例程(routines)，采用高阶(higher-order)功能的递回式类型(typing)系统等等。
  • 整个语言及语意的部分都透过为了描述语言而特别设计的Van Wijngaarden grammar（英语：Van Wijngaarden grammar）来进行正式的定义，而不仅止于上下文无关的部份。

Algol 68一些较少被使用到的语言功能(如同步与并列区块)、语法捷径的复杂系统，以及型态自动强制转换(coercions)，使得实作者兴趣缺缺，也让Algol 68获得了“难用”的名声。尼克劳斯·维尔特就干脆离开该设计委员会，另外再开发出更简单的Pascal语言。

在这段期间被开发出来的重要语言包括有：

1960年代晚期-1970年代晚期：确立了基础范型[编辑]

1960年代晚期至1970年代晚期的期间中，程式语言的发展也有了重大的成果。大多数现在所使用的主要语言范型都是在这段期间中发明的：

这些语言都各自演展出自己的家族分支，现今多数现代程式语言的祖先都可以追溯他们其中至少一个以上。

在1960年代以及1970年代中结构化程式设计的优点也带来许多的争议，特别是在程式开发的过程中完全不使用GOTO。这项争议跟语言本身的设计非常有关系：某些语言并没有包含GOTO，这也强迫程式设计师必须结构化地编写程式。尽管这个争议在当时吵翻了天，但几乎所有的程式设计师都同意就算语言本身有提供GOTO的功能，在除了少数罕见的情况下去使用GOTO是种不良的程序风格。结果是之后世代的程式语言设计者发觉到结构化程式语言的争议实在既乏味又令人眼花缭乱。

在这段期间被开发出来的重要语言包括有：

1980年代：增强、模组、效能[编辑]

1980年代的程式语言与之前相较显得更为强大。C++合并了物件导向以及系统程式设计。美国政府标准化一种名为Ada的系统程式语言并提供给国防承包商使用。日本以及其他地方运用了大量的资金对采用逻辑程式语言结构的第五代程式语言进行研究。函数程式语言社群则把焦点转移到标准化ML及Lisp身上。这些活动都不是在开发新的范型，而是在将上个世代发明的构想进一步发扬光大。

然而，在语言设计上有个重大的新趋势，就是研究运用模组或大型组织化的程式单元来进行大型系统的开发。Modula、Ada，以及ML都在1980年代发展出值得注意的模组化系统。模组化系统常拘泥于采用泛型程式设计结构：泛型存在(generics being)、本质(essence)，参数化模组(parameterized modules)。(参阅多态)

尽管没有出现新的主要程式语言范型，许多研究人员仍就扩充之前语言的构想并将它们运用到新的内容上。举例来说，Argus (编程语言)以及Emerald（英语：Emerald (programming language)）系统的语言配合物件导向语言运用到分散式系统上。

1980年代的程式语言实作情况也有所进展。计算机系统结构中RISC的进展假定硬体应当为编译器设计，而非身为人类的组合语言程式设计师。借由中央处理器速度增快的帮助，编译技术也越来越积极，RISC的进展对高阶语言编译技术带来不小的关注。

语言技术持续这些发展并迈入了1990年代。

在这段期间被开发出来的重要语言包括有：

1990年代：网际网路时代[编辑]

1990年代未见到有什么重大的创新，大多都是以前构想的重组或变化。这段期间主要在推动的哲学是提升程式设计师的生产力。许多"快速应用程式开发" (RAD) 语言也应运而生，这些语言大多都有相应的整合开发环境、垃圾回收等机制，且大多是先前语言的衍生语言。这类型的语言也大多是物件导向的程式语言，包含有Object Pascal、Visual Basic，以及C#。Java则是更加保守的语言，也具备垃圾回收机制。与其他类似语言相比，也受到更多的观注。新的脚本语言则比RAD语言更新更好。这种语言并非直接从其他语言衍生，而且新的语法更加开放地(liberal)与功能契合。虽然脚本语言比RAD语言来的更有生产力，但大多会有因为小程式较为简单，但是大型程式则难以使用脚本语言撰写并维护的顾虑[来源请求]。尽管如此，脚本语言还是网路层面的应用上大放异彩。

在这段期间被开发出来的重要语言包括有：

现今的趋势[编辑]

程式语言持续在学术及企业两个层面中发展进化，目前的一些趋势包含有：

在这段期间被开发出来的重要语言包括有：

程式语言发展史上的杰出人物[编辑]

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Truesdell, Leon E. The Development of Punch Card Tabulation in the Bureau of the Census: 1890-1940. US GPO. 1965. 
  2. ^ J. Fuegi and J. Francis, Lovelace & Babbage and the creation of the 1843 'notes'., Annals of the History of Computing, October–December 2003, 25 (4): 19, 25, doi:10.1109/MAHC.2003.1253887 
  3. ^ [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）

延伸阅读[编辑]

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

外部链接[编辑]

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