CLU ist eine Programmiersprache die zwischen 1974 und 1975 am Massachusetts Institute of Technology von Barbara Liskov und ihren Studenten entwickelt wurde. CLU war laut Liskov die erste implementierte Programmiersprache, die eine direkte sprachliche Unterstützung für Datenabstraktion bot, welches ein Schlüsselelement in der Entwicklung der objektorientierten Programmiersprachen war.
Die Idee zur Datenabstraktion kam im Zuge von Arbeiten zur Programmiermethodologie auf. Das Primäre Ziel des Projekts, welches zur Entwicklung von CLU führte, war es die Forschung zur Programmiermethodologie voranzutreiben. Gemäß eigenen Angaben sahen die Entwickler der Sprache ihr Ziel nicht in der Verbreitung derselben sondern eher in der Verbreitung der Konzepte zur Softwareentwicklung die in CLU umgesetzt wurden. Ihren Erfolg bemaßen sie im Einfluss den ihre Publikationen auf der Entwicklung zukünftiger Programmiersprachen und ihrer Anwendung in der Praxis haben sollten. CLU erhielt somit einen symbolischen Charakter. Die Entwicklung von CLU wurde von der DARPA und der National Science Foundation unterstützt.
CLU war nicht auf sogenannte Low Level Programmierung ausgelegt, die man z. B. bei der Entwicklung von Betriebssystemen und ihren Komponenten anwendet. Die Sprache sollte erfahrene Programmierer ansprechen und obwohl sie nicht als Lernsprache zu akademischen Zwecken wie Pascal gedacht war, lässt sie sich auch als solche nutzen. CLU favorisiert die Lesbarkeit sowie die Verständlichkeit von Softwaresystemen gegenüber der Einfachheit funktionierenden Code schreiben zu können. Es war technisch gesehen als Werkzeug zur Entwicklung im grossen Stil gedacht, der Schwerpunkt wurde auf der Entwicklung von grossen Softwaresystemen gelegt, die mehrere Entwickler benötigten und deren Umfang mehrere tausend bis hunderttausend Zeilen Code beinhalten sollte.
Entwicklung der Sprache
CLU wurde ursprünglich von 4 Personen entwickelt: Barbara Liskov sowie die Studenten Russ Atkinson, Craig Schaffert und Alan Snyder. Steve Zilles war stark in den ersten Arbeiten zu CLU involviert, ab 1974 verstärkte er seine Aktivitäten auf die Spezifikationen von abstrakten Typen und fungierte zum Schluss mehr als interessierter Schaulustiger und Kritiker des Designprozesses. Mit der Zeit kamen weitere Studenten hinzu, unter anderem Bob Scheifler und Eliot Moss. Die Entwicklung war stark auf Teamarbeit ausgerichtet, es ist somit nicht möglich einzelne Sprachelemente einzelnen Entwicklern zuzuordnen. Die Implementation erfolgte parallel zum Design der Sprache, es wurde nie zugelassen, dass die Implementation das Design der Sprachelemente bestimmte. Die Fertigstellung von Sprachelementen wurde solange verzögert bis das Design derjenigen fertiggestellt war.
Es wurden verschiedene Programmiersprachen studiert um abzuklären welche von ihnen eventuell als Basis für CLU in Frage käme. Die Entwickler kamen zum Schluss, dass keine der Sprachen geeignet wäre, da keine von ihnen Datenabstraktion unterstützt. Die Entwickler wollten wissen wohin diese Idee sie bringen würde, ohne sich darüber sorgen zu müssen, wie es mit vorher existierenden Eigenschaften aufeinander wirken könnte. Dennoch wurden verschiedene Sprachelemente von vorhandenen Programmiersprachen übernommen. Das semantische Modell lehnt sich größtenteils an Lisp an; die Syntax wurde von ALGOL übernommen.
Cluster
Eines der wichtigsten Elemente von CLU ist das Konzept des Clusters.Dieses entspricht einem Objekt in einer objektorientierten Sprache wie C++ und weist ungefähr dieselbe Syntax auf.
Als Beispiel sei hier eine Implementation für komplexe Zahlen angeführt:
complex_number = cluster is add, subtract, multiply, ...
rep = record [ real_part: real, imag_part: real ]
add = proc ... end add;
subtract = proc ... end subtract;
multiply = proc ... end multiply;
...
end complex_number;
Obwohl das Konzept der Clusters ein dazumals fortschrittliches Werkzeug zur Strukturierung von Programmcode darstellte, existiert keinerlei Mechanismus um die Cluster selbst zu strukturieren. Das bedeutet, dass Clusternamen Global sind und keine Gruppierung sowie Verschachtelung von Cluster möglich sind. CLU unterstützt keine implizite Typkonvertierung, in einem Cluster wechseln die expliziten Konvertierungen mit den Befehlen up und down zwischen dem abstrakten Typ und der Representation. Des weiteren wird ein universeller Datentyp "any", sowie eine Prozedur "force[]" zur Verfügung gestellt. Die Prozedur überprüft ob ein Objekt einen bestimmten Typ besitzt. Objekte können die Eigenschaften "mutable" und "immutable" aufweisen, letztere werden als sogenannte native Datentypen wie z.B. Integer definiert.
Weitere Sprachelemente
Viele Funktionen von objektorientierten Sprachen wie z. B. die Vererbung wurden aus Designgründen absichtlich nicht implementiert, andererseits unterstützt CLU Sprachelemente wie die Ausnahmebehandlung, Iteratoren und parametrisierte Typen.
Ausnahmebehandlung (Exception Handling)
→ Hauptartikel: Ausnahmebehandlung
CLU unterstützt ebenfalls die Ausnahmebehandlung, es bietet ein Mechanismus an welcher auf dem Terminierungsmodell von Ausnahmen basiert. Ein Funktionsaufruf kann sich selbst unter verschiedenen Bedingungen beenden, eine der Bedingungen ist die Terminierung der Funktion mit einem definierten normalen Rückgabewert. Jeder andere Wert stellt eine Ausnahme dar. Der Mechanismus von CLU ist in seiner Behandlung von unbehandelten Ausnahmen ungewöhnlich. Die meisten Mechanismen zur Ausnahmebehandlung reichen diese durch den Baum an Funktionsaufrufen in einem Programmcode weiter: Wenn die Funktion in der die Ausnahme ausgelöst wurde diese nicht behandelt, wird sie der im Baum vorhergehenden Funktion weitergereicht. In CLU hingegen werden alle unbehandelten Ausnahmen in sogenannte "Failures" umgewandelt und als solche weitergereicht. Auf vielen Versuchen in anderen Programmiersprachen basierend werden Ausnahmen mit "signal" aufgeworfen und mit "except" abgefangen. Da der Fokus auf das Typdesign gelegt wurde, existiert auch keine Möglichkeit Aufzählungstypen zu erstellen.
Iteratoren
→ Hauptartikel: Iterator
Ein weiteres wichtiges Element von CLU sind die Iteratoren. Diese bezeichnen einen Zeiger, mit dem über die Elemente einer Liste bzw. durch die Elemente einer Menge iteriert werden kann. Iteratoren waren an ein Konstrukt namens Generator angelehnt welches in der Programmiersprache Alphard angewendet wurde. Die Entwickler von CLU lernten die Idee der Generatoren im Rahmen einer Konferenz mit der Alphard Group kennen. Das Konzept interessierte die CLU-Entwickler da es verschiedene Probleme bezüglich der Datenabstraktion löste. Allerdings befürchteten sie auch, dass dieses Konstrukt zu Komplex wäre. Trotzdem entwarf Russ Atkinson, von den Generatoren inspiriert, das Konzept der Iteratoren in CLU während eines Rückfluges von der konferenz nach Boston. Er beschreibte diese in einer sogenannten "Design note" im September 1975. Iteratoren in CLU stellen "Black Boxen" dar, die unabhängig von den Daten auf denen sie angewandt werden eine Programmierschnittstelle zur Verfügung stellen. Somit würden z.B. die Iteratoren für komplexe Zahlen und diejenigen für integer Arrays identisch sein. Iteratoren sind mittlerweile ein weit verbreitetes Sprachelement in vielen modernen Programmiersprachen.
Mehrfache Zuweisung
CLU unterstützt des weiteren die mehrfache Zuweisung mit welcher mehr als eine Variable auf der linken Seite des Zuweisungsoperators stehen kann. z.B. würde x,y = y,x Werte zwischen den Variablen x und y austauschen. In derselben Art und Weise können Funktionen mehrere Werte wie z.B. x,y,z = f(t) zurück liefern.
Einfluss auf andere Programmiersprachen
- Python und Ruby übernahmen verschieden Konzepte von CLU wie z.B. die "yield" Anweisung und die mehrfache Zuweisung.
- CLU und Ada waren die massgeblichen Vorbilder für Templates in C++.
- Die Mechanismen des Exception handling von CLU beeinflusste modernere Programmiersprachen wie C++ und Java.
- Alle Objekte von CLU existieren im heap, die Speicherverwaltung läuft automatisch ab, dies beeinflusste Java in direkter Form.
- Python und C# bieten das Konzept der Generatoren an, welche zuerst als Iteratoren in CLU auftauchten.
- Lua übernahm die mehrfache Zuweisung sowie das mehrfache zurückgeben von Funktionswerten von CLU.
Quellen
- Barbara Liskov: A History of CLU, 1992 (engl., Postscript-Format, ca. 150 kB)
Weblinks
- CLU-Website der Programming Methodology Group am MIT (engl.)
- clu2c ein Programm um CLU code in C zu übersetzen. (engl.)
- Dictionary of Programming Languages CLU im Wörterbuch der Programmiersprachen (engl.)
- CLU Vergleich mit "99 bottles of beer" Demo. Demo-Algorithmusseite zu verschiedenen Programmiersprachen