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Smalltalk (Programmiersprache)

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Smalltalk ist eine dynamisch typisierte objektorientierte Programmiersprache und zugleich eine vollständige Entwicklungsumgebung, die in den 70er Jahren am Xerox PARC Forschungszentrum durch Alan Kay, Dan Ingalls, Adele Goldberg und andere entwickelt wurde. Sie wurde allgemein unter dem Namen Smalltalk-80 freigegeben und hat die Entwicklung vieler späterer Programmiersprachen beeinflusst (z.B. Java). Smalltalk basiert stark auf den ersten objektorientierten Konzepten, die bei der Entwicklung von Simula gewonnen wurden; das erste Smalltalk-System wurde in Simula geschrieben.

Die Smalltalk-Entwicklungsumgebung enthielt viele Ideen, die später mit der Macintosh- und dann Windows-Benutzeroberfläche verbreitet wurden. Verwendet wurde ein Grafikbildschirm mit verschiebbaren Fenstern, Aufklappmenüs und Schriften von verschiedener Größe. Eine Maus mit drei Tasten - rot, blau und gelb - diente erstmals als zusätzliches Eingabegerät. Das Model-View-Controller-Konzept (MVC) spielte in der Smalltalk-80-Entwicklungsumgebung eine wesentliche Rolle.

Wichtige Eigenschaften von Smalltalk

  • Alles in Smalltalk ist ein Objekt, auch Zeichenketten, Integer, Boolesche Werte, Klassen(-definitionen), ausführbarer Code, Stack-frames, der Speicher, Codeblöcke etc.
  • Objekte werden dadurch aktiviert, dass man ihnen Nachrichten (Messages) schickt. Dies führt dazu, dass die entsprechende Methode (Funktion) des Objekts ausgeführt wird.
  • Der gesamte Quelltext ist i.d.R. offen und kann somit verändert werden. Nur sehr wenige Methoden greifen auf echte 'Primitives' der VM (virtuellen Maschine) zurück.
  • Dynamische Typisierung - erst zur Laufzeit eines Programms wird ermittelt, welche Funktion - in Smalltalk 'Methode' genannt - tatsächlich aufgerufen wird. In manchen anderen objektorientierten Programmiersprachen (z.B. C++) muss man dieses Verhalten explizit vorher angeben.
  • Vererbung: Jede Klasse (außer der Wurzelklasse Object) ist von genau einer Oberklasse abgeleitet, deren Verhalten sie erbt und beliebig erweitern kann (keine Mehrfachvererbung).
  • Automatische Speicherbereinigung (engl. garbage collection = Mülleinsammeln), die nicht durch den Programmierer beeinflusst werden muss. Ein Objekt 'lebt' solange, wie es von anderen Objekten referenziert wird.
  • Smalltalkprogramme werden in Bytecode übersetzt, der durch eine virtuelle Maschine ausgeführt wird. Dadurch laufen Smalltalk-Programme ohne jegliche Änderung auf jedem System, für das eine virtuelle Maschine existiert. Ursprünglich wurde der Bytecode interpretiert; kommerzielle Umgebungen arbeiten inzwischen fast ausschließlich mit dynamischer Übersetzung.
  • Üblicherweise hat man eine Programmierumgebung (selbst in Smalltalk geschrieben), in der man Quelltext am "lebenden" Objekt ändern und dann auch direkt in der geänderten Form (weiter)ausführen kann. "Smalltalkprogramme" kann man ändern, während sie laufen.
  • Die Quelltexteingabe erfolgt üblicherweise im sog. Class-Browser.
  • Eine überraschende Eigenschaft im Vergleich zu traditionellen Sprachen ist, dass die Kontrollstrukturen wie if-then-else, for, while nicht in die Sprache eingebaut sind. Zumindest erscheint dies dem Programmierer so. Zum Beispiel wird eine IF-Anweisung so ausgeführt, indem eine ifTrue:-Botschaft an ein Boole'sches Objekt gesandt wird. Als Parameter wird ein Block (Anweisungsfolge) übergeben, die ausgeführt wird, wenn das Boole'sche Objekt den Wert True zurückgibt.

Es gibt nur drei eingebaute ausführbare Konstrukte: 

   * Senden einer Botschaft an ein Objekt;
   * Zuweisen eines Objekt an eine Variable;
   * Ein Objekt als Rückgabewert einer Methode liefern;

Expression

Expressions sind von der Form 

 anObject message

D.h. man sendet einem Objekt eine Message. Das Objekt antwortet mit einem Antwortobjekt.

Die message kann komplex sein kann, Expressions können kombiniert und mit Klammern geschachtelt werden.

Zuweisungsanweisungen

Eine Zuweisung ist von der Form 

 aVariable := anExpression .

Zuweisungen werden mit einem Punkt abgeschlossen.


Blöcke

Blöcke sind Sequenzen von Zuweisungsanweisungen und Expressions. Sie werden durch eckige Klammern eingeschlossen. Blöcke können parameterlos sein oder auch Parameter aufweisen. 

 [ nurAnweisungen ]
 [ :einParameter | dieBlockAnweisungenDieDenParameterNutzen ]


Kontrollstrukturen

Die Kontrollstrukturen werden mit booleschen Ausdrücken und Blöcken implementiert. Ein boolescher Ausdruck liefert nach der Auswertung ein Boolesches Objekt. Diesem wird dann eine Message zugesandt, die als Parameter einen ausführbaren Block hat. Der Programmtext sieht aber ähnlich aus, wie bei anderen Programmiersprachen auch, so dass man wie dort einfach gewisse Kontrollstrukturen als gegeben anwenden kann.

Einige Beispiele.

IF-Anweisung

  aBoolean ifTrue: [ ein Block mit Anweisungen ]

oder 

  [ ein Block, der ein boole'sches Objekt zurückgibt ] ifTrue: [ ein Block mit Anweisungen ]


Schleifen

  [ ein Block, der ein boole'sches Objekt zurückgibt ] whileTrue: [ einBlock ]
  [ ein Block, der ein boole'sches Objekt zurückgibt ] whileFalse: [ einBlock ]

  einIntegerStartWert to: einIntegerEndwert do: [ :laufvariable | Anweisungsfolge]

Collections

Die Smalltalkumgebungen sind mit einer großen Klassenbibliothek ausgestattet. Ein wichtiger allgemeiner Objekttyp (Klasse) sind die Collections, d.h. Sammlungen von Objekten. Die Klasse Collection steht an der Wurzel einer ganzen Hierarchie von Klassen.

Eine wichtige Arbeit, die man mit einem Collection-Objekt durchführen kann ist für jedes Element der Collection einen Block von Anweisungen auszuführen. Andere Programmiersprachen brauchen hierfür spezielle Konstrukte (Iteratoren). 

  aCollection do: [ :einElement  | auszuführendeArbeitFürDiesesElement ]

Programmbeispiel

Das klassische HelloWorld-Beispiel sieht wie folgt aus: 

Transcript show: 'Hello World!'


Transcript ist eine in jeder Smalltalkumgebung vordefinierte globale Variable, die ein Objekt enthält, auf dem man Dinge protokollieren kann (ein Ausgabefenster).

Wir sendem diesem Objekt die Message 

   show: aString


Ein bereits etwas komplexeres Beispiel: 

'Hello World' do: [ :eachChar|
    Transcript show: eachChar ; cr
].

gibt den Text "Hello World" vertikal aus. 'Hello World' ist ein String (Zeichenkette). Das Klasse dieses Objektes ist eine Unterklasse von Collection. Ein String ist also eine Collection von Zeichen. Indem wir dem Objekt String die Message 

  aString do: [ :eachChar | OperationenMitDiesemBuchstaben ]

senden gehen wir alle Buchstaben (Elemente) des Strings einzeln durch.


Das Dictionary (in Perl Hash, in Java HashMap) ist eine in Smalltalk häufig verwendete Datenstruktur: 

   d := Dictionary new.
   d at: 'grün' put: 'green'.
   d at: 'blau' put: 'blue'.
   d at: 'rot'  put: 'red'.
  
   Transcript show: (d at: 'blau').

Auch das Dictionary ist eine Unterklasse von Collection. Diese Datenstruktur entspricht dem assoziativen Array in anderen Programmiersprachen.

Implementierungen

Siehe auch: Objective-C

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