لغة كامل الموضوعية

لغة تام الموضوعية أوالأوتام هي التطبيق الرئيسي للغة البرمجة تام والتي خطها جميع من زافيير ليروي وجيورم فويلون وداميان دوليجي وديديير ريمي وآخرين عام 1996. وتعمل لغة أوتام على التوسع في لغة تام الرئيسية مع مقومات توجهها موضوعي.

وتتضمن مجموعة أدوات لغة أوتام مترجم على أعلى مستوى ومصنف بايت كود ومصنف شفرة أصلية مثالي. كما يضم مخطة كبيرة قياسية تجعله مفيدا بالنسبة للكثير من التطبيقات الشبيهة كالبايثون أوالبريل ويعد أيضا من مقومات البرمجة ذات التوجه الموضوعي والوحدوية بشكل كبير مما يجعله قابل للتطبيق بالنسبة لهندسة البرمجيات بصورة واسعة النطاق. وأوتام هوالبرنامج اللاحق لكامل لايت. وحدثة تام هي اختصار للمصطلح Categorical Abstract Machine Language أولغة الآلة المجردة المطلقة بالرغم من أوتام تتخلى عن هذه الآلة المجردة.

كما أنه يتم إدارة مشروع أوتام عبر مورد مفتوح وحر تحتفظ به شركة إنريا في الأساس. وفي السنوات الأخيرة، اشتقت الكثير من اللغات الجديدة بعض عناصرها من الأوتام وأكثرها شهرة هي #F وسكالا.

الفلسفة

تشتهر تلك اللغات المشتقة من إم إل بأنظمتها النمطية الساكنة ومصنفات الاستدلال على النمط. كما توحد الأوتام بين البرمجة الوظيفية والإلزامية والموضوعية تحت مظلة نظام طباعة شبيه بالإم إل. وهذا يعني أنه ليس هناك ضرورة لأنقد يكون مؤلف البرنامج معتادا على نموذج اللغة الوظيفية البحت من أجل استخدام الأوكامل.

ويمكن حتى يساعد نظام النمط الساكن للأوتام في التخلص من المشاكل أثناء التشغيل، إلا أنه يجبر المبرمج أيضا على التأقلم مع بعض القيود الخاصة بنظام الطباعة والتي تتطلب تفكيرا عميقا وانتباها شديدا. أما المصنف المستدل على النمط فهويقلل بشدة من الحاجة لحواشي طباعة تفسيرية يدوية (على سيبل المثال لا بحاجة طباعة البيانات للمتغيرات وتوقيع الوظائف عادة حتى يتم التصريح عنها علنا، كما تعمل في الجافا). وبالرغم من ذلك فإن الاستخدام الفاعل لنظام طباعة الأوتام يمكن حتى يحتاج إلى بعض التعقيدات من جانب المبرمج.

ويتم تمييز لغة أوتام عن اللغات الأخرى بتأكيدها على الأداء. أولا فإن نظام نمطيتها الساكن يجعل عدم التوافق في الطباعة أثناء التشغيل أمرا محالا ومن ثم يمكن تجنب الطباعة أثناء التشغيل والتدقيقات الأمنية التي تكون عبئا على أداء اللغات المطبوعة ديناميكيا بينما لا تزال تكفل الأمان أثناء التشغيل (فيما عدا حين يتم إغلاق ميزة تدقيق حدود الصفوف أوحين يتم استخدام ميزات طباعة معينة غير آمنة، وهي حالات نادرة بما يكفي يمكن تجنبها بسهولة عمليا).

وبغض النظر عن تدقيق الطباعة فإن لغات البرمجة الوظيفية هي بوجه عام تتحدى تصنيف شيفرة لغة الآلة ذات الكفاءة بسبب بعض الأمور مثل معضلة "فانارج"، بالإضافة إلى الحلقة والسجل وتعليمات المثالية القياسية، فإن المصنف المثالي لأوتام يقوم بتوظيف تقنيات تحاليل برامج ساكنة لجعل القيمة الخاصة بالفراغات الصندوقية وتقسيم الإغلاق أفضل بما يساعد على زيادة أداء الشفرة الناتجة حتى إذا كانت تستغل مقومات البرمجة الوظيفية بشكل مكثف.

وقد صرح زافير ليروي بأن "لغة أوتام تعمل على الأقل على توصيل 50% من أداء مصنف السي المتواضع"، ولكن من الممكن إجراء مقارنة مباشرة. ويمكن تطبيق بعض وظائف المخطة القياسية للأوتام عبر أنظمة حسابية أسرع من الوظائف المكافئة في المخطات القياسية للغات الأخرى. على سبيل المثال فإن تطبيق اتحاد معين في مخطة الأوتام أسرع بشكل متقارب من الوظيفة المكافئة في المخطات القاسية للغات الإلزامية (مثل السي بلس بلس والجافا) لأن تطبيق الأوتام يستغل ثبوت بعض المجموعات من أجل إعادة استخدام أجزاء من مجموعات المدخلات في النتائج (المثابرة).

السمات

من بين سمات أوكامل: نظام نمطي ساكن، استدلال من النمط، تعدد الأشكال القياسي، تكرار اللاحقات، التطابق مع النموذج، إيقاف من الدرجة الأولى للمفردات، وحدات قياسية (فانكتور)، التعامل الاستثنائي وجمع القمامات الآلية الإضافية والتوليدية.

وتشتهر لغة أوتام على وجه الخصوص بالتوسع في الاستدلال بالنمط بأسلوب إم إل نحونظام موضوعي في اللغة ذات الهدف العام، ويتيح ذلك الطباعة الثانوية الهيكلية حيث تكون الأحرف المطبوعة متطابقة إذا كانت توقيعات طريقتها متوافقة أيضا بغض النظر عن موروثاتها المعروفة والسمة الغير معتادة في اللغات التي تطبع بطريقة ساكنة.

كما يتوافر سطح بيني للوظائف الغريبة ليتم ربطها ببدائيات لغة السي متضمنا دعما لغويا للصفوف العددية ذات الكفاءة في صياغات تتماشى مع جميع من السي والفورتران. وتدعم لغة الأوتام أيضا إنشاء مخطات لوظائف الأوتام يمكن ربطها بالبرنامج الرئيسي في السي بحيث يمكن للمرء توزيع مخطة الأوتام على مبرمجي السي الذين ليس لديهم أي فهم أوليس متاحا لديهم تطبيق الأوكامل.

ويتضمن توزيع أوكامل:

معرّب قابل للتوسع ولغة كبيرة تسمى كاملب ي فور تسمح بالتوسع في هجريب جمل الأوتام أوحتى استبدالها.
أدوات وضع مفردات ومعرّبات تسمى أوكامليكس وأوكاملياك.
مصحح أخطاء يدعم الرجوع للخلف للتحقق من الأخطاء.
مولد وثائق
محلل – لقياس الأداء
مخطات متعددة لأهداف عامة.

كما يتوافر مصنف شفرات أصلي للعديد من المنصات من بينها اليونكس والمايكروسوفت ويندوز والأبل ماك أوإس. كما يضمن مدعم توليد الشفرة الأصلية إمكانية نقل الهياكل الرئيسية بشكل ممتاز: IA-32, IA-64, AMD64, HP/PA; PowerPC, SPARC, Alpha, MIPS وStrongARM.

ويمكن تحرير شفرة البايت وبرامج الشفرة الأصلية بأسلوب متعدد المراحل مع إمكانية التحول إلى سياق وقائي. ومع ذلك نظرا لأن جامع القمامة ليس مصمم من أجل التزامن فليس هناك ميزة المعالجة المتعددة المتناسقة. تنفذ مراحل الأوتام في نفس العملية عبر مشاركة الوقت فقط ك"فانكتوري وأوكمالنت/ بلازما"

أمثلة على الشفرات

يمكن بكل سهولة دراسة قصاصات شفرة الأوتام بإدخالها إلى "مستوى أعلى". وهذه هي جلسة أوتام تفاعلية التي تطبع الأنماط الاستدلالية للتعبيرات الناتجة أوالمحددة. يبدأ المستوى الأعلى من الأوتام ببساطة عبر تطبيق برنامج "أوكامل":

 $ ocaml
   Objective Caml version 3.09.0

بعد ذلك يمكن إدخال الشفرة على الفور، على سبيل المثال لحساب 1+2*3:

 # 1 + 2 * 3;;
 - : int = 7

يستدل الأوكامل على نمط التعبير بكونه "int" (أي رقم سليم دقيق ناتج عن الآلة) ويمنحنا الرقم "7"

هالووورلد

البرنامج التالي "hello.ml":

يمكن تصنيفه إلى شفرة بايت قابلة للتطبيق:

$ ocamlc hello.ml -o hello

أوتصنيفه إلى شفرة مصدرية مثالية قابلة للتطبيق:

$ ocamlopt hello.ml -o hello

ثم يتم تطبيقها بالكيفية التالية:

$./hello
Hello world!
$

تلخيص قائمة مجموعة من الأعداد السليمة

القوائم هي أحد أنواع البيانات الرئيسية في الأوكامل. والمثال التالي للشفرة يحدد قيم دالة متكررة تقبل برهانا واحدا xs. وتتكرر الدالة عبر قائمة موجودة وتتيح لنا قيمة من عناصر الأرقام السليمة. بيان :التطابق Match" يعني وجود متشابهات: ومع عنصر التحول للغات السي بلس سي سي أوالجافا، بالرغم من أنه أمر أكثر عمومية.

let rec sum xs =
  match xs with
    [] -> 0
    | x :: xs' -> x + sum xs'

# sum [1;2;3;4;5];;
- : int = 15

وهناك طريقة أخرى تكون باستخدام دالة الطي القياسية التي تنجح مع القوائم:

let sum xs =
    List.fold_left (+) 0 xs

# sum [1;2;3;4;5];;
- : int = 15

كويكسورت Quicksort

تعير لغة أوتام نفسها للتعبير الدقيق لعمليات حسابية متكررة. المثال التالي على أحد الشفرات يستعين بعمليات حسابية شبيهة بالكويك سورت أوالتصنيف السريع الذي يقوم بتصنيف أحد القوائم بترتيب متزايد ومتسرع.

 let rec qsort = function
   | [] -> []
   | pivot :: rest ->
       let is_less x = x <pivot in
       let left, right = List.partition is_less rest in
       qsort left @ [pivot] @ qsort right

مفارقة عيد الميلاد

البرنامج التالي يقوم بحساب أصغر عدد من الأشخاص الموجودين في غرفة ما اولذينقد يكون احتمال تفرد يوم مولدهم بشكل تام أقل من 50% (بما يسمى مفارقة عيد الميلاد حيثقد يكون الاحتمال بالنسبة لشخص واحد 100% بينما لشخصين 364/365... الخ) (الإجابة = 23).

 let year_size = 365.;;

 let rec birthday_paradox prob people =
     let prob' = (year_size -. float people) /. year_size *. prob  in
     if prob' <0.5 then
         Printf.printf "answer = %d\n" (people+1)
     else
         birthday_paradox prob' (people+1) ;;

 birthday_paradox 1.0 1

الأعداد الكنسية

الشفرة التالية تحدد تشفيرا للكنيسة وضعته للأعداد الطبيعية، مع عدد لاحق (succ) وعدد إضافي (add). الأعداد الكنسية هي دالة ذات مستوى أعلى تقبل الدالة f والقيمة x وتضيف f إلى x لعدد n من المرات. ولتحويل العدد الكنسي من قيمته الوظيفية إلى سلسلة معلومة نقوم بإدخاله على دالة تدخل السلسلة s إلى مدخلاتها والتسلسل الثابت " 0

let zero f x = x
let succ n f x = f (n f x)
let one = succ zero
let two = succ (succ zero)
let add n1 n2 f x = n1 f (n2 f x)
let to_string n = n (fun k -> "S" ^ k) "0"
let _ = to_string (add (succ two) two)

الدالة العاملية دقيقة التحكم (المخطات)

يمكن الوصول بشكل مباشر إلى مجموعة متنوعة من المخطات من أوكامل. على سبيل المثال، تحتوي أوتام على مخطة مؤسسة بداخلها للعمليات الرياضية الدقيقة في التحكم. ونظرا لأن الدوال العاملية تتزايد بسرعة كبيرة، فهي سرعان ما تغمر الأعداد الدقيقة آليا (عادة 32 أو64 بايت). ومن ثم فإن التحويل إلى عوامل أمر مناسب للعمليات الرياضية الدقيقة تحكميا.

في الأوكامل تتيح وحدة num عمليات حسابية دقيقة تحكميا ويمكن تحميلها إلى مستوى أعلى عامل باستخدام:

# #load "nums.cma";;
# open Num;;

يمكن بعد ذلك كتابة الدالة العاملية باستخدام عمليات عددية دقيقة تحكميا =/,*/ و-/:

# let rec fact n =
    if n =/ Int 0 then Int 1 else n */ fact(n -/ Int 1);;
val fact : Num.num -> Num.num = <fun>

ويمكن للدالة حتى تقوم بحساب عوامل أكبر مثل 120!:

# string_of_num (fact (Int 120));;
- : string =
"6689502913449127057588118054090372586752746333138029810295671352301633
55724496298936687416527198498130815763789321409055253440858940812185989
8481114389650005964960521256960000000000000000000000000000"

هجريب الجمل المرهق بالنسبة لعمليات Num يمكن التخفيف منه وذلك بفضل الامتداد "كامل بي فور سينتاكس" الذي يسمى الحمل الزائد المعين Delimited Overloafing:

# #require "pa_do.num";;
# let rec fact n = Num.(if n = 0 then 1 else n * fact(n-1));;
val fact : Num.num -> Num.num = <fun>
# fact Num.(120);;
- : Num.num =
  <num 668950291344912705758811805409037258675274633313802981029567
  135230163355724496298936687416527198498130815763789321409055253440
  8589408121859898481114389650005964960521256960000000000000000000000000000>

المثلث (جرافيك)

البرنامج التالي "simple.ml" يقوم بتصميم مثلث دوار ثنائي الأبعاد باستخدام أوبن جل:

 let () =
   ignore(Glut.init Sys.argv);
   Glut.initDisplayMode ~double_buffer:true ();
   ignore (Glut.createWindow ~title:"OpenGL Demo");
   let angle t = 10. *. t *. t in
   let render () =
     GlClear.clear [ `color ];
     GlMat.load_identity ();
     GlMat.rotate ~angle: (angle (Sys.time ())) ~z:1. ();
     GlDraw.begins `triangles;
     List.iter GlDraw.vertex2 [-1., -1.; 0., 1.; 1., -1.];
     GlDraw.ends ();
     Glut.swapBuffers () in
   GlMat.mode `modelview;
   Glut.displayFunc ~cb:render;
   Glut.idleFunc ~cb:(Some Glut.postRedisplay);
   Glut.mainLoop ()

ويحتاج ذلك إلى روابط تربط بين لابل جل وأوبن جل. يمكن بعد ذلك تصنيف البرنامج إلى شفرة بايت باستخدام:

 $ ocamlc -I +lablGL lablglut.cma lablgl.cma simple.ml -o simple

أوإلى شفرة مصدرية:

 $ ocamlopt -I +lablGL lablglut.cmxa lablgl.cmxa simple.ml -o simple

ثم التطبيق:

 $./simple

وهوبرنامج جرافيك ثنائي وثلاثي الأبعاد أكثر تطورا وتعقيدا وعالي الأداء تم تطويره بسهولة في الأوكامل. وبفضل استخدام أوبن جل فإن البرامج الناتجة لا تكون فقط بليغة وعلى قدر من الكفاءة ولكنها تكون أيضا ذات منصة تبادلية مصنفة دون أي تغير في كافة المنصات الرئيسية.

تسلسل فيبوناتشي

الشفرة التالية تستطيع حساب تسلسل فيبوناتشي لعدد تم إدخاله نشير إليه ب " ن "، وهويستعين بالتكرار للاحقة والتوافق النمطي:

let rec fib_aux n a b =
  match n with
  | 0 -> a
  | _ -> fib_aux (n - 1) (a + b) a;;

let fib n = fib_aux n 0 1;;

من المحتمل أكثر كتابتها:

let fib n =
  let rec fib_aux n a b =
    match n with
    | 0 -> a
    | _ -> fib_aux (n - 1) (a + b) a
  in
  fib_aux n 0 1;;

اللغات المشتقة

ميتا أوكامل

ميتا أوتام هوامتدادا لبرمجية متعددة الاستخدامات من أوكامل تمكن من التصنيف الإضافي لشفرات آلات جديدة خلال وقت التشغيل. وتحت ظروف معينة يمكن حدوث بعض التسارع الواضح باستخدام البرمجة متعددة المراحل نظرا لتوافر المزيد من المعلومات التفصيلية حول البيانات التي ينبغي معالجتها في وقت التشغيل أكثر من تلك في وقت التصنيف المعتاد، لذلك يمكن للمصنف الإضافي التخلص من الكثير من حالات تفقد الظروف... الخ.

عملى سبيل المثال: إذا كان من المعروف أنه في وقت التصنيفقد يكون من المطلوب وجود دالة قوة محددة x -> x^n باستمرار، ولكن القيمة "ن " معلومة وقت في وقت التشغيل، فبإمكانك استخدام دالة قوة ذات مرحلتين في الميتا أوكامل:

 let rec power n x =
   if n = 0
   then.<1>.
   else
     if even n
     then sqr (power (n/2) x)
     else.<.~x *. ~(power (n-1) x)>.

وبمجرد حتى تفهم قيمة " ن" وقت التشغيل تقدر حتى تتولد دالة قوة سريعة للغاية ومتخصصة أيضا:

.<fun x ->.~(power 5.<x>.)>.

فتكون النتيجة:

 fun x_1 -> (x_1 *
     let y_3 = 
         let y_2 = (x_1 * 1)
         in (y_2 * y_2)
     in (y_3 * y_3))

ويتم جمع الدالة الجديدة تلقائيا:

لغات مشتقة أخرى

أتومكامل وتتيح تزامما بدائيا بالنسبة للتطبيق شديد الصغر للشفرة.

إيميلي وهي مجموعة فرعية من الأوكامل تستعين بمتحقق من قاعدة تصميم لفرض مبادئ الإمكانية الموضوعية (الأمان)".
F# وهي لغة Microsoft.net تعتمد على أوكامل.
فريش أوتام وهي تسهل التلاعب بالأسماء والروابط
جي تام وهي تضيف أشكالا متعددة للأوتام وبالتالي تساعد على العبء الزائد والتنظيم الآمن للنمط.
جوكامل تقوم بدمج البنيات لتطوير برامج موزعة ومتكررة
أوتام ديوس يتوسع في الوكامل مع بعض المميزات مثل تعبيرات إكس إم إل وأنماط التعبير المعتادة.
أوكامل بي ثري آي وهونظام برمجة متوازي يعتمد على الأوكامل ولغة بي ثري إل.

برامج مكتوبة بلغة أوكامل

إف إف تي دبليوFFTW – برنامج مخطي لحساب تحولات فوريير المنفصلة. وقد تم توليد عدة روتينات للسي عبر برنامج أوكامل تسمة genfft.
يونيسون- برنامج لتزامن الملفات ليقوم بعمل تزامن للملفات الموجود في دليلين.
جالاكس- تطبيق لإكس كويري XQuery ذومورد مفتوح.
إم إل دونكي- أداة نقل من رفيق لآخر تعتمد على شبكة إي دونكي نتوورك EDonkey Nework.
جينويب – برنامج لفهم الأنساب ذومنصة متعددة ومصدر مفتوح.
مصنف هاكس- مصنف مجاني ذومصدر مفتوح للغة برمجة هاكسي
فراما سي- إطار لتحليل برامج السي.
ليكويد سوب- ليكويد سوب هومولد تيارات صوتية لمشروع سافونت Savonet ويستخدم بشكل ملحوظ لتوليد تيارات نراديوز netradio.
كوكسينيلي – كوكسينيلي هومحرك لتحويل وتطابق أي برنامج يتيح لغة إس إم بي إل (Semantic Patch Lamguage) لتحديد توافقات وتحولات مرغوبة في شفرة السي.
سي سلاست- أداة للدمج بين LA+EUF
أورباي- سطر أمري في حاسبة آر بي إن
كوك- نظام إدارة ثابت رسميا
أوسيجين – إطار تطوير للمسقط الإليكتروني
ميراج- نظام تشغيل لإنشاء تطبيقات برمجية لشبكات آمنة عالية الأداء يمكن الاعتماد عليها عبر مجموعة متنوعة من المنصات المتحركة والتي تقوم بحساب الحشود.

وقد اتخذت شركة جين ستريت كابيتال التجارية الخاصة لغة أوتام لتكون لغتها المفضلة.

انظر أيضا

-oriented dialect of ML -oriented extension to the functional language هاسكل

المراجع

^ https://ocaml.org/releases/4.10.0.html
^ Linux Weekly News. نسخة محفوظة 02 فبراير 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Xavier Leroy's "standard lecture" on threads^{[وصلة مكسورة]}نسخة محفوظةثمانية فبراير 2012 على مسقط واي باك مشين.
^ MetaOCaml. نسخة محفوظة 13 يونيو2013 على مسقط واي باك مشين.

وصلات خارجية

Caml language family official website
- OCaml libraries
OCaml tutorial for C, C++, Java and Perl programmers
Jason Hickey book
A basic OCaml tutorial
A Tutorial with a practical approach.
OCamlcore Planet aggregation of people and institutional feeds about OCaml.
OCamlForge a free service to Open Source OCaml developers offering easy access to the best in source control management, mailing lists, bug tracking, message boards/forums, task management, site hosting, permanent file archival, full backups, and total web-based administration.
OCaml Batteries Included, a community-built standard library for OCaml
OCaml-Java, OCaml for Java
OCamIL, an OCaml compiler for دوت نت فراموورك
LablGL and LablGTK مخطة الرسوميات المفتوحة+ bindings (LablGL) and جتك+ bindings (LablGTK)
Newest Ocaml Projects on Sourceforge
Comparison of the speed of various languages including Ocaml
MetaOCaml home page
the GODI package manager for OCaml
Ocamlwizard