Автор: Шохирев Михаил Васильевич

Название: Язык программирования Perl

Лекция 1. История развития Perl

Язык программирования Perl создал американский программист Ларри Уолл (Larry Wall) в 1987 году, когда он работал системным программистом в компании Unisys. Цели, которые преследовал Ларри при разработке нового языка программирования, отражены в его названии - PERL, которое позднее стало расшифровываться как Practical Extraction and Report Language, то есть "практический язык извлечения "данных" и "создания" отчетов". (Нетрудно заметить, что первые буквы всех слов названия составляют слово PEARL - "жемчуг". Одна из легенд о происхождении Perl гласит, что в то время уже существовал язык с таким названием, поэтому Ларри сократил название на одну букву, не изменив произношения. По иронии судьбы, сегодня тот язык не помнит никто, кроме историков, а Perl известен всему миру. Хотя, по другой версии, Ларри назвал созданный им язык по имени своей невесты.

Рис. 1.1.  Создатель языка Perl - Ларри Уолл

После того как 18 декабря 1987 года была выпущена 1-я версия языка Perl, он быстро распространился среди пользователей сети Usenet. Несмотря на то, что в операционной системе (ОС) Unix, для которой был создан Perl, уже имелись многочисленные и разнообразные средства для обработки текстовой информации (awk, csh, grep, sed и другие), новый язык полюбился огромному числу системных администраторов и программистов. Он был легок в изучении и применении: синтаксис похож на С, Perl-программы не требовалось предварительно компилировать, исходные тексты было легко модифицировать. А самое главное - это был действительно очень практичный язык: с его помощью легко решалось большинство повседневных задач - от самых простых до очень сложных. Активно пользуясь языком Perl, программисты из разных стран направляли Ларри Уоллу предложения добавить в него новые возможности или улучшить имеющиеся. Постепенно Perl превратился из средства обработки текстов в среде Unix в мощную универсальную систему программирования. В середине 1990-х годов после победоносного распространения WWW (World Wide Web) Perl стал излюбленным инструментом web-мастеров для создания динамических сайтов и Internet-программирования. Благодаря своим мощным встроенным средствам работы с текстовыми данными Perl широко используется для обработки информации в форматах HTML и XML. Кроме того, Perl стал идеальным языком для быстрого создания прототипов сложных приложений, которые затем нетрудно превратить в реально действующие.

О его успехе и широком признании говорит тот факт, что Perl стал непременным компонентом любой поставки ОС семейства Unix (например, FreeBSD, Linux или Solaris). Кроме этого, к настоящему времени Perl реализован практически для всех современных аппаратных платформ (суперкомпьютеры, RISC, Macintosh, PC, наладонные компьютеры и т. д.) и операционных систем (AIX, Linux, MacOS, MS-DOS, NetWare, OS/2, QNX, Solaris, Windows, VMS - всех не перечесть!). Это дает возможность легко переносить популярные Perl-программы из одного операционного окружения в другое. (К слову сказать, примеры к этому курсу лекций проверялись под операционными системами SuSE Linux 10.0, MS Windows XP Professional SP2, и MS Pocket PC 2003 Premium Edition v. 4.20). Несомненно, его широкому применению способствовало и то, что он распространяется бесплатно на условиях одной из лицензий: либо GNU General Public License (GPL), либо Artistic License - на выбор. Но главное, что в нем есть все средства, чтобы отлично выручать профессионалов и неопытных программистов, когда требуется быстро решать разные системные и прикладные задачи - от самых простых до весьма сложных. В результате Perl стал одним из самых успешных проектов движения open source (с открытыми исходными кодами) - наряду с Apache, Linux, PHP и Python.

Но прежде всего популярность Perl связана с тем, что Ларри Уолл создал действительно необычный язык: принципы его разработки сильно отличаются от применявшихся в программировании до этого. Новаторский характер Perl связан с уникальными особенностями личности автора языка, Ларри Уолла, и его разносторонними интересами.

Во время обучения в университете Ларри Уолл получил не только компьютерное, но и лингвистическое (а также химическое и музыкальное) образование, и это, несомненно, сильно повлияло на особенности языка Perl. (Воспитанный в религиозной семье, молодой Ларри даже собирался стать миссионером и посвятить свою жизнь обращению в христианство туземцев, при необходимости создавая для туземных языков письменность, чтобы перевести на них Библию!) Рассказывая об истоках Perl, Ларри Уолл приводил схему, воспроизведенную на рис. 1.2, на которой показано, что Perl появился в результате слияния нескольких, на первый взгляд, несовместимых идей и дисциплин.

Рис. 1.2.  Факторы, повлиявшие на создание Perl

Возможно, главная заслуга Ларри как автора Perl заключается в том, что ему удалось создать язык, учитывающий свойства и принципы естественного языка: ситуативную многозначность конструкций, разумную избыточность (и за счет этого стилевое разнообразие), максимальную адаптированность к различному уровню знаний носителей языка, гибкость и выразительность синтаксических средств. Все это придает особый творческий вкус самому процессу "сочинительства" на этом языке. Пишущие о языке Perl невольно употребляют термины "идиома", "метафора", "синоним", "контекст" и т.п., обычно применяемые к естественным языкам. А сам Ларри Уолл, описывая язык Perl, широко пользуется лингвистическими терминами: существительное, глагол, предложение, единственное и множественное число, местоимение. Выдающийся лингвист Б.Л. Уорф заметил: "Язык формирует наш способ мыслить и определяет, о чем мы можем думать". Эту же мысль подтверждает Дж. Бентли в книге "Жемчужины творчества программистов", описывая случай, когда именно особенности языка программирования APL натолкнули разработчика на оригинальное решение задачи с массивами. В этом смысле Perl как язык для воплощения замыслов программиста, не сковывает фантазию разработчика, дает ему максимальную свободу самовыражения, а иногда даже подсказывает нестандартные решения. При разработке языка Perl были использованы многие лингвистические принципы. Перечислим наиболее важные из них.

Важное значение имеет принцип повторного использования. Человеческие языки тяготеют к использованию ограниченного набора конструкций для выражения разных значений и их повторному применению в различных контекстах. В соответствии с этим принципом, в Perl одни и те же конструкции языка имеют различный смысл, а их однозначное понимание определяется контекстом использования.

Принцип контекста тесно связан с предыдущим. Контекст используется в естественных языках для правильной интерпретации смысла выражения. Подчиняясь этому принципу, в языке Perl, например, многие функции возвращают одно значение или список в зависимости от контекста вызова: требует ли синтаксис выражения единичного или множественного значения.

Принцип смыслового подчеркивания в естественных языках служит для привлечения внимания к важной части высказывания. При этом выделяемая часть обычно ставится в начало предложения. В Perl программист может воспользоваться этим принципом для акцентирования смысла, выбрав простое предложение с модификатором или условную конструкцию, например:

$we-gt;shall(do($it)) if $you-gt;want($it); # или if $you-gt;want($it) { $we-gt;shall(do($it)) }

Принцип свободы в естественных языках предполагает, что всегда есть несколько вариантов выражения одной и той же мысли. Как и в естественных языках, в Perl одного и того же результата можно достичь несколькими способами, используя различные выразительные средства языка. Это так называемый принцип TIMTOWTDI- сокращение читается "Тим Тоуди" и расшифровывается как "There is more than one way to do it": "есть более одного способа сделать что-то". В соответствии с ним каждый разработчик выбирает тот вариант языковой конструкции, который больше подходит ему в конкретной ситуации, больше соответствует его стилю или уровню знания языка.

Подобный подход полностью противоположен строго формальному взгляду на языки программирования, когда главными целями разработки становятся однозначность и минимизация языковых конструкций. Но с точки зрения психологии и языкового мышления "лингвистический подход" во многом более продуктивен, как это ни парадоксально! Ведь он стимулирует творчество, привлекая человеческий опыт применения естественного языка, - и писать программы на Perl становится увлекательно и интересно. Наверное, поэтому программирующие на Perl так любят словечко "fun" (весело, забавно).

Ларри не раз повторял, что Perl задумывался как язык, предполагающий постоянное развитие. Поэтому в процессе его совершенствования, как и при развитии "человеческих" языков, из других языков программирования было позаимствовано все лучшее, практичное и удобное для разработчика. На становление Perl повлияли языки Ada, Basic, Fortran, Lisp, Pascal и, конечно, язык C. Perl впитал в себя разные течения компьютерной науки: процедурное, модульное, функциональное и объектно-ориентированное программирование, макрообработку текста, а кроме этого - культуру ОС Unix, с ее богатым набором команд и утилит, стройной продуманной архитектурой и унифицированным подходом к представлению данных.

Решающее влияние на развитие языка Perl оказала среда Unix, в которой он разрабатывался. С самого начала эта операционная система создавалась небольшой группой программистов для самих себя. Поэтому принципы, заложенные в ней, ориентированы на удобство повседневного применения человеком: все делалось максимально функционально, кратко, единообразно. Например, большинство системных настроек хранится в обычном текстовом виде, так что их может читать и исправлять человек, вооруженный простым текстовым редактором. (Подумать только, что это было сделано во времена, когда памяти было так мало, что старались экономить даже биты данных!)

Для тех, кто знаком с операционной системой Unix, этот материал не будет новым. Но многим программистам, работающим с MS-DOS и Windows, важно познакомиться с принципами программирования, основанного на инструментальных средствах (software tools), которое зародилось и развивалось вместе с ОС Unix. О них написали замечательную книгу известные программисты Брайан Керниган (Brian W. Kernighan) и Филип Плоджер (Philip Plauger). Вот основные положения этого подхода.

1Для решения некоторой задачи разрабатываются программы небольшого размера, каждая из которых выполняет одну функцию решаемой задачи.

2Поставленная задача решается путем взаимодействия небольших программ за счет последовательной обработки данных каждой из них.

3При разработке этих небольших программ следует ориентироваться на их максимально независимое использование, чтобы их можно было применять для решения других задач. Таким образом, постепенно создаются инструментальные средства (ИС) для дальнейшего универсального применения.

4Большинство инструментальных средств разрабатываются в виде программ, представляющих из себя фильтры, которые читают поток данных из стандартного ввода и записывают обработанные данные в стандартный вывод.

5Объединение инструментальных средств в приложения производится средствами командного языка ОС: перенаправление ввода-вывода, создание программных конвейеров (направление выходного потока одной программы на вход другой).

6Основным форматом хранимых данных для инструментальных средств выступают текстовые файлы, одинаково хорошо подходящие для программной обработки и чтения их человеком.

7Для эффективной обработки слабо структурированной текстовой информации применяются регулярные выражения (средства поиска по шаблонам, о которых речь пойдет в лекции 8).

Эти несложные правила определяют особенную технологию разработки программ, при которой создаются и накапливаются гибкие инструментальные средства, легко настраиваемые и удобно комбинируемые, с помощью которых можно решать широкий круг задач. При этом отдельные инструментальные средства часто объединяются в неожиданные комбинации, изначально не предусмотренные авторами при их разработке. Это действительно очень продуктивный подход, давно и широко применяемый среди программирующих в среде ОС Unix. Вместо продолжительной разработки и отладки одной сложной многофункциональной программы, максимально используются готовые проверенные и надежные компоненты - инструментальные средства. При необходимости сравнительно быстро создаются несколько недостающих инструментальных средств (нестандартный диалоговый ввод, необычно форматированный отчет), также зачастую пригодных для дальнейшего применения. Perl развил идею инструментальных средств, функциональность многих Unix-утилит была реализована в конструкциях языка, а сам Perl стал идеальным средством для "склеивания" нескольких приложений в большие системы. Воспитанный на идеях Unix, Ларри Уолл сказал про свое детище: "Perl - это переносимая концентрация культуры Unix, оазис среди пустыни..."

В языке Perl к идеям Unix добавились достижения других языков программирования, и все это было переработано в соответствии с лингвистическими принципами и требованиями практического применения языка. Положения философии языка Perl были изложены Ларри Уоллом в его знаменитой книге "Программирование на Perl" и во множестве статей и интервью. Они часто заключены в форму изящных и остроумных афоризмов. Один из них гласит: "Perl разработан так, чтобы легко решать простые задачи, а трудные делать возможными". А эмблемой Perl стал верблюд - домашнее животное, не блистающее красотой и изяществом, но обладающее уникальными способностями для выполнения трудной, кажущейся невозможной, работы в экстремальных условиях.

Perl создавался как практичный язык, а какая же практичность без быстроты? Программы на Perl традиционно отличаются высокой скоростью выполнения и по быстродействию сравнимы с откомпилированными Unix-утилитами. Быстрота работы достигается за счет того, что исполняющая система Perl читает исходный текст Perl-программы и компилирует его "на лету", затем сразу интерпретирует откомпилированную программу. Говоря об этой уникальной исполняющей системе, сочетающей в себе компилятор и интерпретатор, принято называть ее perl (строчными буквами, в отличие от языка программирования Perl).

Ларри Уолл в шутку (в которой, как водится, есть немалая доля истины) провозгласил три главных добродетели программиста: лень, нетерпение, самомнение (laziness, impatience, hubris). И Perl спроектирован так, чтобы соответствовать этим качествам разработчика. "Ленивый" программист, часто ограниченный во времени, может написать программу максимально компактно и быстро, поскольку в Perl есть множество способов кратко и просто записать довольно сложные алгоритмы. К тому же любые символы не являются обязательными, если их отсутствие не меняет смысла программы. Например, обычную условную конструкцию

if ($x gt; 0) { print($y / $x); }

можно написать и по-другому - без пробелов и скобок, переместив условие в конец оператора:

print$y/$x if$xgt;0;

Часто внешние обстоятельства побуждают нас к быстрейшему достижению цели. Но при программировании на Perl терпение программиста подвергается минимальному испытанию, поскольку Perl-программа запускается без предварительной компиляции и выполняется очень быстро. И наконец, система программирования Perl предлагает необычайно широкий набор средств, чтобы реализовать самые амбициозные проекты любого программиста, даже с гипертрофированным самомнением.

Гуманные принципы, заложенные в язык Perl, нацелены на создание комфортной обстановки при разработке программ как для новичка, так и для опытного программиста. Одним из них стал принцип DWIM (Do What I Mean - "делай то, что я имею в виду"), в соответствии с которым в большинстве случаев исполняющая система Perl обеспечивает интуитивные ожидания автора программы без дополнительных уточнений с его стороны.

В языке Perl учтены многие психологические особенности программистов, в том числе даже программистская склонность "к экономии усилий". Например, более часто употребляемые конструкции языка записываются кратко, а редко используемые - длиннее. В этом заключается так называемый принцип "кодирования Хаффмана", название которого восходит к широко используемому методу сжатия данных битовыми последовательностями переменной длины, предложенному Дэвидом Хаффманом (D.A. Huffman).

Принцип "отсутствия встроенных ограничений", которому при всякой возможности следуют разработчики Perl, предполагает максимум свободы для программиста, например: длина имени переменной может достигать 252, в строках могут храниться любые двоичные данные, строка может занимать всю доступную память, объем используемой памяти ограничивается только ОС.

В следующих лекциях будут затронуты и другие принципы и положения философии Perl, а также проиллюстрированы уже упомянутые.

К настоящему времени в мире образовалось многочисленное международное сообщество программистов, пишущих на Perl (шутливо называемое Perlfolk - "народ Perl"). По всему миру созданы группы пользователей языка Perl. Некоторые (но далеко не все) из них зарегистрированы в списке на сайте www.pm.org. Развитию, продвижению и распространению языка Perl способствовало немало выдающихся программистов, среди них: Тим Банс (Tim Bunce), Грэхем Барр (Graham Barr), Малькольм Битти (Malcolm Beattie), Хуго Ван Дер Занден (Hugo van der Sanden), Илья Захаревич (Ilya Zakharevich), Ник Инг-Симмонс (Nick Ing-Simmons), Гурусами Сарати (Gurusamy Sarathy), Линкольн Штейн (Lincoln Stein) и многие другие, а также тысячи поклонников этого языка во всем мире. Большую поддержку языку Perl и всему движению программного обеспечения с открытыми исходниками (open source software) оказывает известный книжный издатель Тим О'Рейлли (Tim O'Reilly).

Энтузиастами из разных стран написано огромное число модулей, расширяющих возможности Perl, которые распространяются через "Всеобъемлющую сеть Perl-архивов" CPAN (Comprehensive Perl Archive Network). Это грандиозное собрание модулей начал Андреас Кениг (Andreas Kеnig), а сейчас координатором проекта выступает Яркко Хиетаниеми (Jarkko Hietaniemi). Модули в архиве CPAN хорошо документированы, снабжены проверочными тестами, их легко устанавливать и удобно использовать. Авторы модулей постоянно совершенствуют их, а в тестировании принимают участие тысячи добровольцев, так что качество исполнения весьма высокое. На сайте CPAN и его зеркалах хранится громадное количество модулей для решения самых разных задач: от работы с биологическими данными и музыкой в формате MP3 до утилит шифрования и интерфейсов к самым экзотическим базам данных. Самые популярные модули, такие как CGI.pm, включены в стандартную поставку системы программирования Perl.

Для языка Perl написана очень полная и подробная документация. Ее можно изучить через web-интерфейс на сайте www.perl.com/doc/. Она также поставляется вместе со всеми версиями Perl и доступна в диалоговом режиме через утилиту просмотра документации perldoc, входящую в состав дистрибутива Perl. Например, чтобы запросить оглавление документации по Perl, нужно выполнить команду

perldoc perl

О языке Perl написано много совершенно замечательных книг, среди них нужно особо выделить классические книги издательства O'Reilly с изображениями животных на обложке. Пожалуй, вот самые знаменитые книги из этой серии:

[x]. "Книга с ламой" ("the Llama Book"), в русском переводе "Изучаем Perl" - отличный учебник для начального знакомства с языком, написанный известным "Perl- проповедником" Рэндалом Шварцем (Randal L. Schwartz).

[x]. "Книга с верблюдом" ("the Camel Book"), в переводе на русский "Программирование на языке Perl" - подробное и всесторонее описание Perl и его философии, изложенное автором языка Ларри Уоллом.

[x]. "Книга с бараном" ("the Ram Book"), "Perl. Сборник рецептов" - внушительный сборник готовых решений на Perl для множества типичных задач, составленный разработчиками языка Томом Кристиансеном (Tom Christiansen) и Натаном Торгингтоном (Nathan Torkington).

Программистов, пишущих на Perl, объединяет не только любовь к этому языку, но и особый азартный и озорной дух сообщества разработчиков, которые умеют не только отлично работать, но и весело отдыхать. Веселый тон сообществу задает все тот же Ларри Уолл, известный шутник и балагур, который в официальной документации дает такое озорное определение языка: "На самом деле Perl обозначает Паталогически Эклектичный Распечатыватель Чепухи, но только не говорите никому, что это сказал я". И сам язык Perl тоже часто используется для развлечения. Например, существует состязание по созданию "стихов на Perl" - компилируемых Perl-программ, читаемых как осмысленное стихотворение на английском языке. Регулярно проводится Obfuscated Perl Contest - конкурс на самую туманную программу на Perl с использованием наиболее неудобочитаемых и запутанных конструкций языка. Есть также соревнование по написанию так называемых "однострочников" (one-liners) - полноценных и полезных программ на Perl, которые состоят из одной строки, обычно вводимой в качестве параметра при запуске интерпретатора Perl. Познакомиться с некоторыми полезными однострочниками можно, прочитав серию статей Бена Окопника (Ben Okopnik) для "Linux-газеты", выдержанных в детективном духе, в блестящем переводе Павла Соколова на сайте linux.ru.net.

Система программирования Perl стабильно развивается в течение многих лет: в 1988 году вышла версия 2.0, в 1989 году выпущена версия 3.0, в 1991 году - очередная версия 4.0. В 1994 году появилась версия 5.0, при подготовке которой язык был почти полностью переписан, в него были добавлены модули и возможности объектно-ориентированного программирования. На момент написания этого учебника последней рабочей версией Perl была 5.8.7. Сейчас основные работы по развитию языка выполняет группа примерно из 200 добровольных разработчиков из разных стран, называемых perl-porters. Текущий координатор Perl-проекта, ответственный за его развитие и сопровождение, шутливо называется pumpking (от pumpkin holder - "держатель тыквы"). Информация о состоянии разработки Perl доступна на сайте dev.perl.org. А руководит разработкой языка по-прежнему Ларри Уолл, носящий звание архитектора языка (language designer). Ежегодно на конференции Perl-разработчиков Ларри Уолл выступает с традиционной речью "The State of the Onion" ("Состояние луковицы"), в которой всегда образно и оригинально, с присущим ему юмором говорит о месте Perl среди современных технологий, о его состоянии и развитии.

В 2000 году на 4-й Конференции Perl-программистов по инициативе Джона Оруанта (Jon Orwant), редактора "The Perl Journal", было принято решение о разработке Perl 6 - полностью переработанной версии языка. Затем прошло широкое обсуждение многочисленных предложений пользователей Perl по его улучшению и развитию. Ларри Уолл подвел итоги этого обсуждения в серии посланий разработчикам (так называемых "апокалипсисов"), в которых были изложены основные проектные решения. После этого началась работа над новой версией. В ходе разработки язык полностью перепроектирован и переписывается "с нуля", в него добавлено множество новшеств и дополнений. Но при этом планируется обеспечить максимальную совместимость с большинством существующих Perl-программ. К разработке привлекаются многие программисты из сообщества Perl. Ларри Уолл говорит: "Perl 5 появился как результат переделки языка Perl мной. Я хочу, чтобы Perl 6 стал переделкой Perl со стороны сообщества и переделкой самого сообщества". Параллельно с разработкой 6-й версии языка создана и совершенствуется виртуальная машина Parrot, в среде которой выполняется Perl 6, но которая может использоваться для исполнения и других динамических языков программирования. Во главе разработки стоят известные Perl-программисты: главным разработчиком "внутренностей" нового языка является Дэн Сугальски (Dan Sugalski), Чип Зальценберг (Chip Salzenberg) - основной проектировщик Parrot, а менеджером проекта стала Эллисон Рэндал (Allison Randal). Важным промежуточным этапом при переходе на Perl 6 станет проект Ponie - версия Perl 5, исполняемая на Parrot.

Пользователи одной из ОС семейства Unix, скорее всего, будут пользоваться уже установленной системой программирования Perl, поставляемой с ОС. Но если Perl не установлен, то исходные тексты самой свежей версии всегда можно загрузить с сайта CPAN и скомпилировать, руководствуясь поставляемой подробной документацией. Готовые откомпилированные дистрибутивы Perl для самых разных операционных систем перечислены на сайте CPAN (www.cpan.org/ports/). Все, что нужно для установки Perl на компьютеры Apple, можно найти на сайте www.macperl.com. Для пользователей MS Windows можно порекомендовать удобный дистрибутив от компании ActiveState (www.activestate.com/Products/ActivePerl/) или комплект PXPerl (pixigreg.com/?pxperl), включающий в себя множество полезных библиотек, а также рабочие реализации Perl 6 и Parrot для тех, кто хочет ознакомиться с возможностями новой версии. Тем, кто намерен заниматься разработкой на Perl приложений для Интернета, можно посоветовать дистрибутив Perl в комплекте с сервером Apache и большинством необходимых модулей. Его можно загрузить с сайта perl.apache.org.

Установка Perl из бинарного дистрибутива обычно не представляет трудностей и сводится к распаковке файлов из загруженного архива. Для удобства работы имя каталога с исполняемыми файлами perl добавляется в системный список путей для поиска исполняемых программ (в переменную окружения PATH). Обычно все необходимые действия по установке выполняет программа-инсталлятор. После завершения установки нужно проверить доступность исполняющей системы perl. Это можно сделать, выполнив такую команду (в терминальном окне Unix, в командном окне Windows или в окне интерпретатора cmd на Pocket PC):

perl -v

На экране должны появиться сообщения, описывающие версию языка и авторские права:

This is perl, v5.8.7 built for MSWin32-x86-multi-thread Copyright 1987-2005, Larry Wall Perl may be copied only under the terms of either the Artistic License or the GNU General Public License, which may be found in the Perl 5 source kit. Complete documentation for Perl, including FAQ lists, should be found on this system using `man perl' or `perldoc perl'. If you have access to the Internet, point your browser at http://www.perl.org/, the Perl Home Page.

Если вы увидели подобное сообщение, значит, Perl корректно установлен и готов к использованию, так что можно уже приступать к его изучению. Чем мы и займемся, начиная со следующей лекции.