Бейсик

Бе́йсик(BASIC, сокращение отангл.Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code— универсальный код символических инструкций для начинающих) — семейство высокоуровневыхязыков программирования.
Был разработан 1 мая 1964 года профессорамиДартмутского колледжаТомасом КурцемиДжоном Кемени.
Язык создавался как инструмент, с помощью которого студенты-непрограммисты могли самостоятельно создавать компьютерные программы для решения своих задач. Получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего как язык длядомашних компьютеров. К настоящему моменту претерпел существенные изменения, значительно отойдя от характерной для первых версий простоты, граничащей с примитивизмом, и превратившись в достаточно ординарный язык высокого уровня с типичным набором возможностей. Используется как самостоятельный язык для разработки прикладных программ, главным образом, работающих под управлением ОС Windows различных версий. Также широко распространён в качестве встроенного языка прикладных программных систем различного назначения и в качестве языка дляпрограммируемых калькуляторов.
Предпосылкой к появлению BASIC стали повышение доступности компьютеров в 1960-х годах и появление возможности работы в режимеразделения времени(англ.time-sharing). К компьютерам получили доступ учащиеся и специалисты, не являющиеся подготовленными программистами, но нуждающиеся в решении на компьютере своих задач.
Бейсик был придуман в 1964 году преподавателями Дартмутского КолледжаДжоном КеменииТомасом Курцем, и под их руководством был реализован командой студентов колледжа. Со временем, когда стали появляться другие диалекты, изначальную реализацию стали называтьDartmouth BASIC.
Бейсик был спроектирован так, чтобы студенты могли без затруднений писать программы, используя терминалы с разделением времени. Он предназначался для более «простых» пользователей, не столько заинтересованных в скорости исполнения программ, сколько просто в возможности использовать компьютер для решения своих задач, не имея специальной подготовки.
При проектировании языка использовались следующие восемь принципов. Новый язык должен был:
Язык был основан частично наФортранеII и частично — наАлголе 60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Первоначально Бейсик был реализован намейнфреймеGE-225с поддержкой множества терминалов. Вопреки распространённому убеждению, в момент своего появления это былкомпилируемыйязык.
Несмотря на то, что язык уже использовался на нескольких мини-компьютерах, его настоящее распространение началось с появления на микрокомпьютереАльтаир 8800. Многие языки программирования были слишком большими, чтобы поместиться в небольшую память, которую пользователи таких машин могли себе позволить. Для машин с таким медленным носителем, как бумажная лента (позднее — аудиокассета), и без подходящего текстового редактора такой небольшой язык, как Бейсик, был отличной находкой.
В 1975 годуMicrosoft(тогда это были лишь двое:Билл ГейтсиПол Аллен— при участииМонте Давидова), выпустилаAltair BASIC. Затем его версии появились на другой платформе под лицензией, и скоро в использовании были уже миллионы копий и вариантов: один из вариантов,Applesoft BASIC, стал стандартным языком наApple II. Для операционной системыCP/Mбыл создан диалектBASIC-80, надолго определивший развитие языка.
В 1979 году Microsoft обсуждала с несколькими поставщиками компьютеров (включаяIBM) лицензирование интерпретатора Бейсик на своих машинах. Одна из версий (ROM BASIC) была включена вПЗУIBM PC: компьютер мог автоматически загружаться в Бейсик. Так как IBM не придавала тогда большого значения персональным компьютерам (основным полем её деятельности былимейнфреймы), то вопреки своим принципам она разрешила Microsoft продавать интерпретатор отдельно. Это сделало последнюю пионером в выпуске ПО нового поколения — не привязанного к конкретной аппаратуре и поставляемого отдельно от компьютера.
Бейсик в полной мере испытал на себе такое хорошо известное в 1970—1980 явление, как массовое размножение версий и диалектов языка высокого уровня, в значительной степени несовместимых между собой. Причин этому было несколько. Поскольку язык не рассматривался как промышленный, никаких специальных усилий по его стандартизации не прилагалось, и для каждого компьютера создавалась своя реализация. В эти же годы появилось большое количество 8-битныхдомашнихи учебных компьютеров, строившихся на базе процессоров типаIntel 8080(советский аналог —КР580ВМ80А) илиZ80, на которых Бейсик был основным (или единственным доступным) языком высокого уровня. Каждая модель компьютера имела определённые аппаратные и программные особенности, специфические средства вывода звука и графики; нестандартные инструменты ввода, для поддержки которых в реализации Бейсика вводили специальные команды и конструкции. Иногда прямо в Бейсике реализовались низкоуровневые средства программирования, такие как непосредственная работа с физической памятью или обработка аппаратных прерываний. Поэтому если в базовой части (минимальный стандартный набор операторов и консольный последовательный ввод-вывод) большинство реализаций было в основном аналогично, то в части вывода звука, графики и более сложного управления текстовой консолью (управление цветами, создание подобия оконного ввода-вывода) они почти наверняка оказывались несовместимыми. В результате только наиболее распространённых версий и диалектов Бейсика было более десятка, а общее число зачастую несовместимых реализаций не уступало количеству типов и разновидностей компьютеров, находящихся в эксплуатации.
Периодом наибольшего расцвета и развития исходного Бейсика можно считать конец 1970-х — первую половину 1980-х годов. В этот период практически все персональные компьютеры имели собственный интерпретатор Бейсика, зачастую зашиваемый в ПЗУ, который в простейших компьютерах нередко выполнял также функции операционной системы. Практически все более мощные компьютеры также имели интерактивные Бейсик-системы. Практически не былокомпиляторовБейсика, абсолютное большинство реализаций представляло собой стандартный гибрид строчного редактора и интерпретатора. Со временем улучшались базовые средства языка, что привело к появлению в некоторых реализациях сложных операторов ветвления, дополнительных видов циклов, именованных процедур с параметрами.
Было создано несколько новых версий Бейсика для платформы IBM PC. Microsoft продавала Бейсик дляMS-DOS/PC DOS, включая IBM Advanced BASIC (BASICA),GW-BASIC(модификация BASICA, не требующая «прошивки» от IBM) иQuickBASIC.Borland, первоначально вышедшая на рынок со своим известнымTurbo Pascal, в1985 годувыпустила основанную на той же программной среде системуTurbo Basic1.0 (его наследники впоследствии продавались другой компанией под именемPowerBASIC). Некоторые другие языки использовали хорошо известный синтаксис Бейсика в качестве основы, на которой строилась совершенно иная система (см. например,GRASS). Стремление увеличить производительность Бейсик-программ привело к появлению полноценных компиляторов (каким был, например, упомянутый Turbo Basic), а также «гибридных» систем, в которых при сохранении интерпретации как основной методики исполнения программы была реализована частичная компиляция «на лету», например, компиляция коротких циклов. Кроме того, по крайней мере, на платформе IBM распространилась псевдокомпиляция бейсик-программ, когда транслятор переводил Бейсик-программу в псевдокод (нередко — обратимый) и формировал исполняемую программу из объектного модуля интерпретатора и кодированного модуля с текстом программы. Такая программа запускалась и исполнялась как обычная компилированная объектная программа, хотя по сути оставалась интерпретируемой.
В середине 1980-х Бейсик стал основным языком в сложных моделяхпрограммируемых калькуляторов, которые как раз к этому времени достигли мощности, допускающей применение полноценного языка высокого уровня. Сам факт, что многие производители, не сговариваясь, выбрали в качестве основы языка высокого уровня калькуляторов именно Бейсик, лучше всего говорит о распространённости и популярности этого языка в указанное время. Так, Бейсик был встроен в советский калькулятор «Электроника МК-85» и все его более поздние модели. Применение Бейсика в качестве основного языка высокого уровня программируемых калькуляторов продолжается по сей день; в настоящее время именно «калькуляторный» Бейсик более всего похож на изначальный вариант 1960-80х годов, например, реализация для калькуляторов CITIZEN содержит всего 14 ключевых слов (не считая математических функций) и допускает только односимвольные имена переменных.
К концу 1980-х годов персональные компьютеры стали намного мощнее и предоставляли возможности (такие, какграфический интерфейс пользователя), использование которых в Бейсике было уже не столь удобным. К тому же появление на компьютерах «учебного» и «домашнего» класса недорогих трансляторов промышленных языков (прежде всего — Паскаля и Си), сопровождаемых удобными средами программирования и полезными библиотеками (например,Borland Pascalс библиотекойTurbo Vision) создало Бейсику сильную конкуренцию. Бейсик начал сдавать позиции, несмотря на то, что огромное количество его версий ещё использовалось и продавалось. В это же время началось стремительное изменение облика тех Бейсик-систем, которые оставались в эксплуатации. Происходил постепенный «дрейф» в сторону признанных структурных языков: расширился словарь и набор конструкций языка, появились сложные ветвления, именованные подпрограммы и функции, длинные имена переменных. Кроме того, возросшие возможности персональных компьютеров позволили отказаться от характерных особенностей Бейсика, введённых для обеспечения эффективной интерактивной работы за текстовым терминалом: числовых меток у каждой строки и построчного редактирования.
Вторую жизнь Бейсик получил с появлениемVisual BasicотMicrosoft. Хотя и трудно согласиться, что этот язык — действительно Бейсик; он явился логическим завершением эволюции языка и, несмотря на сохранение привычных ключевых слов, по структуре и набору возможностей ближе к Паскалю, чем к первоначальному Бейсику. Но как инструмент для быстрого создания практически полезных программ для Windows при невысокой квалификации программиста он оказался очень кстати и быстро стал одним из наиболее используемых языков на платформеWindows. Не последнюю роль здесь сыграла удачная реализация включённого в систему построителя графического интерфейса пользователя, скрывавшая от разработчика детали программирования Windows GUI и позволявшая сосредоточиться на задаче. Microsoft создала вариант под названием WordBasic и использовала его в MS Word до появленияWord97. ВариантVisual Basic for Applications(VBA) был встроен вMicrosoft Excel5.0 в 1993 году, затем — в Access 95 в 1995 году, а после — и во все остальные инструменты, входящие в пакетMicrosoft Office.Internet Explorer3.0 и выше, а такжеMicrosoft Outlook, включали интерпретаторVBScript.
Синтаксис языка напоминаетФортрани многие элементы — явные заимствования из него. Язык задумывался для обучения, поэтому его конструкции максимально просты. Как и в другихязыках программирования, ключевые слова взяты из английского языка. Основных типов данных два: строки и числа. С появлением версииVisual Basic, а также различных его модификаций (таких какVBA), в языке появились многие другие типы данных и дополнения, типичные для современных языков программирования (например, такие, как объектная модель). Объявление переменных не требует специальной секции (в отличие отПаскаля). Объявление переменной — это первое её использование.
Ранние версии Бейсика (такие какBASICA,GW-BASIC) существенно отличаются от современных диалектов и сегодня практически не используются.
Внешний вид программ на ранних версиях Бейсика во многом определялся тем, что он предназначался для среды программирования со строчным редактором текста. В таком редакторе пользователь не имел возможности отображать весь текст на экране (в окне), перемещаться по нему в любых направлениях с помощью клавиатуры и/или мыши. В строчных редакторах пользователь для изменения строки текста должен дать команду изменения строки с заданным номером, затем ввести новый текст указанной строки. Для вставки новой строки нужно дать команду вставки, опять-таки указав номер. Вводимые строки отображаются на экране последовательно (независимо от номеров). Чтобы увидеть сделанные изменения, применяется команда вывода текста, которая выводит строки в правильном порядке (по возрастанию номеров).
Всё это отразилось в Бейсике. Каждая строка начиналась с номера. При вводе в редактор строка оказывалась в исходном тексте программы на позиции, соответствующей её номеру. Для вставки новой строки нужно было дописать строку с номером, находящимся в диапазоне между номерами двух других строк. «Раздвинуть» строки было невозможно, если требовалось вставить новую строку между строками с соседними номерами, приходилось повторно вводить эти строки с другими номерами, чтобы обеспечить разрыв в нумерации (либо применять специальную командуRENUM, которая перенумеровывала все уже введённые строки с постоянным шагом, синхронно изменяя все команды переходов). Для упрощения оперативного редактирования программы сложилась практика нумеровать строки с шагом 10 — это позволяло практически во всех случаях вставлять новые строки без изменения номеров ранее введённых. Например, чтобы добавить третью строку между строками 20 и 30, нужно было написать строку с номером в диапазоне от 21 до 29. Типичная строка из программы на Бейсике выглядела так:
Изменять вручную номера уже имеющихся строк было небезопасно, так как номера выполняли роль меток для оператораGOTO. Ранее в Бейсике были допустимы только числовые метки для этого оператора, и наличие в каждой строке уникального номера делало возможным безусловный переход к любой из них. Числовые метки и активное использованиеGOTOбыло неизбежным при программировании на Бейсике, что способствовало плохой структуре кода и в больших проектах приводило к запутыванию самих авторов. Был даже придуман шуточный термин «макаронное программирование» (spaghetti code), потому что логика программы с частыми переходамиGOTOнапоминает тарелку со спагетти.
Признаком конца оператора служил конец строки. Чтобы на одной строке разместить несколько операторов, нужно поставить между ними двоеточие (это разрешалось не во всех реализациях языка). Имена переменных в большинстве диалектов могли состоять только из одной буквы, после которой можно было добавить одну цифру, что также не способствовало улучшению понимания кода. Для создания переменной строкового типа нужно было после имени указать знак доллара ($). Переменная без этого знака являлась числовой (с плавающей точкой). Было ещё несколько модификаторов, относящихся к числовому типу: знак процента (%) — целый тип, восклицательный знак (!) — обычная точность, октоторп (#) — двойная точность (для данных с плавающей точкой, то естьдесятичных дробей). В некоторых версиях числовые модификаторы могли не применяться или применяться не все. В абсолютном большинстве программ использовался только базовый числовой тип.
Выражения сходны с большинством других процедурных языков программирования, но в первых вариантах Бейсика их набор был довольно бедным. В самых ранних вариантах число ключевых слов не достигало даже 20. Вот набор основных программных конструкций и интерактивных команд, которые были реализованы практически в любой Бейсик-системе конца 1970-х годов:
Условный оператор (IF..THEN) изначально имел только одну ветвь — ветвьELSEв нём отсутствовала и моделировалась с помощью безусловного перехода. Так, в нижеследующей программе выполняется элементарная операция — ввод числа и вывод сообщения «Отрицательное число» или «Положительное число или нуль» в зависимости от его значения:
Имелся оператор перехода по вычисляемой меткеON..GOTO(унаследованный от аналогичной конструкции Фортрана) — в нём после ON указывалось числовое выражение, а послеGOTO— список номеров строк. Переход происходил на строку, номер которой в списке соответствовал значению выражения. Присутствуют также циклы (цикл со счётчикомFORи цикл с предусловиемWHILE).
Использование функций, определяемых пользователем (участков кода, для многократного использования), было возможно двумя способами: определяемые функции и подпрограммы.
Подпрограммы не являлись аналогом функций таких языков, какСиилиПаскаль, так как не имели имён и не могли принимать и/или возвращать параметры. Параметры и результаты передавались через глобальные переменные (все переменные в ранних версиях Бейсика были глобальными). Подпрограммы писались обычно в конце модуля, с нумерацией заведомо большей, чем планируемое количество строк (к примеру, нумерация блока подпрограмм могла начинаться с 5000, даже если в программе была пара сотен строк). Подпрограммы не имели заголовков и имён, и ничем не отличались от любого другого участка кода. Вызов подпрограммы осуществлялся с помощью ключевого словаGOSUB <метка>. Это практически клонGOTO, за исключением одного: возврат в точку вызова происходил автоматически, при достижении в подпрограмме ключевого словаRETURN.GOSUB, как иGOTO, только способствовали плохой структуре кода, так как отследить выполнение программы, содержащей большое количество безусловных переходов и подпрограмм, было сложной задачей. Рекурсия не допускалась.
Отсутствие возможности давать подпрограммам имена (и передавать по ним управление), невозможность передачи параметров, отсутствие локальных переменных, использование только числовых меток в больших проектах вызывало путаницу в коде и очень затрудняло отладку.
В некоторых диалектах Бейсика имелась возможность загрузить файл с кодом непосредственно при выполнении программы (текущий при этом выгружался) операторомCHAIN. Это была одна из самых полезных возможностей языка, так как она позволяла разбить большой проект на модули, вызывая их в порядке необходимости.
Редактора кодав ранних версиях, как такового, не было. При запуске интерпретатора Бейсика запускался диалоговый режим ввода команд. Для работы в этом режиме были предусмотрены специальные команды, которые не являлись операторами самого языка (их нельзя было включить в код программы). Это команды по управлению средой ввода, такие как:LIST <диапазон строк>— вывод листинга программы на экран (LLIST— на принтер),SAVE <имя файла>— сохранение текста программы в файл,LOAD <имя файла>— загрузка кода в память и т. д. Запуск программы производился вводом команды RUN. В большинстве интерпретаторов Бейсика в нижней части экрана была строка с этими (и другими) командами.
Если команда начиналась с номера строки (метки), она запоминалась в памяти как часть вводимой программы. Если строка оператора вводилась без номера, она выполнялась сразу же, после нажатия клавиши↵ Enter. В качестве первых уроков обучающимся на Бейсике предлагалось поэкспериментировать с таким режимом, когда результат выполнения выражения был виден сразу. Например, если, находясь в режиме диалога, ввести строкуPRINT 2+2и нажать↵ Enter, на экране отобразится результат сложения.
Для редактирования уже введённой строки в большинстве реализаций нужно было перепечатать её полностью. Удаление строк производилось командойDELETE <диапазон строк>. КомандаRENUM— позволяла восстановить шаг 10 в нумерации строк. Часто возникала ситуация, что штатного шага 10 для будущих строк не хватало (так как такой шаг позволяет добавить лишь 9 строк между требуемыми) и тогда командаRENUMбыла необходимой (все строки перенумеровывались с шагом 10, и соответствующим образом корректировались строки сGOTOпод новую нумерацию строк).
Для выполнения программы на Бейсике использовалась передача имени файла с кодом программы интерпретатору в командной строке. В этом случае после загрузки кода команда RUN (начать выполнение программы) вызывалась автоматически.
Фрагмент типичной программы на Бейсике:
Точка с запятой выполняет функцию подавления перехода на новую строку после оператораPRINT. Ключевое словоENDозначает завершение программы. Оно необязательно, в его отсутствие программа завершалась после исполнения последнего оператора, но было полезно в случаях, когда имелась секция подпрограмм либо программа имела несколько возможных точек завершения (в последнем случае либо в каждой такой точке ставилиEND, либоENDбыл один, а на него делались переходы в других местах).
Одним из наиболее распространённых вариантов языка Бейсик стала реализация интерпретатораQBasicкорпорацииMicrosoft. Долгие годы она включалась как бесплатное приложение, входящее в операционные системыMS-DOSи раннихWindows. В нём имелись довольно мощные графические и звуковые возможности, позволяющие создавать на этом языке даже игры.
Бейсик поздних версий (начиная сTurbo BasicиVisual Basic) резко отличается от ранних вариантов. Фактически, это новый язык, который во многом ближе кФортрануилиПаскалю, чем к исходному Бейсику. Основные изменения версий 1990-х годов состоят в следующем:
Практически все недостатки, присущие ранним версиям языка, были исправлены, и программирование на современных диалектах Бейсика мало отличается от использования других языков и сред (например, таких, какDelphi). Оборотной стороной процесса модификации Basic является то, что язык стал гораздо объёмнее и сложнее, его освоение требует больше времени и усилий.
Фрагмент типичной программы на FreeBASIC:
Несмотря на популярность, в 2001 году Microsoft отказалась от дальнейшей поддержки Visual Basic в пользу принципиально нового языкаVisual Basic .NET— в этой реализации язык был снова кардинально пересмотрен и по набору возможностей практически стал совпадать c языкомC#, отличаются только детали синтаксиса и ключевые слова. Таким образом, Basic перерос из средства для создания программ любителям-непрофессионалам до полноценного средства создания программ.
Помимо написания полноценных программ, Бейсик широко применяется как основа для различныхскриптовых языков(например, макросы в пакетеMicrosoft Officeпишутся на диалектеVBA, а скрипты для автоматизации выполнения задач в Windows пишутся на языкахVBScript,AutoItиAutoHotkey).
В пору своего расцвета (1970—1980 годы) Бейсик подвергся жёсткой критике. Помимо констатации очевидных недостатков языка, связанных с синтаксической бедностью ранних вариантов и отсутствием многих признанных и удобных конструкций и механизмов, Бейсик критиковали за то, что его простота и бесструктурность поощряют применение порочных методик разработки и способствуют выработке опасных привычек программирования, которые иногда могут быть уместны при быстром создании малых программ для текущих нужд, но способны привести к краху крупных проектов.
Резко критиковалось повсеместно распространённое начальное обучение программированию, базирующееся на Бейсике. Одной из «визитных карточек»Эдсгера Дейкстрыстало высказывание:
В ответ на критику адептыБейсика замечают, что критики приписывают языку те негативные стороны, которые следовало бы отнести к его неправильному применению. Недостатки Бейсика (если иметь в виду ранние диалекты) проявляются при попытке профессиональной разработки на нём сложных и крупных программ и при использовании его как базового языка для обучения программистов, но ни для одного из этих применений данный язык не предназначался; его основной задачей было предоставить студентам-непрограммистамвозможность послеминимальногообучения самостоятельно писатьпростейшиепрограммыдля собственных нужд, чтобы не отвлекать на эту работу специалистов. Этой задаче язык вполне соответствует.
Если же говорить о современных диалектах и реализациях Бейсика, то они настолько далеко ушли от первоначальной формы языка, что всё вышесказанное вряд ли можно считать относящимся к ним. Современные диалекты Бейсика являются достаточно структурированными языками, они сопоставимы по возможностям с такими языками, какСи,Паскальи т. п.
В разное время интерпретаторы и компиляторы BASIC выпускались различными организациями, компаниями, фирмами:
Советские:
Apple:
Commodore:
Microsoft:
Sinclair:
Другие:
Стандарты