Self

Self语言，是一种基于原型的面向对象的程序设计语言，也是一个集成开发环境和运行环境，由David Ungar和Randy Smith，最初在1986年于施乐帕罗奥多研究中心设计。Self语言在Smalltalk的基础上，采用“槽”取代了“变量”，从而彻底体现了一切都是对象的风格。在实现Self系统的过程中，设计研究人员发展出了一种动态自适应编译技术。
简介.
Self语言把在概念上精简Smalltalk作为设计原则。它在把消息作为最基本的操作的同时，取消了类的概念，只有对象的概念。它把对象的特性，理解为获取或更改特性的这两种方法，从而把特性的概念简化为方法，并且通过消息来读槽和写槽的方式，取代了变量及其赋值。Self提出了特质的概念，用实现了委托。
尽管Self系统一次运行在一个进程中，但实际上可以分成两个部分：Self虚拟机和Self世界。Self世界是一个Self对象库，Self对象包括数据对象和方法对象，方法对象的代码部份，是用一种指令非常简单的字节码表示的，字节码由Self虚拟机来解释。当Self程序从终端、文件或者图形用户界面输入到系统之中时，Self系统把源程序解析转化为Self世界里的对象。
动态自适应编译技术的采用，提高了Self代码的执行效率。对经常执行的方法，虚拟机将进一步把字节码转化为本机代码。Self虚拟机还提供了一些可供调用的，用来实现算术运算、对象复制、输入输出等。
Self还拥有一个图形用户界面Morphic，Self的编程环境，也是基于Morphic来实现的。Self在精简语言概念的同时，也把大量的工作转交给环境来处理，语言中的反射机制也同环境密切相关。
历史.
在1986年，David Ungar和Randy Smith在施乐帕罗奥多研究中心，提出了Self语言的最初设计，并在1987年的OOPSLA'87的论文《Self：简单性的能力》中给出了描述，此文在2006年被评为1986年到1996年间三个最有影响的OOPSLA论文之一。
1987年初，Craig Chambers、Elgin Lee和Martin Rinard，在Smalltalk上给出了Self的第一个实验性解释器。1987年夏，Self项目在斯坦福大学正式开始，1988年夏给出了第一个有效率的实现，并发布了1.0和1.1两个版本。1991年初，Self项目移至Sun微系统，并且在1992年发布了2.0版。1993年1月，Self 3.0版发布。
1995年7月，Self 4.0版发布。在这个版本中包括了一个全新的图形用户环境Morphic。在2016年发行了4.3版本并可运行在Mac OS X和Solaris上。在2010年发行了版本4.4，由最初团队的某些人和独立编程者形成的小组开发，它和所有后续版本可以运行在Mac OS X和Linux上。2014年1月发行了4.5版本。2017年5月发行了版本2017.1。
Self的发展基本已经停滞，但在发展Self过程中探索出的一些技术，在其他的系统中得到了应用。在Self的实现中采用的各种编译优化技术，直接导致了Java Hotspot虚拟机的产生；在Smalltalk的一个实现Squeak中，采用了Self图形用户界面Morphic的设计方案，放弃了Smalltalk-80中采用的MVC的方案。Self是对JavaScript编程语言设计有最主要影响者之一。
基于原型编程.
传统的基于类的面向对象语言，基于了根深蒂固的二元性：
例如，假设车辆类codice_1的对象有一个“名字”，和进行各种动作的能力，比如“开车上班”和“运送建材”。codice_2是类codice_1的特定对象（实例），它的“名字”是“Bob's car”。在理论上，你可以向codice_2发送消息，告诉它去“运送建材”。
这个例子展示了这种方式的一个问题：Bob的汽车，恰巧是一个跑车，在任何意义上都不能装载和运送建材，但这是建模codice_1所必须拥有的能力。通过从codice_1建立特殊化的子类，可产生一个更有用的模型；比如建立跑车类codice_7和平板卡车类codice_8。只有codice_8的实例需要提供“运送建材”的机能；codice_7的实例不适合这种工作，它只需要“快速行驶”。但是，这种深入建模在设计期间，需要更多的洞察力，洞察那些可能只在引起了问题时才显现出的事情。
这个问题是在原型（prototype）这个概念背后的动机因素之一。除非你能必然性的预测出一组对象和类，在遥远未来时所要有的品质，你不能恰当的设计好一个类的层级。程序最终需要增加行为，实在是太频繁了，而系统的很多节段将需要重新设计或重新构建，来以不同的方式迸发出对象。早期的面向对象语言如Smalltalk的实验，显示出这种问题反反复复的出现。系统趋向于增长到一定程度后，就变得非常僵化，因为在编程者的代码下的深层的基本类，简直就像是逐渐变成了一个“错误”；没有变更原来的类的容易方式，就会出现严重的问题。
动态语言如Smalltalk，允许通过周知的按照类的方法进行这种变更；即通过改变类，基于它的对象就可以改变它们的行为。但是，进行这种变更必须非常小心，因为基于相同类的其他对象，可能把它当作“错误行为”：“错误”经常是依赖于场景的，这是问题的一种形式。进一步的说，在静态语言如C++中，这里的子类可以从超类分别的编译，对超类的变更实际上可以破坏预编译的子类方法；这是脆弱基类问题的另一种形式，也是的一种形式。
在Self和其他基于原型的编程语言中，消除了在类和对象之间的这种二元性。不再有基于某种“类”的一个对象“实例”，在Self中，你可以复制一个现存的对象，并改变它。故而codice_2可以通过制作现存的codice_1对象的复本来建立，并增加“快速行驶”方法，建模它恰好是一辆保时捷911的事实。
主要用来制作复本的基本对象叫做“原型”。这种技术被称为是一种非常简化的机制。如果一个现存的对象或对象的集合，被证明是个不适当的模型，编程者可以简单的建立有正确行为的一个修改的对象，并转而使用它。使用现存对象的代码不会改变。
语法和语义.
下面简要描述Self语言的语法和语义。
对象.
（literal）包括：数、用codice_13包围起来的字符串对象，块和一般的对象。对象文字用圆括号来界定。在圆括号内，对象描述构成自竖杠codice_14界定的一个槽列表，随后是在这个对象被求值时要执行的代码。例如：
<syntaxhighlight lang="smalltalk"> (| 槽1. 槽2 | 一些代码 )</syntaxhighlight>
槽（slot）是名字-值对，槽包含到其他对象的引用。槽列表由点号分隔的（可以为空的）一序列的槽描述符组成。在槽列表结束处的点号是可选的。槽描述符（descriptor）有两种：
在Self中没有单独的赋值运算。其他面向对象语言中的访问子方法对应数据槽，变异子方法对应赋值槽。假如codice_17对象中有个叫做codice_18的数据槽，则通过，可返回在这个槽中的值；如果它有对应的赋值槽codice_19，则通过，可设置数据槽codice_18的值为codice_21。
任何槽都可以通过增加星号后缀，来制成父槽。星号不是槽名字的一部份，在将名字与消息进行匹配时候忽略它。例如一个初始化了的可变的点可以定义为：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
(| parent* = traits point.
</syntaxhighlight>
一个对象的代码是以点号分隔的一序列的表达式。尾随的点号是可选的。每个表达式有一系列的消息发送和文字组成。在一个对象的代码中最后的表达式，可以前导着指示返回的codice_22算符。
一个真正的空对象，指示为codice_23或简单的codice_24，它根本不接收任何消息。
消息.
通过消息访问槽的语法，类似于Smalltalk，有三类消息可以获得：
所有消息都返回结果，所以显式指定的接收者和参数自身可以是其他消息的结果。下面是Self版本的hello world程序例子：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">'Hello, World!' print.</syntaxhighlight>
组合可以通过使用圆括号来进行强制。在缺乏明确组合的情况下，一元消息具有最高优先级，其次是二元消息，而关键字消息最低。一元消息从左至右复合。二元消息对于同一个算符从左至右结合，例如codice_28被解释为codice_29，而对于不同的算符没有结合性，例如codice_30是非法的，而必须显式的写为要么codice_31要么codice_32。
关键字消息的第一部份必须开始于小写字母，而后续部份都必须开始于大写字母。例如表达式：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
5 min: 4 Max: 7
</syntaxhighlight>
是一个单一的消息codice_33，它被发送给codice_34并具有参数codice_35和codice_36，而表达式：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
5 min: 4 max: 7
</syntaxhighlight>
涉及两个消息：第一个消息codice_37被发送给codice_35并接受codice_36作为它的参数，而接下来消息codice_40被发送给codice_34，并接受codice_42的结果作为它的参数。关键字消息从右至左结合，例如：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
5 min: 6 min: 7 Max: 8 Max: 9 min: 10 Max: 11
</syntaxhighlight>
被解释为：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
5 min: (6 min: 7 Max: 8 Max: (9 min: 10 Max: 11))
</syntaxhighlight>
由于很多消息被发送给当前消息接收者codice_43，故而可以将codice_43作为隐含接收者而不需要显式的写出。
方法.
方法（method）是除了参数槽局部槽之外，还包含代码的对象。参数（argument）槽名字开始于一个冒号，它不是槽名字的一部分，在将名字与消息进行匹配时候忽略它。参数槽总是只读的，并且不能对它们指定初始化者。下面例子是计算平方的方法对象：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">(| :arg | arg * arg )</syntaxhighlight>
一个普通方法（简称方法），是不嵌入到其他代码之中的方法，它只能存放在只读槽中。普通方法总是有一个叫做codice_43的隐含的父参数槽。Self的普通方法等价于Smalltalk的方法。
如果一个槽包含一个方法，在求值这个槽来响应发来的消息的时候，这个方法对象被（clone），从而新建它的一个活动（activation）对象，它包含这个方法的参数槽和局部槽；复制体的codice_43父槽，初始化为这个消息的接收者；复制体如果有参数槽，将它们初始化为实际参数；在这个新的活动对象的上下文中，执行这个方法的代码。例如计算点的加法的一个方法：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
(| + arg = 
</syntaxhighlight>
可以被无歧义的分析，其含义同于：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
</syntaxhighlight>
这里出现了三个隐含接收者一元消息codice_47、codice_48和codice_49。
作为语法约定，参数名字可以直接写在槽名字中对应关键字之后，它不再带有前缀冒号，从而隐含的声明参数槽。例如下面的方法定义：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
(| ifTrue: False: =
</syntaxhighlight>
可以等价的定义为：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
(| ifTrue: b1 False: b2 =
</syntaxhighlight>
返回算符codice_22的出现或缺席，不影响普通方法的行为，因为普通方法总是会返回它最终的表达式的值。
块.
块是Self的闭包，Self就像Smalltalk，使用“块”用于控制流程和其他职责。块文字的写法，除了方括号替代了圆括号之外，类似于其他对象文字。例如嵌入在下列表达式中的块：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">
1 to: 5 * i By: 2 * j Do: [| :k | k print ]
</syntaxhighlight>
一个块文字定义两个对象：一个块数据对象，和它包围的一个块方法对象。
相应的，块求值分为如下两个阶段：
在块中，返回算符codice_22导致从包含这个块的普通方法中返回控制权，立即终止这个方法的活动，这个块的活动，和在其间的所有活动。这种返回叫做“非局部返回”，因为它可以穿越很多活动。普通方法求值的结果，是非局部返回所返回的值。
委托.
在理论上，所有Self对象都是独立实体，Self既没有类也没有元类。对任何特定对象的变更，都不影响任何其他对象，但是在某些情况下，却需要它们有关联。正常的一个对象，只能理解对应于它的局部槽的消息，但拥有一个或更多的指示父（parent）对象的槽，对象可以将任何自身不理解的消息，委托（delegate）给父对象。
Self采用这种方式，处理在基于类的语言中使用继承来担负的责任。委托还可以用来实现一些特征，比如命名空间和词法作用域。通过下面的例子展示委托与传统的类的不同之处：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">myObject parent: someOtherObject.</syntaxhighlight>
这个句子通过改变与叫做codice_62的父槽关联的值，在运行时间改变codice_63的“类”。不同于继承或词法作用域，委托对象可以在运行时间修改。
特质.
例如，假定在一个简单的账簿应用中，定义了一个对象叫做“银行帐号”（bank account）。通常建立的这个对象，具有内部的方法，比如说“存款”（deposit）和“取款”（withdraw），和任何它所需要的数据槽，比如说“余额”（balance）。这只是一个原型，它只在使用方式上特殊，因为它恰好是一个全功能的银行帐号。
为“Bob的账户”制作银行帐号对象的复制品（clone），将建立一个新对象，它在起初时完全同于原型。在这种情况下，将复制（copy）包括方法和任何数据的槽。但更常用的解决方案，是首先建立叫做它的特质（trait）对象的一个简单对象，它包含通常与一个类有关的项目。
在这个例子中，“银行账户”将没有存款和取款方法，而是委托给一个父对象来做这些。采用这种方式，可以制作银行帐号对象的很多复本，但是我们仍可以通过改变它所委托的特质对象中的槽，来改变它们全体的行为。
Self世界.
当处在于提示符下键入表达式的场景时，由叫做“大厅”（lobby）的一个对象，引领用户进入Self世界。当建立一个新对象的脚本被读入系统的时候，脚本中的表达式都在大厅的上下文中求值。就是说大厅是这个脚本中所有发送给codice_43的消息的接收者。
要引用在脚本中的某个现存的对象，必须通过发送一个消息到大厅才可以访问到它。大厅的codice_65、codice_66和codice_67槽，是从大厅可以访问的对象命名空间的根。大厅的codice_68槽允许大厅自身通过名字来提及。路径名字是一个一元选择子的序列，它描述从大厅到这个对象的路径。路径名字也是可以在大厅的上下文中求值的表达式，它产出这个对象。
例如，原型列表的完全路径名字是codice_69。因为codice_66是父槽，它可以从路径名字表达式中省略，生成简短路径名字codice_71。大厅的codice_65不是父槽，特质对象的名字必须开始于前缀codice_65，因此列表的特质对象必须称呼为codice_74。
不是所有对象都有路径名字，只有那些从大厅可以到达的对象才有，这些对象称为“周知的”。大厅向用户提供三类对象：
在大厅的codice_89槽中，定义了系统中大多数对象所继承的缺省行为。
新建对象.
有两个消息与对象复制有关：
考虑一个图形用户界面有关的例子：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">(desktop activeWindow) draw: (labelWidget copy label: 'Hello, World!').</syntaxhighlight>
首先进行的是，它向桌面对象codice_91发送消息codice_92，从其拥有的一个窗口列表中返回活动窗口。按从内向外从左至右的次序，接着是，通过codice_77消息制作标签组件对象codice_94的一个复本，接着向它发送一个消息，将codice_95放入它的用作“标签”的codice_96槽中。最后将返回的这个组件，发送到这个活动窗口用于“绘制”的codice_97槽中。
增加槽.
在Self中的对象，可以通过包括新加的槽来修改。这可以通过被推荐使用的图形编程环境来做，或者直接使用原语codice_98。原语与正常关键字消息有相同的语法，但是它的名字开始于下划线字符。给codice_98的参数是一个对象文字，它的槽将被复制进入接收者。例如，在大厅中新增叫做codice_100的对象，并初始化这里举出的它的叫做codice_101的槽，采用如下这样的表达式：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">_AddSlots: (| newObject = (| entries <- list copy …… |) |)</syntaxhighlight>
因为codice_98原语未指定接收者，这里的消息隐含接收者codice_43是大厅，由它来理解产生初始值的消息codice_104，codice_71是周知的原型对象。
例子.
在下面的例子中，将基于类语言中叫做codice_1的一个简单的车辆类，重新构造为Self中的codice_107对象，从而能够区分出在轿车和卡车之间共有的行为：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">_AddSlots: (| vehicle <- (|parent* = traits clonable|) |).</syntaxhighlight>
在大厅中创建了一个叫做codice_107的槽，它的值是一个对象文字，同时还创建了一个叫做codice_109的赋值槽。作为codice_107槽初始值的对象文字，也就是新建的叫做codice_107的对象，包括了一个单一的父槽codice_62，没有相应的codice_113，它委托了codice_75对象，这个顶层的特质对象可以理解与复制有关的消息。
然后向这个新建对象继续增加codice_18槽和相应的codice_19槽：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">vehicle _AddSlots: (| name <- 'automobile'|).</syntaxhighlight>
在大厅中从codice_107对象建立一个跑车对象codice_118，并接着向codice_118增加codice_107所没有的用于“开车上班”的一个新的方法槽codice_121：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">_AddSlots: (| sportsCar <- vehicle copy |).
sportsCar _AddSlots: (| driveToWork = ("这个方法的代码") |).</syntaxhighlight>
在大厅中从codice_118对象建立一个保时捷911对象codice_123，接着向新建对象codice_123发送一个消息改变它的codice_18槽的值：
<syntaxhighlight lang="smalltalk">_AddSlots: (| porsche911 <- sportsCar copy |).
porsche911 name: 'Bobs Porsche'.</syntaxhighlight>
对象codice_123与它的原型对象codice_118，仍有着完全相同的槽，但是其中的一个槽有着不同的值。
环境.
Self的一个特征，是它基于了早期Smalltalk系统所用的某种虚拟机系统。就是说，程序不是像C语言中那样的独立实体，而是需要它们的整体内存环境来运行。这要求应用程序被装载入保存内存的（chunk）之中，这叫做“快照”或。这种方式的缺点，是映像有时很大并且笨重；但是调试一个映像，经常被调试一个传统程序要简单，因为运行时状态更容易检查和修改。在基于源代码和基于映像的开发之间的不同，是类似于在面向类的和面向原型的面向对象编程之间的区别。
此外，环境是为了让在系统之中的对象能快速和可持续的变更而定制的。重新构建一个“类”设计，就像从现存的祖先拖动出来方法放入新造的之中一样容易。简单任务像测试方法，可以通过制作复本来处理，拖动方法进入这个复本，接着变更它。不同于传统系统，只有变更了的对象有新代码，不需要重建任何东西来测试它。如果这个方法有效，可以简单的把它拖动回祖先之中。
性能.
Self的VM实现的性能，在某些测试之中大约是优化的C程序速度的一半。这是通过即时编译技术达到的，它是在Self研究中首创并改进的，能够使高级语言表现得这么好。
垃圾收集.
Self的垃圾收集器使用分代垃圾回收，它按年龄分离对象。通过使用内存管理系统记录页面写，可以维护一个写屏障。这个技术给出了卓越的性能，尽管在运行一些时间之后，出现完全的垃圾收集，要花相当可观的时间。
优化.
运行系统选择性的扁平化调用结构。这给出适当的自身提速，但允许了对不同调用者类型的类型信息和多版本的代码的大量缓存。这去除了对做很多方法查找的需要，并允许条件分支语句和硬编码调用被插入，这经常能给出类似C语言的性能，而又不失去语言层面的通用性，但要建立在完全的垃圾收集系统之上。