Modula-2

Modula-2，是一種通用的結構化過程式程式語言，由尼克勞斯·維爾特在1978年至1985年間於蘇黎世聯邦理工學院開發。它具有充分的靈活性用於系統編程，和更加廣闊應用領域。特別是，它被設計為以一種直接的方式支持分離編譯和數據抽象。它的很多語法基於了維爾特早先的周知語言Pascal。

## 歷史

在1976年至1977年年間，維爾特在Xerox Palo Alto研究中心，與一群設計Alto電腦的工作夥伴一同工作。1978年，維爾特在瑞士聯邦理工學院資訊研究所，根據其早期對Pascal程式語言、Modula模組程式語言、及Alto電腦的經驗，定義了Modula-2語言，他還開始了一個Lilith個人電腦計畫。

Modula-2語言本身與Lilith結構之設計，都以優雅及簡單為原則，是以Modula-2為Lilith的系統程式語言，而不需用到組譯器，並且以Lilith為Modula-2的組織架構。為此，Modula-2語言不僅要適用於編寫高階的應用程式，也要應適用於編寫低階的與機器相關的編碼程式，用於裝置的操控與儲存體的配置。

Modula-2提供了一些標準程式庫模組，如異常處置、字串處理、輸入/輸出及並行程式設計等，通過重複使用它們來降低語言本身的複雜度。在Lilith計畫從1978年到1988年的整個生命期中，作業系統、繪圖套裝軟體、資料庫系統、網路協議、檔案伺服器，及許多其他系統和應用模組，都是藉著Modula-2發展出來的。

## 描述

Modula-2被設計為顯著的類似於Pascal，移除了一些元素和語法歧義，增補了「模塊」這個重要概念，並且對多道程序有直接的語言支持。維爾特將Modula-2看作他早期的程式語言Pascal和Modula的後繼者。主要的概念是：

- 模塊是分離編譯的編譯單元。
- 協程是並發處理的基本建造塊。
- 類型和過程允許訪問特定於機器的數據。

Modula-2提供了（有限的）單處理器並發（監視器、協程和顯式控制轉移）和硬體訪問（絕對地址、位操縱和中斷）。它使用了名稱類型系統。Modula-2語言允許使用一趟編譯器。Jürg Gutknecht和維爾特的這種編譯器大致上比早前的多趟編譯器要快上四倍。

Modula-2有兩種主要方言：PIM和ISO/IEC 10514-1:1996，PIM得名於Niklaus Wirth的著作《Programming in Modula-2》，這本書一共有四個版本，成為方言的是PIM2（1983年）、PIM3（1985年）和PIM4（1988年）。

## 例子代碼

下面是"Hello world"程序的Modula-2原始碼例子：

```modula2
MODULE Hello;
  FROM STextIO IMPORT WriteString;
BEGIN
  WriteString("Hello World!");
END Hello.
```

## 語言元素

### 保留字

PIM版本2、3、4定義了40個保留字：

```
AND         ELSIF           LOOP       REPEAT
ARRAY       END             MOD        RETURN
BEGIN       EXIT            MODULE     SET
BY          EXPORT          NOT        THEN
CASE        FOR             OF         TO
CONST       FROM            OR         TYPE
DEFINITION  IF              POINTER    UNTIL
DIV         IMPLEMENTATION  PROCEDURE  VAR
DO          IMPORT          QUALIFIED  WHILE
ELSE        IN              RECORD     WITH
```

### 內建標識符

PIM版本3、4定義了29個內建標識符：

```
ABS         EXCL            LONGINT    REAL
BITSET      FALSE           LONGREAL   SIZE
BOOLEAN     FLOAT           MAX        TRUE
CAP         HALT            MIN        TRUNC
CARDINAL    HIGH            NIL        VAL
CHAR        INC             ODD
CHR         INCL            ORD
DEC         INTEGER         PROC
```

## 模塊

Modula-2的模塊（module），可以用來封裝一組有關的子程序和數據結構，並限制它們對程序其他部份的可見性。模塊設計以清晰的方式，實現了Modula-2的數據抽象特徵。語言有嚴格的作用域控制。模塊的作用域，可以被當作是不可逾越的牆：除了標準標識符之外，來自外部的對象在模塊內是不可見的，除非顯式的導入它；內部的模塊對象在外部是不可見的，除非顯式的導出它。

Modula-2程序是由模塊組成，其中「程序模塊」包含一個Modula-2程序的主程序。所有Modula-2程序，必須有定義了執行開始之處的一個主程序。在一個單一的程序中，不能有連結在一起的兩個程序模塊。「局部模塊」是在其他模塊內聲明的模塊。程序模塊和局部模塊的起始關鍵字，就是單獨的MODULE。

### 定義模塊與實現模塊

除了程序模塊之外的「全局模塊」，都構成自兩個部份：作為接口部份的「定義模塊」，它只包含「導出」（對其他模塊可見）的那部份子系統，和同名的「實現模塊」，它包含模塊內部的工作代碼：

```modula2
DEFINITION MODULE GM;
  ...
  
IMPLEMENTATION MODULE GM;
  ...
```

定義模塊中可以包含不透明類型聲明，它有如下形式：

```modula2
TYPE name;
```

它對應的實際類型，對於這個模塊的使用者是不可見的。這個類型名字，可以用在定義模塊內的其他聲明之中。對於在定義模塊中聲明的任何不透明類型，在對應的實現模塊中，必須包含它的完全類型聲明。完全類型聲明，必須定義一個指針類型。

### 導出

假定局部模塊`M1`導出對象`a`、`b`、`c`和`P`，可將它們的標識符列舉於顯式`EXPORT`導出列表之中：

```modula2
MODULE M1;
  EXPORT a, b, c, P;
  ...
```

如果加上了可選的關鍵字`QUALIFIED`，它們以一種有限制的方式給導出至外部，必須將導出的這個模塊名字用作限定符，並跟隨著對象的名字。這裡的來自模塊`M1`的對象`a`、`b`、`c`和`P`，在模塊`M1`外部就叫做`M1.a`、`M1.b`、`M1.c`和`M1.P`。

PIM2在定義模塊中要求顯式的`EXPORT`子句；PIM3從定義模塊中刪除了`EXPORT`子句，因為發現了它是多餘的。

### 導入

假定模塊`M2`包含下列`IMPORT`聲明：

```modula2
MODULE M2;
  IMPORT M1;
  ...
```

然後這意味著模塊`M1`導出至它所包圍的程序的外部的對象，現在可以用在模塊`M2`內部。它們以一種限定方式來引用，也就是`M1.a`、`M1.b`、`M1.c`和`M1.P`。例如：

```modula2
  ...
  M1.a := 0;
  M1.c := M1.P(M1.a + M1.b);
  ...
```

限定導出避免了名字衝突：例如，如果另一個模塊`M3`也導出了一個對象叫做`P`，那麼我們仍可以區分這兩個對象，因為`M1.P`不同於`M3.P`。憑藉限定導出，兩個對象在它們的導出模塊`M1`和`M3`中都叫做`P`是不礙事的。

存在一種可作為替代的方式，它在Modula-2編程者中廣泛採用。假定模塊`M3`是公式化為如下：

```modula2
MODULE M3;
  FROM M1 IMPORT a, b, c, P;
```

然後這意味著模塊`M1`導出至外部的對象，可以用在模塊`M3`內部，但可以用無限定方式來引用導出的標識符，也就是`a`、`b`、`c`和`P`。例如：

```modula2
  ...
  a := 0;
  c := P(a + b);
  ...
```

這種無限定導入的方法，允許在其導出模塊之外，以同在它們的導出模塊之內一樣簡單的方式，來使用這些變量和其他對象。對於所有這些已經被顯式允許的對象，包圍所有模塊的牆變得與它們無關了。當然無限定導入只在沒有名字衝突時是可用的。

這些導出和導入規則，看起來可能是沒有必要的限制和冗餘的。但是它們不只是守衛對象免於不希望的訪問，而且還有一個讓人愉悅的副作用，提供了在程序中定義的所有標識符的自動交叉引用：如果標識符被一個模塊名字所限定，那麼它的定義位於那個模塊。否則如果它是無限定的出現的，簡單的回溯查找，將會要麼遇到這個標識符的聲明，要麼遇到它出現在一個`IMPORT`語句中，指出了它所來自的模塊的名字。這個性質在嘗試理解包含很多模塊的大型程序時是非常有用的。

## 圖書

- Uses ISO-standard Modula-2.

## 外部連結

- www.modula2.org

本條目部分或全部內容出自以GFDL授權發佈的《自由線上電腦詞典》（FOLDOC）

## 基本資料

- 編程范型：指令式、結構化、模塊化、數據和方法隱藏、並發
- 語言家族：Wirth Modula
- 發行時間：1978年
- 設計者：尼克勞斯·維爾特
- 類型系統：強，靜態
- 平台：Lilith（AMD AMD Am2900）
- dialects：PIM2、PIM3、PIM4、ISO
- 軟體實現：Niklaus Wirth編寫的 ETH編譯器, GNU Modula-2, ADW Modula-2
- 受影響於：Modula, Mesa, Pascal, ALGOL W
- 施影響於：Modula-3, Oberon, Ada, Fortran, Lua, Seed7, Zonnon, Modula-GM
- 作業系統：跨平台
- 文件擴展名：.mod .m2 .def .MOD .DEF .mi .md