Simula

Simula – dwa języki programowania, Simula I oraz Simula 67, opracowane w latach 60. XX w. w Norweskim Ośrodku Obliczeniowym w Oslo przez Ole-Johana Dahla, Bjørna Myhrhauga i Kristena Nygaarda. Syntaktycznie jest to rozszerzenie języka ALGOL 60^[1].

Simula

Logo języka
Pojawienie się	1965
Paradygmat	obiektowy
Typowanie	statyczne
Aktualna wersja stabilna	Simula 67 (1967) [±]
Twórca	Ole-Johan Dahl, Kristen Nygaard

Simula 67 wprowadziła obiekty^[2], klasy^[3], dziedziczenie oraz podklasy^[4], metody wirtualne^[5] i współprogramy^[6].

Simulę uważa się za pierwszy obiektowy język programowania. Simula została stworzona z myślą o tworzeniu symulacji komputerowych.

Simula miała bezpośredni wpływ m.in. na C++, Object Pascal, Java, C#.

Historia

Poniższy opis bazuje na eseju historycznym Jana Rune Holmevika^[7][8].

Kristen Nygaard zaczął pisać symulacje komputerowe w 1957 roku. Dostrzegł on potrzebę znalezienia lepszego sposobu na opisywanie symulowanych procesów i interakcji. Postanowił stworzyć język programowania, który mu w tym pomoże. Uświadomił sobie, że potrzebuje kogoś bardziej od siebie biegłego w programowaniu. Ole-Johan Dahl dołączył do niego w styczniu 1962. Krótko po tym postanowili, że tworzony przez nich język będzie rozszerzeniem kompilowalnym do ALGOLA 60. W maju 1962 został stworzony język „SIMULA I”, służący do tworzenia symulacji komputerowych.

Pod koniec maja 1962 Kristen Nygaard został zaproszony do firmy UNIVAC w ramach promowania jej nowego komputera – UNIVAC 1107. Podczas swojej wizyty Nygaard przedstawił koncepcje zawarte w Simuli Robertowi Bemerowi, dyrektorowi programowania systemów w UNIVAC. Bemer był wielkim zwolennikiem ALGOLA i koncepcja Simuli bardzo do niego przemawiała. Bemer przewodniczył również spotkaniu na drugiej międzynarodowej konferencji o przetwarzaniu informacji, organizowanej przez International Federation for Information Processing (IFIP). Zaprosił Nygaarda, który zaprezentował swój referat „SIMULA - rozszerzenie ALGOLA do opisu sieci zdarzeń dyskretnych” („SIMULA - An Extension of ALGOL to the Description of Discrete-Event Networks”).

Norweski Ośrodek Obliczeniowy nabył po obniżonej cenie UNIVACA 1107 w sierpniu 1963. Dahl zaimplementował na nim kompilator języka SIMULA I w ramach umowy z firmą UNIVAC. Implementacja bazowała na kompilatorze ALGOLA 60. Prace zostały zakończone w styczniu 1965. Kilka następnych lat Dahl i Nygaard spędzili na uczeniu Simuli. Rozprzestrzeniła się ona na wiele krajów. SIMULA I została później zaimplementowana na komputer B5500 firmy Burroughs oraz na rosyjski komputer URAL-16.

W 1966 C.A.R. Hoare wprowadził koncepcję klasy rekordowej, którą Dahl i Nygaard nieco rozszerzyli (wprowadzając m.in. prefiksowanie), tak by pasowała ona do pojęcia procesu w ich systemie. Dahl i Nygaard zaprezentowali swój artykuł na temat deklaracji klas i podklas na konferencji IFIP dotyczącej języków symulacji w Oslo w maju 1967. Artykuł ten stał się pierwszą formalną definicją Simuli 67. W czerwcu 1967 odbyła się konferencja mająca na celu standaryzację języka oraz rozpoczęcie jego implementacji. Dahl zaproponował połączenie koncepcji typu oraz klasy w jedno. Doprowadziło to do poważnych dyskusji i propozycja została odrzucona przez komitet. SIMULA 67 została formalnie ustandaryzowana na pierwszym spotkaniu organizacji SIMULA Standards Group w lutym 1968.

Pod koniec lat sześćdziesiątych i na początku siedemdziesiątych istniały cztery główne implementacje Simuli:

• UNIVAC 1100 Norweskiego Ośrodka Obliczeniowego
• IBM System/360 i IBM System/370 Norweskiego Ośrodka Obliczeniowego
• CDC 3000 Uniwersytetu w Oslo
• TOPS-10 Szwedzkiego Instytutu Badań dla Obrony Narodowej (Swedish Research Institute for National Defence)

Implementacje te zostały przeniesione na wiele różnych platform. W implementacji dla systemu TOPS-10 zostały zaimplementowane koncepcje publicznych, prywatnych i chronionych zmiennych i metod. Koncepcje te zostały później wcielone do Simuli 87. Simula 87 jest to ostatni standard, przeniesiony na wiele różnych platform. Istnieją jego trzy główne implementacje:

• Simula AS
• Lund Simula
• GNU Cim^[9]

W listopadzie 2001 Dahl i Nygaard zostali odznaczeni Medalem Johna von Neumanna (IEEE John von Neumann Medal) „za wprowadzenie koncepcji będących podstawą dla programowania obiektowego przez zaprojektowanie i implementację SIMULI 67”. W lutym 2002 odebrali Nagrodę Turinga przyznaną im w 2001 roku „za współtworzenie koncepcji obiektowych języków programowania i opracowania języka Simula”.

Simula jest używana w ramach przedmiotów uniwersyteckich, na przykład profesor Jaroslav Sklenar uczy Simuli studentów na Uniwersytecie Maltańskim^[10].

Przykładowy kod

Hello world

Przykładowy Hello world w Simuli:

Begin
   OutText ("Hello World!");
   Outimage;
End;

W Simuli wielkość liter nie ma znaczenia.

Klasy, podklasy i metody wirtualne

Bardziej realistyczny przykład z użyciem klas^[3], podklas^[4] i metod wirtualnych:^[5]

Begin
   Class Glyph;
      Virtual: Procedure print Is Procedure print;
   Begin
   End;

   Glyph Class Char (c);
      Character c;
   Begin
      Procedure print;
        OutChar(c);
   End;

   Glyph Class Line (elements);
      Ref (Glyph) Array elements;
   Begin
      Procedure print;
      Begin
         Integer i;
         For i:= 1 Step 1 Until UpperBound (elements, 1) Do
            elements (i).print;
         OutImage;
      End;
   End;

   Ref (Glyph) rg;
   Ref (Glyph) Array rgs (1 : 4);

   ! Main program;
   rgs (1):– New Char ('A');
   rgs (2):– New Char ('b');
   rgs (3):– New Char ('b');
   rgs (4):– New Char ('a');
   rg:– New Line (rgs);
   rg.print;
End;

Powyższy przykład definiuje klasę Glyph z dwoma podklasami – Char oraz Line. Implementacja wirtualnej metody print jest zdefiniowana w podklasach. Wykonanie programu rozpoczyna się od wykonania bloku „Main program”. W Simuli nie istnieje koncepcja klas abstrakcyjnych – klasy z czystymi (pozbawionymi implementacji) metodami wirtualnymi mogą być zainicjowane. Jednak wywołanie takiej metody skutkuje błędem wykonania.

Symulacja

Simula zawiera pakiet „simulation”^[11], służący do tworzenia symulacji w systemie zdarzeń dyskretnych.

Sam, Sally i Andy kupują ubrania. Muszą dzielić między siebie jedną przymierzalnię. Każde z nich rozgląda się po sklepie przez około 12 minut, a następnie korzysta z przymierzalni przez 3 minuty (oba czasy pochodzą z rozkładu normalnego). Symulacja opisanej sytuacji może zostać zaimplementowana w ten sposób:

Simulation Begin
   Class FittingRoom; Begin
      Ref (Head) door;
      Boolean inUse;
      Procedure request; Begin
         If inUse Then Begin
             Wait (door);
             door.First.Out;
         End;
         inUse:= True;
      End;
      Procedure leave; Begin
         inUse:= False;
         Activate door.First;
      End;
      door:– New Head;
   End;
  
   Procedure report (message); Text message; Begin
      OutFix (Time, 2, 0); OutText (": " & message); OutImage;
   End;

   Process Class Person (pname); Text pname; Begin
      While True Do Begin
         Hold (Normal (12, 4, u));
         report  (pname & " is requesting the fitting room");
         fittingroom1.request;
         report (pname & " has entered the fitting room");
         Hold (Normal (3, 1, u));
         fittingroom1.leave;
         report (pname & " has left the fitting room");
      End;
   End;

   Integer u;
   Ref (FittingRoom) fittingRoom1;

   fittingRoom1:– New FittingRoom;
   Activate New Person ("Sam");
   Activate New Person ("Sally");
   Activate New Person ("Andy");
   Hold (100);
End;

Główny blok jest poprzedzony słowem Simulation dla umożliwienia symulacji. Pakiet „simulation” może zostać użyty na każdym bloku. Można nawet zagnieżdżać w sobie bloki z symulacjami (by symulować wykonywanie symulacji).

Obiekt przymierzalni używa kolejki (door). Gdy ktoś żąda dostępu do przymierzalni, a jest ona zajęta, musi on poczekać w kolejce (Wait (door)). W momencie gdy ktoś opuszcza przymierzalnie, pierwsza osoba (o ile taka istnieje) jest budzona z oczekiwania (Activate door.first) i usuwana z kolejki (door.First.Out).

Person to podklasa klasy Process. Jej zachowanie jest zdefiniowane poprzez wywołania „hold” (gdy osoba rozgląda się po sklepie lub jest zajęta przymierzaniem) oraz wywołania metod na obiekcie przymierzalni w momencie próby wejścia do przymierzalni oraz wychodzenia z niej.

Główny program tworzy wszystkie obiekty oraz aktywuje wszystkie osoby. Następnie czeka 100 minut symulowanego czasu, zanim zakończy działanie.