Синтаксические расширения алгоритмических языков

Ряд из отмеченных выше затруднений снимается при реализации второго подхода — синтаксическом расширении некоторого исходного алгоритмического языка. Удобство этого подхода заключается в том, что пользователю требуется лишь «доучиться» в уже известном ему языке. Расширение заключается в разработке дополнительных конструкций языка для описания и манипулирования графическими и геометрическими объектами. Возможны несколько способов реализации такого расширенного языка:

• — модификация существующего транслятора;
• — использование препроцессора, либо макропроцессора, обрабатывающего программу на расширенном языке и превращающего его в программу на исходном языке;
• — использование алгоритмического языка, предусматривающего расширение его набора типов данных и операций над ними самим пользователем.

Несмотря на всю неприспособленность FORTRANa для эффективной обработки сложноструктурированных данных, неудобство его структур управления и средств сегментирования программ, большинство реализаций синтаксических расширений было связано именно с FORTRANом из-за его популярности в то время у пользователей.

Одна из первых реализаций графического расширения FORTRANа система GRAF (GRAPHIC ADDITIONS TO FORTRAN). Расширение основывается на введении нового типа переменных DISPLAY, значениями которых являются последовательности графических команд устройства. Имеются встроенные и пользовательские DISPLAY-функции. Из DISPLAY-переменных и функций строятся выражения этого типа. Оператор DISPLAY-присваивания присваивает вычисленное значение переменной соответствующего типа. Предусмотрены средства стирания и вывода на оконечные устройства дисплейных переменных, чтения/записи дисплейного файла, опроса наличия сигналов внимания с графических устройств ввода.

В качестве более мощного (и позднего) графического расширения FORTRANа можно упомянуть систему GALA. Также вводится новый тип данных — BILD. Значениями этого типа могут обладать переменные и константы. В качестве системных констант этого типа имеются элементарные изображения (в том числе пустое). Над данными этого типа определены операторы преобразований. Для построения сложных изображений используется, так называемый, оператор совмещения. Над изображением определены операторы манипулирования и опроса. Изображения могут проверяться в условных операторах. Имеются операторы вывода изображений с назначением преобразований и окна отсечения. Средства ввода обеспечивают ожидание и получение данных, разрешение и запрет прерываний. GALA-программа может структурироваться на поименованные сегменты с параметрами или без.

В качестве одной из отечественных разработок по графическому расширению FORTRANа можно назвать «AВТОКОД для работы с графическим дисплеем EC-7064», при использовании которого обеспечивается пакетный режим работы, когда информация только выводится на дисплей. Операторы АВТОКОДа вставляются в текст на FORTRANе и помечаются в первой позиции буквой A. Предусмотрено 6 групп операторов: резервирования памяти и увязывания с массивами FORTRANа; описания точек и процедур; построения совокупностей точек, ломаных, текстов, вызовов процедур; ветвления; гнездования операторов; фрагментирования изображения на кадры и рисунки.

Наряду с FORTRANом в качестве языка для графического расширения использовался ALGOL. Так в описана система DIGOS, которая состоит из геометрически ориентированного языка, его интерпретатора и трехуровневой структуры данных (PDS — параметрической кольцевой структуры, элементы которой формируются операторами геометрически-ориентированного языка; DDSR3 — структуры данных 3D представления, формируемой из PDS при активации вывода; DDSR2 — структуры данных 2D представления, формируемой из DDSR3 при выполнении преобразований, проецирования и отображения). В языке предусмотрены 2 группы геометрических операндов — простые геометрические элементы (точки, прямые, плоскости, последовательности точек, поверхности, тела) и составные геометрические элементы, образованные либо из элементов одного, либо разных типов. Над геометрическими операндами определены геометрические операции. Графические логические операции служат для проверки значения геометрического операнда и проверки, содержится ли геометрический операнд в некотором другом. Имеются графические операции ввода/вывода и увязывания физико-технических данных с геометрическими операндами.

В качестве примера графического расширения PL-1 можно привести GPL/1 [8], где PL-1 расширен на векторные, двух и трехмерные типы данных и векторные операции. Введены переменные типа IMAGE, которые могут принимать значения, определяемые комбинациями элементов данных изображения вектора, строки, функциями изображения и др. Значения переменных типа IMAGE состоит из двух частей — атрибутной и собственно изображения. Над изображениями определены операции присоединения, объединения, позиционирования, масштабирования, вращения. Введен тип данных GRAPHIC и совокупность атрибутов, описывающих данные этого типа.

Предусмотрено три разновидности элементов данных типа GRAPHIC: DESIGN, из которых строится изображение, все или некоторые элементы которого могут меняться (пример — вывод на дисплей); DISPLAY — аналогично DESIGN, но не может быть изменений (пример — вывод на графопостроитель); STORAGE — для запоминания и последующего воспроизведения изображений.

Оператор GET используется для извлечения изображения из элемента данных, оператор ERASE — для выборочного либо полного стирания. Предусмотрены также средства для ведения очереди ввода и манипулирования ею.

• — Анализ вышеприведенных, а также других синтаксических расширений алгоритмических языков показывает, что:
• — вводятся данные графических типов;
• — определяются операции над ними;
• — разрабатываются средства для структуризации, сохранения, манипулирования и отображения изображений;
• — устанавливаются правила ведения интерактивной работы.

В целом следует отметить, что подход, основанный на синтаксическом расширении того или иного алгоритмического языка, был характерен для раннего, скорее исследовательского, периода развития машинной графики и имеет следующие основные недостатки:

• — требуются значительные затраты труда высококвалифицированных системных программистов как на этапе первоначальной разработки, так и при необходимости расширений;
• — из-за использования в определенной мере экзотического языка безусловно нарушается переносимость прикладных программ;
• — вводимые в язык графические конструкции не имеют сколько-нибудь серьезных преимуществ перед операторами вызова функций или подпрограмм;
• — практически все графические операторы требуют интерпретации, так как они, как правило, программируются как вызовы некоторых библиотечных подпрограмм.

Выше отмеченные недостатки систем с графическим языком высокого уровня привели к тому, что в настоящее время наибольшее применение получили процедурные графические расширения алгоритмических языков, так называемые процедурные языки.