معرفی زبان برنامه نویسی ارلنگ

ارلنگ یک زبان برنامه‌نویسی همه‌منظوره، همروند، دارای زباله جمع‌کن و سامانهٔ زمان‌اجرا است. اگر قصد یادگیری زبان برنامه نویسی ارلنگ را دارید این بخش آسمونی را دنیال نمایید چرا که به معرفی زبان برنامه نویسی ارلنگ می پردازیم.

معرفی زبان برنامه نویسی ارلنگ

آسمونی : برای همروندی از مدل اکتور (Actor Model) پیروی می‌کند. این زبان توسط اریکسون برای پشتیبانی و توسعه برنامه‌های توزیع‌شده، تحمل‌پذیر در برابر خطا، بیدرنگ نرم (soft-real-time) و بدون وقفه طراحی شده‌است. این زبان از تعویض داغ (Hot swapping) که در آن بدون توقف سامانه قادر به تغییر کدهای برنامه هستیم پشتیبانی می‌کند. سیستم زمان اجرا ارلانگ برای طرح‌های خود که به خوبی برای سیستم‌هایی با مشخصات زیر مناسب است شناخته شده‌است:

• توزیع شده(Distributed)
• بردباری خطا(Fault-tolerant)
• زمان واقعی ملایم(Soft real-time)
• بسیار در دسترس، بدون توقف (Highly available, non-stop applications) برنامه
• تعویض داغ(Hot swapping) که در آن کد می‌تواند بدون توقف سیستم تغییر کند.

زبان برنامه‌نویسی ارلانگ برای خواص زیر شناخته می‌شود:

• داده تغییرناپذیر(Immutable data)
• تطبیق الگو(Pattern matching)
• برنامه‌نویسی تابعی(Functional programming)

ارلنگ در واقع یک زبان اختصاصی در شرکت اریسکون بود که توسط Joe Armstrong , Robert Virding و Mike Williams در سال 1986 توسعه پیدا کرده بود، اما در سال 1998 به عنوان یک زیان متن باز منتشر شد. Erlang/OTP توسط واحد محصول OTP در اریکسون پشتیبانی و نگهداری می‌شود.

تاریخچه زبان برنامه نویسی ارلنگ

آسمونی : نام «ارلنگ» به Bjarne Däcker نسبت داده شده‌است، توسط کسانی که بر روی تعویض تلفن کار می‌کنند تصور می‌شود به یک مرجع که یک ریاضی‌دان دانمارکی است و مهندس ارلنگ Agner Krarup به بعوان یک مخفف هیجانی «زبان اریکسون» داده شده‌است. ارلانگ با هدف بهبود و توسعه برنامه‌های کاربردی تلفن طراحی شده‌است. نسخه اولیه ارلانگ در پرولگ (Prolog) اجرا شد و توسط زبان برنامه‌نویسی مورد استفاده در PLEX مبادلات زودتر اریکسون تأثیر پذیرفته بود. در سال 1988 ارلانگ ثابت کرده بود که برای نمونه‌سازی مبادلات تلفنی مناسب است، اما در prolog بسیار آهسته اجرا می‌شد. یک گروه از متخصصان اریکسون تخمین زده بودند که برای استفاده از محصولشان سرعت آن باید 40 بار سریعتر شود. در سال 1992 کار بر روی ماشین مجازی BEAM که ارلنگ را به زبان C با استفاده از ترکیبی از کدهای کامپایل شده محلی و کدهای نخ بندی شده برای اعتصاب یک تعادل بین عملکرد و فضای دیسک شروع شد. با توجه به گفته‌های آرمسترانگ، این زبان از یک محصول آزمایشگاهی به یک محصول واقعی پس از رسیدن به نسل جدید و تبدیل نام AXE به AXE-N در سال 1995 تبدیل شد. در نتیجه، Erlang برای آینده دستگاه خودپرداز تبادل AXD انتخاب شد. آسمونی : در سال 1998 اریکسون از سوئیچ AXD301 اطلاع داد، که شامل بیش از یک میلیون خط از ارلنگ می‌شد و از در دسترس بودن بالای 9 گزارش داد. مدت کوتاهی پس از آن، سیستم رادیو ارلنگ استفاده از ارلنگ برای محصول جدید در مصارف خانگی را ممنون کرد، این اتفاق با استناد به اولویت زبان‌های غیررسمی روی داد. این ممنوعیت باعث شد آرمسترانگ و دیگران شرکت اریکسون را ترک کنند. اجرای متن باز کردن این زبان در انتهای همین سال روی داد. سرانجام با برداشتن این ممنوعیت اریسون دوباره آرمسترانگ را در سال 2004 استخدام کرد. در سال 2006، پشتیبانی از چند پردازنده‌ای متقارن محلی به سیستم زمان اجرا و ماشین مجازی اضافه شد.

جهان بینی زبان برنامه نویسی ارلنگ

آسمونی : دیدگاه ارلنگ از جهان، از زبان آرمسترانگ، شرکت سازنده ارلنگ که خلاصه‌ای از آن را در پایان‌نامه دکترای خود به شرح زیر آورده:

• همه چیز یک فرایند است.
• فرایندها به شدت منزوی هستند.
• ایجاد و تخریب فرایند یک عملیات سبک‌وزن است.
• عبور پیام تنها راه تعامل فرایند هاست.
• فرایندها نام‌های منحصر به فردی دارند.
• اگر شما نام یک فرایند را بدانید می‌توانید به آن پیام ارسال کنید.
• فرایندها بدون منبع به اشتراک گذاشته می‌شوند.
• دست زدن به خطا (Error handling) غیر محلی است.
• فرایندها کارهایی که پشتیبانی می‌کنند را انجام می‌دهند که منجر به انجام یا شکست می‌شود.

جو آرمسترانگ در سال 2013 در مصاحبه با Rackspace اشاره می‌کند: «اگر جاوا یک بار نوشته شود و همه جا اجرا شود، پس ارلنگ یک بار نوشته می‌شود و همیشه اجرا می‌شود.»

استفاده زبان برنامه نویسی ارلنگ

آسمونی : آسمونی : ارلنگ در حال حاضر توسط شرکت‌ها از جمله Nortel و T-Mobile اتخاذ شده‌است. ارلنگ در گره پشتیبانی اریکسون، و 3G , GPRS و شبکه‌های LTE در سرار جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد .

نمونه برنامه‌نویسی تابعی

یک تابع ارلنگ که از توابع بازگشتی برای شمارش تا ده استفاده می‌کند:

• module(count_to_ten).
• export([count_to_ten/0]).

count_to_ten() -> do_count(0). do_count(10) -> 10; do_count(N) -> do_count(N + 1).

الگوریتم اجرای فاکتوریل در زبان برنامه نویسی ارلنگ:

• module(fact).    % This is the file 'fact.erl', the module and the filename must match
• export([fac/1]). % This exports the function 'fac' of arity 1 (1 parameter, no type, no name)

fac(0) -> 1; % If 0, then return 1, otherwise (note the semicolon ; meaning 'else') fac(N) when N> 0, is_integer(N) -> N * fac(N-1). % Recursively determine, then return the result % (note the period . meaning 'endif' or 'function end') %% This function will crash if anything other than a nonnegative integer is given. %% It illustrates the "Let it crash" philosophy of Erlang.

آسمونی : الگوریتم اجرای فیبوناچی در ارلنگ (توجه داشته باشید: این الگوریتم فقط برای نشان دادن نحوه نگارش ارلنگ است و از نظر زمانی بهینه نیست): -module(fibonacci).    % This is the file 'fibonacci.erl', the module and the filename must match -export([fib/1]). % This exports the function 'fib' of arity 1 fib(0) -> 0; % If 0, then return 0, otherwise (note the semicolon ; meaning 'else') fib(1) -> 1; % If 1, then return 1, otherwise fib(N) when N> 1 -> fib(N - 1) + fib(N - 2).

مرتب‌سازی سریع در ارلانگ، با استفاده از لیست درک مطلب:

%% qsort:qsort(List) %% Sort a list of items

• module(qsort).     % This is the file 'qsort.erl'
• export([qsort/1]). % A function 'qsort' with 1 parameter is exported (no type, no name)

qsort([]) -> []; % If the list [] is empty, return an empty list (nothing to sort) qsort([Pivot|Rest]) -> % Compose recursively a list with 'Front' for all elements that should be before 'Pivot' % then 'Pivot' then 'Back' for all elements that should be after 'Pivot' qsort([Front || Front <- Rest, Front <Pivot]) ++ [Pivot] ++ qsort([Back || Back <- Rest, Back>= Pivot]). در مثال بالا تابع فراخوانی بازگشتی مرتب‌سازی سریع تا زمانی که چیزی برای مرتب‌سازی باقی نمانده باشد ادامه پیدا می‌کند . عبارت [Front || Front <- Rest, Front <Pivot] یک لیست درک است، به این معنی «ساخت یک لیست از عناصر Front به‌طوری‌که Front عضو Rest است، و Front کمتر از Pivot است.» ++ عملگر الحاق لیست است . یک تابع مقایسه می‌توان برای سازه‌های پیچیده‌تر به خاطر خوانایی استفاده می‌شود.

کد زیر در برنامه نویسی ارلنگ لیست‌ها را بر اساس طول مرتب می‌کند:

% This is file 'listsort.erl' (the compiler is made this way)

• module(listsort).

% Export 'by_length' with 1 parameter (don't care about the type and name)

• export([by_length/1]).

by_length(Lists) -> % Use 'qsort/2' and provides an anonymous function as a parameter qsort(Lists, fun(A,B) -> length(A) <length(B) end). qsort([], _)-> []; % If list is empty, return an empty list (ignore the second parameter) qsort([Pivot|Rest], Smaller) -> % Partition list with 'Smaller' elements in front of 'Pivot' and not-'Smaller' elements % after 'Pivot' and sort the sublists. qsort([X || X <- Rest, Smaller(X,Pivot)], Smaller) ++ [Pivot] ++ qsort([Y || Y <- Rest, not(Smaller(Y, Pivot))], Smaller). در اینجا، دوباره یک Pivot از اولین پارامتر داده شده به ()qsort گرفته شده‌است و نام لیست rest را Rest قرار داده‌است. توجه داشته باشید که بیان [X || X <- Rest, Smaller(X,Pivot)] تفاوتی با حالت زیر ندارد [Front || Front <- Rest, Front <Pivot] (در مثال قبل) به جز برای استفاده از یک تابع مقایسه‌ای در آخرین بخش، صدا زدن"ساخت یک لیست از عناصر X به‌طوری‌که X یک عضو از Rest است، و Smaller درست می‌باشد." با Smaller از پیش تعریف شده مانند fun(A,B) -> length(A) <length(B) end توجه داشته باشید تابع بی‌نامی که Smaller ، در لیست پارامتر تعریف دوم qsort هست را می‌توان با نامی که در تابع اشاره شده نامید.

انواع داده برنامه نویسی ارلنگ

Integers اعداد صحیح به عنوان دنباله‌ای از اعداد اعشاری نوشته شده‌است، به عنوان مثال، 12، 12375 و -23٬427 اعداد صحیح هستند. علم حساب اعداد صحیح دقیق و تنها محدود به حافظه موجود بر روی دستگاه است. Atoms اتم‌ها در یک برنامه برای نشان دادن ارزش‌های متمایز استفاده می‌شود. آن‌ها به صورت رشته‌ای از کاراکترهای الفبایی متوالی نوشته می‌شوند، اولین کاراکتر که حروف کوچک است. اتم‌ها می‌توانند شامل هر کاراکتر باشند اگر آن‌ها در نقل قول‌های محصور و یک کنوانسیون فرار وجود داشته باشد که اجازه می‌دهد هر کاراکتر در یک اتم استفاده شود. Floats عداد ممیز شناور از IEEE 754 بیتی64 استفاده می‌کند.

منابع

مراجع نمادهای منحصر به فرد جهانی هستند که تنها ویژگی آن‌ها این است که می‌توان آن‌ها را برای برابری مقایسه کرد. Binaries دودویی دنباله‌ای از بایت است. باینری راه صرفه جویی در فضای ذخیره‌سازی داده‌های دودویی را ارائه می‌دهد. Pids pid برای شناسایی فرایند کوتاه است.pid توسط ارقام ابتدایی ارلانگ ایجاد می‌شود. Ports Ports برای برقراری ارتباط با دنیای خارج استفاده می‌شود. پورت‌ها با function-built-in open_port ایجاد می‌شوند. پیام‌ها را می‌توان به پورت‌ها ارسال و دریافت کرد، اما این پیام‌ها باید به اصطلاح «پروتکل پورت» مطابقت داشته باشند. Funs Funs تابع بسته‌است. Funs توسط عبارات فرم ایجاد می‌شود: Fun(...) -> … end Tuples Tupels ظروف برای تعداد ثابت از انواع داده ارلانگ هستند. نحو {D1 , D2, … ,Dn} یک تابع را نشان می‌دهد که استدلال آن D1, D2, … ,Dn است. استدلال می‌تواند نوع داده‌های اولیه یا انواع داده‌های ترکیب باشد. هر عنصر یک دوره زمانی می‌تواند در زمان ثابت مشاهده شود. Lists لیست‌ها ظروف برای تعداد متغیری از انواع داده Erlang هستند. نحو [Dh | Dt] یک لیست را نشان می‌دهد که اولین عنصر آن Dh است و عناصر باقی‌مانده آن Dt است. نحو [] یک لیست خالی را نشان می‌دهد. نحو [D1، D2، ..، Dn] کوتاه است برای [D1 | [D2 | .. | [Dn | []]]]. اولین عنصر از یک لیست در زمان ثابت قابل دسترسی است. اولین عنصر از لیست، سر لیست است. باقی‌مانده از یک لیست زمانی که سر آن حذف شده‌است دم لیست است. Maps نقشه‌ها دارای تعداد متغیری از ارتباطات کلیدی ارزش هستند. نحو به این صورت # {Key1 => Value1، …، KeyN => ValueN} است. Strings رشته‌ها مابین نقل قول دوتایی نوشته می‌شوند. این یک نحو جالب برای نمایش دنباله‌ای از کدهای اسکی یا لیستی از کارکترها می‌باشد؛ بنابراین، به عنوان مثال، رشته "CAT" به صورت [99٬97٬116] کوتاه می‌شود. این پشتیبانی جزئی برای رشته Unicode است. Records سوابق یک راه مناسب برای ارتباط یک برچسب با هر یک از عناصر در یک تاپل فراهم می‌کند. این موضوع اجازه می‌دهد تا به یک عنصر از یک تاپل با نام و نه با موقعیت اشاره کرد. یک پیش کامپایلر طول می‌کشد رکوردتعریف و جایگزین آن با مرجع تاپل مناسب شود.

بارگذاری کد و ماژولهای جدید

ارلنگ از بروزرسانی برنامه‌هایی با سطح زبان پویا پشتیبانی می‌کند. برای اجرای این، کد به عنوان یک واحد «ماژول» بارگذاری و مدیریت می‌شود؛ ماژول یک واحد تلفیقی است. سیستم می‌تواند هم‌زمان دو نسخه از یک ماژول را در حافظه نگه دارد و فرایندها می‌توانند هم‌زمان هر یک از کدها را اجرا کنند. به نسخه‌ها با نسخه‌های جدید و قدیمی مراجعه می‌شود. فرایندها تا زمانی که یک تماس خارجی به ماژول آن ایجاد نشود به نسخه جدید تبدیل نمی‌شوند.

یک مثال از مکانیزم بارگیری کد: %% A process whose only job is to keep a counter. %% First version

• module(counter).
• export([start/0, codeswitch/1]).

start() -> loop(0). loop(Sum) -> receive {increment, Count} -> loop(Sum+Count); {counter, Pid} -> Pid ! {counter, Sum}, loop(Sum); code_switch -> ?MODULE:codeswitch(Sum) % Force the use of 'codeswitch/1' from the latest MODULE version end. codeswitch(Sum) -> loop(Sum). برای نسخه دوم، ما امکان اضافه کردن شمارش به صفر را اضافه می‌کنیم. %% Second version

• module(counter).
• export([start/0, codeswitch/1]).

start() -> loop(0). loop(Sum) -> receive {increment, Count} -> loop(Sum+Count); reset -> loop(0); {counter, Pid} -> Pid ! {counter, Sum}, loop(Sum); code_switch -> ?MODULE:codeswitch(Sum) end. codeswitch(Sum) -> loop(Sum).