Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

8.2.9. Учебный пример: PostScript

PostScript — мини-язык, специализацией которого является описание форматированного текста и графики для графических устройств. Данный язык был импортирован в Unix. Он основывался на разработке легендарного центра "Xerox Palo Alto Research Center", созданной во время появления первых лазерных принтеров. В течение нескольких лет после выхода первой коммерческой версии в 1984 году, PostScript оставался доступным только как частный продукт Adobe, Inc. и главным образом ассоциировался с компьютерами Apple. PostScript был клонирован на условиях лицензионного соглашения, очень близкого к лицензиям на открытые исходные коды, и с тех пор стал стандартом де-факто для управления принтерами в операционной системе Unix. Версия с полностью открытым исходным кодом поставляется с большинством современных Unix-систем[88]. Также доступно подробное техническое введение в PostScript[89].

PostScript обладает некоторым функциональным сходством с разметкой troff. Оба языка предназначены для управления принтерами и другими графическими устройствами, и оба обычно генерируются программами или пакетами макрокоманд, а не вручную. Однако тогда как запросы troff являются быстро созданным набором кодов для управления форматом, PostScript был спроектирован снизу вверх как язык и является гораздо более выразительным и мощным. Главное из того, что делает PostScript, — это алгоритмические описания изображений, имеющие гораздо меньшие размеры, чем представленные ими растровые изображения, и поэтому требующие меньше пространства для хранения и меньшей полосы пропускания при передаче.

PostScript является явным языком Тьюринга, поддерживающим условные операции, циклы, рекурсию и именованные процедуры. Онтология типов включает в себя целые и действительные числа, строки и массивы (каждый элемент массива может иметь любой тип), но не имеет эквивалента структур. Технически PostScript является языком, работающим со стеками. Аргументы примитивных процедур (операторов) PostScript обычно извлекаются из магазинного стека аргументов, а результат (или результаты) возвращаются обратно в стек.

Существует около 40 базовых операторов (при том, что общее их приблизительное количество — 400). Большую часть работы выполняет оператор show, который отображает строку на странице. Другие операторы устанавливают текущий шрифт, изменяют цвет, рисуют линии, дуги или кривые Безье, окрашивают закрытые области, устанавливают области отсечения, а также выполняют другие операции. Подразумевается, что интерпретатор PostScript транслирует данные команды в растровые изображения для передачи на экран или печатный носитель.

Остальные PostScript-операторы реализуют арифметические операции, управляющие структуры и процедуры. Они позволяют выражать повторяющиеся или стереотипные изображения (такие как текст, составленный из повторяющихся графических форм знаков) в виде программ, объединяющих изображения. Часть эффективности PostScript связана с тем фактом, что PostScript-программы для печати текста или простой векторной графики являются гораздо менее громоздкими, чем растровые изображения, в которые преобразовывается текст или векторы. Кроме того, PostScript-программы независимы от разрешающей способности устройств и быстрее передаются по сетевому кабелю или последовательной линии.

Исторически PostScript-интерпретация на основе стеков имеет сходство с языком FORTH, который первоначально предназначался для управления приводами телескопов в реальном времени и имел кратковременную популярность в 80-х годах прошлого века. Языки обработки стеков отличаются превосходной поддержкой чрезвычайно плотного, экономичного кода и печально известны тем, что их трудно читать. Для PostScript характерны обе эти особенности.

PostScript часто реализуется в виде встроенного в принтер программного обеспечения. Ghostscript, реализация PostScript с открытым исходным кодом транслирует PostScript в различные графические форматы и (более слабые) языки управления принтерами. Большая часть остального программного обеспечения обрабатывает PostScript как окончательный формат вывода, который предназначен для передачи PostScript-совместимому графическому устройству, а не для редактирования или просмотра.

PostScript (в оригинальном или упрощенном варианте EPSF с объявленным вокруг него обрамлением, позволяющим встраивать его в другие графические форматы) является очень хорошо спроектированным примером специализированного языка управления и, как модель, заслуживает внимательного изучения. Он является компонентом других стандартов, например, PDF (Portable Document Format — формат для переносимых документов).

8.2.10. Учебный пример: утилиты bc и dc

Впервые утилиты bc(1) и dc(1) рассматривались в главе 7 как учебный пример вызова с созданием подоболочки. Они также являются примерами узкоспециальных мини-языков императивного типа.

dc — старейший язык в Unix. Он был создан на компьютере PDP-7 и перенесен на PDP-11 еще до того, как была перенесена (сама) Unix

Кен Томпсон.

Предметной областью данных языков являются арифметические вычисления неограниченной точности. Другие программы могут использовать их для выполнения таких вычислений, "не заботясь" о необходимых для этого специальных методиках.

Фактически первоначальная мотивация для создания dc не была связана с разработкой универсального интерактивного калькулятора, для которого было бы достаточно простой программы, поддерживающей вычисления с плавающей точкой. Мотивирующим фактором была давняя заинтересованность Bell Labs в численном анализе: точному вычислению констант для численных алгоритмов весьма способствует возможность работать с более высокой точностью, чем та, которую использует сам алгоритм. Отсюда и арифметика с неограниченной точностью в dc.

Генри Спенсер.

Как и в случае SNG- и Glade-разметки одним из преимуществ обоих языков является их простота. Однажды узнав о том, что dc(1) — калькулятор с обратной польской записью, а bc(1) — калькулятор с алгебраической записью, пользователь найдет новыми очень немногие сведения об интерактивном использовании любого

из двух языков. Важность правила наименьшей неожиданности в интерфейсах повторно рассматривается в главе 11.

В обоих мини-языках имеются условные операции и циклы; они являются языками Тьюринга, но имеют очень ограниченную онтологию типов, включающую только целые числа неограниченной точности и строки, что ставит их между интерпретируемыми мини-языками и полными языками сценариев. Функции программирования реализованы так, чтобы не нарушать обычное использование программы в качестве калькулятора; в действительности, большинство пользователей dc/bc, вероятно, не подозревают о существовании этих функций.

Обычно программы dc/bc используются в диалоговом режиме, но их способность поддерживать библиотеки пользовательских процедур предоставляет им дополнительный вид служебных функций — программируемость. Фактически данное свойство является наиболее важным преимуществом императивных мини-языков, которое, как отмечалось в учебном примере по инструментарию Documenter's Workbench, должно быть очень мощным независимо от того, является ли обычный режим работы программы диалоговым. Данные языки можно использовать для написания высокоуровневых программ, которые включают в себя специализированную логику.

Поскольку интерфейс программ dc/bc прост (передается строка, содержащая выражение, в ответ на которую возвращается строка, содержащая значение), другие программы и сценарии могут легко получит доступ ко всем этим возможностям, вызывая dc/bc как подчиненные процессы. Ниже приводится один известный пример (см. пример 8.6), реализация шифра с открытым ключом Ривеста-Шамира-Адельмана (Rivest-Shamir-Adelman) на Perl, которая широко публиковалась в подписях почтовых сообщений и на футболках как протест против введенного в США в 1995 году ограничения на экспорт криптографических средств. Данный сценарий для выполнения необходимых арифметических расчетов с неограниченной точностью вызывает dc с созданием подоболочки.

Пример 8.6. RSA-реализация с помощью утилиты dc

print pack"C*",split/D+/,`echo "16iII*o[email protected]{$/=$z;[(pop,pop,unpack "H*", <>)]}EsMsKsN0[1N*11K[d2%Sa2/d0<X+d*1MLa^*1N%0]dsXx++ 1M1N/dsM0<J]dsJxp"|dc`

8.2.11. Учебный пример: Emacs Lisp

Вместо того чтобы просто запускать интерпретируемый язык специального назначения в качестве подчиненного процесса для решения специфических задач, его можно использовать как основу для всей структуры. Преимущества и недостатки данного подхода рассматриваются в главе 13. Запросы troff были его ранним примером. Одним из самых известных и наиболее мощных современных примеров является редактор Emacs. Он создан на основе диалекта языка Lisp с примитивами как для описания действий в буферах редактирования, так и управления подчиненными процессами.