モジュラ-2

Modula-2 は、1977 年から 1985/88 年にかけてチューリッヒ工科大学のNiklaus Wirthによって開発された構造化された手続き型プログラミング言語です。Lilithパーソナルワークステーションのオペレーティングシステムとアプリケーションソフトウェアの言語として作成されました。^{[ 1 ]}その後、 Lilithのコンテキスト外でのプログラミングにも使用されました。

ヴィルトは、Modula-2を、彼が以前に開発したプログラミング言語であるPascalとModulaの後継とみなしていた。^{[ 2 ] [ 3 ]}主な概念は以下のとおりである。

1. モジュールは、個別のコンパイルのためのコンパイル単位として機能します。
2. 並行処理の基本構成要素としてのコルーチン
3. 機械固有のデータへのアクセスを可能にするタイプと手順

この言語設計は、ワースが1976年のサバティカル休暇中に見た、同じくゼロックスPARCのMesa言語とXerox Altoの影響を受けている。^{[ 4 ]}コンピュータ雑誌Byteは、 1984年8月号でこの言語とその周辺環境を特集した。^{[ 5 ]}

ワースはModula-2の後継としてOberonシリーズの言語を作成したが、他の人々（特にDigital Equipment CorporationとAcorn Computers、後のOlivetti）はModula-2をModula-2+、そして後にModula-3へと発展させた。

Modula-2は、システムプログラミングとアプリケーションプログラミングの両方に適した汎用手続き型言語です。構文は、Wirthが以前に開発したPascalをベースに、いくつかの要素と構文上の曖昧さを排除したものです。また、コンパイルとデータ抽象化を分離するために設計されたモジュール概念と、マルチプログラミングを直接サポートする言語機能が追加されました。

この言語では、ワンパスコンパイラの使用が可能です。グートクネヒトとヴィルトによるそのようなコンパイラは、以前のマルチパスコンパイラよりも約4倍高速でした。^{[ 6 ]}

以下は、「Hello world」プログラムのソースコードの例です。

MODULE Hello ; (* GNU Modula-2 の場合は、FROM StrIO IMPORT WriteString となります*) FROM STextIO IMPORT WriteString ; BEGIN WriteString ( "Hello World!" ) END Hello .

Modula-2モジュールは、関連するサブルーチンとデータ構造のセットをカプセル化し、プログラムの他の部分からの可視性を制限するために使用できます。^{[ 7 ]} Modula-2 プログラムはモジュールで構成され、各モジュールは 2 つの部分で構成されています。定義モジュール(インターフェース部分) には、エクスポートされる(他のモジュールから見える)サブシステムの部分のみが含まれます。実装モジュールには、モジュール内部の動作コードが含まれます。

この言語は厳格なスコープ制御を採用しています。標準識別子を除き、明示的にインポートされない限り、外部のオブジェクトはモジュール内部から参照できません。また、明示的にエクスポートされない限り、モジュール内部のオブジェクトは外部から参照できません。

モジュールM1が、明示的なエクスポートリストでその識別子を列挙することにより、オブジェクトa、b、c、およびPをエクスポートすると仮定します。

定義モジュールM1 ;輸出適格a 、b 、c 、P ; ...

すると、モジュール M1 のオブジェクト a、b、c、および P は、モジュール M1 の外部では、それぞれ M1.a、M1.b、M1.c、および M1.P として認識されます。これらは、修飾子付きで外部にエクスポートされます (モジュール M1 がグローバルであると仮定)。エクスポート元のモジュール名 (M1) が修飾子として使用され、その後にオブジェクト名が続きます。

モジュールM2に以下のIMPORT宣言が含まれていると仮定します。

モジュールM2 ;インポートM1 ; ...

つまり、モジュール M1 によってその内包するプログラムの外部にエクスポートされたオブジェクトは、モジュール M2 の内部で使用できるようになります。それらは、M1.a、M1.b、M1.c、M1.Pのように修飾された形式で参照されます。例:

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

修飾エクスポートを使用すると、名前の衝突を回避できます。たとえば、別のモジュールM3がPという名前のオブジェクトをエクスポートする場合、M1.PとM3.Pは異なるため、2つのオブジェクトを区別できます。エクスポート元のモジュールM1とM3内で両方のオブジェクトがPという名前であっても問題ありません。

別の方法も存在する。モジュールM4が次のように定式化されていると仮定しよう。

MODULE M4 ; FROM M1 IMPORT a , b , c , P ;

これは、モジュール M1 によって外部にエクスポートされたオブジェクトを、モジュール M4 内で再び使用できることを意味しますが、今度は、a、b、c、P のように、エクスポートされた識別子への無修飾の参照のみによって使用されます。例:

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

このインポート方法は、名前の衝突がない場合に有効です。これにより、変数やその他のオブジェクトを、エクスポート元のモジュール内と同様に、修飾子なしでエクスポート元のモジュール外でも使用できるようになります。

エクスポートおよびインポート規則は、オブジェクトへの不正アクセスを防ぐだけでなく、プログラム内のすべての識別子の定義に対する相互参照を作成することも可能にします。この特性は、多数のモジュールを含む大規模プログラムの保守に役立ちます。

この言語は、単一プロセッサの並行処理（モニタ、コルーチン、明示的な制御の移譲）とハードウェアアクセス（絶対アドレス、ビット操作、割り込み）に対応しています。また、名目型システムを採用しています。

Modula-2 には 2 つの主要な方言があります。1 つ目はPIMで、 Niklaus Wirth 著のProgramming in Modula-2 という書籍にちなんで名付けられました。 ^{[ 4 ]} PIM には、第 2 版、第 3 版 (修正版)、第 4 版の 3 つの主要な版がありました。それぞれが言語のわずかなバリエーションを記述しています。2 つ目の主要な方言はISOで、国際標準化機構による標準化活動にちなんで名付けられました。以下に、それらの間の違いをいくつか示します。

• PIM2 (1983)
  • EXPORT定義モジュールには、明示的な句が必要です。
  • 関数はSIZEモジュールからインポートする必要がありますSYSTEM
• PIM3 (1985)
  • EXPORT定義モジュール内のすべての要素がそのモジュールへのインターフェースを定義しているため、当該条項は冗長であると判断し、定義モジュールから当該条項を削除したEXPORT。
  • この関数SIZEは遍在的である（インポートしなくてもどのスコープでも可視である）。
• PIM4 (1988)
  • 被演算子が負の値の場合の演算子の動作を指定しましたMOD。
  • ARRAY OF CHAR文字列が配列にぴったり収まる場合でも、すべての文字列はASCIIヌル文字で終端される必要がある。
• ISO（1996年、1998年）
  • ISO Modula-2 は PIM Modula-2 の曖昧さのほとんどを解消しました。データ型COMPLEXとLONGCOMPLEX、例外、モジュール終了 (FINALLY句)、完全な標準入出力(I/O)ライブラリが追加されました。多くの細かい違いと明確化があります。^{[ 8 ]}

Modula-2には、特定のアプリケーション領域向けに言語拡張機能を備えた上位互換版がいくつか存在する。

• PIMスーパーセット
  • カンタベリー・モジュラ2（オベロンのような拡張可能なレコードを追加）[この製品は販売終了となり、現在入手できません]
  • Modula-2+ は、プリエンプティブスレッド、例外処理、ガベージコレクションを追加して拡張されています。
  • Modula-2*、並列拡張^{[ 9 ]}
  • Modula-P、別の並列拡張^{[ 10 ]}
  • Modula-PrologはPrologレイヤーを追加します^{[ 11 ]}
  • Modula/Rは、リレーショナルデータベース拡張機能を追加する。
  • Modula-GMは、組み込みシステム拡張機能を追加します。
• ISOスーパーセット
  • ISO10514-2では、オブジェクト指向プログラミングレイヤーが追加されています^{[ 12 ]}
  • ISO10514-3では、汎用プログラミング（ジェネリクス）レイヤーが追加されました^{[ 12 ]}
• IECスーパーセット
  • Mod51、組み込み開発向けにIEC 1131構造を追加

Modula-2に非常によく似ているものの、それぞれ独自の言語である派生言語がいくつか存在する。それらのほとんどは、異なる目的を持ち、それぞれに長所と短所を持つ、異なる言語である。

• Modula-3は、DECとOlivettiに移籍した元ゼロックス社員のチームによって開発されました^{[ 13 ]。}
• Oberonは、ETHチューリッヒでSystem Oberon ^{[ 14 ]} 向けに開発され、オンラインで入手可能です。
• Oberon-2、オブジェクト指向（OO）拡張機能を備えたOberon ^{[ 15 ]}
• Active Oberonは、Oberonのもう一つの拡張機能であり、マルチプロセッシングおよびマルチコアプロセッサ上での並列コンピューティングプログラミングをサポートすることを主な目的として、チューリッヒ工科大学で開発されました。
• Parallaxisは、マシンに依存しないデータ並列プログラミングのための言語です^{[ 16 ]}
• パット・テリーが教育言語として開発したウンブリエル^{[ 17 ]}
• YAFLは、ダリウス・ブラスバンドによる研究言語である^{[ 18 ]}

他の多くの現行プログラミング言語も、Modula-2の機能を採用している。

Modula-2は、多くの組み込みシステムのプログラミングに使用されます。

• Amsterdam Compiler Kit (ACK) Modula-2 – MINIX用;フリーウェア^{[ 22 ]}
• ADW Modula-2 – Windows用、ISO準拠、ISO/IEC 10514-1、ISO/IEC 10514-2（OO拡張）、ISO/IEC 10514-3（汎用拡張）；フリーウェア^{[ 23 ]}
• Aglet Modula-2 – PowerPC用AmigaOS 4.0用; フリーウェア^{[ 24 ]}
• Fitted Software Tools (FST) Modula-2 – DOS用; フリーウェア^{[ 25 ]}
• Gardens Point Modula-2 (GPM) – BSD、Linux、OS/2、Solaris用。ISO準拠。2014年7月30日現在フリーウェア^{[ 26 ]}
• Gardens Point Modula-2 (GPM/CLR) – .NET Framework用; フリーウェア^{[ 27 ]}
• GNU Modula-2 – GCC プラットフォーム用 (2023 年にバージョン 13 で正式にメインの GCC リポジトリに統合されました)、バージョン 1.0 は 2010 年 12 月 11 日にリリースされました。バージョン 15.1 は 2025 年 4 月 25 日にリリースされました。準拠: PIM2、PIM3、PIM4、ISO/IEC 10514-1。フリー ソフトウェア、GNU General Public License (GPL) ^{[ 28 ]}
• ロジクール^{[ 29 ]} - 組み込み用途向けの「リアルタイムカーネル」も持っていた（1987年）^{[ 30 ] [ 31 ]}
• M2Amiga – Amiga用;フリーソフトウェア^{[ 32 ]}
• M2M – ETHチューリッヒのN. Wirthと共同研究者による、クロスプラットフォーム、仮想マシン用のMコードを生成する；フリーウェア^{[ 33 ]}
• M2RT11 – ETHチューリッヒのN. Wirthと共同研究者によって開発され、元々はLilithのブートストラップのために作成された。
• MacMETH – N. Wirth と ETH Zurich の協力者による Macintosh、Classic 専用のフリーウェア^{[ 34 ]}
• Mod51 – Intel 80x51マイクロコントローラファミリ向け、ISO準拠、IEC1132拡張機能、独自ソフトウェア^{[ 35 ]}
• Megamax Modula-2 – Atari ST用、ドキュメント付き。フリーウェア^{[ 36 ]}
• Modula-2 R10 – この Modula のリファレンス コンパイラ。オープンソース、ピア レビュー^{[ 37 ]}
• ModulaWare – OpenVMS ( VAXおよびAlpha )用、ISO 準拠、独自ソフトウェア^{[ 38 ]}
• ORCA/Modula-2 – Apple IIGS向け、Byte Works社製、Apple Programmer's Workshop向け
• p1 Modula-2 – Macintosh、Classic、macOS ( PowerPCおよびCarbon (API)のみ)用、ISO 準拠、独自ソフトウェア^{[ 39 ]}
• MOCKA – さまざまなプラットフォームに対応、PIM 準拠。商用版、フリーウェアの Linux/BSD バージョン^{[ 40 ]}
• TDI Modula-2 – Atari ST用、TDI Software 製^{[ 41 ]}
• Terra M2VMS – OpenVMS ( VAXおよびAlpha ) 用、PIM 準拠、独自ソフトウェア^{[ 42 ]}
• m2c、Ulm Modula-2 System – Solaris (Sun SPARCおよびMotorola 68k ) 用。フリーソフトウェア、GNU General Public License (GPL) ^{[ 43 ]}
• XDS – ISO準拠、TopSpeed互換ライブラリ：x86（WindowsおよびLinux）用のネイティブXDS-x86 、 WindowsおよびLinux（16ビットおよび32ビットバージョン）用のXDS-C 、C（ K&RおよびANSI）をターゲットとする、フリーウェア^{[ 44 ]}

Modula-2は、一部のオペレーティングシステム（OS）のプログラミングに使用されます。Modula-2のモジュール構造とサポートは、関連する2つのOSで直接使用されています。

Lilithワークステーション用のOSであるMedos-2は、ETHチューリッヒでSvend Erik KnudsenがWirthの助言を受けて開発しました。これは、Modula-2モジュールから構築されたシングルユーザーのオブジェクト指向オペレーティングシステムです。^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}

Kronosワークステーション用のOSであるExcelsiorは、ソビエト連邦科学アカデミーシベリア支部ノボシビルスク計算センター、モジュール式非同期開発可能システム（MARS）プロジェクト、Kronos研究グループ（KRG）によって開発されました。これはModula-2モジュールに基づいたシングルユーザーシステムです。^{[ 54 ]}

• グリーブス、リチャード（1984）。『パスカルプログラマのためのModula-2』。Springer Books on Professional Computing（第1 版）。スイス：Springer Nature。doi ： 10.1007 /978-1-4613-8531-8。ISBN 978-0-387-96051-7. S2CID 346624 . 
• King, KN (1988年1月1日). Modula-2: 完全ガイド.バーリントン、マサチューセッツ州: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 978-0669110913。
• ヴィルト、ニクラス(1988)。Modula-2 (第 4 版) でのプログラミング。ベルリンハイデルベルク: Springer-Verlag。土井: 10.1007/978-3-642-83565-0。ISBN 978-0-387-96051-7. S2CID 41899609 . 
• クーパー、ダグ（1990年9月1日）。Oh My ! Modula-2: An Introduction to Programming。ニューヨーク市、ニューヨーク州：WW Norton & Company。ISBN 978-0393960099。
• ヘルマン、ポール（ 1998年3月1日）。『壁と鏡：中級問題解決とデータ構造：モジュール、2』（ベンジャミン/カミングス構造化プログラミングシリーズ）。ベンジャミン・カミングス。ISBN 978-0805389456。
• サトクリフ、リチャード・J. (2004–2005). Modula-2: データとプログラミング構造のための抽象化. Arjay Books. ISBN 978-0-669-11091-3。ISO規格のModula-2を使用しています。

• 公式サイト