Oz (プログラミング言語)

Oz は、プログラミング言語教育のためにルーヴァン・カトリック大学のプログラミング システム ラボで開発されたマルチパラダイム プログラミング言語です。標準的な教科書は「コンピュータ プログラミングの概念、手法、モデル」です。

Oz は、1991 年に Gert Smolka と彼の学生によって最初に設計されました。1996 年には、スウェーデン コンピュータサイエンス研究所の Seif Haridi と Peter Van Roy の研究グループとの協力により、Oz の開発が続けられました。1999 年以降、Oz は国際グループである Mozart コンソーシアムによって継続的に開発されてきました。このグループは、もともとザールラント大学、スウェーデン コンピュータサイエンス研究所、ルーヴァン カトリック大学で構成されていました。2005 年に、Mozart 開発の管理責任は、Mozart 開発をより大規模なコミュニティに開放するという明確な目的を持って、コア グループである Mozart 委員会に移管されました。

Mozart プログラミング システムは、Oz の主要な実装です。Mozartコンソーシアムによってオープン ソース ライセンスでリリースされています。Mozart は、Unix、FreeBSD、Linux、Windows、およびmacOSに移植されています。

Oz ^[2]には、論理プログラミング、関数型プログラミング（遅延評価と積極的評価の両方）、命令型プログラミング、オブジェクト指向プログラミング、制約プログラミング、分散プログラミング、並行プログラミングなど、主要なプログラミングパラダイムの概念のほとんどが含まれています。Oz は、単純な形式意味論（下記の本の第 13 章を参照）と効率的な実装の両方を備えています。^{[要出典] Oz は、} Erlang 言語の主な設計者である Joe Armstrong によって導入された用語である並行性指向言語 です。並行性指向言語は、並行性を使いやすく効率的にします。Oz は、標準的なグラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI) 言語 QTkをサポートしています。^[3]

マルチパラダイム プログラミングに加えて、Oz の主な強みは制約プログラミングと分散プログラミングにあります。ファクタリングされた設計により、Oz はネットワーク透過的な分散プログラミング モデルを正常に実装できます。このモデルにより、オープンでフォールト トレラントなアプリケーションを言語内で簡単にプログラミングできます。制約プログラミングでは、Oz は計算空間の概念を導入し、制約ドメインに 直交するユーザー定義の検索および分散戦略を可能にします。

Oz は、構文糖衣を介してより実用的なものに拡張できるデータ型が非常に少ないコア言語に基づいています。

基本的なデータ構造:

• 数値: 浮動小数点または整数 (実数整数)
• レコード: データをグループ化するためのもの: circle(x:0 y:1 radius:3 color:blue style:dots)。ここで、x、y、半径などの用語はフィーチャと呼ばれ、フィーチャに関連付けられたデータ (この場合は 0、1、3 など) は値です。
• タプル: 整数特徴を昇順で持つレコード: circle(1:0 2:1 3:3 4:blue 5:dots) 。
• リスト: シンプルな線形構造

'|' ( 2 '|' ( 4 '|' ( 6 '|' ( 8 nil )))) % レコードとして。2 |( 4 |( 6 |( 8 | nil ))) % 構文糖を含む2 | 4 | 6 | 8 | nil % 追加の構文糖[ 2 4 6 8 ] % さらに多くの構文糖     
 
 
    

これらのデータ構造は値（定数）であり、ファーストクラスであり、動的に型チェックされます。Ozの変数名は、常に小文字で始まるリテラル^[4]と区別するために大文字で始まります。

関数^[5]は第一級の値であり、高階関数型プログラミングを可能にする。

fun { Fact N } if N =< 0 then 1 else N * { Fact N - 1 } end end  
            

fun { Comb N K } { Fact N } div ({ Fact K } * { Fact N - K }) % Oz では整数はオーバーフローしません (メモリが残っていない場合を除く) end   
           


fun { SumList List } case List of nil then 0 [] H | T then H + { SumList T } % リストのパターンマッチングend end  
        
        
   

関数は自由変数と束縛変数の両方で使用できます。自由変数の値は静的レキシカルスコープを使用して見つけられます。^[6]

関数は他の Oz オブジェクトと同様です。関数は他の関数に属性として渡すことも、関数内で返すこともできます。

fun { Square N } % 一般的な関数N * N end    
   


fun { Map F Xs } % F はここで関数です - 高階プログラミングcase Xs of nil then nil [] X | Xr then { F X }|{ Map F Xr } end end     
    
         
            
   


%usage 
{閲覧{マップスクエア[ 1 2 3 ]}} %browses [1 4 9]       

他の多くの関数型言語と同様に、Oz は高階プログラミングで匿名関数(つまり、名前を持たない関数) の使用をサポートしています。記号 $ はこれらを表すために使用されます。

以下では、square 関数が匿名で定義され、渡されて[1 4 9]参照されるようになります。

{ブラウズ{マップファン{ $ N } N * N終了[ 1 2 3 ]}}        

匿名関数には名前がないため、再帰的な匿名関数を定義することはできません。

Oz の関数は、実行中に関数本体で最後に遭遇したステートメントの値を返すことになっています。以下の例では、関数 Ret は、X > 0 の場合は 5 を返し、それ以外の場合は -5 を返します。

宣言
fun { Ret X } if X > 0 then 5 else ~ 5 end end  
           

しかし、Ozは関数が値を返さなくてもよい場合の機能も提供しています。そのような関数はプロシージャと呼ばれます。^[7]プロシージャは次のように「proc」という構文を使って定義されます。

procを宣言します{ Ret X } if X > 0 then { Browse 5 } else { Browse ~ 5 } end end  
             

上記の例では、値は返されず、X の符号に応じて Oz ブラウザーに 5 または -5 が出力されるだけです。

プログラムは、バインドされていない変数に遭遇すると、値を待機します。たとえば、以下のスレッドは、X と Y の両方が値にバインドされるまで待機してから、Z の値を表示します。

スレッドZ = X + Y {参照Z }終了スレッドX = 40終了スレッドY = 2終了 
     
    

    
    

データフロー変数の値は、バインドされると変更できません。

X = 1 X = 2 % エラー  
   

データフロー変数を使用すると、同時実行ストリーム エージェントを簡単に作成できます。

fun { Ints N Max } if N == Max then nil else { Delay 1000 } N |{ Ints N + 1 Max } end end   
        
    
       
        
   


fun { Sum S Stream } case Stream of nil then S [] H | T then S |{ Sum H + S T } end end   
    
         
           
   


スレッドXのローカルX Y = { Ints 0 1000 }終了スレッドY = { Sum 0 X }終了{参照Y }終了   
         
         
    

データフロー変数の仕組みにより、プログラム内のどこにでもスレッドを配置することができ、同じ結果になることが保証されます。これにより、並行プログラミングが非常に簡単になります。スレッドは非常に安価で、一度に100,000のスレッドを実行できます。^[8]

この例では、非素数を除外する同時ストリーム エージェントを再帰的に作成することにより、 試行除算アルゴリズムを使用して素数のストリームを計算します。

fun { Sieve Xs } case Xs of nil then nil [] X | Xr then Ys in thread Ys = { Filter Xr fun { $ Y } Y mod X \ = 0 end } end X |{ Sieve Ys } end end  
        
       
                   
       
   

Ozはデフォルトで積極的評価を使用しますが、遅延評価^[9]も可能です。以下では、Yの値を計算するためにXの値が必要な場合にのみ事実が計算されます。

fun lazy { Fact N } if N =< 0 then 1 else N * { Fact N - 1 } end end local X Y in X = { Fact 100 } Y = X + 1 end   
            

   
      
      

遅延評価により、 Oz に真に無限のデータ構造を保存できるようになります。遅延評価の威力は、次のコード サンプルからわかります。

宣言
fun lazy { Merge Xs Ys } case Xs # Ys of ( X | Xr ) # ( Y | Yr ) then if X < Y then X |{ Merge Xr Ys } elseif X > Y then Y |{ Merge Xs Yr } else X |{ Merge Xr Yr } end end end    
    
     
             
           
         
      
   


fun lazy { Times N Xs } case Xs of nil then nil [] X | Xr then N * X |{ Times N Xr } end end    
    
      
        
   


宣言H H = 1 | { Merge { Times 2 H } { Merge { Times 3 H } { Times 5 H }}} {参照{リスト. take H 6 }} 
              
   

上記のコードは、無限リスト内のすべての正規数^[10]をエレガントに計算します 。実際の数は必要なときにのみ計算されます。

宣言的並行モデルは、単純なセマンティクスによるメッセージ パッシングで拡張できます。

Port = { NewPort Stream }でローカルストリームポートを宣言します{ Send Port 1 } % ストリームは現在 1|_ です ('_' はバインドされていない名前のない変数を示します) { Send Port 2 } % ストリームは現在 1|2|_ です... { Send Port n } % ストリームは現在 1|2| です .. |n|_ です終了   
      
      
      
   
      

ポートとスレッドを使用すると、非同期エージェントを定義できます。

fun { NewAgent Init Fun } Msg Outスレッド内{ FoldL Msg Fun Init Out } end { NewPort Msg } end   
     
         
    

宣言型モデルを拡張して、非常に単純なセマンティクスで状態とオブジェクト指向プログラミングをサポートすることも可能です。Cells と呼ばれる新しい可変データ構造を作成するには、次のようにします。

local A X in A = { NewCell 0 } A : = 1 % Aの値を1に変更しますX = @ A % @はAの値にアクセスするために使用されますend   
      
       
       

これらの単純なセマンティックの変更により、オブジェクト指向パラダイム全体をサポートできます。少しの構文糖で、OOP は Oz にうまく統合されます。

クラスCounter attr val meth init ( Value ) val : = Value end meth browse { Browse @ val } end meth inc ( Value ) val : = @ val + Value end end 
    
    
      
   
    
       
   
    
       
   


ローカルC in C = {新しいカウンターinit ( 0 )} { C inc ( 6 )} { C browse } end  
       
    
    

Mozartコンパイラ（Oz 3を実装したバージョン1.4.0）で生成されたプログラムの実行速度は非常に遅い。2012年のベンチマークでは、C言語のGNUコンパイラコレクション（GCC）よりも平均で約50倍遅いことがわかった。^[11]

• Alice (プログラミング言語)、ザールラント大学の並行関数制約言語
• データフロープログラミング
• 関数型論理プログラミング言語
  • Curry（プログラミング言語）
  • Mercury (プログラミング言語)
  • Visual Prolog は、オブジェクト指向、関数型、論理型言語です。

• Peter Van Roy および Seif Haridi (2004)。『 コンピュータ プログラミングの概念、テクニック、モデル』。MIT 出版。この本にはオンライン サポート資料があります。プログラミング言語の原理を紹介するこの本では、例として Oz を推奨の慣用句として使用しています。

• 公式サイト
• Ozのチュートリアル
• UCLのプログラミング言語研究: Mozart/Ozのコア開発者の1人であるこのグループは、Mozart/Ozを媒体として研究を行っています。
• Mozart/Oz でのマルチパラダイム プログラミング: Mozart/Oz で行われている作業のスナップショットを提供する会議 MOZ 2004 の議事録
• オーストラリアでのプログラミング
• オズの基本