PascalABC.NET

PascalABC.NET
Семантика	императивная
Класс языка	мультипарадигменный: структурное, объектно-ориентированное, обобщённое, процедурное программирование, функциональное программирование
Тип исполнения	компилятор
Появился в	2007
Автор	PascalABC.NET Compiler Team
Расширение файлов	.pas
Выпуск	3.10.0 сборка 3546 (21.09.2024)
Система типов	статическая
Основные реализации	PascalABC.NET, Pascal ABC (поддержка прекращена)
Испытал влияние	Паскаль, Delphi, C#, Python, Kotlin
Лицензия	LGPL
Сайт	pascalabc.net
Платформа	.NET CLR (WinXP и старше), Mono (Linux, MacOS)
Медиафайлы на Викискладе

PascalABC.NET — язык программирования Паскаль нового поколения, включающий классический Паскаль, большинство возможностей языка Delphi, а также ряд собственных расширений. Он реализован на платформе Microsoft.NET и содержит все современные языковые средства: внутриблочные описания, автоопределение типа, кортежи, срезы, классы, перегрузку операций, интерфейсы, обработку исключений, обобщенные классы и подпрограммы, лямбда-выражения, средства параллельного программирования.

PascalABC.NET позиционируется разработчиками как язык программирования для сферы образования и научных исследований

PascalABC.NET является мультипарадигменным языком: на нём можно программировать в структурном, объектно-ориентированном и функциональном стилях.

PascalABC.NET — это также простая и мощная интегрированная среда разработки, поддерживающая технологию IntelliSense, содержащая средства автоформатирования, встроенный отладчик и встроенный дизайнер форм, функционирующая на Windows и Linux Кроме того, консольный компилятор PascalABC.NET функционирует на MacOS под Mono.

История развития

В 2003 году на факультете математики, механики и компьютерных наук ЮФУ была создана учебная среда программирования Pascal ABC. Система представляла собой интегрированную оболочку со встроенным интерпретатором языка программирования Паскаль, близкого к языку Delphi. Несмотря на неполную реализацию языка, она стала удачной заменой устаревшей системе Turbo Pascal в первоначальном обучении программированию. Как учебную систему её использовали во многих регионах СНГ.

В 2005—2006 годах система была полностью переработана: изменена её архитектура — на полноценный компилятор языка, близкого к Delphi, с расширениями, связанными с платформой .NET. Новая система получила название PascalABC.NET. В июне 2009 года появилась первая стабильная версия PascalABC.NET 1.2.

В сентябре 2009 г. появилась веб-среда разработки WDE, не требующая установки PascalABC.NET на локальный компьютер и позволяющая запускать программы на PascalABC.NET непосредственно из окна браузера. Веб-среда разработки была закрыта в октябре 2017 года.

В августе 2011 г. осуществлен переход на .NET 4.0 (версия 1.8).

В феврале 2013 г. вышла версия PascalABC.NET 2.0 с дизайнером форм и поддержкой проектов.

15 мая 2013 г. вышла версия 2.1 с английской локализацией интерфейса и сообщений об ошибках.

15 февраля 2014 г. вышла версия PascalABC.NET 2.2. Многократно ускорено обращение к символам строки на запись.

28 августа 2015 г. вышла версия PascalABC.NET 3.0. PascalABC.NET стал свободным и распространяется под лицензией LGPLv3.

12 февраля 2016 г. вышла версия PascalABC.NET 3.1. Появились кортежи и срезы, значительно обновлена стандартная библиотека.

29 августа 2016 г. вышла версия PascalABC.NET 3.2. Появились операторы yield и yield sequence, обновлена стандартная библиотека.

30 августа 2017 г. вышла версия PascalABC.NET 3.3. Появились стандартные модули GraphWPF и Graph3D (для Windows Vista и выше), упрощенный цикл loop, операция безопасного среза, кортежное присваивание, поддержка Nullable-типов. Добавлена украинская локализация интерфейса и сообщений об ошибках.

11 февраля 2018 г. вышла версия PascalABC.NET 3.3.5. Добавлен стандартный модуль NumLibABC (учебная библиотека численных методов), реализованы форматные строки и операция возведения в степень. В полную версию дистрибутива (для Windows Vista и выше) интегрирована .NET 4.7.1, для Windows XP оставлен дистрибутив с .NET 4.0.

25 мая 2018 г. вышла версия PascalABC.NET 3.4. Реализовано некоторое подмножество Pattern Matching, расширенный оператор is.

1 сентября 2018 г. вышла версия PascalABC.NET 3.4.2. Реализованы расширенные свойства, расширенные индексные свойства и автосвойства, добавлен модуль WPFObjects как замена устаревшему ABCObjects.

25 мая 2019 г. вышла версия PascalABC.NET 3.5. В Pattern Matching добавлена возможность сопоставления со списками, кортежами и константами.

16 января 2020 г. вышла версия PascalABC.NET 3.6.0. Реализована операция .., возвращающая IntRange или CharRange в зависимости от контекста, а также условная операция: var min := if a < b then a else b;

7 мая 2020 г. вышла версия PascalABC.NET 3.6.3. Реализована операция доступа по индексу с конца a[^1] для массивов, списков и строк. Реализована возможность использовать срезы в левой части оператора присваивания: a[:2] := a[3:5]. Значительно ускорен перенаправленный ввод

8 августа 2020 г. вышла версия PascalABC.NET 3.7. Реализованы распаковка последовательности в переменные, массивы-значения в виде |1,3,5,7,9|, запись программ без внешнего begin-end с использованием ## (## Print(2*2))

7 марта 2021 г. вышла версия PascalABC.NET 3.8. Реализованы расширенный оператор foreach (foreach var (x,y) in a), литералы для BigInteger в виде 1bi, срезы многомерных массивов в виде m[:,:], m[^1,:], лямбда-выражения с распаковкой параметров (s.Where(\(name,age) -> age >= 18)).

24 августа 2021 г. вышла версия PascalABC.NET 3.8.1. Реализован атрибут [Cache] для кеширования результатов функции, полноценная директива {$zerobasedstrings}, стандартный модуль PlotWPF.

9 марта 2022 г. вышла версия PascalABC.NET 3.8.3. Реализованы конструкции for var i:=1 to 6 step 2 do и foreach var x in a index i do

10 июля 2023 г. вышла версия PascalABC.NET 3.9.0. Реализована ковариантность параметров обобщенных типов, именованные аргументы. Реализована Linux-версия IDE. Добавлен стандартный модуль LightPT легковесной автоматической проверки заданий.

Особенности языка

Расширения языка Паскаль

• Операторы += -= *= /=
• Операция ** для возведения в степень
• Внутриблочные описания переменных
• Описание переменных в заголовке цикла for
• Инициализация переменной при описании (var n: integer := 10;)
• Автоопределение типа переменной при инициализации (var x := 1;)
• Цикл foreach
• Упрощенный цикл loop
• Подпрограммы с переменным числом параметров
• Множества set на базе произвольных типов (set of integer)
• case по строкам
• Методы в записях
• Возможность определять методы как внутри, так и вне интерфейса класса или записи
• Наряду со стандартным, упрощённый синтаксис модулей
• Операция new для вызова конструктора
• Инициализаторы полей классов и записей
• Перегрузка операций
• Автоклассы
• Безымянные классы
• Лямбда-выражения
• Тип функции в стиле T->T
• Тип кортежа в стиле (T1,T2)
• Тип последовательности sequence of T
• Кортежное присваивание (a,b) := (b,a)
• Срезы a[from:to:step] и безопасные срезы a?[from:to:step] для массивов, списков и строк
• Многомерные срезы a[:,:10]
• Операторы yield и yield sequence для генерации последовательностей
• Оператор match ... with сопоставления с образцом
• Расширенная операция is
• Расширенные свойства, автосвойства
• Интерполяция строк
• Индексация с конца: a[^1] := 777;
• Диапазоны .. и цикл по диапазону: foreach var i in 1..10 do Print(i);
• Цикл for с шагом: for var i:=1 to 10 step 2 do Print(i);
• Цикл foreach с индексом: foreach var x in Arr(1,3,5) index i do Println(i,x);
• Распаковка параметров лямбда-выражений \(x,y) -> x + y
• Частичная поддержка директив OpenMP
• Ковариантность параметров обобщенных типов
• Именованные аргументы

Особенности языка, связанные с платформой .NET

• Все типы — наследники класса Object
• Стандартный тип BigInteger
• Форматные строки
• Многомерные динамические массивы
• Интерфейсы .NET
• Подключение пространств имен .NET в разделе uses
• Обобщённые классы, интерфейсы, подпрограммы и процедурные переменные
• Автоматическая сборка мусора для объектов
• Атрибуты
• Методы расширения
• Поддержка неуправляемого кода через external
• Типы type?, допускающие значение nil (синоним Nullable<T>)

Программирование в функциональном стиле

Функции в PascalABC.NET являются объектами первого класса - их можно присваивать переменным, передавать как параметры и возвращать из других функций. Тип функции задается в виде T -> Res, переменной такого типа может быть присвоена анонимная функция:

var f: real -> real := x -> x*x;

Ниже демонстрируется пример суперпозиции двух функций:

function Super<T,T1,T2>(f: T1 -> T2; g: T -> T1): T -> T2 := x -> f(g(x));

var f: real -> real := x -> x*x;
var fg := Super(f,Sin);
var gf := Super(Sin,f);

Print(fg(2));
Print(gf(2));

Операция суперпозиции определена над функциями в стандартной библиотеке:

var f: real -> real := x -> x*x;

Print((f*Cos)(2));
Print((Cos*f)(2));

В книге "How To Program Effectively In Delphi" и в одноимённом цикле видео программист и специалист в области преподавания компьютерных наук доктор Кевин Бонд отмечает мощные функциональные возможности PascalABC.NET, отсутствующие в Delphi. В качестве примера подробно рассматривается частичное применение функции:

var f: real -> real -> real  := x -> y -> x + y;

Print(f(2)(3));

Стандартные модули

Поскольку в PascalABC.NET можно пользоваться всеми библиотеками платформы .NET, стандартные модули немногочисленны и ориентированы на обучение:

• Модуль растровой графики GraphWPF
• Модуль растровой графики GraphABC (для Linux)
• Модуль 3D графики и анимации Graph3D (на основе свободной библиотеки Helix Toolkit)
• Модуль векторной графики WPFObjects
• Модуль векторной графики ABCObjects (устаревший)
• Модуль FormsABC для создания графических интерфейсов (на базе технологии Windows Forms)
• Модуль NumLibABC (библиотека численных методов)
• Модуль PlotWPF для визуализации данных
• Модули исполнителей Робот и Чертёжник (школьная информатика)
• Модуль электронного задачника Programming Taskbook (базовая версия)

Примеры программ

Пример 1. Поменять местами первую и вторую половины массива

begin
  var a := ArrGen(10, i->2*i+1);
  a.Println;
  Assert(a.Length mod 2 = 0);
  var n := a.Length div 2;
  a := a[n:] + a[:n];
  a.Println; 
end.

Пример 2. 100!

begin
  var P := 1bi; 
  for var i := 1 to 100 do
    P := P * i;
  Println(P);
end.

Пример 3. Вывести все числа Фибоначчи, меньшие 1000

begin
  SeqWhile(1, 1, (x, y) -> x + y, x -> x < 1000).Print;
end.

Пример 4. Нахождение наибольшего общего делителя двух чисел

begin
  var (a, b) := ReadInteger2;
  while b <> 0 do
    (a, b) := (b, a mod b);
  var НОД := Abs(a);
  НОД.Print;
end.

Пример 5. Частотный словарь слов в файле

begin
  var D := new Dictionary<string, integer>;
  foreach var s in ReadLines('words.txt') do
    foreach var word in s.ToWords do
      D[word] := D.Get(word) + 1;
  D.PrintLines;
end.

Пример 5а. Частотный словарь слов в файле. Решение в функциональном стиле

begin
  ReadLines('words.txt').SelectMany(s -> s.ToWords).GroupBy(v -> v).ToDictionary(x -> x.Key, x -> x.Count).PrintLines;
end.

Пример 6. Максимальные значения в столбцах матрицы

begin
  var (M, N) := (4, 5);
  var A := MatrRandom(M, N);
  A.Println;
  A.Cols.Select(col -> col.Max).Println;
end.

Пример 7. Параллельное умножение матриц с использованием директив OpenMP

procedure Mult(a, b, c: array [,] of real; n: integer);
begin
  {$omp parallel for}
  for var i := 0 to n - 1 do
    for var j := 0 to n - 1 do
    begin  
       var cc := 0.0;
       for var l := 0 to n - 1 do
          cc += a[i, l] * b[l, j];
       c[i, j] := cc;   
    end;
end;
 
const N = 1000;
 
begin
  var A := MatrRandomReal(N, N, 1, 1.1);
  var B := MatrRandomReal(N, N, 1, 1.1);
  var C := new real[N, N];
  Mult(A, B, C, N);
  Writeln(MillisecondsDelta / 1000);
end.

Лицензия

PascalABC.NET (начиная с версии 3.0) является свободным программным обеспечением, распространяемым под лицензией LGPLv3.

Аудит исходного кода

В 2017 и 2022 годах был проведён независимый аудит публичного репозитория исходного кода PascalABC.NET при помощи статического анализатора PVS-Studio. По результатам проверок сформированы списки потенциально опасных ситуаций в коде, требующих дополнительного анализа со стороны разработчиков. Также отмечено, что общее качество кода можно улучшить. Для этого необходимо устранить дублирования кода, избыточные проверки, а также более аккуратно проводить рефакторинг.

Ссылки

• Сайт проекта «Система программирования PascalABC.NET»
• Публичный репозиторий исходного кода языка на Github
• Описание языка PascalABC.NET
• Официальный телеграм-канал PascalABC.NET
• Электронный задачник по программированию Programming Taskbook
• Форум PascalABC.NET
• Курс "PascalABC.NET: современный код" на Stepik

Литература

• Михалкович С.С. Учебная система программирования PascalABC // Научно-методическая конференция «Современные информационные технологии в образовании: Южный Федеральный округ» 13—14 мая 2004 / Крукиер Л.А., Муратова Г.В.. — Ростов-на-Дону: ЮГИНФО РГУ, 2004. — С. 156—158. — 252 с. — 200 экз.

• Михалкович С.С. Учебная система программирования PascalABC: опыт разработки и использования // Вторая международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование»: Сборник трудов. — М., 2006. — С. 394—399.

• Водолазов Н.Н., Михалкович С.С., Ткачук А.В. Опыт разработки учебного языка программирования для платформы .NET // Научно-методическая конференция «Современные информационные технологии в образовании: Южный Федеральный округ» 26—29 апреля 2007 / Крукиер Л.А., Муратова Г.В.. — Ростов-на-Дону: Изд-во «ЦВВР», 2007. — С. 71—73. — 312 с. — 250 экз. — ISBN 978-5-94153-146-2.

• Михалкович С.С., Абрамян М.Э. Основы программирования на языке PascalABC.NET. Скалярные типы данных, управляющие операторы, знакомство с массивами, процедуры и функции, работа с графикой. — Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2017. — 246 с. — ISBN 978-5-9275-2493-8.
• Долинер Л.И. Основы программирования в среде PascalABC.NET. — Екатеринбург: Изд-во «Уральский федеральный университет», 2014. — 128 с. — ISBN 978-5-7996-1260-3.
• Осипов А.В. PascalABC.NET: Введение в современное программирование. — Ростов-на-Дону: Интернет-издание, 2019. — 572 с.

• Осипов А.В. PascalABC.NET: выбор школьника. Часть 1.. — Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2020. — 152 с. — 150 экз.