Modula-2

Modula-2，是一种通用的结构化过程式编程语言，由尼克劳斯·维尔特在1978年至1985年间于苏黎世联邦理工学院开发。它具有充分的灵活性用于系统编程，和更加广阔应用领域。特别是，它被设计为以一种直接的方式支持分离编译和数据抽象。它的很多语法基于了维尔特早先的周知语言Pascal。

Modula-2

编程范型	指令式、结构化、模块化、数据和方法隐藏、并发
语言家族	Wirth Modula
設計者	尼克劳斯·维尔特
发行时间	1978年​（1978）
型態系統	强，静态
系统平台	Lilith（AMD 2901）
作業系統	跨平台
文件扩展名	.mod .m2 .def .MOD .DEF .mi .md
網站	www.modula2.org
主要實作產品
Niklaus Wirth編写的ETH编译器, GNU Modula-2, ADW Modula-2
衍生副語言
PIM2、PIM3、PIM4、ISO
啟發語言
Modula, Mesa, Pascal, ALGOL W, Euclid
影響語言
Modula-3, Oberon, Ada, Fortran, Lua, Seed7, Zonnon, Modula-GM

历史

在1976年至1977年年間，维尔特在Xerox Palo Alto研究中心，與一群設計Alto電腦的工作夥伴一同工作。1978年，维尔特在瑞士聯邦理工學院資訊研究所，根據其早期對Pascal程式語言、Modula模組程式語言、及Alto電腦的經驗，定義了Modula-2語言，他還開始了一個Lilith個人電腦計畫。

Modula-2語言本身與Lilith結構之設計，都以優雅及簡單為原則，是以Modula-2為Lilith的系統程式語言，而不需用到組譯器，並且以Lilith為Modula-2的組織架構。為此，Modula-2語言不僅要適用於編寫高階的應用程式，也要應適用於編寫低階的與機器相關的編碼程式，用於裝置的操控與儲存體的配置。

Modula-2提供了一些標準程式庫模組，如異常處置、字串處理、輸入/輸出及並行程式設計等，通過重複使用它們來降低語言本身的複雜度。在Lilith計畫從1978年到1988年的整個生命期中，作業系統、繪圖套裝軟體、資料庫系統、網路協議、檔案伺服器，及許多其他系統和應用模組，都是藉著Modula-2發展出來的。

描述

Modula-2被设计为显著的类似于Pascal，移除了一些元素和语法歧义，增补了“模块”这个重要概念，并且对多道程序有直接的语言支持。维尔特将Modula-2看作他早期的编程语言Pascal和Modula的后继者。主要的概念是：

1. 模块是分离编译的编译单元。
2. 协程是并发处理的基本建造块。
3. 类型和过程允许访问特定于机器的数据。

Modula-2提供了（有限的）单处理器并发（监视器、协程和显式控制转移）和硬件访问（绝对地址、位操纵和中断）。它使用了名称类型系统。Modula-2语言允许使用一趟编译器。Gutknecht和维尔特的这种编译器大致上比早前的多趟编译器要快上四倍。

Modula-2有两种主要方言：PIM和ISO，PIM得名于Niklaus Wirth的著作《Programming in Modula-2》，这本书一共有四个版本，成为方言的是PIM2、PIM3和PIM4。

例子代码

下面是"Hello world"程序的Modula-2源代码例子：

MODULE Hello;
FROM STextIO IMPORT WriteString;
BEGIN
  WriteString("Hello World!");
END Hello.

模块

Modula-2的模块（module），可以用来封装一组有关的子程序和数据结构，并限制它们对程序其他部份的可见性。模块设计以清晰的方式，实现了Modula-2的数据抽象特征。语言有严格的作用域控制。模块的作用域，可以被当作是不可逾越的墙：除了标准标识符之外，来自外部的对象在模块内是不可见的，除非显式的导入它；内部的模块对象在外部是不可见的，除非显式的导出它。

Modula-2程序是由模块组成，其中“程序模块”包含一个Modula-2程序的主程序。所有Modula-2程序，必须有定义了执行开始之处的一个主程序。在一个单一的程序中，不能有链接在一起的两个程序模块。“局部模块”是在其他模块内声明的模块。程序模块和局部模块的起始关键字，就是单独的MODULE。

定义模块与实现模块

除了程序模块之外的“全局模块”，都构成自两个部份：作为接口部份的“定义模块”，它只包含“导出”（对其他模块可见）的那部份子系统，和同名的“实现模块”，它包含模块内部的工作代码：

DEFINITION MODULE GM;
  ...
  
IMPLEMENTATION MODULE GM;
  ...

定义模块中可以包含不透明类型声明，它有如下形式：

TYPE name;

它对应的实际类型，对于这个模块的用户是不可见的。这个类型名字，可以用在定义模块内的其他声明之中。对于在定义模块中声明的任何不透明类型，在对应的实现模块中，必须包含它的完全类型声明。完全类型声明，必须定义一个指针类型。

导出

假定局部模块M1导出对象a、b、c和P，可将它们的标识符列举于显式EXPORT导出列表之中：

MODULE M1;
  EXPORT a, b, c, P;
  ...

如果加上了可选的关键字QUALIFIED，它们以一种有限制的方式给导出至外部，必须将导出的这个模块名字用作限定符，并跟随着对象的名字。这里的来自模块M1的对象a、b、c和P，在模块M1外部就叫做M1.a、M1.b、M1.c和M1.P。

1983年的PIM2，在定义模块中要求显式的EXPORT子句；而1985年的PIM3，从定义模块中删除了EXPORT子句，因为发现了它是多余的。

导入

假定模块M2包含下列IMPORT声明：

MODULE M2;
  IMPORT M1;
  ...

然后这意味着模块M1导出至它所包围的程序的外部的对象，现在可以用在模块M2内部。它们以一种限定方式来引用，也就是M1.a、M1.b、M1.c和M1.P。例如：

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

限定导出避免了名字冲突：例如，如果另一个模块M3也导出了一个对象叫做P，那么我们仍可以区分这两个对象，因为M1.P不同于M3.P。凭借限定导出，两个对象在它们的导出模块M1和M3中都叫做P是不碍事的。

存在一种可作为替代的方式，它在Modula-2编程者中广泛采用。假定模块M3是公式化为如下：

MODULE M3;
  FROM M1 IMPORT a, b, c, P;

然后这意味着模块M1导出至外部的对象，可以用在模块M3内部，但可以用无限定方式来引用导出的标识符，也就是a、b、c和P。例如：

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

这种无限定导入的方法，允许在其导出模块之外，以同在它们的导出模块之内一样简单的方式，来使用这些变量和其他对象。对于所有这些已经被显式允许的对象，包围所有模块的墙变得与它们无关了。当然无限定导入只在没有名字冲突时是可用的。

这些导出和导入规则，看起来可能是没有必要的限制和冗余的。但是它们不只是守卫对象免于不希望的访问，而且还有一个让人愉悦的副作用，提供了在程序中定义的所有标识符的自动交叉引用：如果标识符被一个模块名字所限定，那么它的定义位于那个模块。否则如果它是无限定的出现的，简单的回溯查找，将会要么遇到这个标识符的声明，要么遇到它出现在一个IMPORT语句中，指出了它所来自的模块的名字。这个性质在尝试理解包含很多模块的大型程序时是非常有用的。

评价

Modula-2程式語言有幾項特色，使其在電腦科學的發展過程中，有著功不可沒的功勞。首先，它所提出的電腦架構、語言和作業環境的整合概念，是一項創舉；其次，它強調程式設計師，在使用者介面的設計上，至少需花費同於實作程式設計時所耗費的成本和努力。最後，它提出對抽象化資料的簡化。

Modula-2程式是由上而下的方式發展，其步驟乃是先建立定義資料抽象化介面規格的若干定義模組，在其中宣告其他程式設計師可能會引用到的程式標頭，此後再隨著需要建立對應的實作模組。它们個別分開來編譯，一旦編譯好就不必再改變。

參見

• Pascal
• Modula
• Modula-3
• Oberon

图书

• Wirth, Niklaus. Programming in Modula-2 4th. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. 1988 [2021-06-14]. ISBN 978-0-387-96051-7. doi:10.1007/978-3-642-83565-0. （原始内容存档于2021-06-05）. 
• King, K. N. Modula-2: A Complete Guide. Burlington, Massachusetts: Jones and Bartlett Publishers. 1 January 1988 [2021-06-14]. ISBN 978-0669110913. （原始内容存档于2020-02-19）. 
• Sutcliffe, Richard J. Modula-2: Abstractions for Data and Programming Structures. Arjay Books. 2004–2005 [2021-06-14]. ISBN 978-0-669-11091-3. （原始内容存档于2021-01-26）.  Uses ISO-standard Modula-2.
• Gleaves, Richard. Modula-2 for Pascal Programmers. Springer Books on Professional Computing 1st. Switzerland: Springer Nature. 1984 [2021-06-14]. ISBN 978-0-387-96051-7. doi:10.1007/978-1-4613-8531-8. （原始内容存档于2021-06-14）. 
• Cooper, Doug. Oh My! Modula-2: An Introduction to Programming. New York City, New York: W. W. Norton & Company. 1 September 1990. ISBN 978-0393960099. 

外部連結

• 官方网站

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