Перейти к основному содержимому

5.08. Справочник по Smalltalk

ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ОБЯЗАТЕЛЬНОВ РАЗРАБОТКЕ
Разработчику Архитектору

Справочник по Smalltalk​

1. Общие принципы языка​

Smalltalk — это чисто объектно-ориентированный язык программирования, в котором всё является объектом. Каждое значение, каждая операция, каждый тип данных выражается через объекты и сообщения. Язык был разработан в 1970-х годах в исследовательском центре Xerox PARC как часть интегрированной среды разработки и обучения.

Smalltalk отличается минимальным синтаксисом, полной интерактивностью и мощной интроспекцией. Программы пишутся не в виде текстовых файлов, а в виде живых объектов, хранящихся в образе (image), который содержит всё состояние системы: код, данные, окружение, историю.

2. Основные концепции​

2.1. Всё — объект​

  • Числа — объекты класса Integer, Float и подклассов.
  • Символы — объекты класса Symbol.
  • Строки — объекты класса String.
  • Булевы значения — объекты класса True и False.
  • Классы — объекты класса Class.
  • Методы — объекты класса CompiledMethod.
  • Даже nil — объект класса UndefinedObject.

2.2. Сообщения вместо вызовов​

Взаимодействие между объектами происходит через отправку сообщений. Существует три типа сообщений:

2.2.1. Унарные сообщения​

Сообщения без аргументов.
Пример:

3 factorial
Date today
'hello' reversed

2.2.2. Бинарные сообщения​

Сообщения с одним аргументом, использующие специальные символы (+, -, =, >, //, @ и др.).
Пример:

5 + 3
a > b
point @ 10

2.2.3. Ключевые сообщения​

Сообщения с именованными аргументами, где каждое ключевое слово заканчивается двоеточием.
Пример:

Array with: 1 with: 2 with: 3
Dictionary new at: 'key' put: 'value'
Point x: 10 y: 20

2.3. Приоритет сообщений​

Порядок вычисления определяется строго:

  1. Унарные сообщения (слева направо)
  2. Бинарные сообщения (слева направо)
  3. Ключевые сообщения (слева направо)

Скобки () могут изменять порядок явно.

Пример:

3 + 4 factorial  "означает 3 + (4 factorial) = 3 + 24 = 27"
(3 + 4) factorial  "означает 7 factorial = 5040"

3. Синтаксис​

3.1. Литералы​

ТипПримерОписание
Целые числа42Объект класса Integer
Вещественные3.14Объект класса Float
Строки'Hello'Объект класса String
Символы#helloОбъект класса Symbol
Массивы#(1 2 3)Литерал массива из литералов
Динамические массивы{1. 2. 3}Вычисляемый массив (в некоторых реализациях)
Блоки`[ :xx + 1 ]`
Хэш-литералы#{'a' -> 1. 'b' -> 2}Литерал словаря (в Pharo/Squeak)

3.2. Переменные​

3.2.1. Виды переменных​

  • Временные переменные: объявляются в методе через | a b c |
  • Параметры блока: указываются после открывающей скобки блока, например [ :x :y | x + y ]
  • Переменные экземпляра: принадлежат объекту, объявляются в классе
  • Классовые переменные: общие для всех экземпляров класса
  • Глобальные переменные: начинаются с заглавной буквы, например Transcript, Smalltalk
  • Пул переменных: совместно используемые переменные, объявленные в отдельном пространстве

3.2.2. Объявление временных переменных​

| a b result |
a := 10.
b := 20.
result := a + b.
^ result

3.3. Присваивание​

Оператор присваивания — :=.
Пример:

x := 5.
name := 'Alice'.

Множественное присваивание возможно:

a := b := c := 0.

3.4. Возврат значения​

Оператор ^ возвращает значение из метода или блока.
Если ^ не используется, метод возвращает self.

Пример:

double: x
    ^ x * 2

4. Блоки (замыкания)​

Блоки — это объекты, представляющие исполняемый код. Они могут захватывать окружающий контекст.

4.1. Синтаксис​

[ :arg1 :arg2 | выражение ]

Примеры:

[ 42 ]                          "блок без аргументов"
[ :x | x * x ]                  "блок с одним аргументом"
[ :a :b | a max: b ]            "блок с двумя аргументами"

4.2. Выполнение блока​

Блоки выполняются через унарные сообщения:

  • value — без аргументов
  • value: — с одним аргументом
  • value:value: — с двумя и т.д.

Пример:

increment := [ :x | x + 1 ].
result := increment value: 5.  "результат — 6"

4.3. Использование в коллекциях​

Блоки активно используются для итерации:

#(1 2 3 4) do: [ :each | Transcript show: each printString; cr ].
#(1 2 3 4) collect: [ :x | x * 2 ]  "→ #(2 4 6 8)"

5. Классы и объекты​

5.1. Создание класса​

В среде Smalltalk классы создаются через браузер классов. Синтаксически определение класса выглядит так:

Object subclass: #MyClass
    instanceVariableNames: 'name age'
    classVariableNames: 'DefaultAge'
    package: 'MyPackage'

5.2. Методы​

Методы определяются в контексте класса. Синтаксис:

methodName
    "комментарий"
    | tempVar |
    tempVar := self computeSomething.
    ^ tempVar

С параметрами:

setName: aString age: anInteger
    name := aString.
    age := anInteger

5.3. Конструкторы​

Классовые методы часто служат фабриками:

MyClass class >> newWithName: aString
    ^ self new
        setName: aString;
        yourself

5.4. Наследование​

Smalltalk поддерживает одиночное наследование. Все классы наследуются от Object, кроме ProtoObject.

Цепочка наследования:

ProtoObject → Object → Collection → SequenceableCollection → Array → ...

5.5. Метаклассы​

Каждый класс — это объект, и у него есть собственный класс — метакласс. Метаклассы содержат методы, применимые к самому классу (например, new, initialize).

6. Коллекции​

Smalltalk предоставляет богатую иерархию коллекций.

6.1. Основные типы​

КлассОписание
ArrayИндексируемая последовательность фиксированной длины
OrderedCollectionДинамический массив
SetКоллекция без дубликатов
DictionaryХэш-таблица (ключ-значение)
BagКоллекция с подсчётом вхождений
IntervalДиапазон чисел (например, 1 to: 10)
StringПоследовательность символов
ByteArrayПоследовательность байтов

6.2. Общие методы коллекций​

  • do: aBlock — итерация
  • collect: aBlock — преобразование
  • select: aBlock — фильтрация по условию
  • reject: aBlock — фильтрация с инверсией
  • anySatisfy: aBlock — проверка существования
  • allSatisfy: aBlock — проверка универсальности
  • size — количество элементов
  • isEmpty — проверка на пустоту
  • includes: anObject — проверка наличия
  • at: index — доступ по индексу
  • at: index put: value — запись по индексу

Пример:

numbers := #(1 2 3 4 5).
evens := numbers select: [ :x | x even ].
squares := numbers collect: [ :x | x * x ].

7. Исключения и обработка ошибок​

Smalltalk использует механизм исключений на основе блоков.

7.1. Базовый синтаксис​

[ riskyCode ] on: Error do: [ :ex | handleException ]

7.2. Типы исключений​

  • Error — общая ошибка
  • MessageNotUnderstood — отправка неизвестного сообщения
  • SubscriptOutOfBounds — выход за границы массива
  • ZeroDivide — деление на ноль

7.3. Возбуждение исключений​

Error signal: 'Something went wrong'

7.4. Обеспечение и гарантированное выполнение​

[ work ] ensure: [ cleanup ]  "cleanup выполнится всегда"

8. Среда выполнения и инструменты​

8.1. Образ (Image)​

Вся система Smalltalk хранится в одном файле образа (.image). Он содержит:

  • Все объекты
  • Все классы и методы
  • Все открытые окна и состояния
  • Историю работы

Загрузка образа — мгновенный запуск всей среды.

8.2. Инструменты​

  • System Browser — просмотр и редактирование классов
  • Workspace — интерактивная область для выполнения кода
  • Transcript — системный лог
  • Debugger — отладчик с возможностью изменения кода "на лету"
  • Inspector — просмотр внутреннего состояния объекта
  • Versions Browser — история изменений методов

8.3. Интроспекция​

Smalltalk позволяет исследовать себя во время выполнения:

Object allSubclasses          "все подклассы Object"
MyClass selectors             "все методы класса"
method sourceCode             "исходный код метода"
obj class                     "класс объекта"
obj respondsTo: #methodName   "проверка поддержки сообщения"

9. Пакеты и модули​

Smalltalk организует код в пакеты (Packages). Каждый класс принадлежит одному пакету. Пакеты:

  • Группируют связанные классы
  • Упрощают навигацию
  • Используются при экспорте/импорте кода
  • Поддерживают зависимости (в современных реализациях, например, Pharo)

10. Реализации Smalltalk​

РеализацияОсобенности
SqueakОриентирована на образование, создана Alan Kay
PharoСовременная, активно развиваемая, основанная на Squeak
VisualWorksКоммерческая, мощная IDE, поддержка enterprise
GNU SmalltalkТекстовая, похожа на скриптовые языки
VA SmalltalkДля корпоративных решений, IBM-совместимость

11. Стандартная библиотека (Kernel и Collections)​

11.1. Класс Object — корень иерархии​

Все объекты наследуют базовые методы от Object:

  • class — возвращает класс объекта
  • isNil, notNil — проверка на nil
  • ifNil:, ifNotNil: — условное выполнение
  • yourself — возвращает self (полезно для каскадирования)
  • perform: aSymbol — динамическая отправка сообщения
  • perform:withArguments: — отправка с массивом аргументов
  • shallowCopy, deepCopy — копирование
  • hash, = — сравнение и хэширование
  • printString, storeString — текстовое представление

Пример каскадирования:

Array new
    add: 1;
    add: 2;
    yourself

11.2. Числовые классы​

  • Integer — целые числа (подклассы: SmallInteger, LargePositiveInteger, LargeNegativeInteger)
  • Float — числа с плавающей точкой (IEEE 754)
  • Fraction — рациональные числа (3/4)
  • Number — общий предок всех чисел

Методы:

  • + - * / // \\ — арифметика
  • abs, negated, reciprocal
  • even, odd
  • to:, to:by: — создание интервалов
  • factorial, sqrt, sin, cos

Особенность: деление / всегда возвращает Float или Fraction, а // — целочисленное деление.

11.3. Строки и символы​

  • String — изменяемая последовательность символов
  • Symbol — неизменяемый, уникальный идентификатор

Методы строк:

  • size, isEmpty
  • at:, at:put:
  • copyFrom:to:
  • includesSubsequence:, findString:
  • asUppercase, asLowercase
  • lines — разбивает на строки
  • withCRs, withLFs — нормализация окончаний

Символы часто используются как ключи, селекторы методов, имена переменных.

11.4. Булевы значения​

  • true — экземпляр класса True
  • false — экземпляр класса False

Методы:

  • ifTrue:, ifFalse:
  • ifTrue:ifFalse:
  • and:, or:, not

Пример:

(valid and: [ password size > 8 ]) ifTrue: [ self acceptLogin ]

Здесь and: принимает блок — ленивая оценка.

12. Графическая система: Morphic​

Morphic — это каркас пользовательского интерфейса, используемый в Squeak и Pharo. Всё на экране — это морф (Morph), объект, умеющий рисовать себя и реагировать на события.

12.1. Основные морфы​

МорфНазначение
MorphБазовый элемент UI
RectangleMorphПрямоугольник с цветом и границей
StringMorphОтображение текста
ImageMorphОтображение изображения
TextMorphРедактируемый многострочный текст
PluggableButtonMorphКнопка с действием
ScrollPaneПрокручиваемая область

12.2. Создание и отображение​

m := RectangleMorph new.
m color: Color red.
m extent: 100@100.
m openInHand.  "показать в центре курсора"

12.3. События​

Морфы реагируют на:

  • клики (mouseDown:, mouseUp:)
  • перемещение мыши (mouseMove:)
  • клавиатуру (keyStroke:)
  • перетаскивание (startDrag:)

Можно переопределить методы или использовать on:send:to::

button on: #click send: #doSomething to: self

12.4. Компоновка​

  • addMorph: — добавление дочернего морфа
  • layoutPolicy — стратегия размещения (например, TableLayout, LinearLayout)
  • hResizing, vResizing — поведение при изменении размера

13. Сериализация и сохранение​

13.1. storeString и readFrom:​

Любой объект может быть преобразован в строку, пригодную для повторного чтения:

obj := #(1 2 3).
text := obj storeString.  "→ '#(1 2 3)'"
restored := Compiler evaluate: text.

Работает для большинства литералов и простых структур.

13.2. Файловый ввод-вывод​

file := 'data.txt' asFileReference writeStream.
file nextPutAll: 'Hello'.
file close.

content := 'data.txt' asFileReference contents.

13.3. Образ как форма сериализации​

Поскольку весь мир Smalltalk — это образ, сохранение состояния достигается простым сохранением .image-файла. Это включает:

  • Все объекты
  • Все открытые окна
  • Историю отладчика
  • Текущие вычисления

Это мощный механизм, но не подходит для обмена с внешними системами.

13.4. JSON и XML​

Современные реализации (Pharo) поддерживают:

  • NeoJSONReader, NeoJSONWriter
  • XMLDOMParser

Пример:

json := NeoJSONObject new.
json at: 'name' put: 'Alice'.
jsonString := String streamContents: [ :s | (NeoJSONWriter on: s) write: json ].

14. Сетевые возможности​

14.1. HTTP-клиент​

Pharo предоставляет ZnClient (Zinc HTTP Components):

response := ZnClient new
    url: 'https://api.example.com/data';
    get.
data := response contents.

Поддержка:

  • GET, POST, PUT, DELETE
  • Заголовки
  • JSON-тело
  • Аутентификация

14.2. Сервер​

Можно запустить встроенный HTTP-сервер:

server := ZnServer startOn: 8080.
server delegate: (ZnDefaultStaticServerDelegate directory: FileSystem workingDirectory).

Или создать REST API через маршрутизацию.

14.3. Сокеты​

Низкоуровневый доступ через Socket:

socket := Socket newTCP.
socket connectTo: NetNameResolver loopbackAddress port: 8080.
socket sendData: 'PING'.
reply := socket receiveData.

15. Тестирование​

Smalltalk включает встроенную систему модульного тестирования — SUnit (предтеча xUnit).

15.1. Написание теста​

TestCase subclass: #MyClassTest
    instanceVariableNames: ''
    package: 'MyPackage-Tests'

MyClassTest >> testDouble
    | result |
    result := MyClass double: 5.
    self assert: result equals: 10.

15.2. Утверждения​

  • assert: aBoolean
  • assert: actual equals: expected
  • assert: aCollection includes: anElement
  • should: [ code ] raise: Error
  • shouldnt: [ code ] raise: Error

15.3. Подготовка и завершение​

  • setUp — выполняется перед каждым тестом
  • tearDown — после каждого теста

Пример:

setUp
    collection := OrderedCollection new.

testAdd
    collection add: 42.
    self assert: collection size equals: 1.

16. Внешние вызовы (FFI)​

Smalltalk может вызывать нативные библиотеки через Foreign Function Interface.

Пример (Pharo + UFFI):

LibC class >> ffiLibrary
    ^ #('libc.so.6')

LibC class >> strlen: aString
    <cdecl: long 'strlen' (char*) module: #('libc.so.6')>
    ^ self externalCallFailed

Использование:

len := LibC strlen: 'hello' asByteArray.

Требует осторожности: ошибки могут упасть всю систему.

17. Практические примеры​

17.1. Калькулятор выражений​

evaluate: expressionString
    ^ Compiler evaluate: expressionString

⚠️ Только в доверенной среде! Compiler evaluate: исполняет любой код.

17.2. Реализация стека​

Stack := OrderedCollection.

push: item
    self addLast: item.

pop
    ^ self removeLast.

isEmpty
    ^ self isEmpty.

17.3. Observer-паттерн​

subject addDependent: observer.
subject changed.
"observer получит #update: от subject"

Smalltalk включает эту модель «из коробки» через Model и Dependents.

18. Настройки и параметры среды​

18.1. Глобальные настройки​

Доступны через Smalltalk preferences:

  • cmdKeysInText — использовать Cmd-комбинации в тексте
  • scrollBarsWithoutMenuButton — стиль прокрутки
  • annotationPane — показ аннотаций в браузере

18.2. Цвета и шрифты​

StandardFonts defaultFont: (LogicalFont familyName: 'Source Code Pro' pointSize: 12).
Color blue muchDarker.

18.3. Логирование​

Transcript show: 'Debug info'; cr.
Transcript clear.

Transcript — глобальный объект вывода, видимый в отдельном окне.

19. Производительность и оптимизация​

  • Избегайте частого создания больших коллекций в циклах
  • Используйте becomeForward: осторожно — меняет идентичность объектов
  • #= и #hash должны быть согласованы для использования в Set/Dictionary
  • Блоки без захвата контекста компилируются эффективнее
  • SmallInteger операции — самые быстрые (встроены в VM)

20. Экосистема и сообщество​

  • Pharo — активное сообщество, ежегодные конференции (Pharo Days)
  • GitHub — тысячи пакетов на github.com/pharo-project
  • Catalog — менеджер пакетов в Pharo (World menu → Tools → Catalog)
  • Pillar — система документирования (аналог Markdown + LaTeX)
  • Glamour — фреймворк для создания инструментов анализа кода