Một so sánh chi tiết giữa các ngôn ngữ lập trình Ada và Rust đã làm bùng lên lại cuộc thảo luận trong cộng đồng về các tính năng an toàn độc đáo của Ada , đặc biệt là khả năng tạo ra các kiểu số với các hạn chế phạm vi tích hợp sẵn. Khả năng này, tự động ngăn chặn các giá trị vượt quá giới hạn được định nghĩa trước, đang thu hút sự chú ý từ các lập trình viên cảm thấy thất vọng với cách tiếp cận chấp nhận mọi thứ của lập trình hiện đại đối với an toàn phần mềm.
Kiểu Phạm Vi Của Ada Cung Cấp An Toàn Tại Thời Điểm Biên Dịch
Ada cho phép các lập trình viên định nghĩa các kiểu số tùy chỉnh với các phạm vi giá trị cụ thể, chẳng hạn như tạo một kiểu Age chỉ chấp nhận các giá trị từ 0 đến 200. Khi mã nguồn cố gắng gán một giá trị không hợp lệ, chương trình sẽ thất bại tại thời điểm biên dịch hoặc đưa ra một ngoại lệ runtime, ngăn chặn các lỗi âm thầm lan truyền qua hệ thống. Tính năng này có nguồn gốc từ Pascal và Modula-2 nhưng tìm thấy sự triển khai trưởng thành nhất trong Ada , nơi nó tích hợp một cách liền mạch với triết lý an toàn rộng lớn hơn của ngôn ngữ.
Cuộc thảo luận cộng đồng cho thấy sự đánh giá cao mạnh mẽ đối với cách tiếp cận này, với nhiều lập trình viên lưu ý rằng các kiểu giới hạn phạm vi loại bỏ toàn bộ các lớp lỗi. Không giống như các hàm xác thực phải được gọi thủ công, các kiểu phạm vi của Ada thực thi các ràng buộc tự động trong suốt quá trình thực thi của chương trình, khiến việc vô tình sử dụng các giá trị không hợp lệ trở nên gần như không thể.
Các ngôn ngữ hỗ trợ kiểu dữ liệu giới hạn phạm vi
- Ada: Hỗ trợ nguyên sinh với khai báo
subtype, tự động kiểm tra trong thời gian chạy - Pascal/Turbo Pascal: Triển khai ban đầu với chỉ thị
{$R+}để kiểm tra phạm vi - Modula-2: Kế thừa từ Pascal, đã ảnh hưởng đến thiết kế của Ada
- F: Có sẵn đơn vị đo lường và các kiểu bị ràng buộc
- Nim: Các kiểu phạm vi với xác thực thời gian biên dịch:
type Age = range[0..200] - C++: Có thể thực hiện thông qua template nhưng hiếm khi được sử dụng trong thực tế
- Rust: Tính năng "pattern types" thử nghiệm, chưa có sẵn cho người dùng
Các Ngôn Ngữ Hiện Đại Gặp Khó Khăn Với Các Tính Năng Tương Tự
Trong khi Rust đang khám phá các kiểu mẫu để cung cấp chức năng tương tự, tính năng này vẫn còn thử nghiệm và không có sẵn cho người dùng thông thường. Các ngôn ngữ khác như F# và Nim cung cấp các khả năng có thể so sánh, nhưng không ngôn ngữ nào tích hợp kiểm tra phạm vi một cách tự nhiên như Ada . Cuộc thảo luận làm nổi bật một sự thất vọng rộng lớn hơn trong cộng đồng phát triển về việc liên tục tái tạo lại các tính năng an toàn đã được giải quyết từ hàng thập kỷ trước.
Ada có một số ý tưởng thực sự tốt mà thật đáng tiếc là chúng không bao giờ được phổ biến hoặc được sử dụng bên ngoài cộng đồng an toàn quan trọng chủ yếu sử dụng nó. Khả năng tạo ra các kiểu số bị giới hạn trong phạm vi của chúng thực sự hữu ích cho một số lớp lỗi nhất định.
Một số lập trình viên chỉ ra rằng C++ có thể triển khai các kiểu giới hạn phạm vi tương tự thông qua templates, nhưng khả năng này vẫn phần lớn không được sử dụng trong thực tế. Khoảng cách giữa những gì các ngôn ngữ hiện đại có thể làm về mặt lý thuyết và những gì các lập trình viên thực sự sử dụng trong mã sản xuất tiếp tục mở rộng.
So sánh tính năng Ada vs Rust
| Tính năng | Ada | Rust | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Kiểu dữ liệu giới hạn phạm vi | Hỗ trợ nguyên bản | Thử nghiệm (pattern types) | Ada cho phép subtype Age is Integer range 0..200 |
| An toàn bộ nhớ | Kiểm tra runtime + phân tích compiler | Hệ thống ownership tại thời điểm biên dịch | Các cách tiếp cận khác nhau về an toàn |
| Đặc tả chính thức | Có (tiêu chuẩn ISO) | Mới được thêm vào (đóng góp Ferrocene) | Ada có đặc tả chính thức từ hàng thập kỷ trước |
| Chứng nhận an toàn | DO-178C, EN 50128, ISO 26262 | Hạn chế ( Ferrocene cung cấp compiler được chứng nhận) | Ada được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống quan trọng về an toàn |
Các Ngành Công Nghiệp An Toàn Quan Trọng Dẫn Đầu
Các ngành hàng không, hạt nhân và thiết bị y tế từ lâu đã dựa vào các tính năng an toàn của Ada , với ngôn ngữ này đáp ứng các yêu cầu chứng nhận nghiêm ngặt như DO-178C cho phần mềm máy bay. Các lĩnh vực này chứng minh rằng cách tiếp cận của Ada trong việc ngăn chặn các lỗi runtime không chỉ là lý thuyết—nó đã được chứng minh trong các hệ thống mà sự thất bại có nghĩa là mất mạng sống.
Tuy nhiên, ngành công nghiệp phần mềm rộng lớn hơn đã phần lớn bỏ qua những bài học này, ưu tiên phát triển nhanh chóng hơn là xử lý lỗi mạnh mẽ. Cuộc thảo luận hiện tại cho thấy sự nhận thức ngày càng tăng rằng sự đánh đổi này có thể đã đi quá xa, đặc biệt khi phần mềm ngày càng kiểm soát cơ sở hạ tầng và dịch vụ quan trọng.
So sánh giữa Ada và Rust cho thấy hai cách tiếp cận khác nhau đối với an toàn: Ada tập trung vào việc ngăn chặn các trạng thái không hợp lệ thông qua các ràng buộc hệ thống kiểu, trong khi Rust nhấn mạnh an toàn bộ nhớ thông qua ownership và borrowing. Cả hai ngôn ngữ đều cung cấp những bài học có giá trị cho các lập trình viên tìm cách xây dựng phần mềm đáng tin cậy hơn, mặc dù thành công đã được chứng minh qua nhiều thập kỷ của Ada trong các ứng dụng an toàn quan trọng mang lại cho nó một vị trí độc đáo trong những cuộc thảo luận này.
Tham khảo: A Comparison of Ada and Rust, using solutions to the Advent of Code