[Procedural Programming + Ada] Bài 12 – Pre-defined Libraries

Có một sự thật khá thú vị về Ada – đó là không có bất kỳ ai hay bất kỳ tổ chức nào thực sự sở hữu ngôn ngữ này. Và tổ chức DoD của Mỹ thì lại chỉ nhìn nhận Ada như một bản cấu hình tiêu chuẩn để xây dựng một ngôn ngữ lập trình hiện đại. Cũng giống như ECMA International chỉ nhìn nhận ECMA là một bản cấu hình tiêu chuẩn để triển khai môi trường cho các ngôn ngữ lập trình đa nền tảng như JavaScript, Dart, C#, Eiffel, C++, v.v…

Điều đó có nghĩa là tính năng của các ngôn ngữ trên sẽ còn tùy thuộc vào môi trường phát triển đặc định mà chúng ta sử dụng, như các trình thông dịch interpreter hay các trình biên dịch compiler. Và đối với Ada nói riêng thì cũng có các trình biên dịch được tạo ra bởi các tổ chức khác nhau, hướng tới những môi trường ứng dụng cụ thể với các bộ tài nguyên mặc định có phần khác nhau đôi chút.

Predefined Libraries

Ở đây. chúng ta có các thư viện theo cấu hình tiêu chuẩn tối thiểu mà các môi trường phát triển cần phải triển khai đầy đủ, bao gồm:

• Standard – thư viện chứa định nghĩa các kiểu dữ liệu cơ bản như Interger, Float, Boolean, Char, String, v.v…
• Ada – thư viện cung cấp các công cụ hỗ trợ thao tác đối với các kiểu dữ liệu cơ bản đã được định nghĩa trong thư viện Standard.
• Interfaces – cung cấp các công cụ giao tiếp với các ngôn ngữ khác: C, Cobol, Fortran.
• System – cung cấp các công cụ liên quan đến việc quản lý tài nguyên của hệ thống sẽ vận hành phần mềm được xây dựng: bộ nhớ đệm RAM hay Cache, bộ nhớ lưu trữ dài hạn Storage, vi xử lý đa nhân Multiprocessor.

GNAT mà chúng ta đang sử dụng trong Sub-Series này là trình biên dịch được thiết kế hướng đến lớp ứng dụng bao gồm cả lập trình nhúng embedded và lập trình phổ thông general. Vì vậy nên chúng ta còn có thêm một thư viện được định nghĩa cùng tên: GNAT.

Thư viện này cung cấp một số công cụ thay thế ở cấp độ trừu tượng cao hơn so với các thư viện tiêu chuẩn để quản lý các tiến trình vận hành code task, hay làm việc với các kiểu dữ liệu tập hợp như String, Heap Table… và các thuật toán sắp xếp dữ liệu đã được triển khai sẵn ví dụ như Bubble Sort, Heap Sort… và cả những công cụ giao tiếp cho các ứng dụng mạng network như Sockets, Stream…

Nhân tiện thì chúng ta có thể tìm thấy các chi tiết triển khai ngôn ngữ Ada trong môi trường GNAT được lập tài liệu đầy đủ ở đây: GNAT Reference Manual. Trong đó thì có phần nói về các thuộc tính Attributes được định nghĩa sẵn cũng rất quan trọng. Các chỉ mục còn lại như Pragma hay Aspect thì bạn có thể sẽ không cần phải quan tâm tới trừ khi chạm vào lớp ứng dụng lập trình nhúng embedded.

Package Manager

Trong tiến trình xây dựng phần mềm, ngoài việc sử dụng các thư viện được định nghĩa sẵn của một ngôn ngữ lập trình thì chúng ta thường sẽ cần phải sử dụng thêm những thư viện hỗ trợ khác được thiết kế đặc định hướng tới lớp ứng dụng mong muốn. Việc tải về một thư viện code được chia sẻ đâu đó và tích hợp vào project Ada khá đơn giản với cấu trúc khai báo trong tệp cấu hình của project như chúng ta đã biết.

project Learn_Ada is
   for Languages use ("Ada", "C");
   for Source_Dirs use ("src/**");
   for Object_Dir use "obj";
   for Main use ("main.adb");
   -- for Library_Name use "compiled_pkg";
   -- for Library_Kind use "Dynamic";
   -- for Library_Dir use "lib";
end Learn_Ada;

Trong code ví dụ ở trên thì các dòng code khai báo được comment ở những dòng cuối cùng là để mô phỏng cú pháp khai báo một thư viện có tên là compiled_pkg, kiểu thư viện đã được biên dịch được gọi là Dynamic, và cuối cùng là đường dẫn tới thư mục chứa thư viện đó tính từ thư mục gốc của project đang chứa thư mục src.

Đây là tính năng quản lý project mà trình gprbuild của GNAT cung cấp: rất trực quan và dễ sử dụng. Tuy nhiên nếu đem so sánh với các công cụ mà chúng ta đã biết qua các Series Tự Học Lập Trình trước đó thì quá trình quản lý các thư viện bổ sung như thế này khá thủ công. Đơn cử là với npm thì chúng ta chỉ cần gõ lệnh install package và các tệp code của thư viện cần cài đặt sẽ được tự động tải về kèm theo đó là thao tác khai báo trong tệp package.json của project cũng sẽ được tự động thực hiện.

Mới đây thì một project có tên là Alire (Ada Lirary Repository) – tạm dịch là “Kho lưu trữ và quản lý các thư viện code Ada” – đã xuất hiện và được biết đến trong cộng đồng những lập trình viên yêu thích ngôn ngữ này. Các thư viện library được Alire gọi với một cái tên khác là crate và có số lượng tổng hợp hiện tại là khoảng hơn 300 crate đã được publish bằng Alire.

Bạn có thể tải về tệp cài đặt Alire mới nhất cho các hệ điều hành Windows, Linux, v.v… tại đây: Alire Releases. Đối với Windows thì sau khi chạy tệp cài đặt và hoàn thành, chúng ta sẽ cần phải khai báo biến môi trường mới trỏ tới thư mục C:Program FilesAlirebin. Trong trường hợp bạn thay đổi thư mục cài đặt mặc định thì cần tìm tới thư mục đó và copy đường dẫn dạng đầy đủ như vậy. Còn đối với Linux thì sau khi giải nén tệp tải về, chúng ta sẽ cần di chuyển tệp thực thi alr tới thư mục usr/bin.

Sau khi đã hoàn tất thao tác cài đặt và khai báo biến môi trường thì chúng ta đã có thể mở cửa sổ dòng lệnh và gõ alr để kiểm tra kết quả. Nếu bạn đang sử dụng Windows thì có thể sẽ nhận được thông báo cài đặt thêm msys2 và cứ chọn (Y)es để quá trình cài đặt được tự động. Sau đó bạn sẽ thấy danh sách liệt kê các câu lệnh hỗ trợ bởi alr.

Để khởi tạo một crate – có nghĩa là một project – được quản lý bởi alr, chúng ta gõ lệnh:

• alr init --bin project_name – để khởi tạo một ứng dụng application.
• alr init --lib project_name – để khởi tạo một thư viện library.

Hãy thử tạo một ứng dụng hello_alire:

alr init --bin hello_alire

Nếu như máy tính của bạn chưa cài đặt Git trước đó, thì alr sẽ hiện thông báo gợi ý cài đặt thêm trước khi thực thi câu lệnh này. Sau đó thì thư mục hello_alire sẽ được khởi tạo với các tệp quản lý cơ bản và thông báo thành công trong cửa sổ dòng lệnh.

Và chúng ta có cấu trúc căn bản của một project quản lý bởi alr bao gồm:

• 01 tệp cấu hình project cho gprbuild – bởi vì alr thực ra là trình quản lý project và điều khiển lệnh bên dịch qua gprbuild.
• 01 tệp khai báo quản lý cho alr có tên là alire.toml.
• 01 thư mục src để chứa các tệp code cho gprbuild như đã biết trước đó.
• 01 thư mục share để chứa các thư viện bên ngoài được tải thêm về bằng alr.

.
├── alire.toml
├── hello_alire.gpr
└── src
    └── hello_alire.adb

Bây giờ chúng ta hãy thử chỉnh sửa lại code mở đầu và chạy thử project bằng alr:

with Ada.Text_IO; use Ada.Text_IO;

procedure Hello_Alire is
   --
begin
   Put_Line ("Hello, Alire !");
end Hello_Alire;

cd hello_alire
alr build

Khi chạy lệnh alr build lần đầu thì chúng ta sẽ được hỏi một vài thông tin về phiên bản GNAT muốn sử dụng, và bạn hãy cứ chọn phiên bản gnat_native và gprbuild mới nhất trong danh sách lựa chọn được in ra.

Sau khi thiết lập xong alr build sẽ tiến hành điều khiển gprbuild biên dịch code và tạo ra thêm các thư mục:

• config – chứa các tệp cấu hình lưu thông tin thiết lập môi trường phát triển bao gồm hệ điều hành và phiên bản của gnat_native và gprbuild.
• obj – chứa các tệp code đã được biên dịch.
• bin – chứa tệp khởi chạy tương ứng với hệ điều hành đang sử dụng.

Lúc này chúng ta có thể chạy chương trình bằng cách trỏ trực tiếp tới tệp thực thi trong thư mục bin hoặc chạy lệnh alr run

alr run

Note: Building hello_alire/hello_alire.gpr...
gprbuild: "hello_alire.exe" up to date
Build finished successfully in 0.83 seconds.
Hello, Alire!

Oh, như vậy là câu lệnh alr run cũng sẽ tự động kích hoạt alr build để chắc chắn project đang được phiên dịch với code mà chúng ta viết mới nhất. Bây giờ chúng ta sẽ thử thao tác cài đặt một thư viện tên là libhello từ kho lưu trữ của Alire.

alr with hello

Requested changes:

   + libhello ^1.0.1 (add)

Changes to dependency solution:

   + libhello 1.0.1 (new)

Do you want to proceed?
[Y] Yes  [N] No  (default is Yes) Y

Lúc này sẽ có sự thay đổi nội dung ở thư mục alire bởi thư viện libhello sẽ được tải về và lưu trữ cục bộ ở đó dành cho project hello_alire mà chúng ta đang xem xét. Thêm vào đó là trong nội dung của tệp khai báo alire.toml sẽ có thêm mục depends-on liệt kê thư viện hỗ trợ mà project đang sử dụng.

name = "hello_alire"
description = "Shiny new project"
version = "0.1.0-dev"

authors = ["Thinh Tran"]
maintainers = ["Thinh Tran <thinhtranhnvn@gmail.com>"]
maintainers-logins = ["thinhtranhnvn"]

executables = ["hello_alire"]
[[depends-on]]
libhello = "^1.0.1"

Bây giờ ở tệp khởi chạy hello_alire.adb, chúng ta sẽ thay thế code đang có bằng cách sử dụng thư viện libhello.

with Libhello;

procedure Hello is
   --
begin
   Libhello.Hello_World;
end Hello;

alr run

Note: Building hello_alire/hello_alire.gpr...
Compile
   [Ada]          hello_alire.adb
hello_alire.adb:4:11: warning: file name does not match unit name, should be "hello.adb" [enabled by default]
Bind
   [gprbind]      hello_alire.bexch
   [Ada]          hello_alire.ali
Link
   [link]         hello_alire.adb
Build finished successfully in 1.28 seconds.
Hello, world!

Ở thời điểm hiện tại, chúng ta đã có trong tay đầy đủ các công cụ phát triển phần mềm bằng ngôn ngữ Ada, bao gồm:

• Các yếu tố cú pháp phổ biến của ngôn ngữ Ada
• Các thư viện đã được định nghĩa và tích hợp sẵn với trình biên dịch gnatmake
• Trình quản lý gói cài đặt Alire

Như đã nói trước đó thì mình không có ý định hướng đến ứng dụng lập trình nhúng hay lập trình web với ngôn ngữ Ada, mà chỉ muốn sử dụng Ada để làm tiêu chuẩn tham khảo mô hình Lập Trình Thủ Tục Procedural Programming. Vì vậy nên có lẽ ở thời điểm này, để chọn một project nho nhỏ và tìm cách biểu hiện tư duy Procedural trong code thì một ứng dụng CLI sẽ là lựa chọn phù hợp nhất.

Nếu bạn có đôi chút thời gian, hãy cùng xem cách xây dựng một ứng dụng Tic-Tac-Toe trên giao diện cửa sổ dòng lệnh CLI được triển khai bằng ngôn ngữ Ada và mô hình lập trình Procedural Programming có đặc trưng gì đáng chú ý.

[Procedural Programming + Ada] Bài 13 – Console Tic-Tac-Toe App (mở đầu)