APL (langage) Article, Signification, Explication

L'APL (initialement A Programming Language, officieusement Array-Processing Language)) est un langage de programmation conçu entre 1957 et 1967 par K. E. Iverson pour décrire commodément des opérations portant globalement sur des tableaux (booléens, numériques ou, dans une moindre mesure, de caractères).

Historique

APL s'est montré particulièrement adapté en son temps aux calculs statistiques, aux ventilations, aux consolidations, aux descriptions fonctionnelles d'architectures comme celle de l'IBM 360, aux graphiques interactifs (GRAPHPAK) et à quelques travaux en combinatoire et en théorie des graphes. Il a également été utilisé pour le prototypage d'applications et l'écriture de langages de manipulation simples dans le cadre d'un infocentre en masquant les symboles appropriés sous des dénominations commodes, par exemple en permettant d'écrire simplement :

MOYENNE X pour (+/X)÷⍴X.

NORMALISER X pour X÷+/X

etc.

Il permet de manipuler aisément des tableaux de 1 à N indices (N variant de 7 à 255 selon l'implémentation considérée) de façon globale. Les opérations puissantes de feuilletage (lamination) ainsi que les opérateurs de réduction, expansion, compression, 'produit intérieur et produit extérieur évitent souvent toute nécessité d'indices de boucle explicite - ainsi d'ailleurs que l'usage de boucles lui-même.

Il utilise de nombreux symboles représentant des opérations utilisables en programmation comme en calcul immédiat à la console, par exemple le « domino » (⌹) qui inverse directement une matrice, ou résout un système d'équations linéaires surdimensionné au sens des moindres carrés.

On estimait dans les années 70-80 qu'une équipe de 5 développeurs APL avait la puissance de développement d'une équipe de 25 programmeurs FORTRAN. L'application APL se montrait toutefois plus gourmande en ressources.

Son interface initiale (bicolore en mode machine à écrire) a inspiré celle de logiciels comme Maple.

Présentation rapide

APL innovait à son époque par plusieurs aspects conviviaux : pas de déclaration de types ni de tailles, une variable contenant tout simplement ce qu'on a mis dedans (scalaire ou tableau) ; possibilité d'interrompre un programme, d'interroger et de modifier des variables, et de reprendre l'exécution ; ou bien de tout stocker en l'état et de reprendre le lendemain en retrouvant les objets de la zone de travail - fonctions, variables et états d'exécution - exactement comme on les avait laissés (bref, de la persistance avant la lettre.... dès 1969 !) ; gestion dynamique de mémoire automatique ; pas de syntaxe compliquée pour afficher des résultats : quand quelque chose est calculé et que le résultat n'est mémorisé dans une variable, alors on l'affiche simplement au terminal dans le format estimé le plus lisible. Ainsi pour écrire « Hello, World! » en APL, les choses se passent ainsi :

'Hello, World!'   (tapé par l'utilisateur)

2+2 3 5 7

Il faut y ajouter la possibilité spectaculaire d'indexer un tableau par un autre tableau. Ainsi

'LE CHAT'[7 5 2 3 4 6 7]

'LE CHAT'[2 3⍴7 5 2 4 6 7]

Grâce à sa priorité de gauche à droite, le langage se lit simplement, comme un langage naturel :

« 1 plus somme des inverses des factorielles des entiers de 1 à 30 » :

1++/÷!⍳30

Opérations sur tableaux

Celles-ci se passent de commentaires :

     ⎕←A←2 2⍴⍳4

     A,5

     A,+/A

     A,[1]+A

     A,[1]×⌿A     (concaténation de ligne)

     A,[.5]0      

     0,A

     A,[1.5]0

     ⎕←A←1 2∘.×3 4 5 6 7

     (,A)[⍋,A]

Opérateurs

De même qu'une fonction agit sur une ou plusieurs variables, un opérateur agit sur une ou plusieurs fonctions (ou opérations). Pour prendre une comparaison mathématique, « sigma » et « pi » correspondent à l'opérateur APL de réduction (« / ») appliqué aux opérations « + » et « × ». Sigma (somme de termes) s'écrit +/, « pi » (multiplisation entre termes) ×/, « Union » (ou logique entre termes) ∨/, etc. On parle, dans d'autres langages, de clôture (closure).

Dans la première version d'APL, les opérateurs sont définis de façon fixe (réduction (/), scan (\\), produit externe (°.), composition (.), ...). En APL2, l'utilisateur peut fabriquer les siens à volonté et leur donner des noms. Un opérateur peut agir indifféremment sur des opérations de base du langage ou sur des fonctions définies par l'utilisateur dans sa workspace.

Tableaux de tableaux, et fonction ⍎

Le nombre d'indices d'un tableau est par convention nommé rang (rank) en APL. Le nombre de niveaux d'un tableau de tableau est nommé profondeur (depth).

Espace de travail

L'utilisateur travaille dans un espace de travail où il stocke ses fonctions et ses variables. Il peut à tout moment sauvegarder l'ensemble (y compris en état d'exécution suspendue) et reprendre plus tard son travail exactement dans les conditions où il l'avait laissé. Des commandes comme )COPY et )PCOPY, et la notion de groupe permettent des transferts aisés de fonctions et de variables d'un workspace à un autre.

Horodatage automatique

Éléments anecdotiques

• Lorsqu'APL tourne sur un système, par exemple le RS/6000, on s'écarte de la tradition en le nommant non pas APL/6000, mais bien APL\\6000. Pourquoi ? Parce que « / » est un opérateur de réduction et que « \\ » qui est l'opérateur d'expansion. Logique.

• APL était au départ utilisé uniquement en interne par IBM, sans plan de commercialisation. Selon Yves Le Borgne, la NASA fit toutefois pression pour que ce langage fût mis à sa disposition, menaçant de changer de constructeur si elle n'obtenait pas satisfaction. Le langage fut mis timidement au catalogue en 1969 à titre de produit complémentaire, puis en quelques années prit le statut de langage stratégique, qu'il garda jusqu'en 1990 (à partir de cette date, ne pouvait plus être considéré comme stratégique un langage ne tournant pas sur toutes les plateformes, et porter APL sur l'AS/400 ne présentait pas d'intérêt vu le créneau spécifique de cette machine)

Des interpréteurs APL ont existé pour l'IBM 7090, les IBM 360 à zSeries (sous TSO, VM/CMS et même CICS!), l'IBM 1130, les CII 10070 et Iris 80, le Burroughs B1700, le Bull SEMS T1600 (ex-Télémécanique Electrique T1600), etc. Ce langage était même directement en ROM dans des ordinateurs personnels du milieu des années 70 comme le MCM-70 ou l'IBM 5110.

Des versions station de travail et ordinateur personnel en ont aussi été commercialisées ou réalisées gratuitement pour AIX, Solaris, Linux, Windows, Mac OS, OS/2 et même le DOS (une version gratuite nommée TRYAPL2 existe pour le DOS, en version anglaise comme française).

Le mécanisme d'échange dit des processeurs auxiliaires permet à des workspaces APL de communiquer avec le monde extérieur : fichiers, SQL/DB2, TCP/IP, X-window, OpenGL, ainsi qu'autres workspaces APL et consoles du réseau actives au même moment si celles-ci en donnent l'autorisation. On peut ainsi commencer à mettre au point un calcul sur un PC, puis une fois qu'il est au point l'exécuter à distance sur un mainframe équipés de dizaines de processeurs parallèles depuis la même session.

Les processeurs auxiliaires se codent le plus souvent en langage C.

Situation présente du langage

L'apparition du tableur, plus intuitif et plus facile à manier, a fait disparaître une partie de l'intérêt du langage. Cela n'enlève rien pour autant à sa puissance d'expression et à sa concision, et plusieurs interpréteurs APL sont téléchargeables gratuitement sur Internet, pour le PC comme pour le Macintosh. La généralisation des écrans et des imprimantes à laser ont éliminé l'ancien problème que représentait l'usage de caractères spécifiques. Les caractères APL/APL2 sont d'ailleurs présents dans l'Unicode.

APL traitant globalement les tableaux, ses implémentations tirent aisément parti des possibilités de calcul parallèle ou de pipeline des processeurs modernes. Elles utilisent extensivement les possibilités vectorielles du S/390 (zSeries), de l'architecture PowerPC et des instruction multimédia (SSE) de l'architecture Intel/AMD.

Il a deux successeurs, le langage A+, et le langage J, ce dernier étant promu par K. E. Iverson lui-même, et ne nécessitant pas l'usage de caractères spéciaux. APL possède toutefois une lisibilité supérieure, à condition de disposer de la police de caractères appropriée. La mise à disposition du langage lui-même n'aurait pas été possible dès 1969 sans les terminaux IBM à boule également nommés Selectric (par exemple le 2741)

Pour information, des calculs actuels typiques sur un Celeron 300 MHz s'effectuent à peu près en un dixième du temps de calcul qu'ils prenaient en 1970 sur un IBM 360/91. Le cœur de l'interpréteur tient entièrement dans le cache d'instructions d'un microprocesseur contemporain (2004), donnant à APL des performances comparables à celle qu'on obtenait il y a quelques années avec un langage compilé.

GRAPHPAK est une des workspaces fournies avec APL et combinable avec toute autre application de l'utilisateur pour lui donner des possibilités d'entrée-sortie graphiques 2D comme 3D. La structure des appels du langage (pas de nécessité de parenthèses pour les appels de fonctions et de sous-programmes) permet de donner des ordres ayant une vague allure de langage naturel. Les éléments IBM et AP, fournis avec cette workpsace, sont simplement des matrices contenant des coordonnées de points respectivement en 2D et en 3D, la première colonne spécifiant une indication de tracé (couleur et style).

Caractères APL/APL2 en Unicode

Tous les caractères APL ne sont pas encore associés à une signification aujourd'hui (2004).

Quelques opinions

Edsger Dijkstra

« APL est une erreur, poussée jusqu'à la perfection. C'est le langage de l'avenir pour les techniques de programmation du passé : il crée une nouvelle génération de fainéants du codage».

Roy Keir

Joel Moses

Jacques Arsac

Lacune d'APL

APL n'a jamais officiellement permis d'indexer un tableau avec autre chose que des valeurs entières. On ne peut pas par exemple y écrire

''CAPITALE[⊂'FRANCE']←⊂'PARIS'

ou, pour rester dans le vectoriel,

CAPITALE['FRANCE' 'ESPAGNE' 'ITALIE']←'PARIS' 'MADRID' 'ROME'

ce qui est regrettable, car :

1. une telle extension ne demanderait que très peu de modification de syntaxe, et n'en demanderait aucune des programmes existants
2. tous les langages modernes permettent l'indexation par des chaînes de caractères (par exemple les hashs en Perl permettent d'écrire $capitale{'France'}='Paris';
3. Très rares sont les applications où il ne faille pas gérer des accès par symboles plutôt que par numéros. Si APL ne le permet pas de façon immédiate, l'utilisateur se tourne de façon fort naturelle vers d'autres langages répondant mieux à ses besoins.

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• APL2 d'IBM version d'essai
• Autre APL gratuit pour Linux (documentation PDF incluse)
• APLX (gratuit pour Linux, version d'essai pour Windows)
• TryAPL2 (sous DOS ; intérêt simplement historique)

• FAQ APL (en anglais, avec liens)
• Introduction à APL (anglais, nombreux exemples)

• Documentation APL gratuite en format PDF

• Documentation APLX (PDF, anglais, contient une très bonne introduction à APL aussi)

• Jouez avec APL sur le Web (avec mots-clés)
• Langage A+

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