Limitações e vantagens de idiomas completos não-Turing no desenvolvimento de software

Os idiomas completos não-Turing são linguagens deliberadamente restritas que * não podem * calcular nada que uma máquina de Turing possa. Essa limitação, surpreendentemente, pode ser uma força em certos contextos.

Vantagens:

* Terminação garantida: Como eles não podem executar loops arbitrários, os idiomas completos que não são de ator garantem que qualquer programa escrito neles acabará por terminar. Isso é crucial em sistemas em tempo real, sistemas críticos de segurança e sistemas em que os loops infinitos são inaceitáveis.

* Previsibilidade: Devido à sua natureza restrita, o comportamento dos programas escritos nesses idiomas geralmente é mais fácil de prever e analisar. Isso os torna valiosos para a verificação formal, provando propriedades sobre o comportamento do sistema e a depuração.

* Segurança: A natureza restrita limita o potencial de código malicioso para executar ações prejudiciais (por exemplo, escrever em locais de memória arbitrária, fazendo conexões de rede). Eles geralmente são mais seguros para executar em ambientes de caixa de areia. Isso é particularmente importante ao lidar com entradas não confiáveis.

* Especificidade do domínio: Os idiomas completos não-Turing podem ser projetados para serem altamente especializados para um domínio específico. Essa especialização pode levar a um código mais conciso, expressivo e mais fácil de entender dentro desse domínio. Por exemplo, uma linguagem de configuração pode se concentrar apenas na definição de estruturas e relacionamentos de dados, não na computação geral.

* desempenho: A natureza simplificada pode permitir certas otimizações impossíveis ou difíceis de alcançar em idiomas completos.

* Verificação formal: A natureza restrita desses idiomas os torna passíveis de verificação formal. Técnicas matemáticas podem ser empregadas para provar propriedades sobre a execução do idioma, garantindo a ausência de certos bugs ou comportamentos inesperados.

Limitações:

* Expressividade limitada: A limitação mais óbvia é que eles não podem expressar todos os cálculos possíveis. Eles são fundamentalmente incapazes de executar tarefas que exigem loops arbitrários, recursão ou algoritmos complexos.

* Incapacidade de resolver problemas complexos diretamente: Os problemas que requerem computação de uso geral não podem ser resolvidos inteiramente dentro de um idioma completo que não é de ator.

* Dependência de sistemas externos: Tarefas complexas geralmente requerem interação com sistemas ou idiomas externos de turing-complete. A linguagem completa que não é de ator pode ser usada para configuração, definição de dados ou processamento simples, enquanto o levantamento pesado é feito em outro lugar.

* Maior complexidade dos sistemas combinados: Embora os módulos individuais possam ser mais simples, a integração de uma linguagem completa sem ator com um turing-complete pode aumentar a complexidade geral do sistema, especialmente em termos de comunicação e troca de dados.

* Curva de aprendizado para domínios específicos: Embora os idiomas específicos do domínio possam ser mais fáceis de aprender dentro de seu domínio, dominar vários idiomas para tarefas diferentes pode representar uma curva de aprendizado mais acentuada do que aprender uma linguagem de uso geral.

Exemplos de idiomas completos não-Turing e seus casos de uso:

* Expressões regulares (regex): Usado para correspondência de padrões no texto. Garantido para rescindir, mas não pode executar transformações arbitrárias de string.

* html/xml/json: Marcador de idiomas usados ​​principalmente para definir estruturas de dados. Eles descrevem *dados *, não *algoritmos *.

* SQL (sem procedimentos/recursão armazenada): Embora o SQL possa executar a manipulação de dados, as consultas básicas do SQL (sem recursos que introduzem loops ou recursão) não estão completando.

* linguagens de configuração (YAML, TOML): Usado para especificar definições de configuração. Concentre -se na definição e nos relacionamentos de dados.

* linguagens de shader (GLSL, HLSL): Inicialmente projetado para tarefas simples de processamento de gráficos, muitos evoluíram para a integridade de Turing. No entanto, versões mais antigas e perfis restritos foram intencionalmente não-Turing completos para garantir uma renderização determinística e previsível.

* Dados Descrição Languages ​​(Buffers de Protocolo, Avro): Defina esquemas de dados para serialização e troca de dados.

em resumo:

Os idiomas completos não-Turing são uma ferramenta poderosa para a criação de tipos específicos de sistemas em que a terminação, a previsibilidade, a segurança e a especificidade do domínio são fundamentais. No entanto, sua expressividade limitada significa que eles geralmente precisam ser integrados aos sistemas Turing-Coplete para criar aplicativos mais complexos e de uso geral. A chave é entender as trade-offs e escolher a ferramenta certa para o trabalho.