Классификация и обзор языков программирования. Языки программирования и

Классификация и обзор языков программирования

Деление языков программирования на классы можно представить на схеме таким образом:

Процедурное программирование  есть отражение фон Неймановской архитектуры компьютера. Программа, написанная на процедурном языке, представляет собой последовательность команд, определяющих алгоритм решения задачи. Основная идея процедурного программирования - использование памяти для хранения данных. Основная команда- присвоение, с помощью которой определяется и меняется память компьютера. Программа производит преобразование содержимого памяти, изменяя его от исходного состояния к результирующему. Программа отделяется от данных. Программа состоит из последовательности команд, обрабатывающих данные. Данные как правило хранятся в виде переменных. Весь процесс вычисления сводится к изменению их содержимого.

Различают такие языки процедурного программирования:

Язык Фортран В 1954 году в недрах корпорации IBM группой разработчиков во главе с Джоном Бэкусом (John Backus) был создан язык программирования Fortran.

Значение этого события трудно переоценить. Этопервый язык программирования высокого уровня. Впервые программист мог по-настоящему абстрагироваться от особенностей машинной архитектуры. Ключевой идеей, отличающей новый язык от ассемблера, была концепция подпрограмм. Напомним, что это современные компьютеры поддерживают подпрограммы на аппаратном уровне, предоставляя соответствующие команды и структуры данных (стек) прямо на уровне ассемблера, в 1954 же году это было совершенно не так. Поэтому компиляция Fortran’а была процессом отнюдь не тривиальным. Кроме того, синтаксическая структура языка была достаточно сложна для машинной обработки в первую очередь из-за того, что пробелы как синтаксические единицы вообще не использовались. Это порождало массу возможностей для скрытых ошибок, таких, например:

В Фортране следующая конструкция описывает «цикл for до метки 10 при изменении индекса от 1 до 100»:

DO 10 I=1,100

Если же здесь заменить запятую на точку, то получится оператор присваивания:

DO10I = 1.100

Говорят, что такая ошибка заставила ракету взорваться во время старта!

Язык Фортран использовался (и используется по сей день) для научных вычислений. Он страдает от отсутствия многих привычных языковых конструкций и атрибутов, компилятор практически никак не проверяет синтаксически правильную программу с точки зрения семантической корректности (соответствие типов и проч.). В нем нет поддержки современных способов структурирования кода и данных. Это осознавали и сами разработчики. По признанию самого Бэкуса, перед ними стояла задача скорее разработки компилятора, чем языка. Понимание самостоятельного значения языков программирования пришло позже.

Появление Фортрана было встречено еще более яростной критикой, чем внедрение ассемблера. Программистов пугало снижение эффективности программ за счет использования промежуточного звена в виде компилятора. И эти опасения имели под собой основания: действительно, хороший программист, скорее всего, при решении какой-либо небольшой задачи вручную напишет код, работающий быстрее, чем код, полученный как результат компиляции. Через некоторое время пришло понимание того, что реализация больших проектов невозможна без применения языков высокого уровня. Мощность вычислительных машин росла, и с тем падением эффективности, которое раньше считалось угрожающим, стало возможным смириться. Преимущества же языков высокого уровня стали настолько очевидными, что побудили разработчиков к созданию новых языков, все более и более совершенных.

Кобол – создан в конце 60-х годов XX-го века для решения задач обработки больших объемов данных, хранящихся на различных носителях данных. Он задумывался как язык для создания коммерческих приложений, и он стал таковым. На Коболе написаны тысячи прикладных коммерческих систем. Отличительной особенностью языка является возможность эффективной работы с большими массивами данных, что характерно именно коммерческих приложений. Популярность Кобола столь высока, что даже сейчас, при всех его недостатках (по структуре и замыслу Кобол во многом напоминает Фортран) появляются новые его диалекты и реализации. Так недавно появилась реализация Кобола, совместимая с Microsoft .NET, что потребовало, вероятно, внесения в язык некоторых черт объектно-ориентированного языка.

Алгол – В 1960 году командой во главе с Петером Науром (Peter Naur) был создан язык программирования Algol. Это многоцелевой расширенный язык программирования. В нем впервые введены понятия «блочная структура программы» и «динамическое распределение памяти»; Этот язык дал начало целому семейству Алгол-подобных языков (важнейший представитель  Pascal).

В 1964 году в Дартмурском колледже (Dartmouth College) был создан язык программирования BASIC (Beginners’ All-Purpose Symbolic Instruction Code  многоцелевой язык символических инструкций для начинающих). Язык задумывался в первую очередь как средство обучения и как первый изучаемый язык программирования. Он предполагался легко интерпретируемым и компилируемым. Надо сказать, что BASIC действительно стал языком, на котором учатся программировать (по крайней мере, так было еще несколько лет назад; сейчас эта роль отходит к Pascal). Было создано несколько мощных реализаций BASIC, поддерживающих самые современные концепции программирования (ярчайший пример  Microsoft Visual Basic).

Все перечисленные выше языки были ориентированы на различные классы задач, но они в той или иной мере были привязаны к конкретной архитектуре ЭВМ.

В 1963-1966гг корпорацией IBM был создан многоцелевой универсальный язык PL-1, который был призван заменить Cobol и Fortran в большинстве приложений. Этот язык хорошо приспособлен для исследования и планирования вычислительных процессов, моделирования, решения логических задач, разработки систем математического обеспечения. Язык обладал исключительным богатством синтаксических конструкций. В нем впервые появилась обработка исключительных ситуаций и поддержка параллелизма. Надо заметить, что синтаксическая структура языка была крайне сложной. Пробелы уже использовались как синтаксические разделители, но ключевые слова не были зарезервированы. В частности, следующая строка — это вполне нормальный оператор на PL/1:

IF ELSE=THEN THEN THEN; ELSE ELSE

В силу таких особенностей разработка компилятора для PL/1 была исключительно сложным делом. Язык так и не стал популярен вне мира IBM.

Язык Паскаль (PASCAL) (1968-1971гг)  язык процедурного программирования наиболее популярный для ПК, который и в настоящее время успешно применяется.

Никлаусом Вирт создал язык программирования Pascal. Язык замечателен тем, что это первый широко распространенный язык для структурного программирования (первым, строго говоря, был Алгол, но он не получил столь широкого распространения). Впервые оператор безусловного перехода перестал играть основополагающую роль при управлении порядком выполнения операторов. В этом языке также внедрена строгая проверка типов, что позволило выявлять многие ошибки на этапе компиляции.

В основу языка Pascal положен подход от общей задачи к частным (более простым и меньшим по объему).

К основным принципам, которыми обладает Паскаль, можно отнести:

Структурное программирование, которое основано на использовании подпрограмм и независимых структур данных;
Программирование «сверху-вниз», когда задача делится на простые, самостоятельно решаемые задачи. Затем выстраивается решение исходной задачи полностью сверху вниз.

Отрицательной чертой языка было отсутствие в нем средств для разбиения программы на модули. Вирт осознавал это и разработал язык Modula-2 (1978), в котором идея модуля стала одной из ключевых концепций языка. В 1988 году появилась Modula-3, в которую были добавлены объектно-ориентированные черты. Логическим продолжением Pascal и Modula являются язык Oberon и Oberon-2. Они характеризуются движением в сторону объектно- и компонентно- ориентированности.

В 1983 году под эгидой Министерства Обороны США был создан язык Ada. Его отличает модульность конструкций. Язык замечателен тем, что очень много ошибок может быть выявлено на этапе компиляции. Кроме того, поддерживаются многие аспекты программирования, которые часто отдаются на откуп операционной системе (параллелизм, обработка исключений). В 1995 году был принят стандарт языка Ada 95, который развивает предыдущую версию, добавляя в нее объекно-ориентированность и исправляя некоторые неточности. Оба этих языка не получили широкого распространения вне военных и прочих крупномасштабных проектов (авиация, железнодорожные перевозки). Основной причиной является сложность освоения языка и достаточно громоздкий синтаксис (значительно более громоздкий, чем Pascal).

Язык СИ (начало 70-х годов) также относится к языкам процедурного программирования. Первоначальный его вариант планировался как язык для реализации операционной системы Unix вместо языка Ассемблера. Одной из особенностей языка СИ является то, что различия между выражениями и операторами сглаживаются, что приближает его к функциональным языкам программирования. Кроме того, в языке СИ отсутствует понятие процедуры, а использование подпрограмм основано на понятии функции, которая может сочетать в себе возможности процедуры. С одной стороны, по набору управляющих конструкций и структур данных его можно отнести к языкам высокого уровня, а с другой – он имеет набор средств прямого обращения к функциональным узлам компьютера, а это означает, что его можно использовать как операционный язык.

Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это метод программирования, при использовании которого главными элементами программ являются объекты. Переменные и функции группируются в так называемые классы. Благодаря этому достигается более высокий уровень структуризации программы. В языках программирования понятие объекта реализовано как совокупность свойств (структур данных, характерных для данного объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения их свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и, которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.

В принципе объектно-ориентированный способ написания программ не является чем то особенным и самостоятельным, поскольку базируется на процедурной модели программирования.

Объединение данных и свойственных им процедур обработки в одном объекте, называется инкапсуляцией и является одним из важнейших принципов ООП.

Другим фундаментальным понятием является класс. Класс это шаблон, на основе которого может быть создан конкретный программный объект, он описывает свойства и методы, определяющие поведение объектов этого класса. Каждый конкретный объект, имеющий структуру этого класса, называется экземпляром класса.

Следующими важнейшими принципами ООП являются наследование и полиморфизм.

Наследование предусматривает создание новых классов на базе существующих и позволяет классу потомку иметь (наследовать) все свойства класса – родителя.

Полиморфизм означает, что рожденные объекты обладают информацией о том, какие методы они должны использовать в зависимости от того, в каком месте цепочки они находятся.

Другим важнейшим принципом ООП является модульность – объекты заключают в себе полное определение их характеристик, никакие определения методов и свойств не должны располагаться вне его, это делает возможным свободное копирование и внедрение одного объекта в другие.

Объектно-ориентированный подход, пришедший на смену структурному, впервые появился отнюдь не в C++, как полагают некоторые. Существует целая череда чистых объектно-ориентированных языков, без сведений о которых наш обзор был бы неполным.

Simula

Первым объектно-ориентрованным языком был язык Simula (1967). Этот язык был предназначен для моделирования различных объектов и процессов, и объектно-ориентированные черты появились в нем именно для описания свойств модельных объектов.

Smalltalk

Популярность объектно-ориентированному программированию принес язык Smalltalk, созданный в 1972 году. Язык предназначался для проектирования сложных графических интерфейсов и был первым по-настоящему объектно-ориентированным языком. В нем классы и объекты — это единственные конструкции программирования. Большим недостатком Smalltalk являются большие требования к памяти и низкая производительность полученных программ. Это связано с не очень удачной реализацией объектно-ориентированных особенностей. Популярность языков C++ и Ada 95 связана именно с тем, что объектно- ориентированность реализована без существенного снижения производительности.

Eiffel

Существует язык с очень хорошей реализацией ООП, не являющийся надстройкой ни над каким другим языком. Это язык Eiffel (1986). Являясь чистым языком объектно-ориентированного программирования, он, кроме того, повышает надежность программы путем использования «контрольных утверждений».

Наиболее современными языками программирования являются С++ и Java. С середины 90-х годов многие объектно-ориентированные языки реализуются как системы визуального проектирования, в которых интерфейсная часть программного продукта создается в диалоговом режиме, практически без написания программных операторов. К объектно-ориентированным системам визуального проектирования относятся Visual Basic, Delphi, C++ Builder, Visual C++.

Язык VBA (Visual Basic for Application) – язык приложений Microsoft Office (Excel, Word, Power Point и др). VBA соблюдает основной синтаксис языка и правила программирования языков Basic – диалектов, позволяет создавать макросы для автоматизации выполнения некоторых операций и графический интерфейс пользователя, интеграцию между различными программными продуктами.

Декларативные языки программирования

К ним относятся функциональные и логические языки программирования.

Функциональное программирование  это способ составления программ, в которых единственным действием является вызов функции. В функциональном программировании не используется память, как место для хранения данных, а, следовательно, не используются промежуточные переменные, операторы присваивания и циклы. Ключевым понятием в функциональных языках является выражение. Программа, написанная на функциональном языке, представляет собой последовательность описания функций и выражений. Выражение вычисляется сведением сложного к простому. Все выражения записываются в виде списков. Алгоритмы, записанные в функциональном виде как правило короче и содержат меньше ошибок чем аналогичные объектно-ориентированные или процедурные. Функциональное программирование считается программированием сверхвысокого уровня. Языки этой группы обладают относительно низким быстродействием из-за сложности реализации.

Первым языком стал язык Лисп (LISP, LIST Processing  обработка списков) создан в 1959г. Этот язык позволяет обрабатывать большие объемы текстовой информации.

Язык Лисп  один из наиболее распространенных базовых языков искусственного интеллекта.

Версия LISP 1.5 стала стандартом для его реализации на многие годы. Развитие LISP продолжается до настоящего времени. LISP разрабатывался как функциональный язык обработки списков. Естественной областью приложения LISP явилась разработка стратегии ведения игры, поскольку обычная программа, написанная на языке LISP, могла создавать дерево возможных направлений движения (как связанный список) и, продвигаясь по этому дереву, искать оптимальную стратегию.

Другой естественной областью применения этого языка стал автоматический машинный перевод текста, где одна цепочка символов может заменяться на другую.

Популярность Лиспа объясняется следующими причинами:

1) Лисп ориентирован на работу с символьной информацией, а процесс решения большинства задач искусственного интеллекта сводится к обработке такой информации. (Английской название LISP, являющееся аббревиатурой выражения LISt Processing (обработка списков), хорошо подчеркивает основную область его применения).

2) Лисп представляет собой интерпретирующую систему, а это позволяет значительно облегчить и ускорить процесс создания сложных программных комплексов в интерактивном режиме.

3) Идеология Лиспа крайне проста: данные и программы представляются в нем в одной и той же форме. Благодаря такой унификации представления данные могут интерпретироваться как программа, а любая программа может быть использована как данные любой другой программой.

4) Язык Лисп является языком функционального программирования. Применение функциональных языков открывает широкие перспективы, позволяя пользователю описывать скорее природу своих задач, чем способ их решения [7,8].

Язык Лисп может служить основой для обучения методам искусственного интеллекта, исследованиям и практическому применению в этой области.

Логическое программирование  это программирование в терминах логики. Основывается на формальной логике и Булевой алгебре (в некоторых языках применяются средства нечёткой логики, что позволяет создавать системы искусственного интеллекта). Программа, записанная на логическом языке программирования, не содержит в себе конкретных алгоритмов (действий и команд типа сделать то, затем это). Задаётся описание условий задачи и логических отношений, по которым система программирования сама рассчитывает возможные следствия и взаимосвязи введённых данных и формул.

В 1973 году был создан язык искусственного интеллекта Пролог (PROLOG) (Programming in Logic). Программа на языке Пролог строится из последовательности фактов и правил, затем формулируется утверждение, которое Пролог пытается доказать с помощью правил. Язык сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления, которые в нем заложены.

Логические программы не отличаются высоким быстродействием, так как процесс их выполнения сводится к построению прямых и обратных цепочек рассуждений разнообразными методами поиска.

Языки программирования баз данных.

Языки программирования баз данных отличаются от алгоритмических языков прежде всего своим функциональным назначением. При работе с базами данных выполняются следующие операции:

создание, преобразование и удаление таблиц в БД;
поиск, отбор, сортировка по запросам пользователя;
добавление новых записей и модификация существующих, удаление записей и др.

Для обработки больших массивов информации и выборки записей по определенным признакам был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language) 1986 год.. Язык SQL – это стандартный язык работы с реляционными базами данных.

Сегодня в мире ведущие производители СУБД: Microsoft (SQL Server), IBM (DB2), Oracle, Software AG (Adabas), Informix и Sybase. Практически в каждой СУБД имеется свой встроенный язык работы с БД. Так, например, в Oracle имеется встроенный язык PL/SQL, в Informix – INFORMIX 4GL, в Adabas – Natural и т.д.

Языки программирования для компьютерных сетей

Языки программирования для компьютерных сетей являются интерпретируемыми. Интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы – в исходных текстах. Такие языки называются скрипт-языками.

Язык HTML (Hyper Text Markup Language) – универсальный язык разметки гипертекста, используемый для подготовки Web документов для Internet. Язык позволяет форматировать текст, добавлять графические образы, работать с таблицами и организовывать связь одного документа с другим с помощью механизма гиперссылок.

Язык Perl (80 г) содержит многочисленные функции работы со строками, массивами, всевозможные средства преобразования данных.

Язык PHP (1995-1997гг) обладает средствами доступа к БД и используется создателями динамических сайтов во всем мире.

Язык Tcl/Tk (конец 80-х годов) состоит из мощных команд, предназначенных для работы с абстрактными нетипизированными объектами и позволяет создавать программы с графическим интерфейсом.

Язык VRML (1994г) создан для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете.

Язык XML. С 1996г идет работа над созданием универсального языка структуры документов. Является заменой языка HTML.

Языки искусственного интеллекта

Интерес к языкам искусственного интеллекта возник в 50-е гг., когда компанией Rand Corporation был разработан язык IPL (Information Processing Language). Версия IPL-V стала довольно широко известна, но ее использование ограничивалось тем, что IPL-V не был языком высокого уровня.

Огромным шагом вперед стала разработка Джоном Мак-Карти, сотрудником Массачусетсского технологического института (MIT), языка LISP (LISt Processing) для компьютеров IBM 704. Версия LISP 1.5 стала стандартом для его реализации на многие годы. Развитие LISP продолжается до настоящего времени. LISP разрабатывался как функциональный язык обработки списков. Естественной областью приложения LISP явилась разработка стратегии ведения игры, поскольку обычная программа, написанная на языке LISP, могла создавать дерево возможных направлений движения (как связанный список) и, продвигаясь по этому дереву, искать оптимальную стратегию.

В этой области первой разработкой был язык COMIT, созданный Ингве, сотрудником MIT. Каждый оператор программы, написанной на этом языке, был очень похож на контекстно-независимое правило и представлял собой набор замен, которые можно было осуществить, если в исходных данных обнаруживалась конкретная цепочка символов. Поскольку Ингве запатентовал свой код, группа разработчиков из AT&T Bell Telephone Laboratories решила создать свой собственный язык — так появился SNOBOL.

Если LISP создавался как язык обработки списков для универсальных приложений, Prolog стал специализированным языком с основанными на понятиях математической логики структурами управления и стратегией реализации.

Одновременно с развитием универсальных языков высокого уровня стали развиваться проблемно-ориентированные языки программирования, которые решали экономические задачи (COBOL), задачи реального времени (Modula-2, Ada), символьной обработки ( Snobol), моделирования (GPSS, Simula, SmallTalk), численно-аналитические задачи (Analitic) и другие. Эти специализированные языки позволяли более адекватно описывать объекты и явления реального мира, приближая язык программирования к языку специалиста в проблемной области.

Другим направлением развития языков программирования является создание языков сверхвысокого уровня. На языке высокого уровня программист задает процедуру (алгоритм) получения результата по известным исходным данным, поэтому они называются процедурными языками программирования. На языках сверхвысокого уровня программист задает отношения между объектами в программе, например систему линейных уравнений, и определяет, что нужно найти, но не задает как получить результат. Такие языки еще называют непроцедурными, т.к. сама процедура поиска решения встроена в язык (в его интерпретатор). Такие языки используются, например, для решения задач искусственного интеллекта (Lisp, Prolog) и позволяют моделировать мыслительную деятельность человека в процессе поиска решений.

К непроцедурным языкам относят и языки запросов систем управления базами данных (QBE, SQL).

Классификация языков программирования

Исходя из вышесказанного, языки программирования можно классифицировать по следующим признакам.

1. По степени ориентации на специфические возможности ЭВМ языки программирования делятся на: · машинно-зависимые; · машинно-независимые.

К машинно-зависимым языкам программирования относятся машинные языки, ассемблеры и автокоды, которые используются в системном программировании. Программа на машинно-зависимом языке программирования может выполняться только на ЭВМ данного типа. Программа на машинно-независимом языке программирования после трансляции на машинный язык становится машинно-зависимой. Этот признак языка программирования определяет мобильность получаемых программ (возможность переноса на ЭВМ другого типа).

2. По степени детализации алгоритма получения результата языки программирования делятся на: · языки низкого уровня; · языки высокого уровня; · языки сверхвысокого уровня. 3. По степени ориентации на решение определенного класса задач: · проблемно-ориентированные; · универсальные. 4. По возможности дополнения новыми типами данных и операциями: · расширяемые; · нерасширяемые. 5. По возможности управления реальными объектами и процессами: · языки систем реального времени; · языки систем условного времени. 6. По способу получения результата: · процедурные; · непроцедурные. 7. По типу решаемых задач: · языки системного программирования; · языки прикладного программирования. 8. Непроцедурные языки по типу встроенной процедуры поиска решений делятся на: · реляционные; · функциональные; · логические.

Рассмотренная схема классификации позволяет каждому языку программирования присвоить один из признаков каждого класса.

Тенденции развития языков программирования

Рассмотренная схема классификации языков программирования позволяет сделать вывод о том, что они обладают определенной специализацией. Поэтому рассмотрим тенденции развития классов языков программирования.

Языки системного программирования, на которых создаются операционные системы, трансляторы и другие системные программы, развиваются в направлении повышения их уровня и независимости от ЭВМ. На сегодняшний день почти 90% системного программного обеспечения создается не на языке ассемблера, а на языке C. Например, операционная система Unix практически полностью написана на C. Язык C позволяет получать программы, сравнимые по своей эффективности с программами, написанными на языке ассемблера. Правда, объем программ получается больше, но зато эффективность их создания гораздо выше.

Машинная независимость достигается использованием стандарта языка, поддерживаемого всеми разработчиками трансляторов, и использованием так называемых кросс-систем для эквивалентного преобразования программ с одного языка низкого уровня на другой.

Другим направлением является повышение уровня самого машинного языка. Например, известны Lisp-машины, в которых машинным языком является язык Lisp (реализован аппаратно). Другим примером являются ЭВМ 5-го поколения с машинным языком искусственного интеллекта Prolog.

Языки высокого уровня развиваются в направлении поддержки технологий программирования, обеспечения низкоуровневых операций (уровня ассемблера), обеспечения новых информационных технологий (НИТ) и независимости от среды реализации. Следует сказать, что по своим возможностям языки высокого уровня постепенно сближаются и программисту на C все труднее становится спорить о преимуществах языка C с программистом, работающим на языке Basic.

Тотальный бум переживает технология объектно-ориентированного программирования (ООП): практически все современные ЯВУ поддерживают ООП. Да и все современные программные системы построены на принципах ООП, и сегодня каждый программирующий студент знает, что такое инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Для обозначения факта поддержки ООП языки получают приставку Object (например, ObjectPascal) или другие (например, C++).

Windows, сети ЭВМ, серверы, базы данных и Internet, как основа НИТ, оказывают сильнейшее влияние на современные языки программирования. Разработчики языка программирования просто обязаны включать в языки средства поддержки НИТ, чтобы привлечь программистов на свою сторону. Для поддержки Windows создаются системы визуального программирования с приставкой Visual, например Visual C++, Visual Basic и др. Для работы с базами данных , сетями и Internet в язык программирования включаются специальные внутренние или внешние средства.

Стремление к созданию программ, независимых от типа ЭВМ и операционной системы, привело к созданию языка Java. Основная задача Java  обеспечить выполнение программ, распространяемых через Web-страницы Internet, на любой рабочей станции. Кроме того, Java поддерживает все средства НИТ.

Популярность языков искусственного интеллекта за последние 10 лет, к сожалению, заметно упала. Это связано прежде всего с психологическими проблемами, которые испытывают программисты при использовании этих языков. Например, в мощнейшем языке Lisp программа имеет очень сложную для понимания списочную структуру и небольшой по объему проект очень быстро выходит из под контроля. В языке Prolog программист должен точно знать логику работы встроенной машины логического вывода, а работа программы зависит от структуры и содержимого базы знаний (БЗ). Если с проектированием программы и структуры БЗ программист справляется, то для заполнения БЗ он должен быть экспертом в предметной области либо тесно контактировать с экспертом и извлекать из него знания, а то и другое является сложной задачей.

Поэтому необходимы дополнительные обеспечивающие средства для возврата популярности этих языков.

Заключение. Изучение вопросов эволюции языков программирования призвано облегчить программисту выбор языка для решения определенных задач. Однако следует осознавать, что не все мы полиглоты и не нужно изучать все существующие языки программирования  достаточно изучать по одному языку каждого класса по мере необходимости, так как в процессе эволюции все языки одного класса сближаются. И помните главное: лучший язык тот, который знаешь в совершенстве.

studfiles.net

Языки программирования понятие и виды

Языки программирования стали появляться уже с середины 50-х годов. Одним из первых языков такого типа стал язык Фортран (англ. FORTRAN от FORmulaTRANslator – переводчик формул), разработанный в 1957 году. Фортран применяется для описания алгоритма решения научно-технических задач с помощью ЦВМ. Так же, как и первые вычислительные машины, этот язык предназначался, в основном, для проведения естественно-научных и математических расчётов. В усовершенствованном виде этот язык сохранился до нашего времени. Среди современных языков высокого уровня он является одним из наиболее используемых при проведении научных исследований. Наиболее распространены варианты Фортран-II, Фортран-IV, EASICFortran и их обобщения.

После Фортрана в 1958-1960 годах появился язык Алгол (Алгол-58, Алгол-60) (англ. ALGOL от ALGOrithmicLanguage – алгоритмический язык). Алгол был усовершенствован в 1964-1968 годах – Алгол-68. Алгол был разработан комитетом, в который входили европейские и американские учёные. Он относится к языкам высокого уровня (high-level language) и позволяет легко переводить алгебраические формулы в программные команды. Алгол был популярен в Европе, в том числе СССР, в то время как сравнимый с ним Фортран был распространен в США и Канаде. Алгол оказал заметное влияние на все разработанные позднее языки программирования, и, в частности, на язык Pascal. Этот язык так же, как и Фортран, предназначался для решения научно-технических задач. Кроме того, этот язык применялся как средство обучения основам программирования – искусства составления программ.

Обычно под понятием Алгол подразумевается язык Алгол-60 , в то время как Алгол-68 рассматривается как самостоятельный язык. Даже когда язык Алгол почти перестал использоваться для программирования, он ещё оставался официальным языком для публикации алгоритмов.

В 1959 – 1960 годах был разработан язык Кобол (англ. COBOL от COmmom Business Oriented Language – общий язык, ориентированный на бизнес). Это язык программирования третьего поколения, предназначенный, в первую очередь, для разработки бизнес приложений. Также Кобол предназначался для решения экономических задач, обработки данных для банков, страховых компаний и других учреждений подобного рода. Разработчиком первого единого стандарта Кобола являлась Грейс Хоппер (бабушка Кобола ).

Кобол обычно критикуется за многословность и громоздкость, поскольку одной из целей создателей языка было максимально приблизить конструкции к английскому языку. (До сих пор Кобол считается языком программирования, на котором было написано больше всего строк кода). В то же время, Кобол имел прекрасные для своего времени средства для работы со структурами данных и файлами, что обеспечило ему долгую жизнь в бизнес приложениях, по крайней мере, в США.

Почти одновременно с Коболом (1959 – 1960 гг.) в Массачусетском технологическом институте был создан язык Лисп (англ. LISP от LIStProcessing – обработка списков). Лисп основан на представлении программы системой линейных списков символов, которые притом являются основной структурой данных языка. Лисп считается вторым после Фортрана старейшим высокоуровневым языком программирования. Этот язык широко используется для обработки символьной информации и применяется для создания программного обеспечения, имитирующего деятельность человеческого мозга.

Любая программа на Лиспе состоит из последовательности выражений (форм). Результат работы программы состоит в вычислении этих выражений. Все выражения записываются в виде списков — одной из основных структур Лиспа, поэтому они могут легко быть созданы посредством самого языка. Это позволяет создавать программы, изменяющие другие программы или макросы, позволяющие существенно расширить возможности языка.

Основной смысл Лисп-программы "жизнь" в символьном пространстве: перемещение, творчество, запоминание, создание новых миров и т.д. Лисп как метафора мозга, символ, метафора сигнала: "Как происходит биологический анализ сигналов мозгом, как внешний фактор - физическое и химическое воздействие, являющееся для организма раздражителем превращается в биологически значимый сигнал, зачастую жизненно важный, определяющий все поведение человека или животного; и как происходит разделение разных сигналов на положительные, отрицательные и безразличные, индифферентные. Сигнал это уже интегративное понятие. Он представляет собой опознавательный знак группы, комплексных раздражителей, связанных между собой общей историей и причинно следственными отношениями. В этом комплексе, системе раздражителей, сигнальный стимул сам является также составляющим элементом и при иных обстоятельствах его роль может принадлежать другому стимулу из комплекса. В сигнале концентрируется весь прошлый опыт животного или человека.

В середине 60-х годов (1963 г.) в Дартмутском колледже (США) был создан язык Бейсик (англ. BASIC от Beginner’s Allpurpose Instruction Code – всецелевой символический код инструкций для начинающих). Со временем, когда стали появляться другие диалекты, этот «изначальный» диалект стали называть Dartmouth BASIC. Язык был основан частично на Фортран II и частично на Алгол-60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Первоначально Бейсик был реализован на мейнфрейме GE-265 с поддержкой множества терминалов. Вопреки распространённому убеждению, в момент своего появления это был компилируемый язык.

Бейсик был спроектирован так, чтобы студенты могли писать программы, используя терминалы с разделением времени. Он создавался как решение для проблем, связанных со сложностью более старых языков. Он предназначался для более «простых» пользователей, не столько заинтересованных в скорости программ, сколько просто в возможности использовать компьютер для решения своих задач. В силу простоты языка Бейсик многие начинающие программисты начинают с него свой путь в программировании.

В конце 60-х – начале 70-х годов появился язык Форт (англ. FOURTH – четвёртый). Этот язык стал применяться в задачах управления различными системами после того, как его автор Чарльз Мур написал на нём программу, предназначенную для управления радиотелескопом Аризонской обсерватории.

Ряд свойств, а именно интерактивность, гибкость и простота разработки делают Форт весьма привлекательным и эффективным языком в прикладных исследованиях и при создании инструментальных средств. Очевидными областями применения этого языка являются встраиваемые системы управления. Также находит применение при программировании компьютеров под управлением различных операционных систем.

Появившийся в 1972 году язык Паскаль был назван так в честь великого французского математика XVII века, изобретателя первой в мире арифметической машины Блеза Паскаля. Этот язык был создан швейцарским учёным, специалистом в области информатики Никлаусом Виртом как язык для обучения методам программирования. Паскаль – это язык программирования общего назначения.

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис интуитивно понятен даже при первом знакомстве с языком.

Язык Паскаль учит не только тому, как правильно написать программу, но и тому, как правильно разработать метод решения задачи, подобрать способы представления и организации данных, используемых в задаче. С 1983 года язык Паскаль введён в учебные курсы информатики средних школ США.

В 1983 году под эгидой Министерства Обороны США был создан язык Ada. Язык замечателен тем, что очень много ошибок может быть выявлено на этапе компиляции. Кроме того, поддерживаются многие аспекты программирования, которые часто отдаются на откуп операционной системе (параллелизм, обработка исключений). В 1995 году был принят стандарт языка Ada 95, который развивает предыдущую версию, добавляя в нее объекно-ориентированность и исправляя некоторые неточности. Оба этих языка не получили широкого распространения вне военных и прочих крупномасштабных проектов (авиация, железнодорожные перевозки). Основной причиной является сложность освоения языка и достаточно громоздкий синтаксис.

Непосредственными предшественниками Ada являются Pascal и его производные, включая Euclid, Lis, Mesa, Modula и Sue. Были использованы некоторые концепции ALGOL-68, Simula, CLU и Alphard.

Разработчики Ada прежде всего беспокоились о:

· надежности и эксплуатационных качествах программ;

· программировании как разновидности человеческой деятельности;

· эффективности.

В табл. 1 приведены основные характеристики языка Ada с точки зрения объектного подхода.

Таблица 1. Ada.

mirznanii.com

Языки и технологии программирования.

ТОП 10:

Технология программирования-совокупность методов и средств, используемых в процессе разработки программного обеспечения. Набор технологических инструкций включает:1)указание последовательности выполнения технологических операций; 2)перечисление условий, при которых выполняется та или иная операция; 3)описания самих операций, где для каждой операции определены исходные данные, инструкции, и др.

Модульное программирование предполагает выделение групп подпрограмм, использующих одни и те же глобальные данные, в отдельно компилируемые модули (библиотеки подпрограмм), например, модуль графических ресурсов. Связи между модулями осуществляются через специальный интерфейс, в то время как доступ к реализации модуля запрещен. Эту технологию поддерживают современные версии языков Pascal и С (C++), языки Ада и Modula. Объектно-ориентированное программирование (ООП) определяется как технология создания сложного программного обеспечения, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного типа (класса), а классы образуют иерархию с наследованием свойств. Взаимодействие программных объектов в такой системе осуществляется путем передачи сообщений. В наст.время созданы среды, поддерживающие визуальное программирование, например, Delphi, C++ Builder, Visual C++ и т. д.

Язык программирования ( англ. Programming language ) - система обозначений для описания алгоритмов и структур данных, определенная искусственная формальная система, средствами которой можно выражать алгоритмы. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполняет исполнитель ( компьютер ) под ее управлением.

Языки программирования низкого уровня Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в более понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы - трансляторы. Языки программирования высокого уровня (Фортран, Кобол, Алгол, Pascal, Java, C, C++, C#, Objective C, Smalltalk Delphi) Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому созданные программы легко переносятся с компьютера на компьютер. Разрабатывать программы на таких языках гораздо проще и ошибок допускается меньше. Значительно сокращается время разработки программы. Недостатком языков высокого уровня является больший размер программ по сравнению с программами на языке низкого уровня. Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработок программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объем памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

Процедурное, функциональное, объектно-ориентированное и логическое

Программирование.

Под системой программирования понимают совокупность языка программирования и виртуальной машины, обеспечивающей выполнение на реальной машине программ, составленных на этом языке.Языком программирования называют систему обозначений, служащую в целях точного описания алгоритмов для ЭВМ или по крайней мере достаточную для автоматического нахождения такого алгоритма. Эти языки являются искусственными языками со строго определенным синтаксисом и семантикой, поэтому они не допускают свободного толкования конструкций, характерного для естественного языка (языка общения между людьми).

Процедурное (императивное) программирование(Basic, Pascal )является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 40-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит алгоритмическая система под названием «машина Тьюринга». Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих процедуру решения задачи. Основным является оператор присваивания, служащий для изменения содержимого областей памяти. Концепция памяти как хранилища значений, содержимое которого может обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивном программировании. ыполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразования исходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты. Таким образом, с точки зрения программиста имеются программа и память, причем первая последовательно обновляет содержимое последней. Особенность таких языков программирования состоит в том, что задачи разбиваются на шаги и решаются шаг за шагом. Используя процедурный язык, программист определяет языковые конструкции для выполнения последовательности алгоритмических шагов. Процедурные языки характеризуются следующими особенностями:необходимостью явного управления памятью, в частности, описанием переменных;малой пригодностью для символьных вычислений;отсутствием строгой математической основы;высокой эффективностью реализации на традиционных ЭВМ.

Функциональное программирование. (Clojure,Common Lisp,F#)предполагает обходиться вычислением результатов функций от исходных данных и результатов других функций, и не предполагает явного хранения состояния программы. Соответственно, не предполагает оно и изменяемость этого состояния (в отличие от императивного, где одной из базовых концепций является переменная, хранящая своё значение и позволяющая менять его по мере выполнения алгоритма). Аппликативный язык программирования включает следующие элементы: классы констант, которыми могут манипулировать функции; набор базовых функций, которые программист может использовать без предварительного объявления и описания; правила построения новых функций из базовых; правила формирования выражений на основе вызовов функций. Программа представляет собой совокупность описаний функций и выражения, которые необходимо вычислить. Данное выражение вычисляется посредством редукции, то есть серии упрощений, до тех пор, пока это возможно по следующим правилам: вызовы базовых функций заменяются соответствующими значениями; вызовы небазовых функций заменяются их телами, в которых параметры замещены аргументами. Функциональное программирование не использует концепцию памяти как хранилища значений переменных.

Логическое программирование(Prolog.) —основано на теории и аппарате математической логики с использованием математических принципов резолюций.Процесс выполнения программы трактуется как процесс общезначимости логической формулы, построенной из программы по правилам, установленным семантикой используемого языка. Языки логического программирования характеризуются: высоким уровнем; строгой ориентацией на символьные вычисления; возможностью инверсных вычислений, то есть переменные в процедурах не делятся на входные и выходные; возможной логической неполнотой, поскольку зачастую невозможно выразить в программе определенные логические соотношения, а также невозможно получить из программы все выводы правильные. Логические программы , в принципе, имеют небольшое быстродействие, так как вычисления осуществляются методом проб и ошибок, поиском с возвратами к предыдущим шагам. Программы пишутся не в виде последовательности инструкций, а в виде множества фактов и правил, а процесс выполнения программы сводится к выводу нужных результатов из этого множества. Логическое программирование относится к декларативному программированию, поскольку программа на нём скорее описывает свойство задачи, нежели алгоритм её решения.

Объектно-ориентированное программированиеC++ и Java.)-основными концепциями являются понятия объектов и классов. Для описания объектов служат классы. Класс определяет свойства и методы объекта, принадлежащего этому классу. Соответственно, любой объект можно определить как экземпляр класса. Программирование заключается в выборе имеющихся или создании новых объектов и организации взаимодействия между ними. При создании новых объектов свойства объектов могут добавляться или наследоваться от объектов-предков. В процессе работы с объектами допускается полиморфизм — возможность использования методов с одинаковыми именами для обработки данных разных типов.

infopedia.su

Виды языков программирования и их назначение

Существует большое количество видов и назначений языков программирования. Они активно применяются для решения как некоторого узкого круга задач, так и во многих довольно широких сферах деятельности. Начинающий программист должен сделать серьезный шаг, выбирая подходящий ему язык или языки, так как от этого зависит, в какой области программирования ему придется работать, будет ли просто найти работу и заказы или же для этого придется существенно потрудиться. Все это непосредственно зависит от вида языка, на который пал выбор начинающего.

Исследуя такой вопрос, как виды языков программирования, можно прийти к выводу, что как такового жесткого разделения здесь не существует. Даже в плане классификации языков стоит полная неразбериха и споры, точно также происходит и в определении видов языков. Лучше всего разделить языки на какие-то виды получается, глядя на их назначение и сферу применения. Одни языки предназначены для работы с веб областью, другие – для создания компьютерного ПО, третьи лучше всего подходят для мобильной разработки. Есть и общие языки, которые активно применяются практически во всех сферах программирования. Рассмотрим наиболее распространенные виды языков программирования в зависимости от сферы их применения.

Веб-разработка

Интернет бурно развивается уже последних полтора десятилетия и все, что связано с этой сферой, очень востребовательно, дорого и выгодно. Сюда стремительными темпами смещается торговля, бизнес, все чаще люди пользуются услугами банков удаленно с помощью программ-банкингов, развлечения также ушли в интернет (игры, фильмы, книги и даже онлайн казино). Все это требует активной работы программистов и используются в данной работе специальные виды языков программирования. Рассмотрим разновидность языков программирования для веб-разработки и их основные возможности.

HTML

HTML язык гипертекстовой разметки страниц в интернете. Появился он в 1993 году во всемирно известном научном центре Церн. Создателем HTML стал ученый Тим Бернерс-ли. Изначально язык создавался для использования в академической среде и предназначался для обмена документацией. Основную роль в оформлении документа здесь занимают так называемые теги, благодаря которым задаются важнейшие элементы документа: заголовок, шапка, таблицы и другое. Язык прост в освоении и способен красиво представлять почти любые документы. Открытие HTML страниц происходит в специальных приложениях – браузерах.

CSS

Каскадные таблицы стилей, или CSS, разработан для того, чтобы украсить сухой вид HTML документа и сделать его более привлекательным внешне. С помощью этого языка создаются шрифты для текста на интернет страницах, изменяется цвет текста, его размер, накладывается анимация. Благодаря этому языку можно значительно упростить вид XML документа и сделать его менее объемным и более простым. Вместо того, чтобы приписывать к каждому абзацу текста нужные свойства, можно просто создать для всех необходимых абзацев единый стиль оформления с помощью CSS и применить его в нужных местах. Это экономит усилия программиста, делает сайт более быстрым и универсальным для открытия в разных браузерах и на разных устройствах. Конечно, CSS не входит в языки программирования общего назначения, но, тем не менее, он отлично справляется с поставленными на него задачами.

PHP

Универсальный язык программирования для веб области, с помощью которого можно создавать какие угодно сайты, веб-приложения, онлайн сервисы, отлаживать работу серверов и даже создавать удаленные операционные системы. Если первые варианты языков не дают своему обладателю существенных преимуществ в программировании, то PHP открывает перед человеком существенные возможности и дорогу к карьерному росту. Конечно, освоение языка потребует больших усилий и времени по сравнении с HTML или CSS, но это с лихвой окупится в будущем.

Мобильная разработка

Рынок смартфонов все еще продолжает активно расти и поклонники гаджетов с нетерпением ждут представления очередной новинки от Apple или Samsung. Вместе с этими популярность разработки для гаджетов только растет. Этот вид языков применяется для создания мобильных приложений и сервисов. Для программ под Android применяется связка Java + Android Studio (фирменная программа от Google). Java выступает основным языком, на котором пишется вся механика и функционал приложения, а Android Studio необходим для создания его внешнего вида.

Для устройств Apple программы создаются на двух основных языках: Swift и Objective-C. У каждого из них есть свои поклонники, но их возможности примерно равны. Для чего предназначены эти языки? Все для тех же задач – создание приложений, интерфейса и прочих приятностей для iPhone, Mac.

Разработка ПО для компьютерной техники

Еще одна большая область программирования, очень востребовательная в наше время. Используемые здесь языки программирования и их назначение довольно разнообразны, но среди лидеров можно назвать следующие:

C. Отличный, но уже старый язык, который используется для создания ОС, драйверов, различного ПО, имеет все свойства низкоуровневого языка;
С++. Более совершенная версия предыдущего, способна выполнять любые требуемые действия для ПК. Активно используется для создания игр;
Python. Относительно простой, но универсальный язык, с помощью которого можно легко разрабатывать программное обеспечение, отличающееся высокой производительностью и простотой;
Ruby. С его помощью можно реализовывать многопоточные режимы работы, легко взаимодействовать с памятью машины, легко подгружать нужные расширения в автоматическом режиме и многое другое.

Существуют и более тщательные деления языков на виды, но указанные сферы вполне перекрывают большинство их них, так как являются наиболее ходовыми и востребовательными сейчас.

В целом, это основные виды языков программирования и с их помощью можно легко реализовывать любые задумки программиста – от создания интернет-магазина и до написания замысловатой игры на мобильник.

bunkerbook.ru

Языки и системы программирования

Понятие о машинном языке

Машинный язык - система команд, непосредственно понимаемых аппаратурой данной электронно-вычислительной системы. Как следствие этого, машинный язык однозначно определяется системой команд процессора и архитектурой компьютера.

Набор команд процессора содержит:

· арифметико-логические команды - команды арифметических действий над двоичными числами и логических действий над двоичными векторами;

· команды управления - команды перехода, ветвлений, повторений, и некоторые другие команды;

· команды пересылки данных - команды, с помощью которых обмениваются данными ОЗУ и ЦП;

· команды ввода-вывода данных - команды, с помощью которых обмениваются данными ЦП и внешние устройства.

Каждая команда содержит код операции, ею выполняемой и информацию об адресах данных, над которыми эта операция выполняется. Кроме этого, команда (непосредственно - команды управления и косвенно - другие команды) содержит информацию об адресе команды, которая будет выполняться следующей. Таким образом, любая последовательность команд, размещенная в ОЗУ, фактически представляет из себя алгоритм, записанный в системе команд процессора - машинную программу.

Наиболее распространенной сейчас является архитектура ЭВМ с общей шиной. Общая шина - это центральная информационная магистраль, связывающая внешние устройства с центральным процессором. Она состоит из шины данных, шины адреса и шины управления. Шина данных предназначена для обмена данными между ОЗУ и внешними устройствами. По шине адреса передаются адреса данных. Эта шина однонаправлена. Шина управления служит каналом обмена управляющими сигналами между внешними устройствами и центральным процессором.

Таким образом, машинный язык (язык процессора) - это набор команд, каждая из которых описывает некоторое элементарное действие по преобразованию информации, представленной в двоичном коде. Универсальное использование двоичного кода представления информации самых разнообразных форм приводит к тому, что программа решения даже достаточно простой задачи содержит сотни машинных команд. Написать такую программу, используя машинные команды, весьма непросто даже квалифицированному программисту. Реальные программы состоят из десятков и сотен тысяч машинных команд. Поэтому любая технология проектирования программы должна опираться на приемы, характерные для человеческого мышления, оперировать привычными для человека понятиями из той предметной области, которой принадлежит задача.

Иными словами, программист (проектировщик алгоритмов) должен иметь возможность сформулировать свой алгоритм на языке привычных понятий; затем специальная программа должна выразить эти понятия с помощью машинных средств, осуществляя перевод (трансляцию) текста алгоритма на язык машины.

Эта необходимость и привела к появлению языков программирования высокого уровня как языков записи алгоритмов, предназначенных для исполнения на ЭВМ.

Машинно-ориентированные языки

Предшественниками языков высокого уровня стали так называемые машинно-ориентированные языки или языки автокодов. Одним из самых ярких представителей машинно-ориентированных языков является Ассемблер. Ассемблер очень близок к машинному языку, большинство его инструкций является точным символическим представлением машинных команд. Преимущество состоит в том, что уже нет необходимости помнить числовые коды команд процессора, достаточно знать их символическое представление. Кроме этого, впервые в машинно-ориентированных языках появляется понятие переменной, как именованной области памяти для хранения данных, а вместе с ним и понятие типа данных. В программах на машинно-ориентированном языке появляется возможность использовать как числовую так и текстовую информацию в привычной для человека форме.

Несмотря на явные преимущества машинно-ориентированных языков перед сугубо машинным языком, написание программ на этих языках по прежнему сопряжено со значительными трудностями. Программы получаются очень громоздки и трудно читаемы.

Языки программирования высокого уровня

Языки программирования высокого уровня играют роль средства связи между программистом и машиной, а также между программистами. Это обстоятельство накладывает на язык многие обязательства:

Язык должен быть близок к тем фрагментам естественных языков, которые обеспечивают конкретную предметную область деятельности человека; (Язык, ориентированный на деловые сферы применений, должен содержать понятия, используемые в этом виде деятельности: документ, счет, база данных и т.п.).

Все средства языка должны быть формализованы в такой степени, чтобы их можно было реализовать как машинные программы.

Язык программирования - нечто большее, чем средство описания алгоритмов: он несет в себе систему понятий, на основе которых человек может обдумывать свои задачи, и нотацию, с помощью которой он может выразить свои соображения по поводу решения задачи.

Модели трансляции программ. Трансляторы

Вообще ЭВМ не рассчитана на то, чтобы понимать языки программирования высокого уровня. Аппаратура распознает и исполняет только машинный язык, программа на котором представляет из себя не более чем последовательность двоичных чисел.

Появление языков программирования было связано с осознанием того факта, что перевод алгоритма, написанного на “почти” естественном (алгоритмическом) языке, на машинный язык может быть автоматизирован и, следовательно, возложен на плечи машины. Здесь важно различать язык и его реализацию. Сам язык - это система записи, регламентируемая набором правил, определяющих его лексику и синтаксис. Реализация языка - это программа, которая преобразует эту запись в последовательность машинных команд в соответствии с семантическими правилами, определенными в языке.

Имеются два основных способа реализации языка: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы транслируют весь текст программы, написанной на языке программирования, в машинный код в ходе одного непрерывного процесса. При этом создается полная программа в машинных кодах, которую затем можно исполнять без участия компилятора.

Интерпретатор в каждый момент времени распознает и выполняет по одному предложению (оператору) программы, по ходу дела превращая обрабатываемое предложение в машинную программу. Разница между компилятором и интерпретатором подобна разнице между синхронным переводом устной речи и письменным переводом текста.

В принципе любой язык может быть и компилируем, и интерпретируем, однако в большинстве случаев у каждого языка есть свой, предпочтительный способ реализации. По видимому, такое предпочтение - нечто большее, чем дань традиции. Выбор определен самим языком. Fortran, Pascal, Modula-2 в основном компилируют. Такие языки как Logo, Fort почти всегда интерпретируют. BASIC и Lisp широко используется в обеих формах.

По типу выходных данных различают два основных вида компиляторов:

· компилирующие окончательный выполнимый код;

· компилирующие интерпретируемый код, для выполнения которого требуется дополнительное программное обеспечение.

Окончательным выполнимым кодом являются приложения, реализованные как EXE-файлы, DLL-библиотеки, COM-компоненты. К интерпретируемому коду можно отнести байт-код JAVA-программ, выполняемый посредством виртуальной машины JVM.

Объектный код, создаваемый компилятором, представляет собой область данных и область машинных команд, имеющих адреса, которые в дальнейшем "согласуются" редактором связи (иногда называемым загрузчиком). Редактор связи размещает в едином адресном пространстве все по отдельности откомпилированные объектные модули и статически подключаемые библиотеки.

В дельнейшем будем называть выполнимой формой программы код, получаемый в результате компиляции исходной программы.

Процесс трансляции (компиляции)

Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, называют исходной программой, а каждую самостоятельную программную единицу, образующую данную программу, - программным модулем. Для преобразования исходной программы в ее выполняемую форму (выполнимый файл) транслятор выполняет некоторую последовательность действий. Эта последовательность зависит как от языка программирования, так и от конкретной реализации самого транслятора. В ходе трансляции важно не просто откомпилировать программу, а получить при этом достаточно эффективный код.

В процессе трансляции выполняется анализ исходной программы, а затем синтез выполнимой формы данной программы. В зависимости от числа просмотров исходной программы, выполняемых компилятором, трансляторы разделяются на однопроходные, двухпроходные и трансляторы, использующие более двух проходов.

К достоинствам однопроходного компилятора можно отнести высокую скорость компиляции, а к недостаткам - получение, как правило, не самого эффективного кода.

Широкое распространение получили двухпроходные компиляторы. Они позволяют при первом проходе выполнить анализ программы и построить информационные таблицы, используемые при втором проходе для формирования объектного кода.

На рисунке представлены основные этапы, выполняемые в процессе трансляции исходной программы.

Фаза анализа программы состоит из:

· лексического анализа;

· синтаксического анализа;

· семантического анализа.

При анализе исходной программы транслятор последовательно просматривает текст программы, представимой как набор символов, выполняя разбор структуры программы.

На этапе лексического анализа выполняется выделение основных составляющих программы – лексем. Лексемами являются ключевые слова, идентификаторы, символы операций, комментарии, пробелы и разделители. Лексический анализатор не только выделяет лексемы, но и определяет тип каждой лексемы. При этом на этапе лексического анализа составляется таблица символов, в которой каждому идентификатору сопоставлен свой адрес. Это позволяет при дальнейшем анализе вместо конкретного значения (строки символов) использовать его адрес в таблице символов.

Процесс выделения лексем достаточно трудоемок и требует применения сложных контекстно-зависимых алгоритмов.

На этапе синтаксического анализа выполняется разбор полученных лексем с целью получения семантически понятных синтаксических единиц, которые затем обрабатываются семантическим анализатором. Так, синтаксическими единицами выступают выражения, объявление, оператор языка программирования, вызов функции.

На этапе семантического анализа выполняется обработка синтаксических единиц и создание промежуточного кода. В зависимости от наличия или отсутствия фазы оптимизации результатом семантического анализа может быть оптимизируемый далее промежуточный код или готовый объектный модуль.

К наиболее общим задачам, решаемым семантическим анализатором, относятся:

· обнаружение ошибок времени компиляции;

· заполнение таблицы символов, созданной на этапе лексического анализа, конкретными значениями, определяющими дополнительную информацию о каждом элементе таблицы;

· замена макросов их определениями;

· выполнение директив времени компиляции.

Макросом называется некоторый предварительно определенный код, который на этапе компиляции вставляется в программу во всех местах указания вызова данного макроса.

На фазе синтеза программы производится:

· генерация кода;

· редактирование связей.

Процесс генерации кода состоит из преобразования промежуточного кода (или оптимизированного кода) в объектный код. При этом в зависимости от языка программирования получаемый объектный код может быть представлен в выполнимой форме или как объектный модуль, подлежащий дальнейшей обработке редактором связей.

Так, процесс генерации кода является неотъемлемой частью фазы синтеза программы, а необходимость выполнения редактора связей зависит от конкретного языка программирования. Следует учесть, что на практике термин «генерация кода» часто применяют ко всем действиям фазы синтеза программы, ведущим к получению выполнимой формы программы.

Редактор связей приводит в соответствие адреса фрагментов кода, расположенных в отдельных объектных модулях: определяются адреса вызываемых внешних функций, адреса внешних переменных, адреса функций и методов каждого модуля. Для редактирования адресов редактор связей использует специальные, создаваемые на этапе трансляции, таблицы загрузчика. После обработки объектных модулей редактором связей генерируется выполнимая форма программы.

Классификация и обзор языков программирования. Языки программирования и