Файл: Обзор языков программирования высокого уровня.pdf

- цикл с предпроверкой условия может ни разу не выполниться, в том случае, если условие продолжения цикла не выполняется даже при первой проверке;

- цикл с постпроверкой выполнится как минимум один раз вне зависимости от значения условия продолжения.

Следует отметить, что всегда существует возможность с эмулировать один цикл с условием с помощью условного оператора и другого цикла с условием. Однако это почти всегда неэффективно, а значит каждый уважающий себя программист должен одинаково свободно владеть обоими и применять каждый в подходящем для него случае.

Do While Not EOF()
&& Тело цикла c предпроверкой
EndDo && FoxPro
Repeat
{Тело цикла с постпроверкой}
Until i=4; {Pascal}

5. Оператор безусловного перехода.

И, наконец, практически ни один из языков программирования, за исключением, пожалуй, только FoxPro, не обходится без оператора безусловного перехода, полезность которого ставится под сомнение большинством программистов. Суть его общеизвестна и заключается в следующем: как только данный оператор встречается в программе, производится переход по адресу в нем указанному. Этот адрес как правило называется меткой и представляет из себя либо введенную программистом лексему, либо номер строки, как, например, в следующем примере:

157 GoTo 342 (BASIC)

Собственно, этим набором и ограничивается весь список операторов, реализующих алгоритмические механизмы в алгоритмических языках программирования высокого уровня.

Механизмы управления данными

Механизмы управления данными в общем случае делятся на три глубинно взаимосвязанных части: механизмы размещения данных в памяти, механизмы доступа к ним и механизмы пересылки. При этом если последние практически неотличимы в различных языках программирования (как следствие простоты), то первые и вторые могут кардинально различаться как в синтаксисе, так и в реализации. Поэтому имеет смысл остановиться лишь на наиболее общих их чертах.

- Механизмы предпосылки данных. Предоставляют программисту возможность перенести значение каким-либо образом размещенных в памяти данных в другие (тоже размещенные) данные. Попросту говоря позволяет присваивать одним переменным значение других переменных. Реализуются с помощью либо оператора (Pascal), либо операции (C++). Стоит отметить, что перемещение самих данных (изменение месторасположения переменных) не реализовано практически ни в одном языке программирования.

---

a:= b; {Pascal}
a=b=c=d; //С++

Первый из приведенных примеров демонстрирует реализацию с помощью оператора, второй - с помощью операции (напомним, что операция обладает результатом).

- Механизмы размещения данных. Не вдаваясь в подробности доступа к элементам данных вплоть до следующего пункта следует рассмотреть наиболее распространенные типы данных и структуры из них. В синтаксисе каждого языка программирования определяется некоторое множество стандартных типов данных, механизмы обработки которых «встроены» в язык. Это, как правило, несколько целочисленных типов, парочка типов чисел с ПТ, символьный и логический типы, и, наконец, тип «слово». Назначение каждого из них ясно из соответствующих им названий.

var
a: byte; {Pacal}

float c; // C++

Однако, как это ни печально, для эффективного программирования такого набора явно недостаточно. Поэтому практически каждый язык программирования позволяет размещать в памяти (и производить некоторые манипуляции) группы из нескольких элементов стандартных типов, причем как однотипных, так и разнородных. Набор однотипных элементов называют массивом. Совокупность разнотипных элементов называют структурой либо записью.

struct Point {
int x,y;
char color;} //C++

D: Array[2..5] Of Word; {Pascal}

Почти во всех языках программирования как с записью, так и с массивом (как со структурами данных) может быть (а может и не быть) сопоставлен идентификатор типа. Как с массивом, так и со структурой можно сопоставить множество различных механизмов обработки, однако для каждого языка программирования набор таких механизмов различен.

Как правило, для размещения данных в памяти (точнее - для указания компилятору, что под данные необходимо отвести место) достаточно лишь указать (в соответствии с синтаксисом языка) идентификатор переменной и идентификатор типа этой переменной присваиваемого. Остальное - забота компилятора.

Различные языки программирования могут позволять (FoxPro, C++) или не позволять (Pascal) размещать переменные в процессе выполнения программы. Однако, большинство языков программирования, в том числе и Pascal, имеют механизмы динамического распределения памяти (ДРП), позволяющие выделять (и освобождать по завершении использования) не занятую никакой программой память для временного использования. При этом доступ к выделенным таким образом участкам памяти производится с использованием указателей.

- Механизмы доступа к данным. Для предоставления программисту простого и легкого доступа к различным объектам, все языки программирования высокого уровня используют идентификаторы. С идентификатором компилятор однозначно сопоставляет некоторый адрес в памяти и подставляет его (адрес) в машинный код на этапе компиляции программы. Естественно по идентификатору (адресу) можно произвести чтение и/или запись какого либо значения, то есть получить полный доступ к данным (стандартных типов).

---

Однако одной концепции идентификаторов недостаточно для доступа к данным структуры более сложной, чем у стандартных типов. Выше уже упоминалось о возможности создания сложных структур вроде массивов и записей.

Каждый элемент структуры снабжается специфическим именем (идентификатором), которое сопоставляется со смещением этого элемента относительно начала структуры. Таким образом полный доступ к элементам структуры обеспечивается использованием двух идентификаторов и базовой адресации.

Point.x = Point.y-3; //C++

Как видно из определения каждому элементу массива сопоставляется индекс. Следовательно, учитывая, что размер всех элементов одинаков, доступ к каждому элементу массива может производиться с помощью индексной адресации.

D[3]:= D[2]+D[4]; {Pascal}

Выполнение любых алгоритмов бесполезно, если оно не сопровождается демонстрацией результатов и вводом исходных данных. Поэтому каждый язык программирования, за исключением, пожалуй, С и С++, содержит специальные операторы ввода-вывода. Кроме того, вместо использования стандартных операторов ввода-вывода языка, за счет управления аппаратными средствами ЦВМ, программист может производить ввод и вывод информации более «продвинутыми» способами. Соответственно, для этого необходимы:

- механизмы управления аппаратурой, которые естественным образом различаются для различных архитектур аппаратуры. Однако, в любой архитектуре их можно достаточно жестко разделить на:

1. механизмы общения с ОС;

1. механизмы прямого доступа к аппаратуре.

- механизмы структуризации. Реализация хоть сколько-нибудь сложных

алгоритмов требует довольно больших объемов исходного текста. С другой стороны, в совершенно различных и алгоритмически не связанных участках программы может потребоваться выполнить практически одни и те же действия. Эти и некоторые другие причины в свое время привели к концепции структурного программирования. В связи с этим в синтаксис каждого языка программирования включены средства описания функций и процедур и операторы их вызова.

Дальнейшее развитие данной концепции достаточно давно (около 1978 года) привело к идее объединения структур данных с их структурными свойствами, из чего выросла концепция объектно-ориентированного программирования. Однако, ее реализация слишком различна для разных языков программирования (а в некоторых до сих пор полностью не реализована), чтобы выносить ее в общий обзор языков программирования.

---

Этим набором, собственно, и исчерпываются почти все средства большинства языков программирования.

ГЛАВА 2. ОБЗОР ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ

Уровни языков программирования

Существует два уровня языков программирования: языки низкого уровня и языки высокого уровня .

Язык программирования низкого уровня – это язык программирования, созданный для использования со специальным типом процессора и учитывающий его особенности. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что язык близок к машинному коду (он позволяет непосредственно реализовать некоторые команды процессора).

Языки низкого уровня мало похожи на нормальный, привычный человеку язык. Большие, громоздкие программы на таких языках пишутся редко. Зато если программа будет написана на таком языке, то она будет работать быстро, занимая маленький объем и допуская минимальное количество ошибок. Чем ниже и ближе к машинному уровень языка, тем меньше и конкретнее задачи, которые ставятся перед каждой командой.

Для каждого типа процессоров самым низким уровнем является язык ассемблера , который позволяет представить машинный код не в виде чисел, а в виде условных обозначений, называемых мнемониками. У каждого типа процессора свой язык ассемблера; его можно рассматривать одновременно и как особую форму записи машинных команд, и как язык программирования самого низкого уровня.

Достоинством языков низкого уровня является то, что с их помощью создают самые эффективные программы (краткие и быстрые). Недостаток таких языков в том, что их трудно изучать из-за необходимости понимать устройство процессора и в том, что программа, созданная на таком язык, неприменима для процессоров других типов.

Языки программирования высокого уровня заметно проще в изучении и применении. Программы, написанные с их помощью, можно использовать на любой компьютерной платформе, правда при условии, что для нее существует транслятор данного языка. Эти языки вообще никак не учитывают свойства конкретного процессора и не предоставляют прямых средств для обращения к нему. В некоторых случаях это ограничивает возможности программистов, но зато и оставляет меньше возможностей для совершения ошибок.

---

Языки высокого уровня в большей степени ориентированы на человека; команды этих языков – понятные человеку английские слова. Чем выше уровень языка, тем больше приходится проделать операций для выполнения необходимой команды.

С появлением языков высокого уровня программисты получили возможность больше времени уделять решению конкретной проблемы, не отвлекаясь особенно на весьма тонкие вопросы организации самого процесса выполнения задания на машине. Кроме того, появление этих языков ознаменовало первый шаг на пути создания программ, которые вышли за пределы научно-исследовательских лабораторий и финансовых отделов.

Достоинства языков программирования высокого уровня:

- алфавит языка значительно шире машинного, что делает его гораздо более выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста;

- набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса;

- конструкции операторов задаются в удобном для человека виде;

- поддерживается широкий набор типов данных.

Существуют также как универсальные, так и специализированные языки программирования.

Обзор языков программирования высокого уровня

Процедурное или императивное  программирование есть отражение фон Неймановской архитек­туры компьютера. Программа на процедурном языке состоит из пос­ледовательности команд, определяющих процедуру решения задачи. Основным является оператор присваивания, предназначенный для определения и изменения содержимого памяти компьютера. Концеп­ция памяти как места хранения данных, значения которых можно изменять операторами программы, является фундаментальным в императивном программировании.

Выполнение программы сводится к последовательному выпол­нению операторов с целью преобразования исходного состояния па­мяти, т.е. программа последовательно обновляет содержимое памя­ти, изменяя его от исходного состояния до результирующего.

Языки программирования можно разбить на 3 группы: процедурные, функциональные и логические. Основой всех языков программирования являются процедурные языки, поскольку в основе работы компьютера (центрального процессора) на самом низком уровне лежит возможность исполнять только примитивные команды, явно указывающие, что делать процессору. Языки других типов можно рассматривать как надстройки над процедурными языками программирования. В этих языках (функциональные и логические) заложены и реализованы определенные математические модели, позволяющие более эффективно программировать некоторые специфические типы задач. Но трансляторы, библиотеки и другие средства этих языков программирования все равно реализованы посредством процедурных языков программирования.

---