Файл: Классификация языков программирования высокого уровня ( ИНТЕРПРЕТАТОРЫ ).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразныхзнаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительнойинформации, превращает данный набор в алгоритм. Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которыедолжны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что 
делать. Первой цели идеально отвечает язык, которыйнастолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом.Второй цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к решаемой задаче", чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.
Связь между языком, на котором мы думаем/ программируем, и задачами и решениями, которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. Поэтой причине ограничивать свойства языка только целями исключения ошибок программиста в лучшем случае опасно. Как и в случае с естественными языками, есть огромная польза быть, по крайней мере, двуязычным. Язык предоставляет программисту набор 
концептуальных инструментов, если они не отвечают задаче, тоих просто 
игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализоватьструктуры, указатели и т.п. Хорошее проектирование и отсутствие ошибок не может гарантироваться чисто за счет языковых средств. Может показаться удивительным, но конкретный компьютер способен работать с программами, написанными на его родном машинном языке. Существует почтистолько же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности одной идей простые операции производятся со скоростью молнии надвоичных числах. 
Персональные компьютеры IBM используют машинный язык микропроцессоров семейства 8086, т.к. их аппаратная часть основывается именнона данных микропроцессорах. Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации(в начале 1950-х г.г.), машинный язык былединственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языкивысокого уровня 
(т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокогоуровня работают через трансляционные программы, которые вводят "исходный код" (гибрид английских слов и математических выражений, который считываетмашина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на 
машинном языке. Существует два основных видатрансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текстапрограммы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно. 

ГЛАВА 1. ИНТЕРПРЕТАТОРЫ

1.1. Компиляторы

Одно, часто упоминаемое преимущество интерпретаторной реализации состоит в том, что она допускает "непосредственный режим". Непосредственныйрежим позволяет вам задавать компьютеру задачу вроде PRINT 3.14159*3/2.1 и возвращает вам ответ, как 
только вы нажмете клавишу ENTER (это позволяетиспользовать компьютер стоимостью 3000 долларов в качестве калькулятора стоимостью 10 долларов). Кроме того, интерпретаторы имеют специальные атрибуты,которые упрощают отладку. Можно, например, прервать обработку интерпретаторной программы, отобразить содержимое 
определенных переменных, бегло просмотретьпрограмму, а затем продолжить исполнение. Больше всего программистам нравится в интерпретаторах возможность получения быстрого ответа. Здесь нет необходимости в компилировании, так какинтерпретатор 
всегда готов для вмешательства в вашу программу. Введите RUN и результат вашего самого последнего изменения оказывается на экране. 
Однако интерпретаторные языки имеют недостатки. Необходимо, например, иметь копию интерпретатора в памяти все время, тогда как многие 
возможностиинтерпретатора, а следовательно и его возможности могут не быть необходимыми для исполнения конкретной программы. 
Слабо различимым недостатком интерпретаторов является то, что они имеют тенденцию отбивать охоту к хорошему стилю программирования. Поскольку комментариии другие формализуемые детали занимают значительное место программной памяти, люди стремятся ими не пользоваться. Дьявол менее яростен, чем программист,работающий на интерпретаторном Бейсике, пытающийся получить программу в 120К в памяти емкостью 60К. но хуже всего то, что интерпретаторы 
тихоходны. Имизатрачивается слишком много времени на разгадывание того, что делать, вместо того чтобы заниматься действительно делом. 
При исполнении программных операторов, интерпретатор должен сначала сканировать каждый оператор с целью прочтения его содержимого (что этот человекпросит меня сделать?), а затем выполнить запрошенную операцию. Операторы в циклах сканируются излишне много. 
Рассмотрим программу: на интерпретаторном Бэйсике

10 FOR N=1 TO 1000

20PRINT N,SQR(N)

30NEXT N

При первом переходе по этой программе Бейсик-Интерпретатор должен разгадать что означает строка 20: 
1.преобразовать числовую переменную N в строку
2.послать строку на экран
3.переместить в следующую зону печати
4.вычислить квадратный корень из N
5.преобразовать результат в строку
6.послать строку на экран
При втором проходе цикла все это разгадывание повторяется снова, так как 
абсолютно забыты все результаты изучения этой строки какую-то миллисекунду тому назад. И так во всех следующих 998 проходах. Совершенно очевидно, что если вам удалось каким-то образом отделить фазу сканирования/понимания от фазы исполнения вы имели бы более быструю программу. И это как раз то, для чего существуют компиляторы. 

Компилятор-это транслятор текста на машинный язык, который считывает исходный текст. Он оценивает его в соответствии с синтаксической конструкциейязыка и переводит на машинный язык. Другими словами, компилятор не исполняет программы, 
он их строит. Интерпретаторы невозможно отделить от программ,которые ими прогоняются, компиляторы делают свое дело и уходят со сцены. При работе с компилирующим языком, таким как Турбо-Бейсик, вы придете кнеобходимости мыслить о ваших программах в признаках двух главных фаз их жизни: периода компилирования и периода прогона. Большинство программ будутпрогоняться в четыре - десять раз 
быстрее их интерпретаторных эквивалентов. Если вы поработаете над улучшением, то сможете достичь 100-кратного повышениябыстродействия. Оборотная сторона монеты состоит в том, что программы, расходующие большую часть времени на возню с файлами на дисках или ожиданиеввода, не смогут продемонстрировать какое-то впечатляющее увеличение скорости. 

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
2.1. Машинно – ориентированные языки

Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и 
изобразительные средства которыхсущественно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.).

Машинно–ориентированные языки позволяют использовать все возможности иособенности

Машинно–зависимых языков:
-высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);
-возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
-предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
-для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенностифункционирования данной ЭВМ;
- трудоемкость процесса составления программ ( особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного отпоявления ошибок;

-низкая скорость программирования;

- невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

Как я уже упоминал, в введении, отдельный компьютер имеет свой определенный. Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной 
мощности. В команделюбого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции.
В новых моднлях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно – аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиесяпо своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.

Продолжим рассказ о командных языках, Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (частоиспользуемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых 
помогает программисту легчезапоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместоистинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для храненияисходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, 
выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, 
можетпроводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенноговведения макрокоманд - они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командныепоследовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечиваетсяоформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования , доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В 
постановочной системе содержатся «остовы» - серии команд, реализующихтребуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в«остов» программы, превращая её в реальную машинную программу. В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду, которые определяют,какую функцию необходимо выполнить и формируют 
необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию. 
Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода.
Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составленына языках типа Ассемблер. Более полная информация об языке Ассемблера см. ниже.

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ наболее сжатую форму - называется Макрос (средство замены).
В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающийфункционирование 
макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает 
макроопределяющий и исходный текст. Реакциямакропроцессора на вызов-выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

2.2. Машинно – независимые языки

Машинно – независимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Ониудобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС. 
Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемыена таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи, сегменты,блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна  выполнять система после трансляции программы на МЯ. Т.о., командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинныхпрограммах, представлены в высокоуровневых языках отдельными 
операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях 
вычислительный процессна уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классовзадач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области 
обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемыеалгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, языки ориентированные на решениеопределенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.Проблемных языков очень много, например:
Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач; Simula, Слэнг - для моделирования;Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами. Об этих языках я расскажу дальше.