Файл: Классификация языков программирования. Критерии выбора среды и языка разработки.pdf

Несмотря на огромное количество программных продуктов которыми мы пользуемся может возникнуть необходимость составления (написания) собственной программы.

Освоение правил написания программы позволяет лучше ориентироваться в каждой конкретной программе. Понимать, что может сделать программа, а чего не может.

Язык программирования — это основной инструмент разработки и решения поставленных задач. Обычно специалист выбирает один, который изучает на уровне, близком к идеальному, или стремится им овладеть досконально в будущем.

Например, программист выбрал основным для себя язык общего назначения — скажем, С, Python, Lisp, PHP и другие. Тогда ему нужна как минимум еще одна технология, уже более узконаправленная. Ведь в работе может появиться потребность решить задачу нетривиальным путем.

Языки программирования похожи друг на друга, поэтому чем больше вы их знаете, тем проще учить новые. Однако всегда важна цель — для чего каждый из них осваивается. Как и любым инструментом, языком нужно пользоваться на практике, иначе знания быстро забудутся. Сам процесс изучения нового порой помогает лучше понять другие технологии.

ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (обычно - ЭВМ) под её управлением.

Языки программирования классифицируются в зависимости от самых разных критериев. Но чаще всего они подразделяются на языки высокого и низкого уровня. Чем ближе язык к естественному языку, тем более вели его шансы попасть в категорию языков высокого уровня. И наоборот, если язык ближе к машинным командам, в этом случае его называют языком низкого уровня. Поэтому всё множество языков программирования можно разделить на две группы: языки низкого уровня и языки высокого уровня.

ЯЗЫКИ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО УРОВНЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Первые компьютеры приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом — довольно трудоемкая и тяжелая задача. Для упрощения этой задачи начали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы — трансляторы.

Трансляторы делятся на:

компиляторы — превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и после этого использовать уже без компилятора (примером является исполняемые файлы с расширением *.exe).

интерпретаторы — превращают часть программы в машинный код, выполняют его и после этого переходят к следующей части. При этом каждый раз при выполнении программы используется интерпретатор.

Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу её нужно почти полностью переписать. Определенные различия есть и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт и телефонов содержат существенные различия.

Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам. Ассемблер — язык низкого уровня, широко применяется до сих пор.

Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому созданные приложения легко переносятся с компьютера на компьютер. В большинстве случаев достаточно просто перекомпилировать программу под определенную компьютерную архитектурную и операционную систему. Разрабатывать программы на таких языках значительно проще и ошибок допускается меньше. Значительно сокращается время разработки программы, что особенно важно при работе над большими программными проектами.

Сейчас в среде разработчиков считается, что языки программирования, которые имеют прямой доступ к памяти и регистров или имеют ассемблерные вставки, нужно считать языками программирования с низким уровнем абстракции. Поэтому большинство языков, считавшихся языками высокого уровня до 2000 года сейчас уже таковыми не считаются.

Адресный язык программирования: Фортран, Кобол, Алгол, Pascal, Pascal ABC, Python, Java, C, Basic, C++, Objective-C, Smalltalk, C#, Delphi,

Недостатком некоторых языков высокого уровня является большой размер программ в сравнении с программами на языках низкого уровня. С другой стороны, для алгоритмически и структурно сложных программ при использовании суперкомпиляции преимущество может быть на стороне языков высокого уровня. Сам текст программ на языке высокого уровня меньше, однако, если взять в байтах, то код, изначально написанный на ассемблере, будет более компактным.

Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработки программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объём памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

ПАСКАЛЬ

Само названия языка — “Паскаль” — возникло в честь одного из великих французских математиков и физиков Блеза Паскаля (1623-1662). Немного из истории жизни французского мыслителя. Блез Паскаль родился в семье известного математика Этьена Паскаля.

Отличительная черта всех его родных — необыкновенная одаренность. У него было две сестры: у старшей сестры Жильберты были в большей степени развиты математические способности и литературный талант, а у младшей сестры Жаклины — артистический дар. Свое детство Блез Паскаль провел в Париже, школу никогда не посещал.

Единственный учитель, которого Паскаль признавал, был его отец Этьен. В четырехлетнем возрасте Блез уже умел читать и писать, начал интересоваться эвклидовой геометрией, а в 15 лет уже на равных мог обсуждать с известными на тот момент парижскими учеными сложнейшие математические задачи. Из юноши Паскаля вырастал гениальный математик.

Одним из известных изобретений Блеза Паскаля стал арифмометр (паскалево колесо), который производил все арифметические действия. Он представлял собой латунный ящик с интересным механизмом (рис. ниже).

Этот арифмометр прославил Блеза Паскаля во всех западных странах. Толпы народов со старого света направлялись в Люксембургский дворец (Париж), чтобы лицезреть это уникальное приспособление того времени.

История языка Паскаль продолжается, и в 50-е годы XX века появились первые языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, КОБОЛ и АЛГОЛ. ФОРТРАН и КОБОЛ они существуют и по сей день, а вот АЛГОЛ как раз и стал родоначальником языка программирования Паскаль.

Первая версия АЛГОЛа появилась в 1958 году, разработчиком которого был создатель ФОРТРАНа Джон Бэкус. Последующими версиями языка АЛГОЛ стали АЛГОЛ-60 и АЛГОЛ-68. Однако из-за громоздкости языков АЛГОЛ-60 и АЛГОЛ-68 создавались большие трудности.

Поэтому в 1965 году Международная федерация по обработке информации предложила проект нескольким специалистам ЭВМ. Необходимо было создать новый язык программирования — преемник АЛГОЛа-60.

В этом проекте и принял участие будущий создатель языка программирования Паскаль — Николас Вирт, швейцарский ученый, на тот момент доцент факультета информатики Стэнфордского университета.

Николас Вирт начал разрабатывать проект АЛГОЛ-W. Целью проекта было обучение студентов различным методам: “структурное программирование”, “программирование сверху вниз” и др. В 1970 году произошли два великих события:

появление операционной системы UNIX
появление нового языка программирования.

Николас Вирт назвал новый язык программирования в честь французского математика XVII века Блеза Паскаля, поскольку Паскаль создал вычислительное устройство (паскалево колесо). Первая версия нового языка программирования вышла на компьютере CDC 6000.

Успех языка Паскаль:

Выдающийся успех языка Паскаль обусловлен рядом причин:

Язык в естественной форме отразил самые важные современные концепции технологии разработки программ.
Именно благодаря своей компактности, целостности и ортогональности понятий, язык программирования Паскаль оказался весьма легок для изучения и освоения.
Несмотря на кажущуюся простоту языка, он оказался пригодным для достаточно широкого спектра приложений, для разработки очень больших и сложных программ, даже операционных систем.
Паскаль весьма технологичен для реализации почти для всех (в том числе нетрадиционных) машинных текстур. Существует интересное сравнение: разработка Паскаль-транслятора почти не превышает по трудоемкости хорошую дипломную работу выпускника вуза.

АССЕМБЛЕР

Язык Ассемблера - это символическое представление машинного языка. Он облегчает процесс программирования по сравнению с программированием в машинных кодах. Некоторые задачи, например, обмен с нестандартными устройствами обработки данных сложных структур невозможно решить с помощью языков программирования высокого уровня. Это под силу ассемблеру. В принципе, язык Ассемблер является машинным языком. И программист, реализующий какую-либо задачу на язык высокого уровня, с помощью Ассемблера может определить осмысленно ли решение данной задачи, с точки зрения использования ЭВМ. Ассемблер имеет одну особенность, которая отпугивает многих начинающих языков программистов,- ассемблер является машинно-зависимым языком. Это означает, что пишущий на ассемблере работает непосредственно с ресурсами компьютера, что требует хорошего знания его архитектуры, логики работы операционной системы, а также большой аккуратности при написании программы.

Несмотря на то, что ассемблер является машинно-ориентированным языком, то есть языком низкого уровня, программист может применять его для работы, как на высоком, так и на среднем уровне. Низкий уровень программирования на ассемблере подразумевает прямое обращение к каналам ввода-вывода устройств, называемых портами ввода-вывода, и прямой доступ в оперативную память.Turbo Assembler, помимо полной поддержки транслятора фирмы Microsoft имеет дополнительные возможности, объединённые в режиме, названном разработчиками Ideal. Использование этого режима даёт возможность начинающему программисту применять более наглядный и простой стиль разработки программ. Более опытные программисты, пишущие на ассемблере, могут использовать такие возможности режима Ideal, как вложенные структуры, объединения.

Важной особенностью режима Ideal является применение проверки типов данных, подобно языкам высокого уровня, что позволяет выявить многие ошибки ещё на этапе трансляции.

Ассемблер предоставляет программисту полую свободу действий при разработке программы, что является и его достоинством, и недостатком, так как требует от разработчика знания системы команд данного компьютера и его операционной системы. Кроме того, несмотря на минимальный размер выполняемого файла при максимальной скорости работы, время, необходимое для создания программы, резко возрастает с увеличением объёма разрабатываемого проекта. Поэтому ассемблер был и остаётся языком программирования для профессионалов.

СИ ++

Наследник C язык C++ быстро завоевал поддержку, являясь обновленной версией языка C. C++ был разработан шведским программистом по имени Бьярн Страуструп (Bjarne Stroustrup) в начале 1980-х. C++ имеет на вооружении несколько дополнительных команд и операторов, но основное отличие заключается в подходе к программированию.

Главная причина, по которой и сейчас C++ остается популярным, - он поддерживает объектно-ориентированное программирование (ООП). ООП - это иной способ написания программ, помогающий программисту писать программы быстрее и с наименьшим числом ошибок. ООП также позволяет повысить скорость обслуживания.

Так как Си++ восходит, главным образом, к Си. Поэтому сделанного в Си акцента на средствах низкого уровня достаточно, чтобы справляться с самыми насущными задачами системного программирования. Си, в свою очередь, многим обязан своему предшественнику BCPL.Си++ - это машинно-ориентированный язык программирования, задуманный так, чтобы сделать программирование более приятным для серьёзного программиста. За исключением второстепенных деталей Си++ является надмножеством языка программирования Си.

Позднее была проведена проверка определения Си++, чтобы удостовериться в том, что любая конструкция, допустимая и в Си, и в Си++, действительно означает в обоих языках одно и то же. В Си++ нет типов данных высокого уровня и нет первичных операций высокого уровня. В нём нет, например, матричного типа с операций обращения.

Если пользователю понадобится подобный тип, его можно определить в самом языке. По сути дела, основным, чем занимается программирование на Си++ - это определение универсальных и специально-прикладных типов.

Популярность объектно-ориентированного языка C++ дала начало множеству новых языков для современного Интернета. Причиной успешного развития языка Java (Джава) (и его производных, таких как JavaScript) является широкомасштабное использование в нем языка C++, и хотя C++ не поддерживает достаточной безопасности программирования web-сайтов, его объектно-ориентированная природа делает Java хорошим кандидатом для программирования объектов Интернета. Компания Sun Microsystems изменила язык C++, добавив в него элементы обеспечения достаточной безопасности и убрав ряд сомнительных возможностей C++. (Примером является множественность наследования, которая позволяет генерацию одного объекта программирования, такого как окно, из набора нескольких родительских окон с различными характеристиками. Подобная концепция сбивает с толку даже при формулировании ее на высоком уровне.)