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

БЕЙСИК

Язык Бэйсик (он же Бейсик, он же BASIC) входит в семейство языков программирования высокого уровня.

BASIC - это аббревиатура, которая расшифровывается так: Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code - универсальный код символических инструкций для начинающих).

Язык программирования Бейсик был разработан в 1964 году. Затея заключалась в том, чтобы создать язык, с помощью которого студенты, не имеющие навыков программирования, могли самостоятельно создавать компьютерные программы для решения своих задач.

Этот язык в своё время был очень популярен и расплодился по миру компьютеров в виде различных диалектов, в основном, как язык для домашних компьютеров.

Бэйсик с момента создания многократно дорабатывался и усложнялся, повинуясь законам современного программирования. По этой причине к настоящему времени он уже утратил (по сравнению с первыми версиями) свою простоту. Хотя, даже с учётом этого, современный Бэйсик всё-равно остаётся относительно простым языком, по сравнению с такими языками, как, например, С++.

Начиная с 1960-х годов компьютеры становились всё более доступными. На компьютерах могли работать уже не только учёные-программисты, но и школьники и студенты, которые не являлись программистами. Однако у этих школьников и студентов уже появились задачи, которые надо было решать с помощью компьютеров.

Готовых программ тогда почти не было. Поэтому под каждую задачу надо было создавать отдельную программу. И делать это на компьютерах тех лет, используя имеющиеся тогда языки программирования, было очень сложно (отчасти поэтому раньше языки программирования создавались для решения конкретных задач, например, ПРОЛОГ был ориентирован на создание систем с искусственным интеллектом, ФОРТРАН - для работы с математическими формулами в научных и инженерных вычислениях и т.п.).

Поэтому неудивительно, что у кого-то появилась мысль создать язык программирования настолько простой, насколько это вообще возможно, чтобы люди, совсем незнакомые с программированием, могли создавать хотя бы простые программы для решения каких-то задач на компьютерах (эта мысль была воплощена в жизнь, хотя потом критики ставили эти особенности в вину Бейсику).

В итоге в 1964 году преподавателями Дартмутского Колледжа Джоном Кемени и Томасом Курцем был придуман язык Бэйсик, и под их руководством был реализован командой студентов колледжа. Со временем, когда стали появляться другие диалекты, изначальную реализацию стали называть Dartmouth BASIC.

Бейсик был задуман и сделан так, чтобы студенты могли относительно легко создавать свои программы. Бэйсик был ориентирован на пользователей, для которых скорость выполнения программ не была слишком важной, и которым намного более важно было иметь возможность использовать компьютер для решения своих задач в принципе, не имея специальной подготовки (напомню, готовых программ тогда почти не было).

При разработке языка Бэйсик использовались следующие восемь принципов:

1. Язык должен быть простым в использовании и понятным для начинающих.
2. Должен быть языком программирования общего назначения (а не специального, как, например, упомянутые выше Фортран и Пролог).
3. Язык должен предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам.
4. Язык должен быть интерактивным, то есть выполнять команды пользователя.
5. Язык должен предоставлять однозначные и понятные сообщения об ошибках.
6. Язык должен быстро работать на небольших программах.
7. Язык не должен быть привязан к “железу” и не должен требовать от программиста понимания работы этого самого “железа”.
8. Язык должен защищать пользователя от операционной системы (или операционную систему от пользователя - кому как больше нравится))).

При создании Бэйсика за основу были взяты частично Фортран II и частично Алгол 60. Первоначально Бэйсик был реализован на мейнфрейме GE-265 с поддержкой множества терминалов (мейнфрейм - это большой высокопроизводительный отказоустойчивый сервер).

Несмотря на то, что язык уже использовался на нескольких мини-компьютерах, его настоящее распространение началось с внедрения на микрокомпьютере Альтаир 8800.

Многие языки программирования были слишком громоздкими, чтобы поместиться в небольшую память, которую пользователи подобных компьютеров могли себе позволить. Для машин с таким медленным носителем информации, как бумажная лента (позднее - магнитофонная кассета), и без подходящего текстового редактора такой небольшой язык, как Бейсик, был наилучшим решением.

В 1975 году Microsoft (тогда это были лишь двое - Билл Гейтс и Пол Аллен, при участии Монте Давидова), выпустила Altair BASIC. Затем его версии появились на другой платформе под лицензией и скоро в использовании были уже миллионы копий и различных вариантов. Один из вариантов, Applesoft BASIC, стал стандартным языком на Apple II. Для операционной системы CP/M был создан диалект BASIC-80, который надолго опередил свое время.

Кстати, Билл Гейтс говорил, что Бэйсик - это его любимый язык программирования.

Наиболее бурно и успешно Бэйсик развивался в течение 1970-х и в начале 1980-х годов. В это время почти все персональные компьютеры имели собственный интерпретатор Бейсика, часто зашиваемый прямо в ПЗУ. В простейших компьютерах он даже выполнял функции операционной системы.

Практически все более мощные компьютеры также имели интерактивные Бейсик-системы. Было создано несколько новых версий Бейсика для платформы IBM PC и совместимых. Microsoft продавала Бейсик для MS-DOS/PC DOS, включая BASICA, GW-BASIC (модификация BASICA, не требующая «прошивки» от IBM) и QuickBASIC.

Компания Borland, получившая широкую известность благодаря Turbo Pascal (с которым она и вышла впервые на рынок) в 1985 году выпустила основанную на той же программной среде систему Turbo Basic 1.0 (его наследники впоследствии продавались другой компанией под именем PowerBASIC).

К концу 1980-х годов персональные компьютеры стали намного мощнее и предоставляли новые возможности (такие, как графический интерфейс пользователя). Использовать эти новые возможности в Бейсике было уже не так просто и не так удобно. Кроме того, появились недорогие компиляторы более продвинутых языков (таких как Паскаль и Си), которые, к тому же, имели навороченные по тем временам средства разработки и дополнительные библиотеки с готовыми стандартными подпрограммами (например, Borland Pascal с библиотекой Turbo Vision).

Бейсик начал терять популярность, хотя огромное число его версий ещё использовались и продавались. В это же время начался постепенный переход Бэйсика в сторону признанных структурных языков: расширился словарь и набор конструкций языка, появились сложные ветвления, именованные подпрограммы и функции, длинные имена переменных.

РЕФАЛ

Несомненно, надо рассказать и о некоторых языках программирования, созданных у нас на родине. Один из таких языков является Рефал, разработанный у нас в России (СССР), в 1966г. ИПМ АН СССР. Этот язык прост и удобен для описания манипуляций над произвольными текстовыми объектами.

Рефал широко применяется при разработке трансляторов с алгоритмических языков как универсальных и проблемно - ориентированных, так и автокодов. Кроме использования в задачах трансляции, Рефал имеет такие важные сферы применения, как машинное выполнение громоздких аналитических выкладок в теоретической физике и прикладной математике; проектирование «умных» информационных систем, осуществляющих нетривиальную логическую обработку информации; машинное доказательство теорем; моделирование целенаправленного поведения; разработка диалоговых обучающих систем; исследования в области искусственного интеллекта и т.п.

Программирование на Рефале имеет специфику, связанную, прежде всего, с тем, что Рефал является языком функционального типа в отличие от обычных операторных языков типа Алгол, Фортран и т.д.. Если программа на операторных языках - ни что иное, как совокупность приказов-операторов, то программа на Рефале представляет собой по существу описание связей и отношений между определенными вследствие того, что в Рефале программист сам определяет структуру обрабатываемой информации, эффективность программы существенно зависит от удачного или неудачного выбора этой структуры. Для задания структур в Рефале используются скобки, а специфика всех реализаций языка такова, что использование скобок резко повышает эффективность выполнения программы. Это достигается с помощью адресного соединения скобок.

Определенной спецификой обладают и переменные типа «выражения» имеется в виду их способность удлиняться при отождествлении. Правильное использование переменных этого типа также позволяет значительно повысить эффективность Рефал - программы.

JAVA

Java - объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems. Приложения Java обычно компилируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине (JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска -- 23 мая 1995 года. Изначально язык назывался Oak («дуб») и разрабатывался Джеймсом Гослингом для программирования бытовых электронных устройств. Впоследствии он был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Назван в честь марки кофе Java, поэтому на официальной эмблеме языка изображена чашка с парящим кофе.

Достоинство выполнения программ в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание.

К недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программ и алгоритмов, реализованных на языке Java. Данное утверждение было справедливо для первых версий виртуальной машины Java, однако в последнее время оно практически потеряло актуальность. Этому способствовал ряд усовершенствований: применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде, широкое использование платформенно-ориентированного (native-код) в стандартных библиотеках, аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине. Эти идеи нашли также выражение в спецификации общеязыковой инфраструктуры CLI, заложенной в основу платформы .NET компанией Microsoft.

СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Создать язык, удобный для написания программ, недостаточно. Для каждого языка нужен свой переводчик. Такими переводчиками являются специальные программы-трансляторы.

Транслятор - это программа, предназначенная для перевода программы, написанной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования. Процесс перевода называется трансляцией. Тексты исходной и результирующей программ находятся в памяти компьютера. Примером транслятора является компилятор.

Компилятор - это транслятор текста на машинный язык, который считывает исходный текст. Он оценивает его в соответствии с синтаксической конструкцией языка и переводит на машинный язык. Другими словами, компилятор не исполняет программы, он их строит. Процесс такого перевода называется компиляцией.

Байт-код - это промежуточный подход, при котором программа преобразуется в промежуточный двоичный вид, интерпретируемый некой «виртуальной машиной» во время исполнения.

Компилятор создаёт законченный результат - программу в машинных кодах. Затем эта программа выполняется. Откомпилированный вариант исходной программы можно сохранить на диске. Для повторного выполнения исходной программы компилятор уже не нужен. Достаточно загрузить с диска в память компьютера откомпилированный в предыдущий раз вариант и выполнить его.

Существует другой способ сочетания процессов трансляции и выполнения программы. Он называется интерпретацией. Суть процесса интерпретации состоит в следующем. Вначале переводится в машинные коды, а затем выполняется первая строка программы. Когда выполнение первой строки окончено, начинается перевод второй строки, которая затем выполняется и так далее. Управляет этим процессом программа-интерпретатор.

Интерпретатор - это программа, предназначенная для построчных трансляции и выполнения исходной программы. Такой процесс называется интерпретацией. По-другому можно сказать, что интерпретатор моделирует некоторую вычислительную виртуальную машину, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора, а операторы языка программирования. В процесс трансляции входит проверка исходной программы на соответствие правилам используемого в ней языка. Если в программе обнаружены ошибки, транслятор вводит сообщение о них на устройство вывода (обычно, на экран дисплея).