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

Программа, написанная на функциональном языке, состоит из неупорядоченного набора уравнений, определяющих функции и значения, которые задаются как функции от других значений. Программы и данные ЛИСПа существуют в форме символьных выражений, которые хранятся в виде списковых структур. ЛИСП имеет дело с двумя видами объектов: атомами и списками. Атомы – это символы, используемые для идентификации объектов, которые могут быть числовыми и символьными (понятия, материалы, люди и т.д.). Список – это последовательность из нуля или более элементов, заключенных в круглые скобки, каждый из которых является либо атомом, либо списком. Над списками выполняются три примитивные операции: извлечение первого элемента списка; получение оставшейся части списка после удаления первого элемента; объединение первого элемента списка L и оставшейся части списка Q [22].

Тексты программ на функциональных языках программирования только описывают способ решения задачи, но не предписывают последовательность действий для решения.

В качестве основных свойств функциональных языков программирования обычно рассматриваются следующие:

• краткость и простота;
• строгая типизация;
• модульность;
• функции – объекты вычисления;
• чистота (отсутствие побочных эффектов);
• отложенные (ленивые) вычисления.

Объектно–ориентированные языки

Объектно–ориентированные языки – это языки, в которых понятия процедуры и данных, используемых в обычных системах программирования, заменены понятием «объект» (см. статью «Объектно–ориентированное программирование»). Языком объектно–ориентированного программирования в чистом виде считается SmallTalk, возможности объектно–ориентированного программирования заложены также в Java, C++, Delphi [21].

Дальнейшее развитие современного программирования связано с так называемым «параллельным программированием». Для реализации этой технологии разрабатываются специализированные объектно–ориентированные языки. К языкам такого типа относят, например, MC# (mcsharp) – высокоуровневый объектно–ориентированный язык программирования для платформы .NET, поддерживающий создание программ, работающих в распределенной среде с асинхронными вызовами [7].

В первой главе данного исследования было рассмотрено понятие языка программирования, а также классификация языков программирования. Определено, что для создания программного обеспечения, в рамках одного языка применяются строго ограниченные символы и синтаксические конструкции, одобренные правилами такого языка. Также было определено, что языки программирования достаточно разнообразны и классифицируются по различным признакам. В следующей главе будет подробнее рассмотрена классификация именно языков программирования высокого уровня, а также кратко охарактеризованы наиболее распространенные языки программирования высокого уровня.

---

Глава 2. Языки программирования высокого уровня

2.1 Классификация языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки используются в машинно–независимых системах программирования. Такие системы программирования в сравнении с машинно–ориентированными системами предстают более простыми в использовании. Языки программирования высокого уровня подразделяют на процедурно–ориентированные, проблемно–ориентированные и объектно–ориентированные [1].

Процедурно–ориентированные языки применяются для записи процедур или алгоритмов обработки информации на каждом определенном круге задач. К ним относятся:

• язык Фортран (Fortran), название которого происходит от слов Formulae Translation – «преобразование формул». Фортран представляет собой один из старейших языков программирования высокого уровня. Длительность его существования и применения можно объяснить простотой структуры данного языка;
• язык Бейсик (Basic), который расшифровывается как Beginner's All–purpose Symbolic Instruction Code, что в переводе означает – «многоцелевой символический обучающий код для начинающих», разработан в 1964 г. как язык для обучения программированию;
• язык Си (С), применяемый с 1970–х гг. как язык системного программирования специально для написания ОС UNIX. В 1980–е гг. на основе языка С был разработан язык C++, практически включающий в себя язык С и дополненный средствами объектно–ориентированного программирования;
• язык Паскаль (Pascal), который назван в честь французского ученого Б. Паскаля, начал применяться с 1968–1971 гг. Н. Виртом. При создании Паскаль использовался для обучения программированию, но со временем стал широко применяться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

Проблемно–ориентированные языки используются для решения целых классов новых задач, возникших в связи с постоянным расширением области применения вычислительной техники:

• язык Лисп (Lisp – List Information Symbol Processing), который был изобретен в 1962 г. Дж. Маккарти. Первоначально он применялся как средство для работы со строками символов. Лисп употребляется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т. п.;
• язык Пролог (Prolog – Programming in Logic), используемый для логического программирования в системах искусственного интеллекта [7].

---

Объектно–ориентированные языки развиваются и в настоящий момент. Большинство из этих языков являются версиями процедурных и проблемных языков, но программирование с помощью языков этой группы является более наглядным и простым. К наиболее часто употребляемым языкам относятся:

• Visual Basic (~ Basic);
• Delphi (~ Pascal);
• Visual Fortran (~ Fortran);
• C++ (~ C);
• Prolog++ (~ Prolog) [12].

2.2 Краткий обзор языков программирования высокого уровня

Кратко рассмотрим наиболее распространенные сегодня языки программирования высокого уровня: С++, Delphi, Phyton.

C++ – компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает такие парадигмы программирования как процедурное программирование, объектно–ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником – языком C, – наибольшее внимание уделено поддержке объектно–ориентированного и обобщённого программирования [12].

C++ широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений. Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ.

C++ добавляет к C объектно–ориентированные возможности. Он вводит классы, которые обеспечивают три самых важных свойства ООП: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.

Методы класса – это функции, которые смогут применяться к экземплярам класса. Грубо говоря, метод – это функция объявленная внутри класса и предназначенная для работы с его объектами. Методы объявляются в теле класса. Описываться могут там же, но могут и за пределами класса (внутри класса в таком случае достаточно представить прототип метода, а за пределами класса определять метод поставив перед его именем – имя класса и оператор ::). Методы и поля входящие в состав класса называются членами класса. При этом методы часто называют функциями–членами класса.

---

Наследование

В C++ при наследовании одного класса от другого наследуется реализация класса, плюс класс–наследник может добавлять свои поля и функции или переопределять функции базового класса. Множественное наследование разрешено [19].

Конструктор наследника вызывает конструкторы базовых классов, а затем конструкторы нестатических членов–данных, являющихся экземплярами классов. Деструктор работает в обратном порядке.

Наследование бывает публичным, защищённым и закрытым.

Полиморфизм

Целью полиморфизма, применительно к объектно–ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных.

Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование того же интерфейса для задания единого класса действий. Выбор же конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор. Полиморфизм может применяться также и к операторам [20].

Инкапсуляция

Основным способом организации информации в C++ являются классы. В отличие от структуры (struct) языка C, которая может состоять только из полей и вложенных типов, класс (class) C++ может состоять из полей, вложенных типов и функций–членов. Инкапсуляция в С++ реализуется через указание уровня доступа к членам класса: они бывают публичными (public), защищёнными (protected) и закрытыми (private). В C++ структуры отличаются от классов тем, что по умолчанию члены и базовые классы у структуры публичные, а у класса – собственные.

С++ – язык, складывающийся эволюционно. Каждый элемент С++ заимствовался из других языков отдельно и независимо от остальных элементов (ничто из предложенного С++ за всю историю его развития не было новшеством в Computer Science), что сделало язык чрезвычайно сложным, со множеством дублирующихся и взаимно противоречивых элементов, блоки которых основаны на разных формальных базах.

Критики С++ не противопоставляют ему какой–либо конкретный язык, а наоборот, утверждают, что для всякого случая применения С++ всегда существует альтернативный инструментарий, позволяющий решить ту же задачу более эффективно и качественно. В свою очередь, сторонники С++ считают некорректным сравнивать различные аспекты С++ с совершенно различными языками, так как общий набор средств и возможностей С++ существенно шире, чем в большинстве языков, с которыми проводится сравнение, и сама по себе широта возможностей, на их взгляд, является веским оправданием несовершенства каждой отдельно взятой возможности. Более того, по их мнению, высокая совместимость с Си является одной из принципиальных черт языка, и потому все недостатки С++ оправданы преимуществами, предоставляемыми этой совместимостью [20].

---

Достоинства:

• высокая совместимость с языком С;
• вычислительная производительность;
• поддержка различных стилей программирования: структурное, объектно–ориентированное, обобщённое программирование, функциональное программирование, порождающее метапрограммирование;
• автоматический вызов деструкторов объектов (в порядке обратном вызову конструкторов) упрощает и повышает надёжность управления памятью и другими ресурсами (открытыми файлами, сетевыми соединениями, т. п.);
• перегрузка операторов;
• шаблоны (дают возможность построения обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных);
• возможность расширения языка для поддержки парадигм, которые не поддерживаются компиляторами напрямую;
• доступность. Для С++ существует огромное количество учебной литературы, переведённой на всевозможные языки [12].

Недостатки:

• плохо продуманный синтаксис сужает спектр применимости языка;
• язык не содержит многих важных возможностей;
• язык содержит опасные возможности;
• производительность труда программистов на языке оказывается неоправданно низка;
• громоздкость синтаксиса;
• тяжелое наследие;
• необходимость следить за памятью [12].

В целом С++ является достаточно удобным инструментом реализации целей программирования, показывающим высокую эффективность и функциональность готовых программных продуктов.

Python – это универсальный современный язык программирования высокого уровня, к преимуществам которого относят высокую производительность программных решений и структурированный, хорошо читаемый код. Синтаксис Питона максимально облегчен, что позволяет выучить его за сравнительно короткое время. Ядро имеет очень удобную структуру, а широкий перечень встроенных библиотек позволяет применять внушительный набор полезных функций и возможностей. ЯП может использоваться для написания прикладных приложений, а также разработки WEB–сервисов.

Python может поддерживать широкий перечень стилей разработки приложений, в том числе, очень удобен для работы с ООП и функционального программирования. Один из самых популярных интерпретаторов языка – CPython, написанный на Си. Распространяется эта среда разработки бесплатно по свободной лицензии. Интерпретатор поддерживает большинство популярных платформ.

Питон активно развивается. Примерно раз в 2 года выходят обновления. Важной особенностью языка является отсутствие таких стандартов кодировки как ANSI, ISO и некоторых других, они работают благодаря интерпретатору [7].

---