Файл: Классификация языков программирования. Критерии выбора среды и языка разработки ( Класификация языков програмирования ).pdf

Программирование занимает одну из значительных ниш в современном мире. Это не просто способ заставить работать «железяки», но и поставить себя на путь развития своих способностей. Но, прежде чем мы разберём все полезные свойства, следовало бы разобраться с терминологией. Программирование — это область деятельности, направленная на разработку программного обеспечения, которое, в свою очередь, направлено на улучшение и облегчение человеческого быта, промышленной деятельности, сферы услуг и технологического прогресса.

Что касается пользы в изучении и тренировки навыков программирования, то можно сказать, что этот род деятельности не только приносит хороший заработок, но и развивает мышление и логику. Как и любая точная наука, программирование развивает аналитические и дедуктивные способности, абстрактное мышление. Можно смело сказать, что эта отрасль дает развитие человека в целом. Навыки создания программ, позволят обрести такие качества как упорядоченность мыслей, строгая организация и постановка решения проблем практически любого уровня сложности и характера.

Нынешнее программирование многогранно и используется в таких важных сферах как строительство, бизнес и экономика, медицина, биология и физика. Большой процент физического труда в промышленности заменен на машинный и роботизированный труд, который управляется посредством программного обеспечения, что обеспечивает существенный прирост скорости, точности операций и эффективности производства. Такое богатство разнообразия применений обеспечивается солидным выбором языков программирования, у каждого из которых есть свои плюсы и минусы.

1. Класификация языков програмирования

1.1. Языки програмирования низкого уровня

Существуют несколько языков програмирования одни из них это языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные) (low-level language) – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Эти языки программирования предназначены для определенного типа ЭВМ и отражают его внутренний машинный код. Особенности машинно-ориентированных 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 особенности функционирования данной ЭВМ;
трудоемкость процесса составления программ;
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.

1.1.1. Машинный язык

Это самый просто язык. Для него характерна высокая степень днтализации. Он представляет собой систему команд, выраженных в двоичных кодах, или систему инструкций. Достоинства машинного языка это:

Сравнительно высокая производительность при написании короткой программы;
Минимальный объемзанимаемой программной памяти;
Ввод результатов в устройство подготовки данных

К недостаткам относится:

Большая трудоёмкость и низкая производительность при написании программ;
Высокая вероятность ошибок и сложность их выявления;
Трудности развития и сокращения написанных ранее программ.

Программа, написанная на машинном языке, представляет собой серию чисел с вкраплениями других чисел, являющих собой или параметры, контролирующие действия, или данные, на основе которых эти действия выполняются. Машинные языки различны для разных типов компьютеров. Поэтому говорят, что машинные языки машинно-зависимы. Машинные языки неудобны для человека и тяжело им воспринимаются. Программирование на них слишком медленно и утомительно. Это языки самого нижнего уровня. Считается, чем ближе к машине, тем ниже уровень языка

1.1.2. Языки символьного кодирования

Продолжим рассказ о командных языках, Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и Машинные языки (МЯ), являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.

1.1.3. Автокод

Языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд, называются Автокоды.

Автокод наряду с символическими аналогами машинных команд, из которых состоит мнемокод, допускает также использование макрокоманд, не имеющих прямых аналогов в машинном языке. При трансляции каждая макрокоманда заменяется группой команд машинного языка. Применение макрокоманд сокращает программу, повышает производительность программиста.

Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составлены на языках типа Ассемблер [1,4,13].

1.1.4. Макрос

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму - называется Макрос (средство замены).

В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста.

Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

1.2. Языки програмирования высокого уровня

Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Высокоуровневые языки программирования были разработаны для платформенной независимости сути алгоритмов. Зависимость от платформы перекладывается на инструментальные программы — трансляторы, компилирующие текст, написанный на языке высокого уровня, в элементарные машинные команды (инструкции). Поэтому, для каждой платформы разрабатывается платформенно-уникальный транслятор для каждого высокоуровневого языка, например, переводящий текст, написанный на Delphi в элементарные команды микропроцессоров семейства x86.

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами программируемыми устройствами и оборудованием, и, в идеале, не требует модификации исходного кода (текста, написанного на высокоуровневом языке) для любой платформы.

Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.

Примеры: C, C++, C#, Delphi, Fortran, Java, JavaScript, Лисп, Паскаль, PHP. Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинстве из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п.

1.2.1. Императивные языки

Процедурное (императивное) программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 40-х годах. Теоретической моделью процедурногопрограммирования служит алгоритмическая система под названием «машина Тьюринга».

Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов(инструкций), задающих процедуру решения задачи. Основным является оператор присваивания, служащийдля изменения содержимого областей памяти. Концепция памяти как хранилища значений, содержимоекоторого может обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивномпрограммировании.

Выполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразованияисходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты. Таким образом, с точки зрения программиста имеются программа и память, причем первая последовательнообновляет содержимое последней.

К процедурнам языкам прогромирования относится:

Pascal; C; Ada; PL/1; Fortan; Basic; Focal

1.2.2. Декларативные языки

Декларати́вное программи́рование — это парадигма программирования, в которой задаётся спецификация решения задачи, то есть описывается, что представляет собой проблема и ожидаемый результат. Противоположностью декларативного является императивное программирование, описывающее на том или ином уровне детализации, как решить задачу и представить результат. В общем и целом, декларативное программирование идёт от человека к машине, тогда как императивное — от машины к человеку. Как следствие, декларативные программы не используют понятия состояния, то есть не содержат переменных и операторов присваивания.

Наиболее близким к «чисто декларативному» программированию является написание исполнимых спецификаций. В этом случае программа представляет собой формальную теорию, а её выполнение является одновременно автоматическим доказательством этой теории, и характерные для императивного программирования составляющие процесса разработки (проектирование, рефакторинг, отладка и др.) в этом случае исключаются: программа проектирует и доказывает сама себя.

К подвидам декларативного программирования также зачастую относят функциональное и логическое программирование — несмотря на то, что программы на таких языках нередко содержат алгоритмические составляющие, архитектура в императивном понимании (как нечто отдельное от кодирования) в них также отсутствует: схема программы является непосредственно частью исполняемого кода.

На повышение уровня декларативности нацелено языково-ориентированное программирование.

«Чисто декларативные» компьютерные языки зачастую не полны по Тьюрингу — так как теоретически не всегда возможно порождение исполняемого кода по декларативному описанию. Это иногда приводит к спорам о корректности термина «декларативное программирование» (менее спорным является «декларативное описание решения» или, что то же самое, «декларативное описание задачи»).