Файл: Современные языки программирования и их функции.pdf

Современные тенденции

Развитие языка программирования продолжается, и в промышленности и в исследовании. Некоторые современные тенденции включают:

• Увеличение поддержки функционального программирования на господствующих языках, используемых коммерчески, включая чистое функциональное программирование для того, чтобы сделать кодекс легче рассуждать об и легче найти что-либо подобное (и в микро - и в макро - уровни)
• Конструкции, чтобы поддержать параллельное и распределенное программирование.
• Механизмы для добавления безопасности и проверки надежности на язык: расширенная статическая проверка, зависимая печать, контроль за потоком информации, статическая безопасность нити.
• Альтернативные механизмы для модульности: mixins, делегаты, аспекты.
• Ориентированная на компонент разработка программного обеспечения.
• Метапрограммирование, отражение или доступ к абстрактному дереву синтаксиса
• Увеличенный акцент на распределение и подвижность.
• Интеграция с базами данных, включая XML и реляционные базы данных.
• Поддержка Unicode так, чтобы исходный код (текст программы) не был ограничен теми знаками, содержавшимися в кодировке ASCII; разрешение, например, использование не латинские основанные подлинники или расширенная пунктуация.
• XML для графического интерфейса (XUL, XAML).
• Открытый источник как философия развития для языков, включая коллекцию компилятора ГНУ и недавние языки, такие как Питон, Рубин и Писк.
• AOP или Аспект Ориентированные Программные разработчики разрешения, чтобы закодировать местами в кодексе расширили поведения.
• В широком масштабе найдите что-либо подобное языкам для кодирования 2 000 графики процессора GPU обработка единиц и суперкомпьютерных множеств.

2. Виды языков программирования

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.

Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) — язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).

Языки программирования низкого уровня

Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в более понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы - трансляторы.

Рисунок 1. Пример машинного кода и представления его на ассемблере

Трансляторы делятся на:

компиляторы - превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и затем использовать уже без компилятора (примером являются исполняемые файлы с расширением *. exe);

интерпретаторы - превращают часть программы в машинный код, выполняют 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 ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия имеются 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, телефонов содержат существенные различия.

Преимущества:

С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Недостатки:

Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство микропроцессорной системы, для которой создается программа. Так, если программа создается для компьютера, нужно знать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора;

результирующая программа не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора;

значительное время разработки больших и сложных программ.

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.

Языки программирования высокого уровня

Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül, разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942—1946 годах. Однако транслятора для него не существовало до 2000 г. Первым в мире транслятором языка высокого уровня является ПП (Программирующая Программа), он же ПП-1, успешно испытанный в 1954 г. Транслятор ПП-2 (1955 г., 4-й в мире транслятор) уже был оптимизирующим и содержал собственный загрузчик и отладчик, библиотеку стандартных процедур, а транслятор ПП для ЭВМ Стрела-4 уже содержал и компоновщик (linker) из модулей. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).

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 и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.

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#, Java, Python, PHP, Ruby, Perl, Паскаль, Delphi, Lisp. 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. Недостатком языков высокого уровня является больший размер программ по сравнению с программами на языке низкого уровня. Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработок программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объем памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

В основе императивных языков лежат несколько важных идей, в их числе представление действий в виде математических формул, концепция типа данных и теорема о структурном преобразовании.

Пpогpамма на императивном языке стpоится из функций (подпpогpамм). Пpогpаммы на языке ассемблеpа тоже могут состоять из подпpогpамм и в этом нет ничего нового, но языки высокого уpовня позволяют не думать о таких вопpосах как оpганизация вызовов, пеpедача исходных данных и возвpат pезультатов. Описание функции состоит из имени, списка паpаметpов (исходных данных), типа pезульта и действий, пpиводящих к получению этого pезультата. Одна из функций пpогpаммы является главной, ее выполнение и есть pабота пpогpаммы.

Простой пример - функция, вычисляющая синус числа. Она может называться sin, ее исходные данные состоят из одного вещественного числа, pезультат - тоже вещественное число, получаемое путем суммиpования отpезка известного бесконечного pяда (или выполнения команды fsin математического сопроцессора).

Если для выполнения необходимых действий нужно где-то хpанить пpомежуточные pезультаты, внутpи функции помещаются специальные описания, содеpжащие имена переменных и, возможно, другую информацию. Адpеса ячеек опеpативной памяти будут назначены им автоматически. В некоторых языках внутри функций также могут содержаться определения констант и типов. В Pascal-подобных языках функция подобна программе и может включать определения не только констант, типов и переменных, но и других функций.

Объявление данных пpедставляет собой список именованных объектов. Эти объекты называются пеpеменными. В ряде языков должен задаваться тип переменной, определяющий необходимый для ее pазмещения объем памяти и набоp опеpаций, в котоpых она может участвовать. Но это не обязательно так, существуют языки, в которых тип переменной не задается и может меняться по ходу выполнения программы.

Обычно языки пpогpаммиpования пpедоставляют достаточно огpаниченный набоp пpедопpеделенных типов пеpеменных и сpедства создания новых типов. Пpедопpеделены некотоpые из следующих типов:

• натуpальные и целые числа pазличной pазpядности;
• вещественные числа;
• символы - буквы, цифpы, знаки аpифметических действий и пp.;
• стpоки символов;
• логические значения;
• указатели

Преимущества и недостатки языка высокого уровня:

Главными преимуществами языков высокого уровня принято считать более понятный человеку код и возможность переноса программ с одного процессора на другой. Хотя последнее утверждение очень спорно, тем не менее, при выполнении определенных условий перенос программы все же возможен. Также сильно упрощается реализация многих стандартных функций и появляется аппаратная независимость языка. Последние обстоятельства, фактически и придают такую высокую привлекательность языкам высокого уровня.

При всех достоинствах у языков высокого уровня имеются и недостатки. Самый серьезный из них определяется увеличенным объемом машинного кода, по сравнения с реализацией того же алгоритма на ассемблере. Фактически, больший объем является платой за универсальность и простоту разработки программ. Несколько снижают остроту проблемы рост памяти микроконтроллеров и увеличение их быстродействия. Другие, традиционно называемые недостатки, такие как высокая стоимость компиляторов и сложность отладки, также постепенно нивелируются, в виду развития техники.

Рисунок 2. Модель языков программирования

3. ТОП современных языков программирования

Разработчики программного обеспечения пользуются огромным спросом в настоящее время. В некоторых компаниях даже стажеры-программисты получают высокую зарплату. ИТ-компании борются друг с другом за талантливые кадры.
А кадры, в свою очередь борются за место под солнцем. Успех тех и других будет зависеть от того, насколько хорошо у них получается держать руку на пульсе, быть в тренде, использовать перспективные технологии и языки программирования. Чтобы понять, на что ориентироваться и в каком направлении идти, разработчики ПО и их работодатели изучают различные исследования и рейтинги популярности – будь то бизнес-модели или те же технологии и языки программирования. 
Однако некоторые игроки ИТ-рынка оказались предприимчивыми и создали проекты, посвященные ранжированию и трендам. К примеру, на этой неделе GitHub опубликовал собственный рейтинг 15 самых популярных языков программирования.