Файл: Обзор языков программирования высокого уровня (Обзор Delphi.).pdf

Первым языком логического программирования был язык Planner, он был разработан Карлом Хьюитом в Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетсского технологического института в 1969 г. В этом языке была заложена возможность автоматического вывода (получения) результата из данных и заданных правил путем перебора вариантов (совокупность которых называлась планом). Но самым известным языком логического программирования является ПРОЛОГ, который был создан во Франции в Марсельском университете в 1971 г. Аленом Кольмеро (рисунок 3).

Рисунок 3 Ален Кольмеро

Программа на языке ПРОЛОГ содержит две составные части: факты и правила. Факты представляют собой данные, с которыми оперирует программа, а совокупность фактов составляет базу данных ПРОЛОГа, которая, по сути, является реляционной базой данных. Основная операция, выполняемая над данными, – это операция сопоставления, называемая также операцией унификации или согласования. Правила состоят из заголовка и подцелей. Выполнение программы, написанной на ПРОЛОГе, начинается с запроса и состоит в доказательстве истинности некоторого логического утверждения в рамках заданной совокупности фактов и правил. Алгоритм этого доказательства (алгоритм логического вывода) и определяет принципы исполнения программы, написанной на ПРОЛОГе^[11].

В отличие от программ, составленных на языках процедурного типа, предписывающих последовательность шагов, которые должен выполнять компьютер для решения задачи, на ПРОЛОГе программист описывает факты, правила, отношения между ними, а также запросы по проблеме.

Возможности применения языка ПРОЛОГ весьма обширны. Среди наиболее известных – применение в символической математике, планировании, автоматизированном проектировании, построении компиляторов, базах данных, обработке текстов на естественных языках. Но, наверное, самое характерное применение ПРОЛОГа – это экспертные системы.

На сегодняшний день существует целый класс логических языков; так, от языка Planner также произошли логические языки программирования QA–4, Popler, Conniver и QLISP. Языки программирования Mercury, Visual Prolog, Oz и Fril произошли уже от языка Prolog.

Функциональные языки

Первым языком функционального типа является язык ЛИСП, созданный в Массачусетсском технологическом институте в 1956–1959 гг. Джоном Маккарти (рисунок 4), который в 1956 г. на Дармутской конференции (США) впервые предложил термин «искусственный интеллект».

---

Рисунок 4 Джон Маккарти

И хотя до сих пор не утихают споры вокруг этого термина и развившегося научного направления в его рамках, исследователи единодушны в использовании функциональных и логических языков для данной области. Значительное число работ по искусственному интеллекту реализовано на ЛИСПе^[12].

После своего появления ЛИСПу присваивали много эпитетов, отражающих его черты: язык функций, символьный язык, язык обработки списков, рекурсивный язык. С позиций сегодняшней классификации ЛИСП определяется как язык программирования функционального типа, в основу которого положен метод –исчисления (метод –исчисления разработан в 30–е годы прошлого столетия А.Черчем в качестве строгой математической модели для вычислимых функций, см. «Теория алгоритмов»).

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^[13].

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^[14].

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^[15].

---

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.

Глава 2. Обзор языков программирования высокого уровня

2.1 Обзор C++

С++ является расширением языка С. С представляет собой гибкий и мощный язык программирования, использовавшийся для разработки наиболее важных программных продуктов в течение прошедших лет. Однако, как только проект превышает определенные размеры, возможности применения языка С достигают своих границ. В зависимости от проекта, программы размером от 25000 до 100000 строк оказываются трудными для разработки и управления потому, что их трудно охватить целиком. Работая в Bell Laboratories в Murray Hill, штат Нью–Джерси, Бьярн Страуструп (Bjarne Stroustrup) добавил к языку С несколько расширений с целью решить эту проблему. Первоначально язык назывался «С с классами». Это название было заменено на С++ в 1983 году^[16].

Большинство сделанных Страуструпом добавлений к С поддерживают объектно–ориентированное программирование (далее – ООП), которое иногда сокращенно называют ООП. В следующем разделе будут кратко изложены основные концепции объектно–ориентированного программирования. Как отмечает Страуструп, целый ряд объектно–ориентированных концепций был добавлен в С++, основываясь на языке Симула–67. Поэтому С++ представляет собой смесь двух мощных программных методов.

С момента своего возникновения С++ подвергался серьезным ревизиям трижды, первый раз в 1985 году, второй – в 1989 году. Третий пересмотр языка произошел в связи с работой над стандартом ANSI для С++. Первая версия предложенного стандарта была создана к 25 января 1994 года^[17]. Комитет ANSI по языку С++ практически сохранил все черты языка, определенные Страуструпом, и добавил несколько новых. Процесс стандартизации обычно является достаточно медленным, и стандартизация С++ не является исключением.

---

Изобретая С++ путем добавления к языку С поддержки объектно–ориентированного программирования, Страуструп представлял всю важность сохранения философии языка С, включая его эффективность, гибкость и то, что именно программист, а не язык отвечает за разрабатываемое программное обеспечение. Как будет видно, справиться с этой задачей было нелегко. С++ обеспечивает всю свободу языка С одновременно с мощью объектов. Как отмечал Страуструп, С++ позволяет добиться ясности, расширяемости и легкости сопровождения за счет структуризации причем без потери эффективности.

Хотя первоначально С++ был нацелен на работу с очень большими программами, это не ограничивает его применение. Фактически объектно–ориентированные атрибуты языка С++ могут быть эффективно применены фактически к любой задаче программирования. Этот язык часто используется для таких проектов, как создание редакторов, баз данных, персональных систем работы с файлами и коммуникационных программ. Благодаря тому, что С++ унаследовал эффективность языка С, с его помощью разрабатывается высокопроизводительное программное обеспечение^[18].

Поскольку С++ является надмножеством С, то большинство программ на языке С являются также программами и на языке С++. (Имеется несколько небольших различий между С и С++, благода­ря которым некоторые типы программ на языке С не будут компилироваться компилятором язы­ка С++. Можно писать программы на С++, которые выглядят в точности как программы на языке С, но в таком случае не будут использоваться пре­имущества, предоставляемые С++–программистам. Кроме того, большинство программистов, пи­шущих на языке С++, используют стиль и некоторые особенности написания программ, которые присущи только С++.

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.

---

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^[19].

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.

Конструктор наследника вызывает конструкторы базовых классов, а затем конструкторы нестатических членов–данных, являющихся экземплярами классов. Деструктор работает в обратном порядке^[20].

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^[21].

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.

---