Файл: Стандартизация языков программирования.pdf

Сейчас в среде разработчиков считается, что языки программирования, которые имеют прямой доступ к памяти и регистров или имеют ассемблерные вставки, нужно считать языками программирования с низким уровнем абстракции. Поэтому большинство языков, считавшихся языками высокого уровня до 2000 года сейчас уже таковыми не считаются.

Адресный язык программирования

Фортран

Кобол

Алгол

Pascal

Pascal ABC

Java

Basic

C++

Objective-С

Smalltalk

Delphi

Недостатком некоторых языков высокого уровня является большой размер программ в сравнении с программами на языках низкого уровня. С другой стороны, для алгоритмически и структурно сложных программ при использовании суперкомпиляции преимущество может быть на стороне языков высокого уровня. Сам текст программ на языке высокого уровня меньше, однако, если взять в байтах, то код, изначально написанный на ассемблере, будет более компактным. Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработки программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объем памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

Используемые символы

Современные языки программирования рассчитаны на использование ASCII, то есть доступность всех графических символов ASCII является необходимым и достаточным условием для записи любых конструкций языка. Управляющие символы ASCII используются ограниченно: допускаются только возврат каретки CR, перевод строки LF и горизонтальная табуляция НТ (иногда также вертикальная табуляция VT и переход к следующей странице FF).

Подробнее по этой теме см.: Переносимый набор символов.

Ранние языки, возникшие в эпоху 6-битных символов, использовали более ограниченный набор. Например, алфавит Фортрана включает 49 символов (включая пробел): ABCDEF GHIJKLMNOPQRSTUVW XYZ0123456789 = + -* / ().,$':

Заметным исключением является язык APL, в котором используется очень много специальных символов.

Использование символов за пределами ASCII (например, символов KOI8-R или символов Юникода) зависит от реализации: иногда они разрешаются только в комментариях и символьных/строковых константах, а иногда и в идентификаторах. В СССР существовали языки, где все ключевые слова писались русскими буквами, но большую популярность подобные языки не завоевали (исключение составляет Встроенный язык программирования 1 С: Предприятие).

Подробнее по этой теме см.: Языки программирования с ключевыми словами не на английском.

Расширение набора используемых символов сдерживается тем, что многие проекты по разработке программного обеспечения являются международными. Очень сложно было бы работать с кодом, где имена одних переменных записаны русскими буквами, других — арабскими, а третьих — китайскими иероглифами. Вместе с тем, для работы с текстовыми данными языки программирования нового поколения (Delphi 2006, С#, Java) поддерживают Unicode.

Категории языков программирования

Функциональные

Процедурные (императивные)

Стековые

Аспектно-ориентированные

Декларативные

Динамические

Учебные

Описания интерфейсов

Прототипные

Объектно-ориентированные

Рефлексивные (то есть поддерживающие отражение)

Логические

Скриптовые (сценарные)

Эзотерические

Функциональное программирование

Функциональное программирование объединяет разные подходы к определению процессов вычисления на основе достаточно строгих абстрактных понятий и методов символьной обработки данных. Сформулированная Джоном Мак-Карти (1958) концепция символьной обработки информации компьютером восходит к идеям Черча и других математиков, известным как лямбда-исчисление с конца 20-х годов XX века. Выбирая лямбда-исчисление как теоретическую модель, Мак-Карти предложил рассматривать функции как общее базовое понятие, к которому достаточно естественно могут быть сведены все другие понятия, возникающие при программировании. Существуют различия в понимании функции в математике и функции в программировании, вследствие чего нельзя отнести Си-подобные языки к функциональным, использующим менее строгое понятие. Функция в математике не может изменить вызывающее её окружение и запомнить результаты своей работы, а только предоставляет результат вычисления функции.

Программирование с использованием математического понятия функции вызывает некоторые трудности, поэтому функциональные языки, в той или иной степени предоставляют и императивные возможности, что ухудшает дизайн программы (например возможность безболезненных дальнейших изменений). Дополнительное отличие от императивных языков программирования заключается в декларативности описаний функций. Тексты программ на функциональных языках программирования описывают «как решить задачу», но не предписывают последовательность действий для решения. Первым спроектированным функциональным языком стал Лисп. Он был предложен Джоном Мак-Карти в качестве средства исследования границ применимости компьютеров, в частности, методом решения задач искусственного интеллекта. Лисп послужил эффективным инструментом экспериментальной поддержки теории программирования и развития сферы его применения. Вариант данного языка широко используется в системе автоматизированного проектирования AutoCAD и называется AutoLISP

В качестве основных свойств функциональных языков программирования обычно рассматриваются следующие:

краткость и простота;

Программы на функциональных языках обычно намного короче и проще, чем те же самые программы на императивных языках.

Пример (быстрая сортировка Хоара на абстрактном функциональном языке):

quicksort ([]) = []

quicksort ([h : t]) = quicksort (n | n t, n <= h) + [h] + quicksort (n | n t, n

> h)

строгая типизация;

В функциональных языках большая часть ошибок может быть исправлена на стадии компиляции, поэтому стадия отладки и общее время разработки программ сокращаются. Вдобавок к этому строгая типизация позволяет компилятору генерировать более эффективный код и тем самым ускорять выполнение программ.

модульность;

Механизм модульности позволяет разделять программы на несколько сравнительно независимых частей (модулей) с чётко определёнными связями между ними. Тем самым облегчается процесс проектирования и последующей поддержки больших программных систем. Поддержка модульности не является свойством именно функциональных языков программирования, однако поддерживается большинством таких языков.

функции — объекты вычисления;

В функциональных языках (равно как и вообще в языках программирования и математике) функции могут быть переданы другим функциям в качестве аргумента или возвращены в качестве результата. Функции, принимающие функциональные аргументы, называются функциями высших порядков или функционалами.

чистота (отсутствие побочных эффектов);

В чистом функциональном программировании оператор присваивания отсутствует, объекты нельзя изменять и уничтожать, можно только создавать новые путем декомпозиции и синтеза существующих. О ненужных объектах позаботится встроенный в язык сборщик мусора. Благодаря этому в чистых функциональных языках все функции свободны от побочных эффектов.

отложенные (ленивые) вычисления.

В традиционных языках программирования (например, C++) вызов функции приводит к вычислению всех аргументов. Этот метод вызова функции называется вызов-по-значению. Если какой-либо аргумент не использовался в функции, то результат вычислений пропадает, следовательно, вычисления были произведены впустую. В каком-то смысле противоположностью вызова-по-значению является вызов-по-необходимости (ленивые вычисления). В этом случае аргумент вычисляется, только если он нужен для вычисления результата.

Некоторые языки функционального программирования Лисп

Common Lisp

Scheme

Clojure

Hope

Miranda

Haskell

Curry

Clean

Gofel

Standard ML Objective С AML Harlequin's ML Works

Scala

Nemerle

Erlang

Пифагор

Рефал

Процедурное программирование

Процедурное программирование — программирование на императивном языке, при котором последовательно выполняемые операторы можно собрать в подпрограммы, то есть более крупные целостные единицы кода, с помощью механизмов самого языка.

Процедурное программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 1940-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит абстрактная вычислительная система под названием машина Тьюринга.

Процедурный язык программирования предоставляет возможность программисту определять каждый шаг в процессе решения задачи. Особенность таких языков программирования состоит в том, что задачи разбиваются на шаги и решаются шаг за шагом. Используя процедурный язык, программист определяет языковые конструкции для выполнения последовательности алгоритмических шагов.

Процедурные языки программирования:

Ada (язык общего назначения)

Алгол 60 Алгол 68

Basic (до появления Visual Basic)

Си

КОБОЛ

Фортран

Модула-2

HAL/S

Pascal

PureBasic

ПЛ/1

Рапира

REXX

Стековый язык программирования

Стековый язык программирования (англ. stack-oriented programming language) — это язык программирования, в котором для передачи параметров используется машинная модель стека. Этому описанию соответствует несколько языков, в первую очередь Forth и PostScript, а также многие ассемблерные языки (использующие эту модель на низком уровне — Java, С#). При использовании стека, в качестве основного канала передачи параметров между словами, элементы языка, естественным образом, образуют фразы (последовательное сцепление). Это свойство сближает данные языки с естественными языками.

Выполнение программы в стековом языке программирования представляет собой операции на одном или нескольких стеках, которые могут иметь различное предназначение. Вследствие этого программные конструкции других языков программирования должны быть изменены, прежде чем они могут быть использованы в стековом языке. Стековые языки программирования используют так называемую «обратную польскую» нотацию (англ. RPN, reverse polish notation), или постфиксную нотацию, в которой аргументы или параметры команды должны быть записаны перед самой командой. Например, в обратной польской нотации операция сложения записывается как «2 3 +», а не «+ 2 3» (префиксная или «польская» нотация) или «2 + 3» (инфиксная нотация). Это позволяет использовать, в полной мере, стековые языки при ограниченных аппаратных ресурсах памяти в контроллерах встроенных систем.

Аспектно-ориентированное программирование

Аспектно - ориентированное программирование (АОП) — парадигма программирования, основанная на идее разделения функциональности для улучшения разбиения программы на модули.

Методология АОП была предложена группой инженеров исследовательского центра Xerox PARC под руководством Г регора Кичалеса (Gregor Kiczales). Ими же было разработано аспектно-ориентированное расширение для языка Java, получившее название AspectJ — (2001 год).

Обоснование

Существующие парадигмы программирования — процедурное, модульное, объектно-ориентированное программирование (ООП) и предметно-ориентированное проектирование — предоставляют определённые способы для разделения и выделения функциональности: функции, модули, классы, но некоторую функциональность с помощью предложенных методов невозможно выделить в отдельные сущности. Такую функциональность называют сквозной (от англ. scattered — разбросанный или англ. tangled — переплетённый), так как её реализация распределена по различным модулям программы. Сквозная функциональность приводит к рассредоточенному и запутанному коду, сложному для понимания и сопровождения.

Ведение лога и обработка исключений — типичные примеры сквозной функциональности. Другие примеры: трассировка; аутентификация и

проверка прав доступа; контрактное программирование (в частности, проверка пред- и постусловий). Для программы, написанной в парадигме ООП, любая функциональность, по которой не была проведена декомпозиция, является сквозной.

Основные концепции

Все языки АОП предоставляют средства для выделения сквозной функциональности в отдельную сущность. Так как AspectJ является родоначальником этого направления, используемые в этом расширении концепции распространились на большинство языков АОП.

Основные понятия АОП:

Аспект (англ. aspect) — модуль или класс, реализующий сквозную функциональность. Аспект изменяет поведение остального кода, применяя совет в точках соединения, определённых некоторым срезом.

Совет (англ. advice) — средство оформления кода, которое должно быть вызвано из точки соединения. Совет может быть выполнен до, после или вместо точки соединения.

Точка соединения (англ. join point) — точка в выполняемой программе, где следует применить совет. Многие реализации АОП позволяют использовать вызовы методов и обращения к полям объекта в качестве точек соединения.