Файл: Классификация языков программирования высокого уровня (алгоритмические языки программирования).pdf

Введение

Информатика (ср. нем. Informatik, фр. Informatique, англ. computer science — компьютерная наука— в США, англ. computing science — вычислительная наука — в Великобритании) — наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

В настоящее время, во всем мире, наряду с языками высокого программирования, такими как: Фортран, Алгол, Си, С++, Java и др. особое место занимает Паскаль. Популярности среди программистов он обязан, прежде всего, своей простоте, универсальности и удобству работы в нем. Язык программирования Паскаль используется уже более тридцати лет. На сегодняшний день создано семь версий.

Объектом исследования курсовой работы являются языки программирования высокого уровня. Первая глава нашей работы посвящена сравнительному анализу наиболее распространенных языков, их классификации, описанию их достоинств и недостатков. Создание пользовательских меню является одной из наиболее важных проблем при разработке пользовательского интерфейса. Именно поэтому изучение этого аспекта программирования является особенно актуальным при написании современных программ на языках высокого уровня.

Таким образом, целью данной работы является раскрытие теоретических аспектов рассматриваемой темы, а также приобретение практических навыков использования процедур и функций на примере реализации конкретной задачи.

Алгоритмические языки программирования

Основными понятиями в алгоритмических языках являются:

Программирование - это теоретическая и практическая деятельность решения задачи средствами конкретного языка программирования и оформления полученных результатов.

Программа - это последовательность инструкций, предназначенных для выполнения компьютером.

Имена (идентификаторы) -последовательность символов для обозначения объектов программы (переменных, массивов, функций и др.).

Операции - это способ обработки данных, который приводит к вычислению нового данного результата.

Операций существует несколько типов:

-Арифметические : сложение "+" ; вычитание "-" ; умножение "*" ; деление"/" и другие;

-Логические : операции "логическое и" ; "логическое или" ; "логическое не" и другие;

-Операции отношений: меньше "<" ; больше ">" ; равно "=" и другие;

-Операции конкатенации : символьных значений друг с другом, изображается "+".

Ключевые слова - это слова языка, имеющие строго определенное значение, которые могут использовать в качестве идентификатора.

Данные - величины, обрабатываемые программой и имеет три основных вида (константы, переменные и массивы).

Константы - это данные, которые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе ее выполнения.

Переменные - это данные, которые могут изменять свои значения в ходе выполнения программы.

Массивы - это последовательность однотипных элементов, число которых фиксировано и которым присвоено одно имя.

Выражение - это элементы языка, которые предназначаются для выполнения необходимых вычислений, состоящие из констант, переменных, указателей функций, объединенных знаками операций.

Выражения бывают - арифметические, логические, строковые.

Строковые - это тексты.

Арифметические - арифметические выражения служат для определения одного числового значения

Логические - описывают некоторые условия, которые могут удовлетворяться или не удовлетворяться. То есть принимать два значения - "истина" или "ложь"

Оператор - это элемент языка, который задает полное описание некоторого действия, которое необходимо выполнить. Оператор так же наиболее крупное и содержательное понятие языка : каждый оператор представляет собой законченную фразу языка программирования и определяет некоторый вполне законченный этап обработки данных.

Стандартная функция - подпрограмма, заранее встроенная в транслятор языка для вычисления часто употребляемых функций.

Подпрограмма - это последовательность операторов, которые определены и записаны только в одном месте программы, однако их можно вызвать для выполнения из одной или нескольких точек программы.

Функция - это программная единица, которая может быть употреблена в выражении.

Подпрограммы и функции позволяют создавать большие структурированные программы, которые модно делить на части. Это дает преимущества в следующих ситуациях:

1. Если программа большая, разделение ее на части облегчает создание тестирования и ее сборку.

2. Если программа большая и повторная компиляция всего исходного текста занимает много времени, разделение ее на части экономит время компиляции.

3. Если процедуру надо использовать в разных случаях разным образом, можно записать ее в отдельный файл и скомпилировать отдельно.

История и классификация языков программирования.

Первые языки программирования были довольно примитивны и мало чем отличались от формализованных упорядоченных последовательностей единиц и нулей, понятных компьютеру.

Для того, чтобы облегчить общение человека с ЭВМ были созданы языки программирования. Переменные величины стали изображаться символическими именами. Числовые коды операций заменились на мнемонические обозначения, которые легче запомнить. Язык программирования приблизился к человеческому языку и отдалился от языка машинных команд.

Один из первых языков программирования – Фортран (Formula Translation) был создан в середине 50-х годов. Благодаря своей простоте и тому, что на этом языке накоплены большие библиотеки программ Фортран и в наши дни остается одним из самых распространенных. Он используется для инженерных и научных расчетов, для решения задач физики и других наук с развитым математическим аппаратом.

В 1968 г. был объявлен конкурс на лучший язык программирования для обучения студентов. Для этого конкурса Никлаус Вирт создал язык Паскаль, достаточно простой, удобный, с наличием мощных средств структурирования данных. Хотя Паскаль был разработан как язык для обучения программированию, он впоследствии получил широкое развитие и в настоящее время считается одним из самых используемых языков.

Расширение областей применения ЭВМ влечет за собой создание языков, ориентированных на новые сферы применения: Снобол – алгоритмический язык для обработки текстовой информации, Лисп - алгоритмический язык для обработки символов.

Необходимость разработки больших программ, управляющих работой ЭВМ, потребовала создания специального языка программирования СИ в начале 70-х г. Он является одним из универсальных языков программирования. В отличии от Паскаля, в нем заложены возможности непосредственного обращения к некоторым машинным командам и к определенным участкам памяти компьютера. Си широко используется как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ.

Си – это язык программирования общего назначения, хорошо известный своей эффективностью, экономичностью, и переносимостью.

Широкое распространение в школах в качестве обучающего языка получил язык Бейсик, позволяющий взаимодействовать с ЭВМ в режиме непосредственного диалога. Спустя много лет после изобретения Бейсика, он и сегодня самый простой для освоения из десятков языков общецелевого программирования. Для обучения младших школьников Самуэлем Пайпертом был разработан язык Лого. Он отличается простотой и богатыми возможностями.

Появление функционального программирования привело к созданию языка Пролог - этот язык программирования разрабатывался для задач анализа и понимания естественных языков на основе языка формальной логики и методов автоматического доказательства теорем.

В 80-х г. 20 века был создан язык Ада - этот язык в дополнение к классическим свойствам, обеспечивает программирование задач реального времени и моделирования параллельного решения задач.

Существуют различные классификации языков программирования. По наиболее распространенной классификации все языки программирования делят на языки низкого, высокого и сверхвысокого уровня.

Фортан, Алгол, Кобол, Паскаль, Бейсик, Си, Пролог

Эти языки машинно-независимы, т.к. они ориентированы не на систему команд той или иной ЭВМ, а на систему операндов, характерных для записи определенного класса алгоритмов. Однако программы, написанные на языках высокого уровня, занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках

Высокий уровень

Языки высокого уровня в современном мире

C, C++, Pascal, Delphi, Visual Basic, Java, Python, PHP, Ruby, Perl

И эти языки делятся на интерпретируемые и компилируемые:

Компилируемые: C, C++, Паскаль, Delphi

Интерпретируемые: Visual Basic, Java, Python, PHP, Ruby, Perl

Компилируемые языки выдают в результате исполняемый модуль, например EXE файл, он получается из исходного кода программы путем компиляции, то есть исходный код на языке высокого уровня автоматически обрабатывается компилятором и переводится в машинный код, который (вместе с данными) и записывается внутрь исполняемого файла.

Интерпретируемый язык не оформляется в исполняемый файл, он всегда остается в виде исходного кода, в данном случае исходный код получает название Скрипт. Скрипт последовательно выполняется (команда за командой) на виртуальной машине самого языка программирования. Таким образом, для выполнения программы, на компьютере должна находиться соответствующая виртуальная машина, которая выполнит данный скрипт. Естественно, это негативно влияет на быстродействие программы, но зато сам скрипт становится кроссплатформенным.

Фортран

Фортран (Fortran) — первый реализованный язык программирования высокого уровня (после Планкалкюля), правда, с одной небольшой оговоркой — для машин, построенных по классической схеме фон Неймана. Создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса (John Backus) в корпорации IBM. Через пару лет начались его коммерческие поставки. До этого программирование велось либо непосредственно в машинных кодах, либо на символических ассемблерах. Название Fortran является аббревиатурой от FORmula TRANslator, то есть, переводчик формул.

Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана — большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм. Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавались на протяжении десятилетий и популярны по сей день (главным образом в научной среде).

Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.

Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003) приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых вычислительных архитектур; позволяет применять современные технологии программирования, в частности, ООП.

Бейсик

Бе́йсик — семейство высокоуровневых языков программирования.

Синтаксис языка напоминает Фортран и многие элементы — явные заимствования из него. Язык задумывался для обучения, поэтому его конструкции максимально просты. Как и в других языках программирования, ключевые слова взяты из английского языка. Основных типов данных два: строки и числа. С появлением версии Visual Basic, а также различных его модификаций (таких как VBA), в языке появились многие другие типы данных и дополнения, типичные для современных языков программирования (например, такие, как объектная модель). Объявление переменных не требует специальной секции (в отличие от Паскаля). Объявление переменной — это первое её использование.Одним из наиболее распространённых вариантов языка Бейсик стала реализация интерпретатора QBasic корпорации Microsoft. Долгие годы она включалась как бесплатное приложение, входящее в операционные системы MS-DOS и ранних Windows. В нём имелись довольно мощные графические и звуковые возможности, позволяющие создавать на этом языке даже игры.Бейсик поздних версий (начиная с Turbo Basic и Visual Basic) резко отличается от ранних вариантов. Фактически, это новый язык, который во многом ближе к Фортрану или Паскалю, чем к исходному Бейсику. Основные изменения версий 1990-х годов состоят в следующем: