Файл: Современные языки программирования (Машинный язык).pdf

2.2 Паскаль

Паскаль — язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применялся в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для ряда других языков. Язык назван в честь философа Блеза Паскаля.

Паскаль был создан Никлаусом Виртом в 1968-69 годах. Он был опубликован в 1970 году Виртом как небольшой и эффективный язык, чтобы способствовать хорошему стилю программирования, использовать структурное программирование и структурированные данные.

Последующая работа Вирта была направлена на создание на основе Паскаля языка системного программирования, с сохранением возможности вести на его базе систематический, целостный курс обучения профессиональному программированию. Результат этой работы — язык Модула-2.

Реализации:

1. В 1978 году в Университете Сан-Диего (Калифорния, США) была разработана система UCSD p-System, включавшая порт виртовского компилятора с языка Паскаль в переносимый p-код, редактор исходных кодов, файловую систему и пр., а также реализовывавшая значительное число расширений языка Паскаль, такие как модули, строки символов переменной длины, директивы трансляции, обработка ошибок ввода-вывода, обращение к файлам по именам и пр. Впоследствии основные реализации языка Паскаль основывались на этом диалекте.
2. В 1986 году фирма Apple Computer разработала объектное расширение языка Паскаль, получив в результате Object Pascal. Он был разработан группой Ларри Теслера, который консультировался с Никлаусом Виртом.
3. В 1989 году объектное расширение языка было добавлено фирмой Borland в Turbo Pascal версии 5.5 (начиная со следующей версии среда была переименована в Borland Pascal). Объектные средства были позаимствованы из Object Pascal от Apple. Почти в то же самое время, что и Borland, Microsoft выпустил свою версию объектно-ориентированного языка Паскаль. Дальнейшее развитие реализации Паскаля от Borland породило Object Pascal от Borland, впоследствии, в ходе развития среды программирования Delphi, получивший одноимённое название.
4. Современные версии Object Pascal. Важным шагом в развитии языка является появление свободных реализаций языка Паскаль Free Pascal и GNU Pascal, которые не только вобрали в себя черты множества других диалектов языка, но и обеспечили чрезвычайно широкую переносимость написанных на нём программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами, Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространёнными диалектами языка, такими как Turbo Pascal (полная совместимость), Delphi и другими. Важным шагом в развитии языка является появление свободных реализаций языка Паскаль Free Pascal и GNU Pascal, которые не только вобрали в себя черты множества других диалектов языка, но и обеспечили чрезвычайно широкую переносимость написанных на нём программ (например GNU Pascal поддерживает более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами, Free Pascal обеспечивает специальные режимы совместимости с различными распространёнными диалектами языка, такими как Turbo Pascal (полная совместимость), Delphi и другими. Кроме того, в Южном федеральном университете разрабатывается язык и система программирования PascalABC.NET, ориентированная на обучение современному программированию. Язык системы — это Object Pascal для платформы Microsoft .NET, который содержит все основные элементы современных языков программирования: модули, классы, перегрузку операций, интерфейсы, исключения, обобщённые классы, сборку мусора, а также некоторые средства параллельного программирования.

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

Тем не менее, первоначально язык имел ряд ограничений: невозможность передачи функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п. Подробный разбор недостатков языка Паскаль того времени был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования» (эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Необходимо заметить, что многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 1970-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. В начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники академик А. П. Ершов разработал алголо-паскалеподобный «алгоритмический язык».

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившая широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой были внедрены значительные расширения языка.

Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal для DOS и Delphi для Windows, стали популярны из-за отсутствия других успешных коммерческих реализаций.

2.3 Фортран

Фортран (Fortran) — первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор. Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появится в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF для параллельных суперкомпьютеров со множеством процессоров.^[2]

Создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM. Название Fortran является акронимом от FORmula TRANslator (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 создавался на протяжении десятилетий и популярен в научной среде по сей день.

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.

Фортран в СССР появился позже, чем на Западе, поскольку поначалу в СССР более перспективным языком считался Алгол. Во внедрении Фортрана большую роль сыграло общение советских физиков (в частности Леонтович А. Л.) со своими коллегами из CERN, где в 1960-х годах почти все расчёты велись с использованием программ на Фортране^[2].

Широкое внедрение Фортрана началось после создания в 1968 году компилятора ФОРТРАН-ДУБНА для машины БЭСМ-6. Фортран — основной язык для АСВТ и СМ ЭВМ, часто использовался вместе с препроцессором РАТФОР. Машины ЕС ЭВМ, появившиеся в 1972 году, уже изначально имели транслятор Фортрана («позаимствованный» с IBM/360 вместе с другим программным обеспечением).

2.4 Бейсик

Бейсик — семейство высокоуровневых языков программирования.

Был разработан в 1963 году профессорами Дартмутского колледжа Томасом Курцем и Джоном Кемени.

Язык предназначался для обучения программированию и получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего как язык для домашних компьютеров.

Предпосылки

До середины 1960-х компьютеры были слишком дорогими машинами, использовавшимися в основном для научно-технических задач и выполнявшими задачи в пакетном, а не интерактивном режиме, и общение с машиной осуществлялось через её оператора.

Языки программирования той поры, как и компьютеры, на которых они использовались, были разработаны для работы с ними обученных технических специалистов и программистов. Поскольку машины были дорогими, то и машинное время было дорого — поэтому на первом месте стояла скорость выполнения программы (скорость счёта).

Однако, в течение 1960-х цены на компьютеры стали падать так, что даже небольшие компании могли их себе позволить; их быстродействие всё увеличивалось и наступило время, когда стало возможно организовать более эффективную непосредственную работу пользователей с компьютерами в режиме разделения времени.

Рождение

Бейсик был придуман в 1963 году преподавателями Дартмутского Колледжа Джоном Кемени и Томасом Курцем. Со временем, когда стали появляться другие диалекты, а изначальную реализацию стали называть Dartmouth BASIC.

Бейсик был спроектирован так, чтобы студенты могли без затруднений писать программы, используя терминалы с разделением времени. Он предназначался для более «простых» пользователей, не столько заинтересованных в скорости исполнения программ, сколько просто в возможности использовать компьютер для решения своих задач не имея специальной подготовки.

При проектировании языка использовались следующие восемь принципов. Новый язык должен:

1. быть простым в использовании для начинающих
2. быть языком программирования общего назначения
3. предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам
4. быть интерактивным
5. предоставлять ясные сообщения об ошибках
6. быстро работать на небольших программах
7. не требовать понимания работы аппаратного обеспечения
8. защищать пользователя от операционной системы

Язык был основан частично на Фортран II и частично на Алгол-60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Первоначально Бейсик был реализован на мейнфрейме GE-265 с поддержкой множества терминалов. Вопреки распространённому убеждению, в момент своего появления это был компилируемый язык.

Взрывной рост

Несмотря на то, что язык уже использовался на нескольких миникомпьютерах, его настоящее распространение началось с его появления на микрокомпьютере Altair 8800. Для машин с таким медленным носителем как бумажная лента (позднее — аудиокассета) и без подходящего текстового редактора такой небольшой язык как Бейсик был отличной находкой.

В 1975 году Microsoft (тогда это были лишь двое — Билл Гейтс и Пол Аллен, при участии Монте Давидова), выпустила Altair BASIC. Затем его версии появились на другой платформе под лицензией и скоро в использовании были уже миллионы копий и вариантов; один из вариантов, Applesoft BASIC, стал стандартным языком на Apple II. Для операционной системы CP/M был создан диалект BASIC-80, надолго определивший развитие языка.

В 1979 году Microsoft обсуждала с несколькими поставщиками компьютеров (включая IBM) лицензирование интерпретатора Бейсик на их машинах. Одна из версий (ROM BASIC) была включена в ПЗУ IBM PC — компьютер мог автоматически загружаться в Бейсик. Так как IBM не придавала тогда большого значения персональным компьютерам (основным полем её деятельности были мейнфреймы), то, вопреки своим принципам, она разрешила Microsoft продавать интерпретатор отдельно. Это сделало последнюю пионером в выпуске ПО нового поколения — не привязанного к конкретной аппаратуре и поставляемого отдельно от компьютера.

Зрелость

Microsoft продавала несколько версий Бейсик для MS-DOS/PC DOS, включая BASICA, GW-BASIC (модификация BASICA, не требующая «прошивки» от IBM) и Quick BASIC. Borland, известная своим Turbo Pascal, в 1985 году выпустила Turbo Basic 1.0 (его наследники впоследствии продавались другой компанией под именем PowerBASIC). На домашних компьютерах появились различные версии Бейсика, обычно включавшие в себя расширения для работы с графикой, звуком, команды ОС, а также средства структурного программирования. Некоторые другие языки использовали хорошо известный синтаксис Бейсика в качестве основы, на которой строилась совершенно иная система (см. например, GRASS).

Однако, начиная с конца 1980-х, новые компьютеры стали намного более сложными и предоставляли возможности (такие, как графический интерфейс пользователя), которые делали Бейсик уже не столь удобным для программирования.

Вторую жизнь Бейсик получил с появлением Visual Basic от Microsoft. Хотя и трудно согласиться, что этот язык — действительно Бейсик (несмотря на множество привычных ключевых слов), спустя некоторое время он стал одним из наиболее часто используемых языков на платформе Windows. Microsoft создала вариант под названием WordBasic и использовала его в MS Word до появления Word 97. Вариант Visual Basic for Applications (VBA) был встроен в Excel 5.0 в 1993 году, затем в Access 95 в 1995 году, а после и во все остальные инструменты, входящие в пакет Microsoft Office. Internet Explorer 3.0 и выше, а также Microsoft Outlook, включали интерпретатор VBScript.

Описание языка

Синтаксис языка напоминает Fortran, 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, например, от Паскаля). Объявление переменной — это первое её использование.