Файл: История возникновения и развития языка программирования Си (С++) и Java (Понятие языка программирования. Краткая характеристика языков).pdf
Добавлен: 01.04.2023
Просмотров: 109
Скачиваний: 2
Введение.
Программное обеспечение, компьютерные приложения с огромной скоростью входят в нашу жизнь. Для разработки программного обеспечения необходимы специальные языки. Ранее они были более архаичными и упрощенными, но с годами их число начало расти, языки развиваются и усложняются. Это связано и с развитием техниками, и с поставленными задачами бизнеса экономического, военного, промышленного характера. Язык программирования это специфический язык, отличающий от обыденного языка принятого в общении и литературе. Он необходим для решения вышеуказанных задач. В своей работе мне хотелось дать определение языка программирования. Вкратце описать развитие языков до появления языка Си. Первого появившегося из трёх рассматриваемых. Рассмотреть каждый из них, хотя они по сути своей взаимосвязаны. Проследить историю возникновения и развития языков программирования Си (С++) и Java до наших дней. Рассмотреть сходства и различия. Достоинства и недостатки языков.
Понятие языка программирования. Краткая характеристика языков.
Язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые представляют собой набор правил, позволяющих компьютеру выполнить тот или иной вычислительный процесс, организовать управление различными объектами, и т. п. Язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для управления ЭВМ, в то время как естественные языки используются, прежде всего, для общения людей между собой. Большинство языков программирования использует специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.
Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более восьми тысяч языков программирования (включая эзотерические, визуальные и игрушечные). Каждый год их число увеличивается. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты могут владеть десятком и более разных языков программирования.
Как правило, язык программирования определяется не только через спецификации стандарта языка, формально определяющие его синтаксис и семантику, но и через воплощения (реализации) стандарта - программные средства, обеспечивающих трансляцию или интерпретацию программ на этом языке; такие программные средства различаются по производителю, марке и варианту (версии), времени выпуска, полноте воплощения стандарта, дополнительным возможностям; могут иметь определённые ошибки или особенности воплощения, влияющие на практику использования языка или даже на его стандарт.
Первые языки программирования возникали ещё до появления современных электронных вычислительных машин: так в XIX веке были изобретены устройства, которые можно с долей условности назвать программируемыми - к примеру, музыкальная шкатулка (а позднее механическое пианино) посредством металлического цилиндра, а в 1804 г. Жаккардовый ткацкий станок посредством картонных карт. Для управления ими использовались наборы инструкций, которые в рамках современной классификации можно считать прототипами предметно-ориентированных языков программирования. Значимым можно считать «язык», на котором леди Ада Августа графиня Лавлейс в 1842 году написала программу для вычисления чисел Бернулли для Аналитической машины Чарльза Бэббиджа, который мог стать, в случае реализации, первым компьютером в мире, хотя и механическим с паровым двигателем.
В 1930—1940 годах, А. Чёрч, А. Тьюринг, А. Марков разработали математические абстракции (лямбда-исчисление, машину Тьюринга, нормальные алгоритмы соответственно) - для формализации алгоритмов.
В это же время, в 1940-е годы, появились электрические цифровые компьютеры и был разработан язык, который можно считать первым высокоуровневым языком программирования для ЭВМ - «Plankalkül», созданный немецким инженером К. Цузе в период с 1943 по 1945 годы.
Программисты ЭВМ начала 1950-х годов, в особенности таких, как UNIVAC и IBM 701, при создании программ пользовались непосредственно машинным кодом, запись программы на котором состояла из единиц и нулей и который принято считать языком программирования первого поколения (при этом разные машины разных производителей использовали различные коды, что требовало переписывать программу при переходе на другую ЭВМ).
Первым, практически реализованным, языком стал в 1949 году так называемый «Краткий код», в котором операции и переменные кодировались двухсимвольными сочетаниями. Он был разработан в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation, выпускавшей UNIVAC-и, созданной одним из сотрудников Тьюринга, Джоном Мокли. Мокли поручил своим сотрудникам разработать транслятор математических формул, однако для 1940-х годов эта цель была слишком амбициозна. Краткий код был реализован с помощью интерпретатора.
Вскоре на смену такому методу программирования пришло применение языков второго поколения, также ограниченных спецификациями конкретных машин, но более простых для использования человеком за счёт использования мнемоник (символьных обозначений машинных команд) и возможности сопоставления имён адресам в машинной памяти. Они традиционно известны под наименованием языков ассемблера и автокодов. Однако, при использовании ассемблера становился необходимым процесс перевода программы на язык машинных кодов перед её выполнением, для чего были разработаны специальные программы, также получившие название ассемблеров. Сохранялись и проблемы с переносимостью программы с ЭВМ одной архитектуры на другую, и необходимость для программиста при решении задачи мыслить терминами «низкого уровня» - ячейка, адрес, команда. Позднее языки второго поколения были усовершенствованы: в них появилась поддержка макрокоманд.
С середины 1950-х начали появляться языки третьего поколения, такие как Фортран, Лисп и Кобол. Языки программирования этого типа более абстрактны (их ещё называют «языками высокого уровня») и универсальны, не имеют жёсткой зависимости от конкретной аппаратной платформы и используемых на ней машинных команд. Программа на языке высокого уровня может исполняться (по крайней мере, в теории, на практике обычно имеются ряд специфических версий или диалектов реализации языка) на любой ЭВМ, на которой для этого языка имеется транслятор (инструмент, переводящий программу на язык машины, после чего она может быть выполнена процессором).
Обновлённые версии перечисленных языков до сих пор имеют хождение в разработке программного обеспечения, и каждый из них оказал определённое влияние на последующее развитие языков программирования. Тогда же, в конце 1950-х годов, появился Алгол, также послуживший основой для ряда дальнейших разработок в этой сфере. Необходимо заметить, что на формат и применение ранних языков программирования в значительной степени влияли интерфейсные ограничения.
В период с 1969 по 1973 годы велась разработка языка Си, популярного и по сей день и ставшего основой для множества последующих языков, например, столь популярных, как С++ и Java.
Языки программирования Си (С++) и Java.
История возникновения и развития языка программирования Си.
Си - компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения, разработанный в 1969-1973 годах сотрудником Bell Labs Деннисом Ритчи как развитие языка Би. Первоначально был разработан для реализации операционной системы UNIX, но впоследствии был перенесён на множество других платформ. Согласно дизайну языка, его конструкции близко сопоставляются типичным машинным инструкциям, благодаря чему он нашёл применение в проектах, для которых был свойственен язык ассемблера, в т.ч. как в операционных системах, так и в различном прикладном программном обеспечении для множества устройств - от суперкомпьютеров до встраиваемых систем. Язык программирования Си оказал существенное влияние на развитие индустрии программного обеспечения, а его синтаксис стал основой для таких языков программирования, как C++, C#, Java и Objective-C.
По мере развития язык сначала стандартизировали как ANSI C, а затем этот стандарт был принят комитетом по международной стандартизации ISO как ISO C, ставший также известным под названием C90. В стандарте С99 язык получил новые возможности, из которых в качестве наиболее значимых можно отметить массивы переменной длины и встраиваемые функции. А в стандарте C11 в язык добавили реализацию потоков и поддержку атомарных типов. Однако с тех пор язык развивается медленно, и в стандарт С18 попали лишь исправления ошибок стандарта C11.
Язык Си разрабатывался как язык системного программирования, для которого можно создать однопроходный компилятор. Стандартная библиотека также невелика. Как следствие данных факторов - компиляторы разрабатываются сравнительно легко. Поэтому данный язык доступен на самых различных платформах. К тому же, несмотря на свою низкоуровневую природу, язык ориентирован на переносимость. Программы, соответствующие стандарту языка, могут компилироваться под различные архитектуры компьютеров.
Целью языка было облегчение написания больших программ с минимизацией ошибок по сравнению с ассемблером, следуя принципам процедурного программирования, но избегая всего, что может привести к дополнительным накладным расходам, специфичным для языков высокого уровня.
Основные особенности Си: простая языковая база, из которой в стандартную библиотеку вынесены многие существенные возможности, вроде математических функций или функций работы с файлами; ориентация на процедурное программирование; система типов, предохраняющая от бессмысленных операций; использование препроцессора для абстрагирования однотипных операций; доступ к памяти через использование указателей; небольшое число ключевых слов; передача параметров в функцию по значению, а не по ссылке (передача по ссылке эмулируется с помощью указателей); наличие указателей на функции и статических переменных; области видимости имён; структуры и объединения - определяемые пользователем собирательные типы данных, которыми можно манипулировать как одним целым.
В то же время в Си отсутствуют: вложенные функции; прямое возвращение нескольких значений из функций; сопрограммы; средства автоматического управления памятью; встроенные средства объектно-ориентированного программирования; средства функционального программирования.
Часть отсутствующих возможностей может имитироваться встроенными средствами (например, сопрограммы можно имитировать с помощью функций setjmp и longjmp), часть добавляется с помощью сторонних библиотек (например, для поддержки многозадачности и для сетевых функций можно использовать библиотеки pthreads, sockets и тому подобные; существуют библиотеки для поддержки автоматической сборки мусора), часть реализуется в некоторых компиляторах в виде расширений языка (например, вложенные функции в GCC). Существует несколько громоздкая, но вполне работоспособная методика, позволяющая реализовывать на Си механизмы объекто-ориентированного программирования (далее ООП), базирующаяся на фактической полиморфности указателей в Си и поддержке в этом языке указателей на функции. Механизмы ООП, основанные на данной модели, реализованы в библиотеке GLib и активно используются в фреймворке GTK+. GLib предоставляет базовый класс GObject, возможности наследования от одного класса и реализации множества интерфейсов.
После появления язык был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы. Благодаря близости к языкам низкого уровня программы на Си работали эффективнее написанных на многих других языках высокого уровня, и лишь оптимизированный вручную код на ассемблере мог работать ещё быстрее, потому что давал полный контроль над машиной. На сегодняшний день развитие компиляторов и усложнение процессоров привело к тому, что вручную написанный ассемблерный код (кроме разве что очень коротких программ) практически не выигрывает по сравнению с кодом, генерируемым компиляторами, при этом Си продолжает оставаться одним из наиболее эффективных языков высокого уровня.
Язык Си был и остаётся одним из самых распространённых языков программирования в течение более чем сорока лет. Естественно, что его влияние можно проследить в той или иной мере во многих более поздних языках. Тем не менее, среди языков, достигших определённого распространения, прямых потомков у Си немного.
Часть языков-потомков надстраивает Си дополнительными средствами и механизмами, добавляющими поддержку новых парадигм программирования (ООП, функциональное программирование, обобщённое программирование и пр.). К таким языкам относятся, прежде всего, C++ и Objective-C, а опосредованно - их потомки Swift и D. Также известны попытки улучшить Си, исправив его наиболее существенные недостатки, но сохранив его привлекательные черты. Среди них можно упомянуть исследовательский язык Cyclone (и его потомок Rust). Иногда оба направления развития объединяются в одном языке, примером может служить Go.
История возникновения и развития языка программирования С++.
Язык программирования C++ был создан из Си и унаследовал его синтаксис, дополнив его новыми конструкциями в духе языков Simula-67, Smalltalk, Modula-2, Ada, Mesa и Clu. Основными дополнениями стали поддержка ООП (описание классов, множественное наследование, полиморфизм, основанный на виртуальных функциях) и обобщённого программирования (механизм шаблонов). Но помимо этого в язык внесено множество самых различных дополнений. На данный момент C++ является одним из наиболее распространённых языков программирования в мире и позиционируется как язык общего назначения с уклоном в системное программирование.