Файл: Обзор языков программирования высокого уровня (Редактор приложений в VBA).pdf

В настоящее время сферы применения самых разных систем для визуализации данных или команд охватывают многие направления жизнедеятельности человека – от непосредственного создания виртуальных миров для игр и систем дополненной реальности до традиционной визуализации результатов компьютерного моделирования для военных приложений.

В связи с большой возрастающей сложностью для создания качественной графики, а также применения эффективных приложений с графическим интерфейсом все разработчики применяют готовые программные решения – визуальные библиотеки.

Для функционирования большого количества графических программ реального времени в нынешний день требуется специальное программное обеспечение:

– библиотека графических компонентов;

– среда визуального программирования.

Актуальным в нынешнее время является создание графических программ при использовании визуальных компонентов, которые делают пользовательский интерфейс намного удобнее.

Целью написания исследования является характеристика основных современных языков программирования (ЯП) высокого уровня, создания с их применением графического приложения.

В курсовой работе поставлены задачи:

– рассмотреть историю появления алгоритмических языков программирования;

выполнить описание классификации языков программирования;
описать теоретические понятия современных ЯП высокого уровня;
дать характеристику интегрированной среде разработки программ в VBA;
создать оконное графическое приложение для демонстрации главных методов разработки графического ПО с помощью современных ЯП.

Объектом исследования считается инструментальное обеспечение персонального компьютера.

Предметом исследования являются современные языки программирования.

Развитием теоретических, а также практических направлений языков программирования занимались как отечественные, так и зарубежные программисты, к примеру: Королюк В.С., Е.Голдингс, Б.Стаустрап, С.Прата и другие.

1. РАЗВИТИЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1 История развития языков программирования

Языком программирования называют систему обозначений, которая служит для того, чтобы точно описать алгоритмы или инструкции программ для ПК.

Стоит отметить, что все языки программирования – ограничены числом служебных слов, а также строгими правилами записи управляющих операторов (команд). Также, при их применении не допускается свободное их толкование.

История ЯП началась с непосредственной разработки машинного языка – такого языка, который состоит с нулей и единиц. При этом запись на таком языке была утомительной.

Поэтому в середине 40-х ХХ века для облегчения работы самых первых программистов был разработан язык ассемблер. Вместо разного рода двоичных цифр, обозначающих некоторою команду, писались обычные слова или же аббревиатура.

Программисты называют язык ассемблер – языком программирования так называемого низкого уровня, так как он близок к непосредственному машинному языку – ЯП самого низкого уровня. [13]

Заметим, что все программ, которые написаны ассемблере зависят от характеристик процессора, поэтому его также называют машинно-ориентированным ЯП (рисунок 1).

Несмотря на свою сложность для написания программ, а также необходимость знаний устройств ПК именно программы на ЯП ассемблере являются одними с самых эффективных и работоспособных.

Рисунок 1 – Пример кода на Ассемблере

Вскоре возникла острая необходимость создания более новых и совершенных ЯП, которые бы напоминали программистам естественные языки, а также позволяли бы напрямую не работать с машинными командами. Такие языки называются высокоуровневыми ЯП.

Высокоуравневые языки ориентированы на непосредственное описание алгоритмов. По данной причине их называют еще алгоритмическими языками. Их преимущество – в большей наглядности, а также независимости от компьютера.

Поскольку компьютер распознает машинный язык, а программа на применимом алгоритмическом языке перед ее выполнением переводится в этот язык при помощи специальной программы, которая называется транслятором.

Заметим, что в программе-трансляторе "заложены" практически все правила алгоритмического ЯП и способы преобразования разных его конструкции в машинный язык.

Заметим, что существуют 2 способа трансляции:

1. Компиляция – метод выполнения программных продуктов, при котором инструкции для программы выполняются лишь в том случае, когда собран перевод практически всего текста написанной программы.[11]

2. Интерпретация – метод выполнения программного средства, при котором инструкции переводятся и выполняются сразу.

Работа с программами, написанными на алгоритмических языках, упрощается за счет простоты написания, непосредственной удобной читаемости, а также возможности для ее коррекции.

Но при этом очевидны и некоторые недостатки, а именно дополнительное время, память для трансляции.

В 1953 г. началась разработка самого первого компилятора для языка высокого уровня. После 2-х лет работы был создан язык под названием Fortran. В языке имелись специальные средства, которые значительно упрощающие разработку, но программирование на Fortran собой представляло задачу непростую, а именно, понимаемый в программах код на С++, данный язык становился нечитаемым, поскольку дело касалось малых программ. Однако данный успех язык определенный вид.

Проблема решилась после изобретения языков структурного программирования : появились программные блоки, независимые подпрограммы, поддержка рекурсии и локальных переменных, отсутствие оператора безусловного перехода (GoTo) - в общем, возможности разбиения программы на составляющие элементы.

В течение небольшого времени было создано большое количество новых ЯП:

– Algol (1957);

– Cobol (1958);

– Basic (1964).

Однако совсем немногие с них были структурированными. [7]

Кроме указанных выше ЯП создано много специализированных языков, к примеру:

– Prolog;

– Lisp;

– Forth.

Особое внимание занимает язык Pascal (1969) (назван в честь Блеза Паскаля), который использовался для обучения и для решения многих задач различной сложности (рисунок 2).

Рисунок 2 – Программный код языка Паскаль

Программы на нем можно было написать на интуитивном уровне, что позволяло быстро исправлять ошибки, он также обладал хорошо выраженной структурой.

Это приводило к его широкой распространенности, поскольку даже сейчас его активно используют в школах и ВУЗах.[1]

Очень успешным стал появившийся еще в 1971 году язык C, который сочетал в себе достижения разных языков, а также обладал огромным количеством разных нововведений.

Стоит отметить, что широкие возможности, структурированность, относительная простота изучения дали ему возможность быстро завоевать признание (рисунок 3).

Рисунок 3 – Сравнения синтаксиса языков Паскаль и С

В 70-х г.г 20 ст. были создана база нового объектно-ориентированного программирования (ООП). ООП возникло при развитии идеологии популярного на то время процедурного программирования, где подпрограммы (процедуры, функции) и данные их обработки не связаны формально. Основными понятиями ООП считаются:

– Объект – экземпляр класса или сущность в пространстве вычислительной системы, которая появляется при создании экземпляра определенного класса.[17]

– Класс – это модель объекта, который еще не существует. Фактически он описывает само устройство объекта, в некотором роде являясь его схемой.

– Абстракция – это придание объекту характеристик, что чётко определяют все его границы, отличая от других объектов. Главная идея состоит в том, чтоб отделить способ применения составных объектов данных от отдельных деталей их реализации.

Также очень широко используются понятия:

– наследование;

– полиморфизм;

– инкапсуляция.

С появлением технологии WWW, Интернет приобрел огромную популярность. Было создано очень много вспомогательных ЯП для работы с ним, оформления сайтов и т.д.

1.2. Классификации ЯП

Все языки ЯП классифицируются по 4 основным признакам:

– логические;

– процедурные;

– объектно-ориентированные;

– функциональные.

Процедурным программированием является такой вид программирования, для которого программа состоит с последовательности инструкций.[19]

Декларативные ЯП – это языки, которые применяются для построения и объявлений разного рода структур. К ним можно отнести логические и функциональные ЯП. В данных ЯП явно не производятся никакие алгоритмические действия, а сам алгоритм не задается разработчиком, а проектируется только самой программой.

В так называемых декларативных ЯП производится построение какой-то системы или структуры, объявляются (декларируются) разные свойства создаваемого объекта.

К объектно-ориентированным ЯП можно отнести языки, в которых специальные функции и переменные можно сгруппировать в специальные конструкции, которые называются классами. Благодаря этому разработчики достигают высокого уровня структуризации ПО.

Сетевыми языками называются языки, которые предназначаются для организации взаимодействия ПК, которые подключены в некоторой локально-вычислительной сети.

Они построены на принципах интерпретации, а именно, интерактивной, построчной обработки кода программы, которые описывают сценарий сетевого взаимодействия ПК. [14]

Машинно-ориентированные ЯП – языки, разные изобразительные средства, а также наборы операторов которых во многом зависят от архитектуры ПК. Такие языки программирования имеют возможность использовать практически все особенности машинно-зависимых языков программирования.

Машинно-независимые языки – это средство описания алгоритмов разного рода задач и информации, что подлежат обработке. Их очень удобно использовать для огромного круга программистов, они также не требуют знания всех особенностей архитектуры ПК.

Такие языки часто называют высокоуровневыми. Также все командные последовательности (а именно, подпрограммы, процедуры), что часто применяются в машинных программах, будут представляться отдельными операторами в рассматриваемых высокоуровневых языках. Программист при этом получил возможность сосредоточиться непосредственно на особенностях алгоритма, а не описывать на уровне машинных команд весь исследуемый вычислительный процесс.

С расширением направления применения вычислительной техники появилась необходимость формализовать постановку различных классов задач.

Причем необходимо создавать такие ЯП, которые позволили бы описывать требуемые алгоритмы, которые ориентированы решение конкретных проблем. [2]

К примеру, к проблемным ЯП относятся:

– Алгол;

– Слэнг;

– Снобол и т.д.

В результате рассмотрения первого раздела курсовой работы стоит отметить, что ЯП в настоящее время являются чрезвычайно популярными. Для удобства проектирования программных продуктов создаются интегрированные специальные среды программирования.

Так же получили огромное распространение системы для выполнения визуального программирования – средства, при использовании которых можно создавать разного рода программы путем визуальной разработки в графическом виде.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ЯП ВЫСОКОГО УРОВНЯ

2.1. Основы визуального программирования

Главное преимущество всех визуальных ЯП – это то, что они дают возможность наглядно представить все программные структуры как, к примеру, алгоритмы и данные.

Данный факт сильно противоречит традиционным текстовым ЯП, где такие структуры закодированы в разные одномерные строки при помощи достаточно сложного синтаксиса. [18]

Все визуальные языки убирают слой абстракции, позволяя программистам, непосредственно наблюдать, а также манипулировать очень сложными программными структурами. Прямота представления, характеризуется при этом большей наглядностью.