Файл: Классификация языков программирования высокого уровня (Понятие языка программирования. Классификация языков программирования высокого уровня).pdf

Глава 2. Языки программирования высокого уровня

2.1. Классификация языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки используются в машинно–независимых системах программирования. Такие системы программирования в сравнении с машинно–ориентированными системами предстают более простыми в использовании. Языки программирования высокого уровня подразделяют на процедурно–ориентированные, проблемно–ориентированные и объектно–ориентированные [1].

Процедурно–ориентированные языки применяются для записи процедур или алгоритмов обработки информации на каждом определенном круге задач. К ним относятся:

• язык Фортран (Fortran), название которого происходит от слов Formulae Translation – «преобразование формул». Фортран представляет собой один из старейших языков программирования высокого уровня. Длительность его существования и применения можно объяснить простотой структуры данного языка;
• язык Бейсик (Basic), который расшифровывается как Beginner's All–purpose Symbolic Instruction Code, что в переводе означает – «многоцелевой символический обучающий код для начинающих», разработан в 1964 г. как язык для обучения программированию;
• язык Си (С), применяемый с 1970–х гг. как язык системного программирования специально для написания ОС UNIX. В 1980–е гг. на основе языка С был разработан язык C++, практически включающий в себя язык С и дополненный средствами объектно–ориентированного программирования;
• язык Паскаль (Pascal), который назван в честь французского ученого Б. Паскаля, начал применяться с 1968–1971 гг. Н. Виртом. При создании Паскаль использовался для обучения программированию, но со временем стал широко применяться для разработки программных средств в профессиональном программировании.

Проблемно–ориентированные языки используются для решения целых классов новых задач, возникших в связи с постоянным расширением области применения вычислительной техники:

• язык Лисп (Lisp – List Information Symbol Processing), который был изобретен в 1962 г. Дж. Маккарти. Первоначально он применялся как средство для работы со строками символов. Лисп употребляется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т. п.;
• язык Пролог (Prolog – Programming in Logic), используемый для логического программирования в системах искусственного интеллекта [7].

---

Объектно–ориентированные языки развиваются и в настоящий момент. Большинство из этих языков являются версиями процедурных и проблемных языков, но программирование с помощью языков этой группы является более наглядным и простым. К наиболее часто употребляемым языкам относятся:

• Visual Basic (~ Basic);
• Delphi (~ Pascal);
• Visual Fortran (~ Fortran);
• C++ (~ C);
• Prolog++ (~ Prolog) [12].

2.2. Краткий обзор языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки появились сравнительно поздно, в 1970–х гг., т.е. примерно через 20 лет после появления компьютеров с современной архитектурой. Создание таких языков было обусловлено стремлением избавить программистов от трат времени и умственных усилий на рутинные операции, связанные с учетом особенностей тех или иных компьютерных архитектур.

Рассмотрим наиболее популярные на сегодняшний день языки программирования, а также наиболее перспективные новинки.

C++ – компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает такие парадигмы программирования как процедурное программирование, объектно–ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником – языком C, – наибольшее внимание уделено поддержке объектно–ориентированного и обобщённого программирования [12].

C++ широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений. Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ.

C++ добавляет к C объектно–ориентированные возможности. Он вводит классы, которые обеспечивают три самых важных свойства ООП: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.

---

Методы класса – это функции, которые смогут применяться к экземплярам класса. Грубо говоря, метод – это функция объявленная внутри класса и предназначенная для работы с его объектами. Методы объявляются в теле класса. Описываться могут там же, но могут и за пределами класса (внутри класса в таком случае достаточно представить прототип метода, а за пределами класса определять метод поставив перед его именем – имя класса и оператор ::). Методы и поля входящие в состав класса называются членами класса. При этом методы часто называют функциями–членами класса.

Наследование

В C++ при наследовании одного класса от другого наследуется реализация класса, плюс класс–наследник может добавлять свои поля и функции или переопределять функции базового класса. Множественное наследование разрешено [19].

Конструктор наследника вызывает конструкторы базовых классов, а затем конструкторы нестатических членов–данных, являющихся экземплярами классов. Деструктор работает в обратном порядке.

Наследование бывает публичным, защищённым и закрытым.

Полиморфизм

Целью полиморфизма, применительно к объектно–ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных.

Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование того же интерфейса для задания единого класса действий. Выбор же конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор. Полиморфизм может применяться также и к операторам [20].

Инкапсуляция

Основным способом организации информации в C++ являются классы. В отличие от структуры (struct) языка C, которая может состоять только из полей и вложенных типов, класс (class) C++ может состоять из полей, вложенных типов и функций–членов. Инкапсуляция в С++ реализуется через указание уровня доступа к членам класса: они бывают публичными (public), защищёнными (protected) и закрытыми (private). В C++ структуры отличаются от классов тем, что по умолчанию члены и базовые классы у структуры публичные, а у класса – собственные.

С++ – язык, складывающийся эволюционно. Каждый элемент С++ заимствовался из других языков отдельно и независимо от остальных элементов (ничто из предложенного С++ за всю историю его развития не было новшеством в Computer Science), что сделало язык чрезвычайно сложным, со множеством дублирующихся и взаимно противоречивых элементов, блоки которых основаны на разных формальных базах.

---

Критики С++ не противопоставляют ему какой–либо конкретный язык, а наоборот, утверждают, что для всякого случая применения С++ всегда существует альтернативный инструментарий, позволяющий решить ту же задачу более эффективно и качественно. В свою очередь, сторонники С++ считают некорректным сравнивать различные аспекты С++ с совершенно различными языками, так как общий набор средств и возможностей С++ существенно шире, чем в большинстве языков, с которыми проводится сравнение, и сама по себе широта возможностей, на их взгляд, является веским оправданием несовершенства каждой отдельно взятой возможности. Более того, по их мнению, высокая совместимость с Си является одной из принципиальных черт языка, и потому все недостатки С++ оправданы преимуществами, предоставляемыми этой совместимостью [20].

Достоинства:

• высокая совместимость с языком С;
• вычислительная производительность;
• поддержка различных стилей программирования: структурное, объектно–ориентированное, обобщённое программирование, функциональное программирование, порождающее метапрограммирование;
• автоматический вызов деструкторов объектов (в порядке обратном вызову конструкторов) упрощает и повышает надёжность управления памятью и другими ресурсами (открытыми файлами, сетевыми соединениями, т. п.);
• перегрузка операторов;
• шаблоны (дают возможность построения обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных);
• возможность расширения языка для поддержки парадигм, которые не поддерживаются компиляторами напрямую;
• доступность. Для С++ существует огромное количество учебной литературы, переведённой на всевозможные языки [12].

Недостатки:

• плохо продуманный синтаксис сужает спектр применимости языка;
• язык не содержит многих важных возможностей;
• язык содержит опасные возможности;
• производительность труда программистов на языке оказывается неоправданно низка;
• громоздкость синтаксиса;
• тяжелое наследие;
• необходимость следить за памятью [12].

В целом С++ является достаточно удобным инструментом реализации целей программирования, показывающим высокую эффективность и функциональность готовых программных продуктов.

Python – это универсальный современный язык программирования высокого уровня, к преимуществам которого относят высокую производительность программных решений и структурированный, хорошо читаемый код. Синтаксис Питона максимально облегчен, что позволяет выучить его за сравнительно короткое время. Ядро имеет очень удобную структуру, а широкий перечень встроенных библиотек позволяет применять внушительный набор полезных функций и возможностей. ЯП может использоваться для написания прикладных приложений, а также разработки WEB–сервисов.

---

Python может поддерживать широкий перечень стилей разработки приложений, в том числе, очень удобен для работы с ООП и функционального программирования. Один из самых популярных интерпретаторов языка – CPython, написанный на Си. Распространяется эта среда разработки бесплатно по свободной лицензии. Интерпретатор поддерживает большинство популярных платформ.

Питон активно развивается. Примерно раз в 2 года выходят обновления. Важной особенностью языка является отсутствие таких стандартов кодировки как ANSI, ISO и некоторых других, они работают благодаря интерпретатору [7].

Язык начал разрабатываться во второй половине 80–х г.г. прошлого века. Автором Питона стал программист из Нидерландов по имени Гвидо ван Россум. Изначально язык должен был стать объектно–ориентированным. Фактически, это был язык сценариев, т.е. скриптовый язык. В феврале 1991 года ван Россум опубликовал исходный код языка в одной из новостных групп.

Основными факторами успеха Python стали удачный выбор места презентации в популярном и массовом профессиональном сообществе в сочетании с действительно простым кодом и широкими возможностями. Впоследствии Гвидо создал специализированный портал PEP, где идет регулярное обсуждение по развитию и улучшению продукта.

В 2008 года появилось большое обновление языка – Python 3.0. Версия продукта известна так же под названием Py3k. В этой версии были устранены многие ключевые недоработки в архитектуре ядра. Что было важно – новая версия продукта сохранила полную совместимость с более старыми вариантами. Сегодня разработчиками поддерживается две линии – Python 3.x и 2.x

Питон – не самый «молодой» язык программирования, но и не слишком старый. К моменту его создания уже существовали такие «монстры», как Pascal или С. А потому при создании ЯП авторы старались взять лучшее из различных платформ для разработчиков. Фактически Python представляет из себя своеобразный «микс» удачных решений более чем из 8 различных языков. К примеру, байт компиляция появилась еще до создания Питона, но была очень удачна в него интегрирована.

Питон поддерживает практически все распространенные операционные системы. Он может прекрасно работать на карманных компьютерах, так и на больших серверах. В случае если платформа значительно устаревает, она исключается из поддержки ядра. К примеру, версии языка, начиная от 2.6, уже не работают с платформами Windows 95, 98 и ME. В случае необходимости можно воспользоваться более старыми версиями, отказавшись от применения современных инструментов языка. И тогда приложение будет работать в том числе с этими ОС. Для старых версий периодически выходят патчи. Язык также может поддерживать работу с виртуальной машиной Java [7].

---