Файл: Обзор языков программирования высшего уровня.pdf

Базовыми направлениями развития C++ на ближайшее время является расширение возможностей и доработка средств обобщённого программирования, стандартизация механизмов параллельной обработки, а также доработка средств безопасного программирования, таких как различные проверки и безопасные преобразования типов, проверка условий и т.д.

В целом C++ спроектирован и развивается как мультипарадигменный язык, впитывающий в себя различные методы и технологии программирования, но реализующий их на платформе, обеспечивающей высокую техническую эффективность. Поэтому в будущем не исключено добавление в язык средств функционального программирования, автоматической сборки мусора и других отсутствующих в нём сейчас механизмов. Но в любом случае это будет делаться на имеющейся платформе высокоэффективного компилируемого языка.

Язык программирования Java

Java — строго типизированный объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems. Программы на Java транслируются в байт-код Java, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) — программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор.

Достоинством подобного способа выполнения программ является полная независимость байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, в рамках которой исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером), вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят снижение производительности. Ряд усовершенствований несколько увеличил скорость выполнения программ на Java:

• Применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде
• Широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках
• Аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода

В языке Java имеются только динамически создаваемые объекты. Переменные объектного типа и объекты в Java — совершенно разные сущности. Переменные объектного типа являются ссылками, то есть аналогами указателей на динамически создаваемые объекты. При присваиваниях, передаче в подпрограммы и сравнениях объектные переменные ведут себя как указатели, то есть присваиваются, копируются и сравниваются адреса объектов. А при доступе с помощью объектной переменной к полям данных или методам объекта не требуется никаких специальных операций разыменовывания — этот доступ осуществляется так, как если бы объектная переменная была самим объектом.

Java не является процедурным языком: любая функция может существовать только внутри класса. Это подчёркивает терминология языка Java, где нет понятий «функция» или «функция-член», а только метод. В методы превратились и стандартные функции. Например, в Java нет функции sin(), а есть метод Math.sin() класса Math (содержащего, кроме sin(), методы cos(), exp(), sqrt(), abs() и многие другие). Конструкторы в Java не считаются методами. Деструкторов в Java не существует, а метод finalize() ни в коем случае нельзя считать аналогом деструктора.

Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, стали основой для разработки новых языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине.

Язык программирования Python

Python — высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика и читаемости кода. Синтаксис ядра Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций.

Python поддерживает несколько парадигм программирования, в том числе структурное, объектно-ориентированное, функциональное, императивное и аспектно-ориентированное. Основные архитектурные черты — динамическая типизация, автоматическое управление памятью, полная интроспекция, механизм обработки исключений, поддержка многопоточных вычислений и удобные высокоуровневые структуры данных. Код в Python организовывается в функции и классы, которые могут объединяться в модули (они в свою очередь могут быть объединены в пакеты).

Дизайн языка Python построен вокруг объектно-ориентированной модели программирования. Реализация ООП в Python является элегантной, мощной и хорошо продуманной, но вместе с тем достаточно специфической по сравнению с другими объектно-ориентированными языками. Возможности и особенности:

• Классы являются одновременно объектами со всеми ниже приведёнными возможностями.
• Наследование, в том числе множественное.
• Полиморфизм (все функции виртуальные).
• Инкапсуляция (два уровня — общедоступные и скрытые методы и поля). Особенность — скрытые члены доступны для использования и помечены как скрытые лишь особыми именами.
• Специальные методы, управляющие жизненным циклом объекта: конструкторы, деструкторы, распределители памяти.
• Перегрузка операторов (всех, кроме is, '.', '=' и символьных логических).
• Свойства (имитация поля с помощью функций).
• Управление доступом к полям (эмуляция полей и методов, частичный доступ, и т. п.).
• Методы для управления наиболее распространёнными операциями (истинностное значение, len(), глубокое копирование, сериализация, итерация по объекту, …)
• Метапрограммирование (управление созданием классов, триггеры на создание классов, и др.)
• Полная интроспекция.
• Классовые и статические методы, классовые поля.
• Классы, вложенные в функции и классы.

Python поддерживает парадигму функционального программирования, в частности:

• Функция является объектом
• Функции высших порядков
• Рекурсия
• Развитая обработка списков (списочные выражения, операции над последовательностями, итераторы)
• Аналог замыканий
• Частичное применение функции
• Возможность реализации других средств на самом языке

Язык обладает чётким и последовательным синтаксисом, продуманной модульностью и масштабируемостью, благодаря чему исходный код написанных на Python программ легко читаем.

Программное обеспечение (приложение или библиотека) на Python оформляется в виде модулей, которые в свою очередь могут быть собраны в пакеты. Модуль оформляется в виде отдельного файла, а пакет — в виде отдельного каталога. Подключение модуля к программе осуществляется оператором import. После импорта модуль представлен отдельным объектом, дающим доступ к пространству имён модуля. В ходе выполнения программы модуль можно перезагрузить функцией reload().

Python — стабильный и распространённый язык. Он используется во многих проектах и в различных качествах: как основной язык программирования или для создания расширений и интеграции приложений. Python с пакетами NumPy, SciPy и MatPlotLib активно используется как универсальная среда для научных расчётов в качестве замены распространённым специализированным коммерческим пакетам Matlab, IDL и другим. Сочетание простоты и лаконичности с возможностью использования сложных абстракций и мощных разнообразных инструментов делает Python удобным в качестве скриптового языка. Также Python подходит для выполнения нестандартных или сложных задач в системах сборки проектов, что обусловлено отсутствием необходимости предварительной компиляции исходных файлов. Интерпретатор Python может использоваться в качестве мощной командной оболочки и скриптового языка для написания командных файлов ОС. Лёгкость обращения из Python-скриптов к внешним программам и наличие библиотек, дающих доступ к управлению системой, делают Python удобным инструментом для системного администрирования. Кроссплатформенность самого языка и библиотек делает его привлекательным для унифицированной автоматизации задач системного администрирования в гетерогенных средах, где совместно применяются компьютеры с операционными системами различных типов.

Язык программирования PHP

PHP — скриптовый язык общего назначения, интенсивно применяемый для разработки веб-приложений. В настоящее время поддерживается подавляющим большинством хостинг-провайдеров и является одним из лидеров среди языков, применяющихся для создания динамических веб-сайтов.

PHP является языком программирования с динамической типизацией, не требующим указания типа при объявлении переменных, равно как и самого объявления переменных. Преобразования между скалярными типами зачастую осуществляются неявно без дополнительных усилий (впрочем, PHP предоставляет широкие возможности и для явного преобразования типов).

К скалярным типам данных относятся:

• Целочисленный тип (integer)
• Число с плавающей точкой (float, double)
• Логический тип (boolean)
• Строковый тип (string)

К нескалярным типам относятся:

• Массив (array)
• Объект (object)
• Внешний ресурс (resource)
• Неопределенное значение (null)

Начиная с пятой версии PHP обладает полной поддержкой ООП. Класс в PHP объявляется с помощью ключевого слова class. Методы и свойства класса могут быть общедоступными (public, по умолчанию), защищёнными (protected) и скрытыми (private). PHP поддерживает все три основных механизма ООП — инкапсуляцию, полиморфизм подтипов и наследование (родительский класс указывается с помощью ключевого слова extends после имени класса). Поддерживаются интерфейсы (ставятся в соответствие с помощью implements). Разрешается объявление финальных, абстрактных методов и классов. Для обращения к методам родительского класса используется ключевое слово parent. Множественное наследование может быть реализовано с помощью механизма особенностей. Особенности похожи на примеси, за исключением того что для них нельзя напрямую создать экземпляр. Повторное использование кода заключено в использовании кода особенности в нескольких классах. Допускается использовать в одном классе несколько особенностей. Механизм особенностей имеет средства разрешения конфликтов имён. При запуске программы код особенности будет «вкомпилирован» в код содержащего его класса.

Классы в PHP имеют ряд «магических» методов (англ. magic methods), начинающихся с двух символов подчёркивания. Эти методы являются достаточно гибким инструментом: переопределяя их, можно добиться существенного изменения поведения объекта. Все функции-члены реализованы виртуальными и потому все они являются методами.

PHP-скрипты обычно обрабатываются интерпретатором в порядке, обеспечивающем кроссплатформенность разработанного приложения:

• Лексический анализ исходного кода и генерация лексем
• Синтаксический анализ полученных лексем
• Генерация байт-кода
• Выполнение байт-кода интерпретатором без создания исполняемого файла

Важной особенностью является то, что разработчику нет необходимости заботиться о распределении и освобождении памяти. Ядро PHP реализует средства для автоматического управления памятью – вся выделенная память возвращается системе после завершения работы скрипта.