Файл: Современные языки программирования. История языков программирования.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня программирование является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей производства программных продуктов. Еще в конце прошлого столетия общение с компьютерами реализовывалось исключительно с помощью программирования, именно поэтому программирование стали изучать фактически во всех учебных заведениях. Шло время, информационные технологии развивались, общение с компьютерами стало происходить при помощи готовых компьютерных программ. Современные прикладные пакеты программ содержат также дополнительные средства, при помощи которых пользователи могут расширять функциональные возможности имеющегося программного обеспечения. Так, например, практически в любом пакете MicrosoftOfficeимеется среда программирования языка VBA (VisualBasicforApplications). Таким образом, под программированием понимается принципиально новый подход, который является обязательным пунктом в процессе подготовки специалистов информационных технологий [7].

В настоящее время профессиональному программисту для решения поставленных задач приходится оперировать сразу несколькими языками программирования. Поэтому выпускники высших учебных заведений должны владеть программированием на разных языках и в различных инструментальных средах [2].

Современные языки программирования принято относить к языкам программирования высокого уровня. Данный уровень говорит о том, что все эти языки максимально приближены к естественному человеческому языку. Этот факт позволяет облегчить процесс написания программ и предоставляет разработчикам целое множество возможностей.

Известно, что в основе всех языков программирования лежат простейшие конструкции – операторы, при помощи которых и создаются программы. Не смотря на многообразие языков программирования, основные алгоритмические конструкции присутствуют в каждом из них. К числу таких конструкций относятся:

• операторы присваивания;
• операторы ввода и вывода информации;
• операторы перехода;
• операторы выбора;
• операторы циклов.

Пользуясь этими конструкциями, программист может разработать программу любого уровня сложности.

Актуальность выбранной темы очевидна – ежедневно каждый из нас сталкивается с использованием компьютера и различными прикладными программами. Для того чтобы уметь самостоятельно разрабатывать программное обеспечение, требуется знать хотя бы один язык программирования. Однако большинство языков имеют схожий синтаксис в написании базовых конструкций. Именно поэтому важно изучить основные конструкции языков программирования высокого уровня, при помощи которых можно строить программы любой сложности.

Объектом исследования в данной работе являются языки программирования высокого уровня.

Предмет исследования – основные операторы языков программирования высокого уровня.

Цель работы – исследование современных языков программирования. Для достижения данной цели предстоит решить ряд задач:

• изучить историю развития языков программирования;
• рассмотреть применение современных языков програмирования

При написании работы в качестве опорных источников были использованы следующие: М.А. Ревенко – «Практикум по программированию на языке TurboPascal» и Л.И. Долинер – «Основы программирования в среде PascalABC.NET».

ГЛАВА 1 ИСТОЧРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВЕРМЕННЫХ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

1.1 История языков программирования

Давайте начнём с самого начала. В самом начале у компьютеров не было даже клавиатуры! То есть всё было очень плохо — у них не было ни клавиатуры, ни экрана, были перфокарты (это такие штучечки с дырочками или с отсутствием дырочек). Соответственно, то ли штырьки туда засовывали, то ли там светом светили. Если есть дырочка (или наоборот нет) — это означало нолик или единичку. И программы в то время писали с помощью машинных кодов — у каждой операции в компьютере (сложение, вычитание, какие-то более сложные операции) был какой-то код машинный. Люди сами по табличке выбирали этот код, всякие адреса в памяти, всё это выбивали руками и засовывали в считыватель — и оно всё считалось. Конечно, работа программиста была, наверное, тогда не особо интересной — проделывать дырочки — и с развитием науки и техники, конечно, начали придумывать всякие, более «интересные» штуки. Например, ассемблер (Assembler), который уже несколько облегчал жизнь.

Ну, как он облегчал жизнь? Вместо запоминания того, что там какой-то «волшебный» код у команды, использовались всякие слова, похожие на «человеческий» английский язык — какие-нибудь add или mov — ну и затем перечислялись регистры или области памяти, переменные, с которыми нужно эти операции производить. Но понятное дело, что это в общем-то тоже требовало достаточно большого напряжения ума, чтобы держать у себя в голове, в каком регистре у нас что лежит, где какие переменные и что вообще происходит. Почему так происходило? Потому что компьютеры были «глупые» и ничего более «умного» понять не могли. Вообще-то и собрать из ассемблера машинный код тоже требует времени, памяти (по тем временам было конечно мало её).

Постепенно, становилось понятно, что разрабатывать так большие сложные программы очень сложно. Производительность программиста в этих командах была предельно низкой — то есть он писал несколько строк в день (осмысленных), и каждая строка ничего особо и не делала — какие-нибудь простые арифметические действия. И людям хотелось сделать языки гораздо более похожими на человеческий язык, на английский в частности, чтобы писать программы было легче и удобнее. И пошло-поехало!

1.2 Старые и мертвые языки

Одним из первых языков стал Fortran. Кстати, его тоже ещё выбивали на перфокартах — были специальные перфокарты для выбивания программ на Fortran’е. Но если вы сейчас возьмёте этот Fortran — по-моему, он даже где-то между 50-60 гг. появился — и попытаетесь на нём что-то написать, то вам будет очень неприятно, я вам гарантирую! Современный Fortran до сих пор живой, но уже довольно сильно отличается от того, что было раньше.

Другие языки — сейчас напишу одну штуку, о которой наверное вы если и слышали, то только на всяких мероприятиях, где рассказывают про историю программирование — это COBOL. Это был язык для написания бизнес-приложений. Что такое бизнес-приложения? Какие-нибудь транзакции в банках, еще что-то, всё это писали на Коболе. У нас, понятное дело, не очень популярен. Я думаю, программиста на Коболе, в Москве, вы найдёте с большим трудом. А где-нибудь не в Москве -— с ещё большим трудом. Но, что удивительно, ещё 10 лет назад больше половины всего кода, написанного человечеством, было написано на Коболе. И до сих пор, значительная часть всяких банковских транзакций идёт с помощью программ, написанных на нём (COBOL), и до сих пор люди на нём что-то пишут.

Есть ещё «забавный» язык, он назывался Алгол (68-я версия, что характеризует год его создания). Это алгоритмический язык. В общем, они что-то там умели, но нам сейчас не очень интересно, что они умеют. И на этом наш экскурс в древность и в относительно неиспользуемые языки можно закончить и перейти к тому, что живо до сих пор (и активно живёт).

Алгол придумали в Европе, а Фортраном пользовались в основном в Штатах — больших отличий нет. Какая тенденция заметна? Сначала всё было сложно и чтобы писать нужно было быть чуть ли не инженером, электротехником, понимать, где какие контакты замыкаются и ещё что-то для программирования. Потом тоже нужно было сидеть с листочками и считать память, смотреть за ней. И постепенно всё становилось проще, проще, проще и дальше ещё проще для программиста — как можно меньше думать человеку, как можно больше делать автоматически. Примерно в конце вот этого периода (лектор указывает на Алгол и Кобол) начинают появляться языки, которые в каком-то смысле «дожили» до наших дней.

BASIC. Возможно, до сих пор некоторые люди на нём что-то пишут, по крайней мере я видел, что в некоторых заведениях учат на QBasic’е — такое синее окошко, где написано «1989». В общем, «вовсю» живёт! Он придумывался как язык для не программистов. В то время программист была такая очень специализированная профессия. А здесь тебе говорят: «Вот у нас есть классный язык Basic, и любой разумный человек возьмёт и напишет программу на нём — легко». Опять же тот Бейсик и современный Бейсик — это огромная разница. Всякие вот эти строки с нумерацией через 10, всякие GOTO и прочий ужас — они к современному Бейсику уже не имеют никакого отношения и даже к Бейсику 89-го года они имеют мало отношения.

Ещё одна забавная история — язык Паскаль, широко известный в вузовских кругах, в основном в России и в странах бывшего Советского Союза. Он использовался и продолжает использоваться на удивление как учебный язык. Во всём остальном мире он поменьше распространён, но тоже живёт и здравствует. Есть такой человек Вирт — вот он учёный, теоретик. Он участвовал в обсуждении Алгола, ему не понравилось то, что получилось, и он придумал свой язык — Pascal. А потом фирма Borland (и до этого многие другие фирмы — Apple занималась, в частности) взяли и всё испортили. У него была красивая теория, стройная — «всё будет хорошо», — а они взяли и напихали туда того, что людям нужно для работы. Ну, и получилось не так красиво, как он хотел.

И, наконец, C. Си придумали инженеры. Если Паскаль придумал учёный, то Си придумали Керниган и Ритчи, они работали инженерами в Bell. Как это произошло? В то время на этих языках (лектор указывает на Fortran, COBOL, Algol) ничего системного написать было нельзя. Что такое «системное»? Например, операционную систему, драйвера какие-нибудь, ещё что-то. Эти языки предназначались для математических расчётов, для бизнес-расчётов, для всего такого. А всё остальное писали на Ассемблере. Были какие-то языки, они сейчас умерли, то есть язык Си появился не сразу от Ассемблера, а через какие-то промежуточные вещи.

Суть в чем? Керниган и Ритчи любили играть в игрушку Asteroids — летает космический корабль, и тут есть астероиды, он в них стреляет, и они разваливаются на части. У них был сервер, на котором они играли, но там было много народу, и игрушка тормозила. И они обнаружили у себя где-то в кабинете, что у них стоит какой-то компьютер, которым никто не пользуется. Но было проблема — он другой архитектуры был, а игра была написана на Ассемблере. 

Они её переписали, конечно, даже впилили фичи какие-то, чтобы играть на нём. Но это навело их на мысль, что переписывать под новую архитектуру каждый раз — это не очень умно. И они решили написать такой язык высокого уровня, который будет подходить для системного программирования, то есть, в котором можно будет управлять памятью, в котором можно будет понимать где-что лежит и как обращаться к этим кусочкам памяти. И так появился язык Си, который оказал огромное влияние на всё дальнейшее. Они все (лектор показывает на Алгол, Фортран и прочие упомянутые языки) оказали большое влияние, но вот Си — прямо да…

Соответственно, это был основной язык в Unix — операционной системе, которая в то время была ещё популярнее, чем сейчас. И примерно к 80-м годам ситуация была какая-то вот такая (лектор показывает на Basic, C и прочие упомянутые языки). Допустим, что всё это у нас уже потихоньку умерло (лектор стирает упоминания об Ассемблере, Фортране и Алголе)… И в 80-е годы компьютеры стали меньше, умнее, дешевле, и людям захотелось всяких странностей, чтобы жить стало ещё лучше, жить стало ещё веселее.

1.3 Языки родом из 80-х

Одна из первых странностей — это был язык C++. Язык C имеет огромное количество недостатков (ну просто вообще огромное) — на нём можно делать вообще всё, в том числе стрелять себе в ногу, стрелять себе в ногу с выдумкой, в другую ногу, одной ногой стрелять в другую ногу, в общем — что угодно делать. Но при этом некоторые архитектурные вещи там делаются довольно сложно — опять же, как и в Ассемблере, нам приходится всё время следить, где мы, чего и какую память выделили; она там всё время «течёт» куда-то эта память -— то есть мы выделили, забыли удалить, удалили не то, вылезли за пределы памяти, в общем — огребли кучу проблем.

C++ создавался сначала как набор дополнений к языку C, который облегчит разработку. В то время стало модно объектно-ориентированное программирование и люди решили, что всё можно описать в виде иерархии, то есть — есть у вас мячик (абстрактный), вы от него наследуете футбольный мяч, волейбольный мяч, ещё один абстрактный мяч. Тогда было модно, что «мы сейчас пишем всё в виде какой-то иерархии, и всё будет хорошо, жизнь наладится, всё станет прекрасно и всё». C++ в каком-то смысле реализовывал этот объектный подход — это не был первый язык объектно-ориентированного программирования, но он стал достаточно популярным и в нём начали появляться всякие фичи. При этом C++ сохранял почти полную совместимость (на тот момент) с языком C, программа написанная на Си в 99% случаев успешной компилировалась как C++-ная и даже работала также. Это было задумано, чтобы с Си было легко перейти на C++.

Помимо объектного подхода (в C++) достаточно быстро появилась стандартная библиотека шаблонов (STL). Я думаю, что в школе те, кто ещё учил Паскаль, обнаруживали, что у вас там, во-первых, нет встроенной сортировки (в древнем, синем Борланд Паскале, сейчас она уже есть в современных версиях) — там есть пример (исходник) сортировки, его можно скопировать и вставить. Но если вы хотите здесь отсортировать целые числа, здесь хотите вещественные числа, а здесь строки, которые можно между собой сравнивать, вам приходилось писать три разные сортировки, которые делают абсолютно одно и тоже, просто у них разные типы данных. Вот это не очень хорошо и шаблоны, которые не сразу появились в C++, эту проблему здорово облегчили. То есть, у вас была абстрактная программа, которая что-то, что может между собой сравниваться, успешно сортировала.