Файл: Современные языки программирования (Языки программирования и их парадигмы).pdf

Один из подходов реализующих императивную модель программирования – Процедурное программирование. При этом программа состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих процедуру решения задачи. Основным является оператор присваивания, служащий для изменения содержимого областей памяти. Концепция памяти как хранилища значений, содержимое которого может обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивном программировании.

Императивное программирование наиболее пригодно для реализации небольших подзадач, где очень важна скорость исполнения на современных компьютерах.

Декларативная модель – это парадигма программирования, характеризующаяся принципом при котором описывается каково нечто, а не как его создать.

Есть несколько подходов реализующих декларативную модель программирования:

Функциональное программирование – при котором процесс вычисления трактуется как вычисление значений функций в математическом понимании последних. Функциональное программирование предполагает обходиться вычислением результатов функций от исходных данных и результатов других функций, и не предполагает явного хранения состояния программы. Соответственно, не предполагает оно и изменяемость этого состояния.

На практике отличие математической функции от понятия «функции» в императивном программировании заключается в том, что императивные функции могут опираться не только на аргументы, но и на состояние внешних по отношению к функции переменных, а также иметь побочные эффекты и менять состояние внешних переменных.

Логическое программирование – основанное на автоматическом доказательстве теорем, с использованием механизмов логического вывода информации с использованием заданных фактов и правил вывода, основанных на формальных исчислениях. Логическое программирование основано на теории и аппарате математической логики с использованием математических принципов резолюций.

Структурное программирование – это парадигма программирования, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков. В соответствии с данной парадигмой:

Любая программа представляет собой структуру, построенную из базовых конструкций.

В программе базовые конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.

Повторяющиеся фрагменты программы (либо представляющие собой логически целостные вычислительные блоки) могут оформляться в виде т. н. подпрограмм (процедур или функций).

Есть несколько подходов реализующих структурную модель программирования:

Модульное программирование – основанное на разбиении программы на независимые модули, каждый из которых компилируется отдельно от остальных. Такая модульность программного кода позволяет значительно уменьшить время перекомпиляции при изменениях, вносимых лишь в небольшое количество исходных файлов, и упрощает групповую разработку.

Объектно–ориентированное программирование (или объектное) – состоит в описании структуры и поведения проектируемой системы, то есть, фактически, определяет: из каких частей состоит система и в чём состоит ответственность каждой из частей, при этом основными концепциями являются понятия объектов и классов.

Класс – это тип, описывающий устройство объектов. Это в чистом виде абстрактный тип данных, создаваемый программистом.

Объект – сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса.

Понятие «класс» подразумевает некоторое поведение и способ представления. Понятие «объект» подразумевает нечто, что обладает определённым поведением и способом представления.

Метапрограммирование – это парадигма программирования, основанная на создании программ, которые порождают другие программы как результат своей работы (в частности, на стадии компиляции), либо программ, которые меняют себя во время выполнения (самомодифицирующийся код).

Есть несколько подходов реализующих модель метапрограммирования:

Генерация кода – при этом подходе код программы не пишется вручную, а создается автоматически программой-генератором на основе другой, более простой программы. Реализуется двумя основными методами:

Шаблоны. Решают задачу, если соблюдение «правил» сводится к вставке в программу повторяющихся (или почти повторяющихся) кусков кода. Помимо этого, обладают еще рядом достоинств: например, помогают повторному использованию.

Внешне-языковые средства. Применяются в случаях, если простых средств вроде шаблонов недостаточно. Язык генератора составляется так, чтобы автоматически или с минимальными усилиями со стороны программиста реализовывать правила парадигмы или необходимые специальные функции. Фактически, это – более высокоуровневый язык программирования, а генератор – не что иное, как транслятор. Генераторы пишутся, как правило, для создания специализированных программ, в которых очень значительная часть стереотипна, либо для реализации сложных парадигм.[4]

Основные парадигмы и подходы к решению задач в современных языках программирования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Парадигмы и подходы языков программирования

Современные языки программирования не ограничиваются какой-то одной парадигмой, а используют их несколько или даже являются мультипарадигмальными. Это обусловлено стремлением разработчиков расширить области применения языка, сделать его языком общего назначения, а не ориентированным на решение узкого круга задач.

Использование почти всеми языками объектно-ориентированного подхода наряду с «классическим» процедурным, обусловлено возрастающей сложностью современных задач. Создание больших распределенных систем просто не мыслимо без создания структурной модели, а работа с объектами, в любых их проявлениях, значительно облегчает разработку и отладку таких систем.

Языки программирования классифицируются в зависимости от самых разных критериев. Но чаще всего они подразделяются на языки высокого и низкого уровня. Чем ближе язык к естественному языку, тем более вели его шансы попасть в категорию языков высокого уровня. И наоборот, если язык ближе к машинным командам, в этом случае его называют языком низкого уровня. Поэтому всё множество языков программирования можно разделить на две группы: языки низкого уровня и языки высокого уровня.

1.3. Языки низкого и высокого уровня программирования

К языкам низкого уровня относятся языки ассемблера (от англ. to assemble - собирать, компоновать). В языке ассемблера используются символьные обозначения команд, которые легко понятны и быстро запоминаются. Вместо последовательности двоичных кодов команд записываются их символьные обозначения, а вместо двоичных адресов данных, используемых при выполнении команды, - символьные имена этих данных, выбранные программистом. Иногда язык ассемблера называют мнемокодом или автокодом.

Большинство программистов пользуются для составления программ языками высокого уровня. Как и обычный человеческий язык, такой язык имеет свой алфавит - множество символов, используемых в языке. Из этих символов составляются так называемые ключевые слова языка. Каждое из ключевых слов выполняет свою функцию, так же как в привычном нам языке нам языке слова, составленные из букв алфавита данного языка, могут выполнять функции разных частей речи. Ключевые слова связываются друг с другом в предложения по определённым синтаксическим правилам языка. Каждое предложение определяет некоторую последовательность действий, которые должен выполнить компьютер.

Язык высокого уровня выполняет роль посредника между человеком и компьютером, позволяя человеку общаться с компьютером более привычным для человека способом. Часто такой язык помогает выбрать правильный метод решения задачи.

Перед тем как писать программу на языке высокого уровня, программист должен составить алгоритм решения задачи, то есть пошаговый план действий, который нужно выполнить для решения этой задачи. Поэтому языки, требующие предварительного составления алгоритма, часто называют алгоритмическими языками.

1.4. Python

Python является интерпретируемым, изначально объектно-ориентированным языком программирования. Он чрезвычайно прост и содержит небольшое число ключевых слов, вместе с тем очень гибок и выразителен. Это язык более высокого уровня нежели Pascal, C++ и, естественно C, что достигается, в основном, за счет встроенных высокоуровневых структур данных (списки, словари, тьюплы). Python является кросс‑платформенным языком: обычно одна и та же программа на языке Python может запускаться и в Windows, и в UNIX‑ подобных системах, таких как Linux, BSD и Mac OS, для чего достаточно просто скопировать файл или файлы, составляющие программу, на нужный компьютер; при этом даже не потребуется выполнять «сборку», или компилирование программы. Конечно, можно написать на языке Python программу, которая будет использовать некоторые характерные особенности конкретной операционной системы, но такая необходимость возникает крайне редко, т. к. практически вся стандартная библиотека языка Python и большинство библиотек сторонних производителей обеспечивают полную кросс‑платформенность.[5]

Несомненным достоинством является то, что интерпретатор Python реализован практически на всех платформах и операционных системах. Первым таким языком был C, однако его типы данных на разных машинах могли занимать разное количество памяти и это служило некоторым препятствием при написании действительно переносимой программы. Python же таким недостатком не обладает,но у него есть некоторые особенности(см.Приложение 1)

Следующая немаловажная черта - расширяемость языка, этому придается большое значение и, как пишет сам автор, язык был задуман именно как расширяемый. Это означает, что имеется возможность совершенствования языка всеми всеми заинтересованными программистами. Интерпретатор написан на С и исходный код доступен для любых манипуляций. В случае необходимости, можно вставить его в свою программу и использовать как встроенную оболочку. Или же, написав на C свои дополнения к Python и скомпилировав программу,получить "расширенный" интерпретатор с новыми возможностями.[5]

Ещё одно достоинство - наличие большого числа подключаемых к программе модулей, обеспечивающих различные дополнительные возможности. Такие модули пишутся на С и на самом Python и могут быть разработаны всеми достаточно квалифицированными программистами. В качестве примера можно привести следующие модули:

• Numerical Python - расширенные математические возможности, такие как манипуляции с целыми векторами и матрицами;
• Tkinter - построение приложений с использованием графического пользовательского интерфейса (GUI) на основе широко распространенного на X-Windows Tk-интерфейса;
• OpenGL - использование обширной библиотеки графического моделирования двух- и трехмерных объектов Open Graphics Library фирмы Silicon Graphics Inc.

Единственным недостатком,замеченным автором,является невысокая скорость выполнения Python-программы,что обусловлено ее интерпретируемостью.Однако,на мой взгляд,это с лихвой окупается достоинствами языка при написании программ не очень критичных к скорости выполнения.

1.5. Си и его разновидности

Си [C] - Многоцелевой язык программирования высокого уровня, разработанный Денисом Ритчи в начале 1970-х гг. на базе языка BCPL. Используется на миниЭВМ и ПЭВМ. Является базовым языком операционной системы Unix, однако применяется и вне этой системы, для написания быстродействующих и эффективных программных продуктов, включая и операционные системы. Для IBM PC имеется ряд популярных версий языка Си, в том числе - Turbo C (фирмы Borland), Microsoft C и Quick C (фирмы Microsoft ), а также Zortech C (фирмы Symantec). Многие из указанных версий обеспечивают также работу с Си и Си++.