Файл: Современные языки программирования: История развития языков программирования.pdf

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.[4]

Структурное программирование – это модель 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.[5]

Метапрограммирование – это модель 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 модели 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.[6]

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

Таблица 1.

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.

По способу трансляции языки делятся на:

·  компиляторы

·  интерпретаторы

В компиляторах перевод всего текста программы в код осуществляется сразу, и создаются исполняемый файл, который затем можно неоднократно запускать. Компилятор – это обслуживающая программа, выполняющая трансляцию на машинный язык программы, записанной на исходном языке программирования. Компилятор обеспечивает преобразование программы с одного языка на другой (чаще всего, в язык конкретного компьютера). Вместе с тем, команды исходного языка значительно отличаются по организации и мощности от команд машинного языка. Существуют языки, в которых одна команда исходного языка транслируется в 7–10 машинных команд. Однако есть и такие языки, в которых каждой команде может соответствовать 100 и более машинных команд. Кроме того, в исходных языках достаточно часто используется строгая типизация данных, осуществляемая через их предварительное описание. Программирование может опираться не на кодирование алгоритма, а на тщательное обдумывание структур данных или классов. Процесс трансляции с таких языков обычно называется компиляцией, а исходные языки обычно относятся к языкам программирования высокого уровня (или высокоуровневым языкам).

В интерпретаторах при запуске программы каждая ее строчка последовательно переводится в код и выполняется; затем переводится в код и выполняется другая строчка, и так далее. Интерпретатор – программа или устройство, осуществляющее пооператорную трансляцию и выполнение исходной программы. Интерпретатор не порождает на выходе программу на машинном языке. Распознав команду исходного языка, он тут же выполняет ее. Простой интерпретатор – анализирует и тут же выполняет (собственно интерпретация) программу покомандно (или построчно), по мере поступления исходного кода на вход интерпретатора. Достоинством такого подхода является мгновенная реакция. Недостаток – такой интерпретатор обнаруживает ошибки в тексте программы только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой. Интерпретатор компилирующего типа – это система из компилятора, переводящего исходный код программы в промежуточное представление, например, в байт-код или p-код, и собственно интерпретатора, который выполняет полученный промежуточный код (так называемая виртуальная машина). Достоинством таких систем является бо́льшее быстродействие выполнения программ (за счёт выноса анализа исходного кода в отдельный, разовый проход, и минимизации этого анализа в интерпретаторе). Недостатки – большее требование к ресурсам и требование на корректность исходного кода.[7]

Достоинства интерпретаторов:

– Большая переносимость интерпретируемых программ – программа будет работать на любой платформе, на которой есть соответствующий интерпретатор. Как правило, более совершенные и наглядные средства диагностики ошибок в исходных кодах.

– Упрощение отладки исходных кодов программ. Интерпретатор позволяет начать обработку данных после написания даже одной команды.

– Меньшие размеры кода по сравнению с машинным кодом, полученным после обычных компиляторов.

Недостатки интерпретаторов:

– Интерпретируемая программа не может выполняться отдельно без программы–интерпретатора. Сам интерпретатор при этом может быть не очень компактным.

– Интерпретируемая программа выполняется медленнее, поскольку промежуточный анализ исходного кода и планирование его выполнения требуют дополнительного времени в сравнении с непосредственным исполнением машинного кода, в который мог бы быть скомпилирован исходный код.

– Практически отсутствует оптимизация кода, что приводит к дополнительным потерям в скорости работы интерпретируемых программ.

Виды трансляторов современных языков программирования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Трансляторы современных языков программирования

Современные языки программирования используют

По уровню (особенностям построения) языки делятся на:

Машинно-ориентированные (ассемблеры).

Первым значительным шагом представляется переход к языку ассемблера. Не очень заметный, казалось бы, шаг — переход к символическому кодированию машинных команд — имел на самом деле огромное значение.

Программисту не надо было больше вникать в хитроумные способы кодирования команд на аппаратном уровне. Более того, зачастую одинаковые по сути команды кодировались совершенно различным образом в зависимости от своих параметров.

Появилась также возможность использования макросов и меток, что также упрощало создание, модификацию и отладку программ. Появилось даже некое подобие переносимости — существовала возможность разработки целого семейства машин со сходной системой команд и некоего общего ассемблера для них, при этом не было нужды обеспечивать двоичную совместимость.

Вместе с тем, переход к новому языку таил в себе и некоторые отрицательные (по крайней мере, на первый взгляд) стороны. Становилось почти невозможным использование всяческих хитроумных приемов сродни тем, что упомянуты выше.

Кроме того, здесь впервые в истории развития программирования появились два представления программы: в исходных текстах и в откомпилированном виде. Сначала, пока ассемблеры только транслировали мнемоники в машинные коды, одно легко переводилось в другое и обратно, но затем по мере появления таких возможностей, как метки и макросы, дизассемблирование становилось все более и более трудным делом. К концу ассемблерной эры возможность автоматической трансляции в обе стороны была утеряна окончательно. В связи с этим было разработано большой количество специальных программ-дизассемблеров, осуществляющих обратное преобразования, однако в большинстве случаев они с трудом могут разделить код и данные. Кроме того, вся логическая информация (имена переменных, меток и т.п.) теряется безвозвратно. В случае же задачи о декомпиляции языков высокого уровня примеры удовлетворительного решения проблемы и вовсе единичны.

Каждый оператор языка представляет собой мнемоническое (условное) обозначение машинной команды. Естественно, что каждый тип процессора имеет свой набор команд, а значит, свой ассемблер. Ассемблеры используются для создания драйверов, программирования различных устройств, а также для написания фрагментов программ, где очень важно время выполнения (так как на ассемблере можно написать максимально эффективную программу [8].

Универсальные.

Иногда их делят на процедурно-ориентированные и объектно-ориентированные, но в настоящее время граница между этими видами стерлась. Эти языки используются чаще всего для решения самых разнообразных задач. И хотя каждый из языков имеет свои особенности, что делает его наиболее эффективными для решения определенного вида задач, но в принципе для решения любой задачи можно выбирать любой язык программирования.

Среди универсальных языков программирования в настоящее время наиболее распространены: