Лекция "Классификация и краткая характеристика языков программирования"

тема 2 вопрос 4 классификация и краткая характеристика языков программирования 1. Процедурное программирование 2. Декларативные языки программирования 3. Объектно­ориентированное программирование 4. Сетевые языки 5. Машинно ­ ориентированные языки 6. Машинные языки 7. Языки символического кодирования 8. Автокоды 9. Макрос 10.Машинно ­ независимые языки 11.Проблемно ­ ориентированные языки 12.Универсальные языки 13.Диалоговые языки 14.Непроцедурные языки Существующие языки  программирования  классифицируют по четырём  основным группам:  процедурные, объектно  ориентированные,  функциональные и логические.  Дадим краткие определения  каждого подхода. Процедурное  программирование ­ такое  программирование, когда  программа отделена от данных  и состоит из  последовательности команд,  обрабатывающих данные.  Данные как правило хранятся в  виде переменных. Весь процесс вычисления сводится к изменению их содержимого.  Декларативные языки программирования ­ это языки объявлений и построения  структур. К ним относятся функциональные и логические языки программирования. В этих языках не производится алгоритмических действий явно, то есть алгоритм не задается  прграммистом, а строится самой программой. В декларативных языках задается,  производится построение какой­либо структуры или системы, то есть декларируются  (объявляются) какие­то свойства создаваемого объекта. Эти языки получили широкое  применение в системах автоматизированного проектирования (САПР), в так называемых  CAD­пакетах, в моделировнии, системах исккусственного интеллекта.  Объектно­ориентированное программирование ­ в этих языках переменные и функции  группируются в так называемые классы (шаблоны). Благодаря этому достигается более  высокий уровень структуризации программы. Объекты, порождённые от классов вызывают  методы (функции или процедуры) друг друга и меняют таким образом состояние свойств  (переменных). С формально­математической стороны объектно ориентированный способ  написания программ базируется на процедурной модели программирования, но с  содержательной стороны ООП базируется не на функции, а на объекте, как целостной  системе, имеющей стандартный автоматический межобъектный интерфейс.  Сетевые языки ­ языки, предназначенные для организации взаимодействия удаленных  компьютеров в интенсивном интерактивном режиме, а поэтому они построены на  принципах интерпретации, то есть построчной, интерактивной обработки строк  программного кода, описывающего некоторый сценарий (скрипт) сетевого взаимодействия  компьютеров, поэтому часто они называются скриптовыми языками, хотя скриптовые  языки не обязательно являются сетевыми, к примеру, пакетные командные языки  различных операционных сред.  Машинно ­ ориентированные языки Машинно ­ ориентированные языки ­ это языки, наборы операторов и изобразительные  средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка,  структуры памяти и т.д.). Машинно ­ориентированные языки позволяют использовать все  возможности и особенности Машинно ­ зависимых языков:    высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения); возможность использования конкретных аппаратных ресурсов; предсказуемость объектного кода и заказов памяти;     для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и  особенности функционирования данной ЭВМ; трудоемкость процесса составления программ ( особенно на машинных языках и  ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок; низкая скорость программирования; невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих  языках, на ЭВМ других типов. Машинно­ориентированные языки по степени автоматического программирования  подразделяются на классы. Машинный язык Как уже упоминалось в введении, отдельный компьютер имеет свой определенный  Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над  определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые  семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM­370 и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной  мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении  операндов и типе выполняемой операции. В новых моднлях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно ­  аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим  функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования. Языки Символического Кодирования Продолжим рассказ о командных языках, Языки Символического Кодирования (далее  ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в  машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК  заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает  программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает  существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов ­ первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ  вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам  составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения  исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое  отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее  квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной  степени облегчает труд программиста. Автокоды Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного  введения макрокоманд ­ они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся  командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам  преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается  оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык  программирования , доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные  команды двумя путями ­ расстановкой и генерированием. В постановочной системе  содержатся "остовы" ­ серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную  макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в "остов" программы, превращая её в реальную  машинную программу. В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду,  которые определяют, какую функцию необходимо выполнить и формируют необходимую  последовательность команд, реализующих данную функцию. Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые  также являются операторами автокода. Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как  правило, составлены на языках типа Ассемблер. Более полная информация об языке  Ассемблера см. ниже. Макрос Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих  выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму ­ называется Макрос  (средство замены). В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы.  Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов,  называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и  исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов­выдача выходного текста.  Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными. Машинно ­ независимые языки  Машинно ­ независимые языки ­ это средство описания алгоритмов решения задач и  информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга  пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования  ЭВМ и ВС.  Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования.  Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности  операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи,  сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ. Т.о., командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в  машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными  операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях  вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных  особенностях алгоритма. Проблемно ­ ориентированные языки С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость  формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо  было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области  обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для  поставленных задач, ими стали проблемно ­ ориентированные языки. Эти языки,  ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста  средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты  в требуемой форме. Проблемных языков очень много, например: Фортран, Алгол ­ языки, созданные для решения математических задач; Simula, Слэнг ­ для моделирования; Лисп, Снобол ­ для работы со списочными структурами. Об этих языках рассказано дальше. Универсальные языки Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных,  моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в  последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется  Алгол­68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и  плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами,  для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные  структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы.  Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ. Программы в Пл/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует  многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не только  динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти. Диалоговые языки Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными  программистами ­ создать программные средства, обеспечивающие оперативное  взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на  любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки,  которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач. Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала  сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной  программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу с использованием  диалогового языка система программирования с помощью специальных таблиц  устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет  осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе. Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик.  Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие  операторы являются упрощенными вариантами операторов языка Фортран. Поэтому этот  язык позволяет решать достаточно широкий круг задач. Непроцедурные языки Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных,  обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов),  и языков связи с операционными системами. Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия,  таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены прежде чем переходить к какому­либо действию. Одна таблица решений,  описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок­схемы реализаций  алгоритмов решения. Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий. Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации,  возникающие при системном анализе. к алгоритмизации   алгоритмы, струкутуры данных и программирование   СУБД   ЯиМП    3GL   4GL   5GL   технологии прогр.  Знаете ли Вы, что событийно­управляемое программирование ­ это объектно­ ориентированное программирование, при котором задаются реакции программы на  различные события. Языки программирования и их классификация Существуют различные классификации языков программирования. По наиболее распространенной классификации все языки программирования, в  соответствии с тем, в каких терминах необходимо описать задачу, делят на языки низкого  и высокого уровня. Если язык близок к естественному языку программирования, то он называется языком  высокого уровня, если ближе к машинным командам, – языком низкого уровня.  В группу языков низкого уровня входят машинные языки и языки символического  кодирования: Автокод, Ассемблер. Операторы этого языка – это те же машинные команды, но записанные мнемоническими кодами, а в качестве операндов используются не конкретные адреса, а символические имена. Все языки низкого уровня ориентированы на  определенный тип компьютера, т. е. являются машинно–зависимыми.  Машинно–ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные  средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка,  структуры памяти и т.д.). К языкам программирования высокого уровня относят Фортран (переводчик формул –  был разработан в середине 50–х годов программистами фирмы IBM и в основном  используется для программ, выполняющих естественно – научные и математические  расчеты), Алгол, Кобол (коммерческий язык – используется, в первую очередь, для  программирования экономических задач), Паскаль, Бейсик (был разработан  профессорами Дармутского колледжа Джоном Кемени и Томасом Курцом.), Си (Деннис  Ритч – 1972 году), Пролог (в основе языка лежит аппарат математической логики) и т.д.  Эти языки машинно–независимы, т.к. они ориентированы не на систему команд той или  иной ЭВМ, а на систему операндов, характерных для записи определенного класса  алгоритмов. Однако программы, написанные на языках высокого уровня, занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках.  Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, ЭВМ не понимает,  поскольку ей доступен только машинный язык. Поэтому для перевода программы с языка  программирования на язык машинных кодов используют специальные программы –  трансляторы. Существует три вида транслятора: интерпретаторы (это транслятор, который производит  пооператорную обработку и выполнение исходного кода программы), компиляторы  (преобразует всю программу в модуль на машинном языке, после чего программа  записывается в память компьютера и лишь потом исполняется) и ассемблеры (переводят  программу, записанную на языке ассемблера, в программу на машинном языке). Языки программирования также можно разделять на поколения:  – языки первого поколения: машинно–ориентированные с ручным управлением памяти  на компьютерах первого поколения.  – языки второго поколения: с мнемоническим представлением команд, так называемые  автокоды.  – языки третьего поколения: общего назначения, используемые для создания прикладных программ любого типа. Например, Бейсик, Кобол, Си и Паскаль.  – языки четвертого поколения: усовершенствованные, разработанные для создания  специальных прикладных программ, для управления базами данных.  – языки программирования пятого поколения: языки декларативные, объектно– ориентированные и визуальные. Например, Пролог, ЛИСП (используется для построения  программ с использованием методов искусственного интеллекта), Си++, Visual Basic,  Delphi.  Языки программирования также можно классифицировать на процедурные и  непроцедурные. В процедурных языках программа явно описывает действия, которые необходимо  выполнить, а результат задается только способом получения его при помощи некоторой  процедуры, которая представляет собой определенную последовательность действий. Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки.  В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические  структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются  несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль,  Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал. Непроцедурное (декларативное) программирование появилось в начале 70­х годов 20 века, К непроцедурному программированию относятся функциональные и логические языки.  В функциональных языках программа описывает вычисление некоторой функции. Обычно  эта функция задается как композиция других, более простых, те в свою очередь делятся  на еще более простые задачи и т.д. Один из основных элементов функциональных языков – рекурсия. Оператора присваивания и циклов в классических функциональных языках нет. В логических языках программа вообще не описывает действий. Она задает данные и  соотношения между ними. После этого системе можно задавать вопросы. Машина  перебирает известные и заданные в программе данные и находит ответ на вопрос. Порядок перебора не описывается в программе, а неявно задается самим языком. Классическим  языком логического программирования считается Пролог. Программа на Прологе  содержит, набор предикатов–утверждений, которые образуют проблемно– ориентированную базу данных и правила, имеющие вид условий. Можно выделить еще один класс языков программирования – объектно–ориентированные  языки высокого уровня. На таких языках не описывают подробной последовательности  действий для решения задачи, хотя они содержат элементы процедурного  программирования. Объектно–ориентированные языки, благодаря богатому  пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него  форме.  Первый объектно­ориентированный язык программирования Simula был создан в 1960­х  годах Нигаардом и Далом. Ява – язык для программирования Internet, позволяющий создавать безопасные,  переносимые, надежные, объектно–ориентированные интерактивные программы. Язык Ява жестко связан с Internet, потому, что первой серьезной программой, написанной на этом  языке, был браузер Всемирной паутины. В последнее время, говоря о программировании в Internet, часто имеют в виду создание  публикаций с использованием языка разметки гипертекстовых документов HTML.  Применение специальных средств (HTML–редакторов) позволяет не только создавать  отдельные динамически изменяющиеся интерактивные HTML–документы, используя при  этом данные мультимедиа, но и редактировать целые сайты.