7 основные понятия языков программирования развитие языков программирования

Основные понятия языков программирования

Языки программирования – это формальные искусственные языки. Как и естественные языки, они имеют алфавит, словарный запас, грамматику и синтаксис, а также семантику.

Алфавит – разрешенный к использованию набор символов, с помощью которого могут быть образованы слова и величины данного языка.

Синтаксис – система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования из букв алфавита.

Семантика – система правил однозначного толкования каждой языковой конструкции, позволяющих производить процесс обработки данных.

Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет основные понятия языка, такие как операторы, идентификаторы, константы, переменные, функции, процедуры и т.д.

Языки программирования, ориентированные на команды процессора и учитывающие его особенности, называют языками низкого уровня. «Низкий уровень» не означает неразвитый, имеется ввиду, что операторы этого языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.

Языком самого низкого уровня является ассемблер.

С помощью языков низкого уровня создаются компактные оптимальные программы. При этом требуется хорошо понимать устройство компьютера, а использование такой программы на компьютере с процессором другого типа невозможно. Такие языки программирования используются для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыковки с нестандартным оборудованием.

Языки программирования, имитирующие естественные, обладающие укрупненными командами, ориентированные на человека, называют языками высокого уровня. Языки программирования высокого уровня, ориентированные на решение больших содержательных прикладных задач, являются аппаратно-независимыми и требуют использования соответствующих программ-переводчиков для преобразования текста программы в машинный код, который в итоге и обрабатывается процессором.

Источник

Основные понятия языков программирования

Программирование начиналось с записи программ непосредственно в виде двоичных чисел машинных команд (в кодах, как говорят программисты). Сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования. Теоретически программу, как и алгоритм, можно описать и на естественном языке (говорят: программирование на метаязыке), но из-за неоднозначности естественного языка автоматически перевести такую программу в машинный код практически невозможно.

Языкипрограммирования — это формальные искусственные языки. Как и естественные языки, они имеют алфавит, словарный запас, грамматику и синтаксис, а также семантику.

Алфавит — разрешенный к использованию набор символов, с помощью которого могут быть образованы слова данного языка, никакие другие символы в тексте не допускаются.

Синтаксис — система правил, определяющих допустимые конструкции (фразы, осмысленные предложения) языка программирования из букв алфавита.

Семантика — система правил однозначного толкования каждой языковой конструкции, позволяющих производить процесс обработки данных.Семантика устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными фразами языка и, в конечном итоге, какой алгоритм определен данным текстом на алгоритмическом языке.

Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет основные понятия языка (синтаксические единицы, конструкции), такие как операторы, идентификаторы, константы, переменные, функции, процедуры и т.д. В отличие от естественных, язык программирования имеет ограниченный запас слов (операторов) и строгие правила их написания, а правила синтаксиса и семантики, как и для любого формального языка, сформулированы явно, однозначно и четко.

Имена (идентификаторы) — обозначения, присваиваемые объектам программы (переменным, массивам, функциям и др.) и используемые для обращения к ним. Как правило, в качестве имён разрешается использовать последовательности алфавитно-цифровых символов, начинающихся не с цифры. Имена также не должны содержать символов, имеющих специальное назначение (пробелов, скобок, знаков операций). Желательно, чтобы имя отражало назначение объекта.

Зарезервированные имена – уже имеющие определённый смысл слова, которые не могут использоваться в иных целях. В каждом языке (иногда даже в разных версиях одного и того же языка) существуют свои особенности присвоения имён и зарезервированные слова. Примеры допустимых и недопустимых имён (для языков Бейсик, Паскаль, Си++) приведены в таблице 15.

Примеры использования имён

Допустимые имена Недопустимые имена (пояснение, почему недопустимо)
а2 2a (начинается с цифры)
аb a b (содержит пробел)
ab_2_cd3 ab-2-cd3 (содержит знак арифметической операции «-» )
Basic C++ (содержит знак арифметической операции «+»)
sinx sin (зарезервированное имя – встроенная функция)
True2 True (зарезервированное – логическое значение истина)

Операция (англ. operator) – способ записи некоторых вычислительных действий. Зачастую операция обозначается всего одним знаком. Охарактеризуем наиболее часто встречающиеся практически во всех языках типы операций:

арифметические операции, обозначаемые обычно знаками * (умножение), / (деление), + (сложение), (вычитание) и дp.;

логические операции НЕ, И, ИЛИ, синтаксис обозначения которых устанавливается языком программирования;

-операция конкатенации (сцепки, слияния, соединения, склеивания символьных значений друг с другом с образованием одной длинной строки) обычно изображается знаком + или &.

Данные – формализованные величины, обрабатываемые программой. Имеется три базовых (основных) типа данных: числа, символы (одиночные, или строки – их последовательности, в том числе и пустые, не содержащие ни одного символа) и логические величины. Разным типам соответствуют разные операции, которые возможно производить с данными (операндами). Например, с числовыми типами возможны арифметические операции. С символьными – сравнение и сцепка, с логическими – проверка значения на истинность или ложность и т.п. Как правило, в любом языке имеется базовый набор типов и несколько конструкций, которые позволяют строить новые типы из уже имеющихся. Наборы базовых типов и конструкций различаются для разных языков.

Все данные, обрабатываемые компьютером, хранятся в ячейках памяти компьютера, каждая из которых имеет свой адрес. Для того чтобы не следить за тем, по какому адресу будут записаны те или иные данные, в языках программирования используется понятие переменной, позволяющее отвлечься от адреса ячейки памяти и обращаться к её содержимому с помощью имени (идентификатора).

Переменная (англ. variable) – область памяти (ячейка, элемент данных, объект), имеющая имя и предназначенная для хранения значения, которое допускается изменять в процессе выполнения программы. А о реальном адресе и способе хранения можно спокойно позабыть. Кроме имени и значения, переменная обычно имеет тип.

Переменные с указанием их типа можно вводить в программу с помощью специальных команд описания (объявления) и соответствующих ключевых слов. Значения переменных можно преобразовать из одного типа в другой в соответствии с соглашениями языка программирования. Такой процесс называется приведением типов.

Читайте также:  Алфавит задания для 2 класса русский язык

Если переменные присутствуют в программе на протяжении всего времени ее работы, то их называют статическими. Переменные, создающиеся и уничтожающиеся на разных этапах выполнения программы, называют динамическими.

Константами или постоянными называют данные, значения которых заданы в тексте программы и не изменяются при ее выполнении. Константы, как и переменные, хранятся в памяти и имеют тип. Их можно указывать в тексте программы явно (такие константы называются также литералами), или для удобства обозначать идентификаторами, как и переменные. Например, инструкция Const pi = 3.14 задаёт значение константы pi, и это значение во время работы программы изменить нельзя, так как это не переменная. При этом запись 3.14 является литералом. Значения строковых литералов всегда заключаются в кавычки.

Выражения (англ. expression) предназначаются для записи необходимых вычислений, состоят из констант, переменных и функций, объединенных знаками операций – операторами (в узком смысле). Каждая операция имеет свой приоритет, то есть очерёдность выполнения. Так, значение выражения 2+2*2 будет равно шести. Изменить порядок вычисления можно с помощью круглых скобок. Выражения записываются в виде линейных последовательностей символов (без подстрочных и надстрочных символов, “многоэтажных” дробей и т.д.), что позволяет вводить их в компьютер одной строкой. В зависимости от типа операций различают арифметические, логические и строковые выражения.

Арифметические выражения служат для определения числового значения. Например, выражение (1+sin(x))/2 содержит константы 1 и 2, переменную x, функцию sin() и знаки операций +, /. Значение этого выражения при x=0 будет равно 0.5, а при x=pi/2 – единице

Логические выражения описывают некоторые условия, которые могут удовлетворяться или не удовлетворяться. Таким образом, логическое выражение может принимать только два значения – “истина” или “ложь” (“да” или “нет“). Рассмотрим в качестве примера логическое выражение x*x + y*y

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

7. Основные понятия языков программирования. Развитие языков программирования

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Первые программы заключались в установке ключевых переключателей на передней панели вычислительного устройства. Очевидно, таким способом можно было составить только небольшие программы.

Появление машинного языка

Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающие наличие и типы ошибок, которые надо анализировать. Уже одно обращение к процессору громоздко, а анализ ошибок и вовсе представляется невообразимым, особенно, если не именно с этим процессором приходится работать. Вообще набор команд машинного языка сильно зависит от типа процессора

Но даже работа с ассемблером достаточно сложна и требует специальной подготовки. Например, для процессора Zilog Z80 машинная команда 00000101предписывает процессору уменьшить на единицу свой регистр B. На языке ассемблера это же будет записано как DEC B.

Языки высокого уровня

Появление структурного программирования

Коротко, это достижение в области программирования было очень велико. Теперь программирование можно было разбить на классы и тестировать не всю программу, состоящую из 10 000 строк кода, а разбить программу на 100 классов, и тестировать каждый класс. Это существенно облегчило написание программного продукта.

Структурное программирование предполагает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие инструкций безусловного перехода (GOTO), автономные подпрограммы, поддержка рекурсии и локальных переменных.

Суть такого подхода заключается в возможности разбиения программы на составляющие элементы.

Хотя структурное программирование, при его использовании, дало выдающиеся результаты, даже оно оказывалось несостоятельным тогда, когда программа достигала определенной длины. Для того чтобы написать более сложную (и длинную) программу, нужен был новый подход к программированию.

В итоге в конце 1970-х и начале 1980-х были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования. ООП сочетает лучшие принципы структурного программирования с новыми мощными концепциями, базовые из которых называются инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием.

Примерами объектно-ориентированных языков являются Object Pascal, C++, Java, C# и др.

ООП позволяет оптимально организовывать программы, разбивая проблему на составные части, и работая с каждой по отдельности. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути, описывает часть мира, относящуюся к этой задаче.

Источник

Основные понятия языков программирования. Развитие языков программирования.

Язы́к программи́рования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека к компьютеру, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой. Можно обобщить определение «языков программирования» — это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Первые программы заключались в установке ключевых переключателей на передней панели вычислительного устройства. Очевидно, таким способом можно было составить только небольшие программы.

Появление машинного языка

Но с развитием компьютерной техники появился машинный язык, с помощью которого программист мог задавать команды, оперируя с ячейками памяти, полностью используя возможности машины. Суть этого языка — набор кодов, обязательно понятных процессору, к кому обращаются. Части («слова») этого языка называются инструкциями, каждая из которых представляет собой одно элементарное действие для центрального процессора, как, например, считывание информации из ячейки памяти. Если знаешь, можно непосредственно управлять процессором. Тогда ещё компьютеры были простыми вычислительными машинами, основная задача была считать. Но они развивались, а, понятно дело, использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Поэтому со временем от его использования пришлось отказаться.

Читайте также:  Вакансии в нидерландах для русских без знания языка

Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающие наличие и типы ошибок, которые надо анализировать. Уже одно обращение к процессору громоздко, а анализ ошибок и вовсе представляется невообразимым, особенно, если не именно с этим процессором приходится работать. Вообще набор команд машинного языка сильно зависит от типа процессора

На протяжении 1950-х годов запросы на разработку программного обеспечения возросли и программы стали очень большими. Приходилось писать очень много кода, хотя обеспечение и было весьма простым: по тем временам дизайн рабочего стола был проще нынешнего, программы работали с элементарными вещами, а компьютер только ещё начинал победно шествовать. Однако программы запутывались всё больше, их структура усложнилась, потому что всё время развивалась компьютерная техника. Тогда стали пользоваться специальными программами-сборщиками программ из маленьких кусочков кодов — ассемблерами. Начался новый этап развития.

Теперь, когда была нужна эффективная программа, вместо машинных языков использовались близкие к ним машинно-ориентированные языки ассемблера. К таковым относились, например, Autocode, с 1954-го г. — IPL (предшественник языка LISP) и, с 1955-го г. — FLOW-MATIC (предшественник языка COBOL). Теперь люди стали использовать мнемонические команды взамен машинных команд.

Но даже работа с ассемблером достаточно сложна и требует специальной подготовки. Например, для процессора Zilog Z80 машинная команда 00000101предписывает процессору уменьшить на единицу свой регистр B. На языке ассемблера это же будет записано как DEC B.

Языки высокого уровня

1959-й год — изобретён COBOL.

1962-й год — Симула. С него началась эпоха структурного программирования.

Появление структурного программирования

К тому времени люди начали понимать, что создание программного обеспечения — гораздо более сложная задача, чем они себе представляли. Это привело к разработке структурного программирования. С развитием структурного программирования следующим достижением были процедуры и функции. То есть, если есть задача, которая выполняется несколько раз, то её можно объявить как функцию или как процедуру и в выполнении программы просто вызывать её. Общий код программы в данном случае становится меньше. Это способствовало созданию модульных программ.

А следующим достижением было использование структур, благодаря которым перешли к классам. Структуры — это составные типы данных, построенные с использованием других типов. Например, структура времени: в неё входят: часы, минуты, секунды. Свою очередь и часы, и минуты, и секунды — они описаны при помощи других, более простых и более элементарных типов. Вместо сложной работы надо множеством типов, из которых каждый может быть со своими ограничениями — и что подходит одному типу, запрещено в другом, — вместо того программист бы мог создать структуру «время» и работать с ней, как с единым типом, где нету исключений и один формат.

В свою очередь, Класс — это структура, у которой свои переменные и функции, которые работают с этими переменными. То есть, это может быть названо особою средою, отличною ото других классов. Все классовые члены одного типу. См. подробнее статью.

Коротко, это достижение в области программирования было очень велико. Теперь программирование можно было разбить на классы и тестировать не всю программу, состоящую из 10 000 строк кода, а разбить программу на 100 классов, и тестировать каждый класс. Это существенно облегчило написание программного продукта.

Структурное программирование предполагает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие инструкций безусловного перехода (GOTO), автономные подпрограммы, поддержка рекурсии и локальных переменных.

Суть такого подхода заключается в возможности разбиения программы на составляющие элементы.

Также создавались функциональные (аппликативные) языки (Пример: Lisp — англ. LISt Processing, 1958) и логические языки (пример: Prolog — англ. PROgramming in LOGic, 1972).

Хотя структурное программирование, при его использовании, дало выдающиеся результаты, даже оно оказывалось несостоятельным тогда, когда программа достигала определенной длины. Для того чтобы написать более сложную (и длинную) программу, нужен был новый подход к программированию.

В итоге в конце 1970-х и начале 1980-х были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования. ООП сочетает лучшие принципы структурного программирования с новыми мощными концепциями, базовые из которых называются инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием.

Примерами объектно-ориентированных языков являются Object Pascal, C++, Java, C# и др.

ООП позволяет оптимально организовывать программы, разбивая проблему на составные части, и работая с каждой по отдельности. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути, описывает часть мира, относящуюся к этой задаче.

Источник

Эволюция языков программирования

Пятница — самое время расслабиться и вспомнить, с чего все началось. Представляем вам краткий экскурс в историю разработки от GeekBrains.

Доисторическая эра

С точки зрения определения даты рождения языка программирования существует некоторая двойственность.

С одной стороны, в первой половине 19 века Ада Лавлейс описала вычислительную машину и ввела основополагающие понятия цикла и рабочей ячейки, за что получила гордое звание первой женщины-программиста.

С другой, первый язык программирования в современном представлении зародился лишь во время Второй мировой войны на релейной машине Z4 немецкого изобретателя Конрада Цузе. Его название Планкалкюль (нем. Plankalkül — исчисление планов), и это был полноценный язык высокого уровня, поддерживающий условные операторы, арифметические операции, массивы, циклы, исключения и утверждения. Доподлинно известно, что в конце 40-х годов Планкалкюль позволял ЭВМ решать шахматные задачи.
Изобретение Цузе могло бы изменить ход истории, однако итоги войны и усилия американцев по популяризации собственного машинного языка отложили полноценное явление миру Планкалкюля вплоть до 1972 года.

Читайте также:  Как говорить даты на французском языке


Z4 в Немецком музее, Мюнхен

Языки для компьютеров

Вместо этого эволюция пошла по пути машинного языка. Он был удобен для компьютеров, но не очень удобен для программистов. Это была буквально работа с железом вручную: были лишь те команды, которые были зашиты в процессор, все остальные операции приходилось реализовывать вручную.

Прямым развитием машинного языка стал язык ассемблера. Это был первый размен скорости на удобство: ассемблер был чуть менее нативным, но гораздо более дружелюбным к программисту. До языков высокого уровня, комфортных для программиста, было еще далеко.

Качественный скачок произошёл после изобретения транзистора и первых доступных компьютеров. Это побудило в период с 1954-1957 году компанию IBM активно работать над разработкой популярного коммерчески языка Fortran (от англ. Formula и Translation).

Fortran — язык для научных и инженерных вычислений. Считается, что именно он стал первым реализованным языком высокого уровня. Благодаря большому количеству математических библиотек Fortran был и остается важным языком для разного рода научных изысканий.

Далее началось бурное развитие программирования: практически одновременно появились Algol, алгоритмический высокоуровневый язык, активно использовавшийся в СССР и Европе, LISP и COBOL.

Языки для народа

Но по-настоящему массовым программирование стало с появлением языка BASIC в 1964 году. Преподаватели Дартмутского Колледжа Джон Кемени и Томас Курц разработали его для обучения студентов основам программирования ЭВМ.

BASIC был алгоритмическим языком, для его создателей было важно не быстродействие и эффективность, а легкое понимание. Тем не менее BASIC быстро обрёл популярность в реализациях от Microsoft и Apple. Но не все были им довольны. По мнению противников языка простота и бесструктурность ранних версий BASIC поощряли применение порочных и опасных методик разработки.


«Студентов, ранее изучавших Бейсик, практически невозможно обучить хорошему программированию. Как потенциальные программисты они умственно изувечены без надежды на восстановление».
Эдсгер Дейкстра.

Кайнозой

В 1960-х годах компания Bell Labs всерьёз взялась за разработку операционной системы Unix для своих миникомпьютеров. Первые ОС были написаны на ассемблере, но эксперимент оказался неудачным.
Потом в алфавитном порядке Кеном Томпсоном и Деннисом Ритчи был специально разработан интерпретируемый язык B (Би), но и в этот раз результат оставлял желать лучшего.

Всё изменилось с третьей попыткой в 1972 году и языком C, который оказался настолько успешным, что и спустя 40 лет занимает важное место в разработке ПО. Например, по данным IEEE Spectrum С в 2015 году стоял на втором месте: «The 2015 Top Ten Programming Languages».

В другом полушарии на останках языка Algol-68 Никлаус Вирт разработал Pascal. Цель он преследовал ту же самую, что и BASIC — простота в обучении и наглядность выполняемых операций.

Несмотря на внешнюю незамысловатость, Pascal оказался крайне эффективным языком не только в деле обучения, но и в серьезной разработке. Он остаётся крайне востребованным как в школах, так и в мире больших приложений: Total Commander, WinRAR, ранние версии Skype и Nero Burning ROM были написаны на Pascal.

В конце 1970-х были сформированы принципы ООП, на основе которых был доработан язык C, получив сперва название «С with classes», а потом более привычное взгляду C++. Отчасти из-за совершенства творения, отчасти из-за славы одного из первопроходцев, C++ долгое время оставался самым востребованным языком. На нём были написаны операционные системы Symbian, Windows и OS X, браузеры Google Chrome и Mozilla, и ещё тысячи популярных приложений.

Через четыре года после появления первой версии C++ Ларри Уолл разработал Perl — «практичный язык для извлечения данных и составления отчётов» (Practical Extraction and Report Language). Изначально язык обрёл популярность благодаря функциям, заложенным в названии, однако позднее расширил свои возможности и аудиторию.

Сегодня Perl по-прежнему активно используется в качестве удобного средства обработки текста в командной строке, но не меньше востребован и в системном администрировании, веб-разработке и даже играх.

Современность

В статье об истории эволюции языков просто обязан упоминаться Python, горячо любимый не только преподавателями GeekBrains, но и, судя по широте использования, многими иностранными университетами и крупными зарубежными компаниями. Его структура и философия направлены на то, чтобы ускорить разработку готового продукта программистом. С точки зрения развития, это куда более совершенный язык, нежели все существовавшие до 1991 года. Он минималистичен, но при этом более читабелен, достаточно часто обновляется и прекрасен по соотношению «скорость — качество разработки».

Впрочем, теми же самыми характеристиками можно описать и Ruby, увидевший свет в 1995 году, с поправкой на то, что у Юкихиро Мацумото было 2 года, чтобы подумать, чем его язык может стать лучше современников.

Развитие интернета в конце XX века требовало более качественных языков обработки текста и данных. Так на свет появились HTML, PHP, CSS и JavaScript, без которых сегодня очень трудно представить веб-разработку.

Вместе с этим появился и Java — объектно-ориентированный язык, использующий виртуальную машину JVM. Это обеспечивает языку практически полную независимость от машины, на которой производится запуск. Совокупность этих факторов и популярность смартфонов c ОС Android позволяет Java возглавлять список самых популярных языков по версии Tiobe, а нам — рекомендовать его начинающим разработчикам в качестве первого или основного.

Если взглянуть на этот же самый рейтинг, в конце второго десятка можно отыскать современные языки программирования. Например, Swift — продукт компании Apple, популярный не только за счет своих качеств, но и благодаря громкому имени производителя.

Будущее

Уже сейчас появляются языки программирования, которые можно назвать языками сверхвысокого уровня. Они предназначены не для написания прикладных программ, а для обработки больших массивов данных и статистики. В их числе R, MATLAB и Julia.
Можно предполагать, что в будущем появятся человекоориентированные языки, на которых написать программу будет не сложнее, чем пост в ЖЖ. С другой стороны, квантовые компьютеры потребуют свой особый, квантовый ассемблер.

Как думаете, что будет дальше, и на какой из существующих языков поставите вы?

Источник

admin
Интересные факты из жизни