🗊Презентация Методы и системы программирования. Основные принципы объектно-ориентированного программирования. Лекция 5

Лекция 5   Методы и системы программирования. Основные принципы объектно-ориентированного программирования

Интерпретатор — это программа, которая получает исходную программу и по мере распознавания конструкций входного языка реализует действия, описываемые этими конструкциями. Интерпретатор — это программа, которая получает исходную программу и по мере распознавания конструкций входного языка реализует действия, описываемые этими конструкциями. Интерпретатор берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру, проверяет на синтаксис и семантику, переводит в машинный код и затем сразу исполняет. Только после того, как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. Для выполнения такой программы на другом компьютере также должен быть установлен интерпретатор.

Транслятор — это программа, которая принимает исходную программу и порождает на своем выходе программу, записываемую на объектном языке программирования (объектную программу). В частном случае объектным может служит машинный язык, и в этом случае полученную на выходе транслятора программу можно сразу же выполнить на ЭВМ. В качестве объектного языка может служить и некоторый промежуточный язык, например, язык Ассемблера. Транслятор — это программа, которая принимает исходную программу и порождает на своем выходе программу, записываемую на объектном языке программирования (объектную программу). В частном случае объектным может служит машинный язык, и в этом случае полученную на выходе транслятора программу можно сразу же выполнить на ЭВМ. В качестве объектного языка может служить и некоторый промежуточный язык, например, язык Ассемблера. Для промежуточного языка может быть использован другой транслятор или интерпретатор — с промежуточного языка на машинный.

Трансляторы полностью обрабатывают весь текст программы, проверяя его на синтаксис, семантику, нередко при этом выполняя оптимизацию с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы, затем переводят (транслируют) текст на машинный язык — генерируют машинный код. В результате законченная программа получается компактной и эффективной, работает в сотни раз быстрее программы, выполняемой с помощью интерпретатора, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код. Трансляторы полностью обрабатывают весь текст программы, проверяя его на синтаксис, семантику, нередко при этом выполняя оптимизацию с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы, затем переводят (транслируют) текст на машинный язык — генерируют машинный код. В результате законченная программа получается компактной и эффективной, работает в сотни раз быстрее программы, выполняемой с помощью интерпретатора, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код. Транслятор с языка высокого уровня называют компилятором.

Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. Пример: языки Ассемблера. Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Примеры: языки Basic, Pascal, C++, C# и т. д.

Fortran (Фортран) - Джим Бэкус в 50-е годы. Fortran (Фортран) - Джим Бэкус в 50-е годы. Cobol (Кобол) - начало 60-х годов. Algol (Алгол) - 1960 год. Pascal (Паскаль) - Никлаус Вирт в конце 70-х годов. Basic (Бейсик) - в 60-х годах. С (Си) - лаборатория Bell в 70-е годы, Деннис Ритчи. C++ (Си++) - Бьярн Страуструп в 1980 году. Java (Джава, Ява) - компания Sun в начале 90-х годов на основе Си++. C# - 2000 г.

Языки программирования баз данных Языки программирования баз данных СУБД (Системы Управления Базами Данных): SQL Server (Microsoft), DB2 (IBM), Oracle, Adabas (Software AG), Informix и Sybase, dBase II (для ПК ), FoxPro и Clipper, MySQL … SQL (Structured Query Language) - структурированный язык запросов: Oracle — PL/SQL, Informix — INFORMIX 4GL, Adabas — Natural и т. д.

Языки программирования для Интернета: Языки программирования для Интернета: HTML, Perl, Tcl/Tk, VRML… Языки моделирования: CASE-системы - формальные нотации IDEF, язык графического моделирования UML --------- Другие языки программирования -----------------  PL/I (ПЛ/1) - в 1964 году компания IBM - Programming Language One. Smalltalk (Смолток) - в 1970 году в лаборатории корпорации XEROX. LISP (Лисп) - в 1960 году Джоном Маккарти. Prolog (Пролог) - в начале 70-х годов Аланом Колмероэ. Ada (Ада) - в 1980 году. Forth (Форт) - Чарльз Мур в 70-х годах.

Стили программирования Стили программирования   Одним из важнейших признаков классификации языков программирования является принадлежность их к одному из стилей, основными из которых являются следующие стили: процедурный, функциональный, логический, объектно-ориентированный.

Процедурное программирование Процедурное (императивное) программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 40-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит алгоритмическая система под названием «машина Тьюринга». Язык Макроассемблера. Язык программирования С (Си) (UNIX в начале 70-х годов). Basic(Бэйсик) (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code). Pascal (Паскаль) – характеризуется: строгой типизированностью; высоким уровнем; широкими возможностями; стройностью, простотой и краткостью; строгостью, способствующей написанию эффективных и надежных программ; высокой эффективностью реализации на ЭВМ (Никлаус Вирт).

Процедурное программирование Особенности: - необходимость явного управления памятью, в частности, описание переменных; - малая пригодность для символьных вычислении; - отсутствие строгой математической основы; - высокая эффективность реализации на традиционных ЭВМ. Концепция памяти как хранилища значений, содержимое которого может обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивном программировании.

Концепция памяти Все данные (входные, выходные и промежуточные) должны сохраняться в оперативной памяти. ---------------------------------------------------------- Для сохранения данных в памяти используется понятие переменной. Переменная - имя области памяти, в которой размещается входное, выходное или промежуточное значение (переменная содержит адрес первой ячейки памяти, выделяемой под хранение значения). Сначала в программе нужно объявить переменную - указать ее имя и определить ее тип данных.

Концепция памяти Имя переменной - идентификатор, формируемый по определенным правилам (в языке С++): 1. Для образования идентификаторов могут быть использованы строчные или прописные буквы латинского алфавита, символ «подчеркивание» (_) и арабские цифры. 2. Не следует использовать цифры и символ «подчеркивание» (_) в качестве первого символа идентификатора. 3. Идентификатор не должен совпадать с ключевыми словами, с зарезервированными словами и именами функций библиотеки компилятора языка С/С++. 4. Допускается любое количество символов в идентификаторе, хотя некоторые компиляторы и компоновщики налагают на длину идентификатора ограничение, например, в С обычно значимыми являются первые 31 символ. 5. Язык регистрозависимый. Например: abc, ABC, A128_B, a128b .

Концепция памяти Имя переменной - идентификатор, формируемый по определенным правилам (в языке С#): 1. Для образования идентификаторов могут быть использованы строчные или прописные буквы латинского алфавита, арабские цифры, символ «подчеркивание» (_) и символ @. 2. Нельзя использовать цифры в качестве первого символа идентификатора. 3. Не следует использовать символ «подчеркивание» (_) в качестве первого символа идентификатора. 4. Символ @ можно использовать только в качестве первого символа идентификатора.

Концепция памяти 5. Идентификатор не должен совпадать с ключевыми словами, с зарезервированными словами и именами функций библиотеки компилятора языка С#. 6. Длина идентификатора не ограничена. Пробелы внутри имен не допускаются. 7. Язык регистрозависимый. 8. В идентификаторах C# разрешается использовать, помимо латинских букв, буквы национальных алфавитов. Например, правильными являются идентификаторы Фёкла и calc. Более того, можно применять даже так называемые escape-последовательности Unicode, то есть представлять символ с помощью его кода в шестнадцатеричном виде с префиксом \u, например, \u00F2.

Концепция памяти Тип данных определяет: - размер оперативной памяти, выделяемой под величину; - внутреннее представление данных в памяти компьютера; - множество (диапазон) значений, которые могут принимать величины этого типа; - операции и функции, которые можно применять к величинам этого типа. Пример объявления переменных: int abc; float ABC; char a128b.

Концепция памяти Основным является оператор присваивания, служащий для изменения содержимого областей памяти. abc = 5; ABC = 6.39; a128b = '+'.   Выполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразования исходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты.

Функциональное программирование Выражение: скалярные константы, структурированные объекты, функции, тела функций и вызовы функций. Функция – это однозначное отображение из Хп в X, где X — множество выражений. Аппликативный язык программирования включает элементы: - классы констант, которыми могут манипулировать функции; - набор базовых функций, которые программист может использовать без предварительного объявления и описания; - правила построения новых функций из базовых; - правила формирования выражений на основе вызовов функций. LISP(Лисп) (LISt Processing — обработка списков), 1959 г.

Функциональное программирование Программа представляет собой совокупность описаний функций и выражения, которые необходимо вычислить. Данное выражение вычисляется посредством редукции, то есть серии упрощений, до тех пор, пока это возможно по следующим правилам: вызовы базовых функций заменяются соответствующими значениями; вызовы небазовых функций заменяются их телами, в которых параметры замещены аргументами. Функциональное программирование не использует концепцию памяти как хранилища значений переменных. Операторы присваивания отсутствуют, вследствие чего переменные обозначают не области памяти, а объекты программы, что полностью соответствует понятию переменной в математике.

Функциональное программирование В принципе, можно составлять программы и вообще без переменных. Кроме того, нет существенных различий между константами и функциями, то есть между программами и данными. В результате этого функция может быть значением вызова другой функции и может быть элементом структурированного объекта. Число аргументов при вызове функции не обязательно должно совпадать с числом параметров, указанных при ее описании. Перечисленные свойства характеризуют аппликативные языки как языки программирования очень высокого уровня.

Логическое программирование PROLOG (Пролог) (PROgramming in LOGic — программирование в терминах логики) - А. Кольмероэ в 1973 году. Языки логического программирования характеризуются: - высоким уровнем; - строгой ориентацией на символьные вычисления; - возможностью инверсных вычислений, то есть переменные в процедурах не делятся на входные и выходные; - возможной логической неполнотой, поскольку зачастую невозможно выразить в программе определенные логические соотношения, а также невозможно получить из программы все выводы правильные.

Логическое программирование Языки логического программирования, в особенности Пролог, широко используются в системах искусственного интеллекта. Центральным понятием в логическом программировании является отношение. Программа представляет собой совокупность определений отношений между объектами (в терминах условий или ограничений) и цели (запроса). Процесс выполнения программы трактуется как процесс общезначимости логической формулы, построенной из программы по правилам, установленным семантикой используемого языка.

Логическое программирование Результат вычисления является побочным продуктом этого процесса. В реляционном программировании нужно только специфицировать факты, на которых алгоритм основывается, а не определять последовательность шагов, которые требуется выполнить. Это свидетельствует о декларативности языка логического программирования. Она метко выражена в формуле Р. Ковальского: «алгоритм = логика + управление». Логические программы, в принципе, имеют небольшое быстродействие, так как вычисления осуществляются методом проб и ошибок, поиском с возвратами к предыдущим шагам.

Объектно-ориентированное программирование SIMULA-67, SMALLTALK (А. Кей в 1972 году). К наиболее современным объектно-ориентированным языкам программирования относятся С#, C++, Java и Object Pascal. Язык C++ начало 80-х годов Б. Страуструп, сотрудник лаборатории Bell корпорации AT&T. В 1990 году сотрудник корпорации Sun Д. Гослинг на основе расширения C++ разработал объектно-ориентированный язык Oak, основным достоинством которого было обеспечение сетевого взаимодействия различных по типу устройств. Новая интегрируемая в Internet версия языка, получила название Java. Фирма Borland (Филипп Канн) — среда Delphi. Язык Pascal в Delphi был существенно дополнен по сравнению с версией Turbo Pascal и стал называться языком Object Pascal, а в 2002 году языком Delphi – разработчик Андерс Хейльсберг. В 2000 году корпорация Microsoft анонсировала новый язык С# (один из авторов Андерс Хейльсберг).

Объектно-ориентированное программирование Инкапсуляция, Наследование, Полиморфизм В основе объектно-ориентированного стиля программирования лежит понятие объекта, а суть его выражается формулой: «объект = данные + процедуры». Каждый объект интегрирует в себе некоторую структуру данных и доступные только ему процедуры обработки этих данных, называемые методами. Объединение данных и процедур в одном объекте называется инкапсуляцией и присуще объектно-ориентированному программированию.

Объектно-ориентированное программирование Инкапсуляция, Наследование, Полиморфизм Для описания объектов служат классы. Класс – тип данных - определяет свойства и методы объекта, принадлежащего этому классу. Соответственно, любой объект можно определить как экземпляр класса (переменная типа класс). Программирование рассматриваемого стиля заключается в выборе имеющихся или создании новых объектов и организации взаимодействия между ними. При создании новых объектов свойства объектов могут добавляться или наследоваться от объектов-предков. В процессе работы с объектами допускается полиморфизм — возможность использования методов с одинаковыми именами для обработки данных разных типов.

Структура класса class имя_класса { // Объявление переменных экземпляра спецификатор доступа тип переменная1; спецификатор доступа тип переменная2; //... спецификатор доступа тип переменнаяN; // Объявление методов спецификатор доступа возращаемый_тип метод1 (параметры) { // тело метода } спецификатор доступа возращаемый_тип метод2 (параметры). { // тело метода } //... спецификатор доступа возращаемый_тип методN (параметры) { // тело метода } }

Структура класса спецификатор (модификатор) доступа: - public (открытый); - private (закрытый - видимый в пределах класса - по умолчанию); - protected (защищенный - видимый в пределах класса и производных классов - наследников); - internal (внутренний - служит в основном для сборки, которая в широком смысле означает в С# разворачиваемую программу или библиотеку). метод1 - методN - имена методов (функций (подпрограмм), размещенных в классе). Методы содержат код для обработки данных (полей) класса. Метод может иметь имя Main() лишь в том случае, если программа начинается с данного класса.

Структура метода класса спецификатор доступа возращаемый_тип имя_метода (параметры) { // тело метода } public void Area(int Area){// метод не возвращающий значение Console.WriteLine(" " + Area + " – общая площадь"); } public int AreaP(int Area) {// метод возвращающий значение return Area = Area * Area; }

Структура метода класса Если возвращаемый_тип метода - void , то в теле метода оператор return может присутствовать для досрочного завершения работы метода. В этом случай он не должен возвращать значение: return; Если возвращаемый_тип метода - не void , то в теле метода должен присутствовать хотя бы один оператор return, который обязательно возвращает значение типа возвращаемый_тип. doubleA(double pi, double r) { return (2*pi*r*r); }

Пример 1 class Building { public int Floors; // количество этажей public int Area; // общая площадь здания public int Occupants; // количество жильцов } // Объявление переменной house – экземпляра класса, которая является ссылкой на объект типа Building Building house = new Building();

Пример 1 Всякий раз, когда объявляется экземпляр класса, создается также объект, содержащий собственную копию каждой переменной экземпляра, определенной в данном классе. Таким образом, каждый объект типа Building будет содержать свои копии переменных экземпляра Floors, Area и Occupants. Для доступа к этим переменным служит оператор доступа к члену класса, который принято называть оператором-точкой: объект.член Например, присваивание значения 2 переменной Floors объекта house осуществляется с помощью следующего оператора: house.Floors = 2; В целом, оператор-точка служит для доступа к переменным экземпляра (полям) и методам.

Пример 2 using System; class Building { // Пользовательский класс public int Floors; // количество этажей public int Area; // общая площадь здания public int Occupants; // количество жильцов // Метод - выводит площадь на одного человека public void AreaPerPerson() { Console.WriteLine(" " + Area / Occupants + " приходится на одного человека"); } }

Пример 2 // Использовать метод AreaPerPerson() class BuildingDemo { static void Main() { Building house = new Building(); Building office = new Building(); // Присвоить значения полям в объекте house house.Occupants = 4; house.Area = 2500; house.Floors = 2; // Присвоить значения полям в объекте office office.Occupants = 25; office.Area = 4200; office.Floors = 3;

Пример 2 Console.WriteLine("Дом имеет:\n " + house.Floors + " этажа\ n " + house.Occupants + " жильца\ n " + house.Area + "кв. футов общей площади, из них"); house.AreaPerPerson(); // вызов метода Console.WriteLine (); Console.WriteLine("Учреждение имеет:\n " + office.Floors + " этажа\ n " + office.Occupants + " работников\ n " + office.Area + " кв. футов общей площади, из них"); office.AreaPerPerson(); // вызов метода } }

Интегрированные системы программирования включают: 1 Текстовый редактор 2 Программа-компилятор (.obj) 3 Библиотеки функций (.LIB) 4 Редактор связей или сборщик .ЕХЕ или .СОМ. 5 Отладчик

Среды быстрого проектирования RAD-среды (Rapid Application Development) Basic: Microsoft Visual Basic Pascal: Borland Delphi C++: Borland C++Bulider Java: Symantec Café RAD Studio Visual Studio .NET

Контрольные вопросы !!! 1 Что такое язык программирования? 2 В чем различие компиляторов и интерпретаторов? 3 Объясните термины «язык низкого уровня» и «язык высокого уровня». 4 Какие языки программирования активно используются сегодня? 5 Охарактеризуйте основные стили программирования. В чем состоит различие между естественными языками и языками программирования? 7 Что нужно для создания программы? 8 Что такое среды быстрого проектирования?