🗊Презентация Понятие языка программирования

Понятие языка программирования

Язык программирования (ЯП) – это инструмент для планирования поведения некоторого устройства-исполнителя. Планы, управляющие поведением компьютеров, называются компьютерными программами. Язык программирования (ЯП) – это инструмент для планирования поведения некоторого устройства-исполнителя. Планы, управляющие поведением компьютеров, называются компьютерными программами. Уточненное определение: язык программирования - это нотация для записи компьютерных программ. Отличие универсальных ЯП – алгоритмическая полнота, т.е. возможность описания на таком языке любого вычисления (алгоритма). Например, языки программирования SQL (язык программирования баз данных) и HTML (язык разметки гипертекста) не является универсальным в отличие от языков Java, C# (универсальные языки), на которых можно реализовать практически любой алгоритм, включая программу просмотра гипертекста и СУБД.

Языки и основные парадигмы программирования Языки и основные парадигмы программирования Все программы (как и деятельность по их созданию) можно разделить на два больших типа: программы «для себя» и программы «для других». Создание программ «для себя» назовем (несколько условно) научно-развлекательным программированием. Основной критерий их качества – удобство применения для соответствующих целей (учебы, науки, развлечения). Самые известные и широко используемые до сих пор языки – Фортран, Бейсик, Паскаль. Создание программ «для других» ориентированы на эксплуатацию пользователями, не имеющими отношения к авторам. Такие программы называют программными продуктами, а процесс их создания – индустриальным программированием. Языки индустриального программирования отличаются от языков научно-развлекательного программирования, они сложны в изучении и реализации, включают в себя большое число концепций и понятий, обладают объемными библиотеками. Важным свойством индустриальных языков является наличие изобразительных средств, поддерживающих различные системы программирования. Совокупность идей и понятий, определяющих стиль программирования, называется парадигмой программирования.

В настоящее время в индустриальном программировании активно используются императивная и объектная парадигмы. Есть основания полагать, что в ближайшее время начнет активно использоваться функциональная парадигма. В настоящее время в индустриальном программировании активно используются императивная и объектная парадигмы. Есть основания полагать, что в ближайшее время начнет активно использоваться функциональная парадигма. Императивная парадигма Императивная (процедурная) парадигма основана на фон-неймановской модели (основатель математик Дж. фон Нейман). Эта модель до сих пор является основой большинства современных архитектур, что обусловило популярность и доминирование императивной парадигмы. Напомним, что модель содержит три основных компонента: центральное процессорное устройство (ЦПУ), оперативную память (ОП), устройство ввода-вывода (УВВ).

Основные понятия императивных языков программирования (ИЯП) представляют собой абстракции основных понятий фон-неймановской модели. Любой ИЯП включает в себя понятие переменой (например, в языке паскаль – var x: integer, в языке С – int х), понятие операции (А * В – в любом языке), понятие оператора (оператор цикла, оператор присваивания и др.). Основные понятия императивных языков программирования (ИЯП) представляют собой абстракции основных понятий фон-неймановской модели. Любой ИЯП включает в себя понятие переменой (например, в языке паскаль – var x: integer, в языке С – int х), понятие операции (А * В – в любом языке), понятие оператора (оператор цикла, оператор присваивания и др.). Понятие простой переменной абстрагирует понятие ячейки памяти. Кроме простых переменных в императивном языке содержатся составные (т.е. состоящие из других переменных) массивы и записи (структуры). Понятие операции обобщает арифметико-логические команды. Почти для любой операции в ИЯП можно найти прототип – команду в машинном языке.

Понятие оператора абстрагирует общее понятие команды. Операторы в императивном языке делятся на три группы: оператор присваивания; операторы управления; операторы ввода-вывода. Основным оператором в любом императивном языке является оператор присваивания: V:=E, где V – переменная; E – выражение. Выполнение оператора присваивания состоит в вычислении значения выражения E и пересылке вычисленного значения в ячейку (или ячейки) ОП, соответствующей переменной V. Т.о, оператор присваивания в ИЯП может представляться последовательностью команд пересылки и арифметико-логических команд (и даже команд перехода). Понятие оператора абстрагирует общее понятие команды. Операторы в императивном языке делятся на три группы: оператор присваивания; операторы управления; операторы ввода-вывода. Основным оператором в любом императивном языке является оператор присваивания: V:=E, где V – переменная; E – выражение. Выполнение оператора присваивания состоит в вычислении значения выражения E и пересылке вычисленного значения в ячейку (или ячейки) ОП, соответствующей переменной V. Т.о, оператор присваивания в ИЯП может представляться последовательностью команд пересылки и арифметико-логических команд (и даже команд перехода). Операторы управления (циклы, операторы выбора, перехода и т.п.) абстрагируют машинные команды перехода. Операторы ввода-вывода обобщают машинные команды ввода-вывода.

Императивные языки концептуально близки машинной архитектуре, поэтому программирование на таких языках позволяет весьма эффективно управлять поведением компьютеров. В индустриальном программировании в настоящее время доминируют либо чисто императивные языки (такие, как С), либо языки со смешанной объектно- императивной парадигмой (С++, Java, C# и др.). Императивные языки концептуально близки машинной архитектуре, поэтому программирование на таких языках позволяет весьма эффективно управлять поведением компьютеров. В индустриальном программировании в настоящее время доминируют либо чисто императивные языки (такие, как С), либо языки со смешанной объектно- императивной парадигмой (С++, Java, C# и др.). Объектная парадигма основана на понятии объекта. Объект обладает состоянием и поведением. Поведение состоит в посылке сообщений себе и другим объектам. Для каждого вида сообщения существуют «обработчики», которые могут модифицировать состояние объекта и посылать сообщения другим объектам.

Объекты с одинаковым поведением и набором состояний объединяются в классы. Между классами могут существовать следующие отношения: Объекты с одинаковым поведением и набором состояний объединяются в классы. Между классами могут существовать следующие отношения: - включение – «объект-подобъект» - включение объекта класса Х в объект другого класса Y, т.е. говорят, что объект класса Y владеет объектом класса Х; - наследование – «суперкласс-подкласс» - объект подкласса Derived обладает всеми свойствами объекта суперкласса Base, а также, возможно, дополнительными свойствами (специфичными для класса Derived). Таким образом, все объекты класса Derived одновременно принадлежат и классу Base, но не наоборот; - ссылка – объект класса W содержит (но не владеет) ссылку на объект класса Ref. Также существуют и другие отношения.

Объективная парадигма достаточно просто сочетается с императивной парадигмой. Объективная парадигма достаточно просто сочетается с императивной парадигмой. Состояние описывается набором переменных, а обработчики сообщений представляют собой процедуры или функции, имеющие доступ к состоянию. Посылка сообщения сводится к вызову соответствующего обработчика. В результате большинство современных языков индустриального программирования сочетает в себе обе парадигмы. Поэтому будем говорить об объектно-императивной парадигме.

Функциональная парадигма Функциональная парадигма Основные понятия функциональных языков – функция и выражение. Выражение – это комбинация вызовов функций. Наряду с большим числом стандартных (встроенных в язык) функций программист может определять свои функции. Определение новой функции включает в себя имя функции, список аргументов и выражение – тело функции. Вызов функции состоит из имени функции и списка выражений – фактических параметров. Каждый из фактических параметров соответствует аргументу в определении функции. Основная операция – вызов функции. При вызове функции сначала вычисляются выражения – фактические параметры, а затем их значения подставляются вместо соответствующих им аргументов в выражение – тело функции. Наконец, вычисляется значение тела, которое и будет значением вызова. Первым языком программирования, в котором была реализована функциональная парадигма, был язык –Лисп. Программировать в функциональном стиле можно и на ИЯП.

Схема рассмотрения языков программирования Схема рассмотрения языков программирования Конструкции языков программирования рассматривают по следующей схеме: базис, средства развития и средства защиты. Базис – это понятия и конструкции, встроенные в язык программирования, иначе говоря, это то, что «понимает» транслятор. Базис подразделяется на скалярный и структурный. В скалярный базис входят элементарные (неделимые) типы данных и элементарные операции. К структурному базису относятся встроенные в язык конструкции, которые имеют внутреннюю структуру, т.е. включают в себя другие конструкции языка. В структурный базис императивных языков входят основные типы, например массивы и записи (структуры), большинство операторов языка (за исключением совершенно тривиальных типа break или continue в С++).

Базисы императивных языков программирования похожи друг на друга. И то, что появляются новые языки, а старые продолжают жить, обусловлено различиями не в базисе, а в средствах развития и защиты. Базисы императивных языков программирования похожи друг на друга. И то, что появляются новые языки, а старые продолжают жить, обусловлено различиями не в базисе, а в средствах развития и защиты. Средства развития – это аппарат, позволяющий добавлять в программы новые понятия (абстракции), которых не было в базисе. Уже в самом первом языке программирования Фортране появилось такое средство развития, как подпрограмма. Основное требование к средствам развития – возможность определять новые типы данных. Одними из самых мощных средств развития являются классы. Но мало иметь средства создания новых типов данных. Необходимо определять их таким образом, чтобы соответствующие абстракции можно было легко употреблять, а также контролировать их цельность и корректность поведения. Эти функции выполняют средства защиты в языках программирования. К средствам защиты относятся, например, средства обработки исключительных ситуаций, механизм абстракции данных и др. Современные языки программирования отличаются от более ранних языков, прежде всего тем, что у первых значительно усилены именно средства защиты.