🗊Презентация Виды языков программирования

Виды языков программирования Лекция 4

Парадигмы программирования Парадигма — это главная идея какого-либо сложного понятия (в данном случае языка программирования). Применительно к языкам программирования различают следующие парадигмы: императивное программирование; функциональное программирование; логическое программирование; объектно-ориентированное программирование.

Императивные языки программирования Императивные (процедурные) языки программирования (ЯП) задают вычисления как последовательность команд (операторов). Они ориентированы на компьютеры с архитектурой фон Неймана. Основные понятия императивных ЯП тесно связаны с компонентами компьютера: переменные различных типов (моделируют ячейки памяти); операторы присваивания (моделируют пересылки данных); повторения действий в форме итерации (моделируют хранение информации в смежных ячейках памяти).

ИЯ – состояние компьютера Состояние компьютера — это множество всех значений всех ячеек его памяти. Программа состоит из последовательности операторов, выполнение каждого из которых влечет за собой изменение значения в одной или нескольких ячейках памяти, то есть переход компьютера в новое состояние. В общем случае синтаксис императивной программы имеет вид: оператор1; оператор2; …

Императивные языки : Fortran (1954, Д. Бэкус), Algol 60 (1960, П. Наур), Cobol (1960, Пентагон), PL/1 (1965, IBM), Pascal (1971, Н. Вирт), С (1972, Д. Ритчи).

Язык Фортран Первый язык программирования высокого уровня, который получил широкое признание Создан фирмой IBM в 1957 году В языке Fortran задано сравнительно мало типов данных: четыре типа числовых данных (целые, вещественные и комплексные числа, а также вещественные с двойной точностью), булевы данные, массивы, строки символов и файлы. Поскольку язык предназначен для научных вычислений, в нем имеется большое количество встроенных математических функций и арифметических операций.

Язык С Язык C был разработан в 1972 году Дэнисом Ритчи и Кеном Томпсоном из лаборатории AT&T Bell Telephone Laboratories. По стилю он похож на Algol и Pascal. Язык C —небольшой, но универсальный язык с ограниченным набором операторов и возможностей. Вместе с тем, органичный сплав простого синтаксиса и высокой эффективности вычислений принесли ему славу самого популярного языка системного программирования. Использован при создании операционной системы UNIX

Понятия введенные в языке С Препроцессор C. Каждый компилятор C включает в себя директивы препроцессора, начинающиеся с символа #, которые не являются составной частью самого языка C. Соглашения интерфейса C. В результате применения языка C возник ряд соглашений. Например, принято, что определения интерфейсов между модулями должны храниться в соответствующем заголовочном файле с расширением .h. Библиотека C. Многие функции (printf, getchar, malloc, fork и exec) были написаны с помощью интерфейсов С, хотя они и не входят в официальное описание языка C. Однако в стандарте языка С эти функции уже включены в язык (как обязательные библиотечные функции для стандартных компиляторов). Подключение большой библиотеки позволяет существенно расширять функциональные возможности ядра языка.

Функциональные языки программирования Вместо отслеживания последовательности состояний, через которые должен пройти компьютер для получения ответа, здесь ищется функция программы, обеспечивающая ожидаемый результат. Функциональные (аппликативные) языки задают вычисления как вызовы функций Синтаксис функциональной программы выглядит следующим образом: functionn(…function2(function1(данные))…)

Особенности функционального языка (ФЯ) В ФЯ отсутствуют переменные , нет операторов присваивания, нет повторений в форме итераций Чтобы определить функцию нужно придумать ее имя и задать вычисляемое ей выражение. Описание единичного действия – это вызов функции с конкретными аргументами Описание программы – это описание последовательности вызовов отдельных функций

Преимущества функционального программирования Прежде всего, функциональные программы предлагают предельно естественную, математическую форму записи вычислений. Программы получаются короткими, выразительными и понятными. Здесь доминирует более высокий уровень программирования, требующий меньших усилий, чем императивное программирование. Программист свободен от необходимости учитывать те детали, которыми наполнена императивная программа.

Проблемы реализации ФЯ В функциональном языке программисту не нужно связываться с переменными, поскольку здесь не требуются такие абстракции, как ячейки памяти. Для организации повторения действий используется мощный механизм рекурсии, тоже оставляющий в стороне детали реализации. Все это выливается в большие накладные расходы времени и памяти при выполнении программы. Компьютер с последовательным порядком работы и линейной организацией памяти просто не способен обеспечить высокую эффективность функциональных вычислений.

Функциональные языки Первый язык функционального программирования LISP появился в рамках проекта по искусственному интеллекту (1960). Разработан под руководством Джона Маккарти из Массачузетского технологического института Язык Miranda (1986) предложил Дэвид Тернер из университета Кента. Язык ML(MetaLanguage) создан Робином Милнером в Эдинбургском университете (1990). Поддерживает не только функциональную, но и императивную парадигму. Язык Haskell (1992) чисто функциональный язык -современный преемник языка Miranda

Особенности языка LISP Эквивалентность форм представления в языке программ и данных, что позволяет выполнять структуры данных как программы и изменять программы как данные. В качестве структуры управления применяется рекурсия, а не итерация (цикл), как в императивных языках. В большинстве программ на LISP широко используются рекурсивные вызовы функций Проще всего LISP реализуется с помощью программного интерпретатора и программного моделирования всех элементарных операций.

Логические языки программирования Логические (декларативные) языки описывают не способ решения задачи, а саму задачу. Фактически они задают формализованное представление предметной области. Иногда логические языки называют языками, основанными на системе правил. Здесь осуществляется проверка некоторого разрешающего высказывания (утверждения), и в случае его истинного значения выполняется соответствующее действие. В языке, основанном на системе правил, не существует определенного порядка применения правил, и система реализации языка должна сама выбрать нужный порядок выполнения действий, который приведет к желаемому результату.

Логическая машина имеет

Работа логической машины Цель выполнения программы: замена переменной на постоянную. Для этого просматриваются факты и аксиомы, ищутся возможные подстановки. Они могут выполняться неоднократно. Подстановки для нашей программы: любит (том, Y) 2. любит (том, футбол) В результате вместо Y подставляется футбол.

Языки логического программирования Язык Prolog. Cоздан авторским коллективом из преподавателей Марсельского и Эдинбургского университетов (Франция, 1972). В 1981 году Япония инициировала государственный проект по созданию компьютеров нового поколения, рабочим языком которых должен был стать Prolog. Проект провалился (из-за ограниченных возможностей существующей элементной базы).

Объектно-ориентированные языки программирования Парадигма объектно-ориентированного программирования является развитием императивного программирования. При ее создании преследовались две цели: сократить размеры программ за счет повышения размера строительных элементов (≪маленькие≫ переменные заменяются ≪большими≫ объектами) и тем самым обеспечить возможность создания (за то же время) более крупных программных приложений; упростить процесс создания новых программ на базе старых (за счет применения механизма наследования).

Основные понятия ООП Объектно-ориентированные языки задают вычисления как взаимодействия программных объектов. Объект —это именуемый модуль, заключающий в себе данные и операции для их обработки. Программный объект во многом похож на физический объект реального мира. В частности, программный объект имеет свое состояние и демонстрирует окружающей среде свое поведение. Состояние объекта характеризуется перечнем данных и их значений. Поведение задается последовательностью выполняемых операций.

Взаимодействие объектов Объекты взаимодействуют друг с другом с помощью сообщений. Посылается сообщение объектом-источником в адрес объекта-приемника. Каждое сообщение — это запрос на выполнение операции объектом-приемником. Описание объектов с общей структурой и поведением называется классом. Как и переменные, единичные объекты создаются по их описаниям. Только в роли описаний для переменных выступают типы данных, а в роли описаний для объектов —классы. Объект считается экземпляром класса

Принципы ООП инкапсуляция (сокрытие своего содержимого от внешнего мира); наследование (возможность получения потомками структуры и поведения предков); полиморфизм (использование одного и того же имени для выражения различных действий и объектов).

Языки ООП Первый объектно-ориентированный ЯП, Simula 67, был придуман норвежцами К. Нигаардом и У. Далом как расширение императивного языка Algol 60. Этот язык опередил свое время и был забыт. Второй объектно-ориентированный ЯП, Smalltalk, появился в нужное время (1972–980) и в нужном месте. Его автором стал Алан Кей из фирмы Xerox. Широкое распространение получил язык C++, созданный Б. Страуструпом (1983).

Язык HTML Язык HTML (HyperText Markup Language —язык разметки гипертекста) предназначен для создания гипертекстовых документов в среде WWW (World Wide Web —Всемирная паутина). HTML-документы (иначе веб-документы, или веб-страницы) могут просматриваться различными типами веб-браузеров. HTML — один из наиболее простых языков создания веб-страниц. У каждого компьютера в Интернете имеется свой адрес. Когда на веб-сервер приходит запрос, адрес отправителя всегда известен. Ответ посылается именно по этому адресу. Обеспечивают взаимодействие сервера и клиента несколько протоколов передачи данных

Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). После установления соединения по TCP/IP запускается веб-браузер, использующий протокол передачи гипертекста (http, hyper text transfer protocol) для организации обмена данными. Веб-сервер посылает HTML-документы на браузер клиента, который выводит их на экран. У каждой веб-страницы есть свой адрес. Эти адреса называются унифицированными указателями информационных ресурсов URL (Uniform Resource Locators). Например, URL для некоторого веб-документа на сайте корпорации Microsoft имеет вид: http://www.microsoft.com/windows/index.html

Структура документов в языке HTML Описания документов в языке HTML создаются с помощью элементов. Элемент — это команда, записываемая тегами. Говорят, что элементы задают разметку текста документа. В общем случае элемент имеет следующую структуру: Открывающий_тег Содержание Закрывающий_тег

Содержание документа Содержание — это некоторая последовательность символов. Все теги начинаются с левой угловой скобки (<) и заканчиваются правой угловой скобкой (>). Внутри угловых скобок указывается имя тега и, в случае открывающего тега, атрибуты. Имя открывающего тега формирует имя всего элемента. Имя открывающего тега повторяется в закрывающем теге, но предваряется символом косой черты (/)

Синтаксис документа HTML Минимальный документ HTML имеет следующий синтаксис: <html> <head> <title> Заглавие документа </title> </head> <body> Текст документа </body> </html>

Скриптовые языки Традиционные языки программирования предназначены прежде всего для создания автономных приложений: программ, которые принимают входные данные, обрабатывают их определенным образом и генерируют соответствующие результаты. Однако в большинстве компьютерных приложений требуется координация множества программ Сценарии подобных действий принято называть скриптами. Все эти сценарии обосновывают потребность в программах, которые координируют другие программы.

Применение скриптовых языков Универсальные скриптовые языки, такие как Perl и Python, иногда называют склеивающими языками, поскольку они создавались для ≪склеивания≫ существующих программ в интересах создания большой системы. С ростом Всемирной паутины скриптовые языки получили новый толчок в направлении генерации динамического информационного наполнения сети. Они также широко используются как языки расширения, которые позволяют пользователю настраивать или расширять функциональные возможности ≪скриптовых≫ утилит.

Общая характеристика скриптовых языков Пакетное и интерактивное использование Экономичность выражений Отсутствие объявлений, простые правила видимости данных Гибкая динамическая типизация Легкий доступ к другим программам Сложное сопоставление с образцами и обработка строк Высокоуровневые типы данных

Язык PHP Создатель языка Расмус Лердорф (1994) PHP «PHP Hypertext Preprocessor». Язык PHP сейчас разрабатывается, распространяется и поддерживается как продукт с открытым исходным кодом. Процессоры PHP располагаются на большинстве веб-серверов. PHP является скриптовым языком серверной стороны, встраиваемым в HTML и специально предназначенным для веб-приложений. Код PHP интерпретируется на веб-сервере, когда HTML-документ, в котором он встроен, запрашивается браузером. В результате интерпретации программного кода PHP обычно генерируется код HTML, который заменяет код PHP в документе HTML. Таким образом, веббраузер не видит кода PHP.

Язык Python Python (Лутц и Ашер, 2004) является относительно новым объектно-ориентированным и интерпретируемым языком скриптов. Используется для типов задач: системное администрирование, программирование CGI и другие относительно небольшие вычислительные задачи. Python является системой с открытым исходным кодом и доступен для наиболее популярных платформ.