Обзор языков программирования высокого уровня
FORTRAN (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает использоваться в некоторых организациях.
COBOL (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой «многословностью» — его операторы иногда выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много приложений, которые эксплуатируются и сегодня.
Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В 1968 году была создана версия Алгол 68, по своим возможностям опережающая многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы.
Pascal (Паскаль). Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.
Basic (Бейсик). Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.
С (Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).
C++ (Си++). Это объектно-ориентированное расширение языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко повысить производительность программистов, наложилось на унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки.
Java (Джава, Ява). Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Но главная особенность этого языка — компиляция не в машинный код, а в платформно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора — виртуальной Java-машины JVM (Java Virtual Machine) версии которой созданы сегодня для любых платформ. Благодаря наличию множества Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне двоичного байт-кода. Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini) и созданию платформно-независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans). Пока основной недостаток этого языка — невысокое быстродействие, так как язык Ява интерпретируемый.
С# (Си Шарп). В конце 90-х годов в компании Microsoft под руководством Андерса Хейльсберга был разработан язык С#. В нем воплотились лучшие идеи Си и Си++, а также достоинства Java. Правда, С#, как и другие технологии Microsoft, ориентирован на платформу Windows. Однако формально он не отличается от прочих универсальных языков. Язык С# предназначен для быстрой разработки .NET-приложений, и его реализация в системе Microsoft Visual Studio .NET содержит множество особенностей, привязывающих С# к внутренней архитектуре Windows и платформы .NET.
PL/1 (ПЛ/1). В середине 60-х годов компания IBM решила взять все лучшее из языков Фортран, Кобол и Алгол. В результате в 1964 году на свет появился новый компилируемый язык программирования, который получил название Programming Language One. В этом языке было реализовано множество уникальных решении, полезность которых удается оценить только спустя 33 года, в эпоху крупных программных систем. По своим возможностям ПЛ/1 значительно мощнее многих других языков (Си, Паскаля). Например, в ПЛ/1 присутствует уникальная возможность указания точности вычислений — ее нет даже у Си++ и Явы. Этот язык и сегодня продолжает поддерживаться компанией IBM.
Smalltalk (Смолток). Работа над этим языком началась в 1970 году в исследовательской лаборатории корпорации XEROX, а закончились спустя 10 лет, воплотившись в окончательном варианте интерпретатора SMALLTALK-80. Данный язык оригинален тем, что его синтаксис очень компактен и базируется исключительно на понятии объекта. В этом языке отсутствуют операторы или данные. Всё, что входит в Смолток, является объектами, а сами объекты общаются друг с другом исключительно с помощью сообщений (например, появление выражения I + 1 вызывает посылку объекту I сообщения «+», то есть «прибавить», с параметром 1, который считается не числом-константой, а тоже объектом). Больше никаких управляющих структур, за исключением «оператора» ветвления (на самом деле функции принадлежащей стандартному объекту), в языке нет, хотя их можно очень просто смоделировать. Сегодня версия VisualAge forSmalltalk активно развивается компанией IBM.
LISP (Лисп). Интерпретируемый язык программирования, созданный в 1960 году Джоном Маккарти. Ориентирован на структуру данных в форме списка и позволяет организовывать эффективную обработку больших объемов текстовой информации.
Prolog (Пролог). Создан в начале 70-х годов Аланом Колмероэ. Программа на этом языке, в основу которого положена математическая модель теории исчисления предикатов, строится из последовательности фактов и правил, а затем формулируется утверждение, которое Пролог будет пытаться доказать с помощью введенных правил. Человек только описывает структуру задачи, а внутренний «мотор» Пролога сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления.
Ada (Ада). Назван по имени леди Огасты Ады Байрон, дочери английского поэта Байрона. В 1980 году сотни экспертов Министерства обороны США отобрали из 17 вариантов именно этот язык, разработанный небольшой группой под руководством Жана Ишбиа. Он удовлетворил на то время все требования Пентагона, а к сегодняшнему дню в его развитие вложены десятки миллиардов долларов. Структура самого языка похожа на Паскаль. В нем имеются средства строгого разграничения доступа к различным уровням спецификаций, доведена до предела мощность управляющих конструкций.
Forth (Форт). Результат попытки Чарльза Мура в 70-х годах создать язык, обладающий мощными средствами программирования, который можно эффективно реализованным на компьютерах с небольшими объемами памяти, а компилятор мог бы выдавать очень быстрый и компактный код, то есть служил заменой ассемблеру. Однако сложности восприятия программного текста, записанного в непривычной форме, сильно затрудняли поиск ошибок, и с появлением Си язык Форт оказался забытым.
В настоящее время существуют специализированные языки программирования для некоторых областей – баз данных, Интернет (скриптовые, тэговые, — о них в соответствующих разделах), моделирования и др.
Например, языки моделирования используются при создании программ и формировании структур баз даны. Такие языки используют формальные способы их представления — формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить (изобразить с помощью мыши) объекты программы и взаимосвязи между ними в системе, имеющей специализированный редактор и генератор исходных текстов программ на основе созданной модели. Такие системы называются CASE-системами. В них активно применяются нотации IDEF, а в последнее время все большую популярность завоевывает язык графического моделирования UML.
Тема 8. Языки программирования высокого уровня Лекция 15. Эволюция и классификация языков программирования
Эволюция и классификация языков программирования. Языки программирования высокого и низкого уровня. Компилируемые языки. Интерпретируемые языки. Объектно-ориентированные языки.
Языки программирования по стилю написания исходного кода классифицируются на процедурные (составляются процедуры, содержащие набор команд) и декларативные (определяется совокупность фактов и взаимосвязей, позволяющих запрашивать результаты).
Языки программирования по уровню исходного кода классифицируются на языки высокого и языки низкого уровня.
Языки программирования низкого уровня
Языки программирования низкого уровня представляют специальный набор инструкций, набранных с использованием команд управления регистрами микропроцессора. Языки программирования низкого уровня позволяют программисту кодировать команды с максимально возможной эффективностью. Но использование языков низкого уровня требует досконального знания возможностей конкретной компьютерной системы и команд микропроцессора. Кроме того, программирование на языке низкого уровня занимает существенно больше времени, чем программирование на языке высокого уровня.
Машинный язык
Машинный язык содержит набор команд управления регистрами микропроцессора. Оперирует двоичными, восьмеричными или шестнадцатеричными числами. Зависит от типа микросхемы процессора компьютера. Коды команд и адреса данных задаются во внутреннем представлении. Например, для пересылки данных из регистра СХ в ВХ используется машинная команда 8В D9, в которой старший байт (8В) определяет код операции, а младший байт (D9=110011001) – способ адресации (регистровый – 11) и номера используемых регистров(001 — СХ , 011 — ВХ). На ассемблере эта команда имеет вид: MOV BX,CX.
Assembler (Ассемблер)
Язык ассемблера оперирует инструкциями и командами, которые может выполнить микропроцессор. Программирование в машинных кодах очень сложно и обычно это делается сериями мнемоник. Мнемоники — это коды операций, которые читабельны и понятны людям и могут быть легко преобразованы в машинный код, используя ассемблер. Например, вычисление суммы z=x+y (для целых чисел) пишется в виде (через регистр АХ):
Языки программирования высокого уровня
Языки программирования высокого уровня представляют специальный набор инструкций, использующих ключевые слова и синтаксис, похожий на английский. Эти языки освобождают программиста от необходимости знать, как именно компьютер выполняет команды. Каждый оператор языка высокого уровня соответствует нескольким командам машинного языка, что позволяет писать программы быстрее, чем на языках низкого уровня. Однако трансляция выполняется не самым эффективным образом, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, выполняются медленнее, чем написанные на языках низкого уровня.
Basic (Бейсик)
Разработан сотрудниками Дартмутского колледжа (США) в 1964 году. Первый персональный компьютер IBM PC имел 16-разрядный BASIC, разработанный корпорацией IBM. Позже его сменил GW-BASIC и QUICK-BASIC, разработанный корпорацией Microsoft. BASIC (Beginner’s All-Purpose Symbolic Instruction Code) — универсальный код символьных команд для начинающих, является интерпретируемым процедурным языком, операторы которого выполняется компьютером шаг за шагом. BASIC легко изучить, но программы, написанные на нем, выполняются медленно, поэтому он плохо подходит для профессионального программирования. Разработаны компиляторы Бейсика, например, Turbo Basic (фирма Borland) и Visual Basic (фирма MicroSoft). Для программирования в приложениях Microsoft Office корпорацией Microsoft был разработан язык VBA (Visual Basic for Application).