9.3. Классификация языков программирования высокого уровня Основные элементы языков программирования

Алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Программирование – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программы.

Программа – результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, индивидуальность разработчиков. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам. Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специального инструментария создания программы).

Эволюция языков программирования

20-е годы XIX века. Предварительная запись порядка действий машины на перфокарте для последующей автоматической реализации вычислений – программе (предложена Ч.Бэббиджем). Ада Лавлейс теоретически разработала некоторые приемы управления последовательностью вычислений, которые используются до сих пор.

40-е годы XX века. Создание программ на основе кодирования машинных команд (Грейс Мюрей Хоппер).

50-60-е годы. Роль программирования в машинных кодах уменьшается, появляются процедурные языки программирования высокого уровня (FORTRAN, ALGOL). Для преобразования команд в машинные коды используются трансляторы.

Середина 60-х годов. Создание специализированного языка программирования, состоящего из простых слов английского языка (BASIC), попытки создать универсальный язык (PL/1, АЛГОЛ-68).

Начало 70-х. Развитие идеи АЛГОЛА о структуризации разработки алгоритмов, создание Н. Виртом языка Паскаль. Создание языка АДА, предназначенного для создания и длительного сопровождения больших программных систем, допускающего возможность параллельной обработки, управления процессами в реальном времени и др.

1972 г. (Первая версия языка Си). Появление языка сочетающего черты языка высокого уровня с машинно-ориентированным языком, который допускает программиста ко всем машинным ресурсам.

В течение многих лет программное обеспечение строилось на основе операциональных и процедурных языков (Ассемблеры, Фортран, Бейсик, Паскаль, Ада, Си). По мере эволюции языков программирования широкое распространение получили и другие принципиально новые подходы к созданию программ непроцедурноепрограммирование: объектно-ориентированное программирование (языки Си++, Delphi, Visual Basic) и декларативное программирование. Декларативные языки делятся на логические (Пролог) и функциональные (Лисп). В настоящее время разработаны языки работающие в управляемом окружении, обеспечивающие высокую надежность и защищенность создаваемых программ (Java, C#, VB.net).

классификация языков программирования

Понятие о языках программирования высокого уровня

Языки программирования – это формальные языки специально созданные для общения человека с компьютером. Каждый язык программирования, равно как и "естественный язык" (русский, английский и т.д.) имеет:

• Алфавит – фиксированный для данного языка набор основных символов, допускаемых для составления текста программы на этом языке.
• Синтаксис – система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования.
• Семантика – система правил однозначного толкования отдельных языковых конструкций, позволяющих воспроизвести процесс обработки данных.

При описании языка и его применении используют понятия языка.

Понятие – некоторая синтаксическая конструкция и определяемые ею свойства программных объектов или процесса обработки данных.

Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет те или иные понятия языка, например, операторы, идентификаторы, переменные, функции и процедуры, модули и т.д. В отличие от естественных языков правила грамматики и семантики для языков программирования, как и для всех формальных языков, должны быть явно, однозначно и четко сформулированы.

Языки программирования, имитирующие естественные языки, обладающие укрупненными командами, ориентированными на решение прикладных содержательных задач, называются языками высокого уровня.

Язык программирования высокого уровня (high-level programming language).

Язык программирования, в который введены элементы, допускающие описание задачи в наглядном, легко воспринимаемом виде, упрощающие и автоматизирующие процесс программирования, управляющие конструкции и структуры данных.

ЯПВУ отражают естественные для человека понятия, а не архитектуру вычислительной системы. Поэтому программа, составленная на ЯПВУ , сначалатранслируется самой ЭВМ на машинный язык (низкого уровня), а затем выполняется.

В алфавит ЯПВУ могут входить буквы, цифры, математические символы и даже так называемые ключевые слова, например:

• if (если);
• then (тогда);
• else (иначе) и т. п.

Из исходных символов по правилам синтаксиса строятся предложения, обычно называемые операторами, например: if x 1 следует воспользоваться формулой у = х – 1.

Достоинства ЯПВУ

• Алфавит языка значительно шире машинного, что делает его гораздо более выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста.
• Набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса.
• Конструкции команд (операторов) отражают содержательные виды обработки данных и задаются в удобном для человека виде.
• Используется аппарат переменных и действий с ними.
• Поддерживается широкий набор типов данных.

Таким образом, языки программирования высокого уровня являются машинно-независимыми и требуют использования соответствующих программ-переводчиков (трансляторов) для представления программы на языке машины, на которой она будет исполняться.

Примеры языков высокого уровня

Fortran. Первый компилируемый язык созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Fortran продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появился в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF (High Perfomance Fortran) для параллельных супер компьютеров со множеством процессоров.

Cobol. Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х г. Он отличается большой "многословностью" – его операторы 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 много различных приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе.

Algol. 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 Алгол68,по своим возможностям опережающая и сегодня многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы.

Pascal. Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Николаусом 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. Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в конце 60-х годов в качестве учебного пособия и очень прост в изучении.

C. 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 вида процессора.

C++. Это объектно-ориентированное расширения языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко увеличить 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. Этот язык был создан компанией Sun в начале 60-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 платформо-независимый байт-код. Этот байт-код может выполнятся с помощью интерпритатора-виртуальной машины Javа-машины JVM (Java Virtyal Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Благодаря наличию Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне обычного байт-кода, поэтому по популярности язык Ява сегодня занимает второе место в мире после Бейсика.