Семантика языков программирования. Компилируемые и интерпретируемые языки

Желающие освоить язык программирования сталкиваются с такими понятиями, как компилятор и интерпретатор. Компиляция и интерпретация — это основа работы языков программирования.

Языки программирования в общем подходе делятся на два класса — компилируемые и интерпретируемые. Стоит отметить, что эта классификация языков программирования на компилируемые и интерпретируемые, является весьма условной, поскольку для любого языка программирования может быть создан как компилятор, так и интерпретатор. Кроме того бывают языки программирования смешанного типа.

Мы полагаемся на такие инструменты, как компиляция и интерпретация, чтобы преобразовать наш код в форму, понятную компьютеру. Код может быть исполнен нативно, в операционной системе после конвертации в машинный (путём компиляции) или же исполняться построчно другой программой, которая делает это вместо ОС (интерпретатор).

Компилируемые языки

Программа на компилируемом языке при помощи специальной программы компилятора преобразуется (компилируется) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается в исполняемый файл, который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит программу с языка высокого уровня на низкоуровневый язык, понятный процессору сразу и целиком, создавая при этом отдельную программу

Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем при каждом изменении текста программы требуется ее перекомпиляция, что создает трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция.

Компилируемые языки обычно позволяют получить более быструю и, возможно, более компактную программу, и поэтому применяются для создания часто используемых программ.

Примерами компилируемых языков являются Pascal, C, C++, Erlang, Haskell, Rust, Go, Ada.

Интерпретируемые языки

Если программа написана на интерпретируемом языке, то интерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует) ее текст без предварительного перевода. При этом программа остается на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера — это интерпретатор машинного кода. Кратко говоря, интерпретатор переводит на машинный язык прямо во время исполнения программы.

Программы на интерпретируемых языках можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий. Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора.

Примерами интерпретируемых языков являются PHP, Perl, Ruby, Python, JavaScript. К интерпретируемым языкам также можно отнести все скриптовые языки.

Многие языки в наши дни имеют как компилируемые, так и интерпретируемые реализации, сводя разницу между ними к минимуму. Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету». Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# — Common Language Runtime.

Перепечатка статьи допускается только при указании активной ссылки на сайт сайт

Хочешь получать новые статьи первым? Вступай в сообщества ITmentor

Языки программирования делятся на три типа:

1. Комплируемые языки

Работу компилируемых языков можно представить следующей схемой:

То есть жизненный цикл программы представляет собой следующие этапы:
1. Написание исходного текста программы (source code)
2. Компиляция в исполнимый файл (.exe например)
3. Выполнение программы на ПК

Такой подход обеспечивает высокое быстродействие. То есть программа готовится заранее, в тот момент когда она нужна, она просто запускается.
Все пользователи привыкли именно к такому подходу

Примеры таких языков: assembler, C, C++, Pascal

2. Интерпретируемые языки

Соответственно, жизненный цикл программы сводится к:
1. Написание
2. Выполнение

По сути интерпретируемые программы это так называемые "скрипты" - описание набора действий которые должен выполнить интерпретатор.
То есть, интерпретатор это большая программа со множеством различных функций. А программа это указание какие функции в каком порядке вызвать, описание взаимодействия этих функций

Это специфические языки, например языки для создания веб-страниц.
Примеры: PHP, JavaScript, Python

3. Смешанного типа

Принцип работы языков смешанного типа (компилируемо-интерпретируемые) проиллюстрируем такой схемой:

Java относится именно к компилируемо-интерпретируемым языкам программирования. Интерпретатор в Java называется "виртуальная машина", именно поэтому он так обозначен на рисунке.

Возникает вопрос, зачем такая сложность? Дело в том что такой подход объединяет преимущества компилируемых языков (скорость выполнения) и интерпретируемых (независимость от ОС и безопасность)

Примеры таких языков: Java, C#

Эти три подхода можно проиллюстрировать следующим образом:

1. Компилируемые языки это готовая еда. Хорошо иметь ее под рукой, но она быстро портится.
Программы, написанные на компилируемых языках зависят от ОС и от аппаратного оборудования

2. Интерпретируемые языки это замороженные продукты. Они хорошо хранятся, но их долго готовить
Программы, написанные для интерпретируемых языков очень мобильны, работают везде, где есть интерпретатор, безопасны, но...
Процесс преобразования занимает время, что сказывается на производительности

3. Комбинированные языки можно сравнить с полуфабрикатом. Его быстро готовить, он долго хранится. Но как вы понимаете, вкус будет хуже, чем у свежеприготовленной пищи.
Программы написанные на комбинированных языках программирования, ограничены функциональностью своего интерпретатора. То есть возможностей которые может использовать такая программа всегда будет меньше чем возможностей, которые может использовать программа написанная на компилируемом языке

Cтраница 1

Интерпретируемые языки часто используют в качестве учебных. Для освоения компилирующих языков нужны недели и месяцы подготовки, а писать простые программы на интерпретируемом языке можно уже на первый-второй день после начала занятий. Простейшим интерпретируемым языком программирования считается язык BASIC, с основами которого мы познакомимся в нашей книге.  

Интерпретируемый язык (interpretive language) - язык программирования, программы на котором компьютер считывает, транслирует и исполняет немедленно, строка за строкой; примером служит интерпретируемый Бейсик.  

Геделева нумерующая позволяет рассматривать интерпретируемые языки не только как языки, описывающие натуральные числа (т.е. имеющие множество натуральных чисел в качестве области их предполагаемой интерпретации), но и как относящиеся к нумерованным выражениям. При этом возникает возможность того, что некоторые предложения, очевидным образом относящиеся к некоторым числам, имея в виду геделеву нумерующую, можно считать относящимися к некоторым выражениям, идентичным самим этим предложениям. Описываемое положение дел не просто возможно: доказательство леммы о диагонализации выявляет, как подобная ситуация возникает, а последующие теоремы показывают, как ее можно использовать.  

Лисп является в первую очередь интерпретируемым языком. Пользователь может просто попробовать новые идеи н получить непосредственный отклик об их плодотворности. Программы не нужно транслировать, и их можно исправлять в процессе исполнения. Оглаженную функцию можно передать на трансляцию, тогда она выполняется быстрее. В одной и той же программе могут быть транслированные и интерпретируемые функции. Оттранслированную один раз функцию не нужно транслировать вновь из-за ошибок в других функциях. Транслирование по частям (incremental compiling) экономит усилия программиста и время вычислительной машины.  

В программу, написанную на интерпретируемом языке, можно внести изменения в любой момент, даже во время ее работы, а в машинный код откомпилированной программы, не имея исходного текста, внести изменения крайне трудно - это законченный продукт.  

После обсуждения реализаций типичного компилируемого языка и типичного интерпретируемого языка станет яснее взаимосвязь трансляции и моделирования, типичная для всех реализаций вообще. Фортран - простейший из компилируемых языков, рассматриваемых во второй части книги, и при реализации на традиционной вычислительной машине процесс трансляции этого языка может быть выполнен максимально глубоко.  

Существует еще один подход, при котором программу, написанную на интерпретируемом языке, можно рассматривать как последовательность вызовов подпрограмм. Такую программу можно фактически расширить в длинную цепочку обращений к подпрограммам, и, наоборот, такую цепочку можно обычно упаковать в кодированной форме, которая пригодна для интерпретации. К преимуществам методов интерпретации относятся компактность представления, машинная независимость и лучшие диагностические возможности. Интерпретатор можно обычно написать так, что время, затрачиваемое собственно на интерпретацию кода и на переход к соответствующей подпрограмме, незначительно.  

Язык представления, подобный тому, что используется в STRIPS, с точки зрения программной реализации является интерпретируемым языком, т.е. трансляция с этого языка выполняется интерпретатором, программой, которая способна распознавать в операторах языка формулы, подобные ризЬ (ящик1, комнатаБ, комнатаА), и выразить заложенный в формулах смысл в терминах выполняемых процедур.  

Еше одно преимущество компилируемых языков программирования, таких как C, состоит в том, что полученные программы могут выполняться на компьютерах без компилятора. При работе же с интерпретируемыми языками для выполнения готовой программы нужно обязательно иметь соответствующую программу-интерпретатор.  

Если базовый язык является языком пакетной обработки, дополненным графическими подпрограммами, то нужно лишь идентифицировать команду и сделать вызов соответствующей подпрограммы с заданными параметрами. Если базовый язык является интерпретируемым языком, то в основном схема остается той же, но опускается компиляция. Следует также отметить, что программа, обрабатывающая команды, записывается обычно не в виде одной монолитной программы, а в виде модульной системы. Такой метод имеет некоторые преимущества. Во-первых, экран не перегружается световыми кнопками; высвечиваются лишь кнопки, относящиеся к текущему модулю. Во-вторых, и для небольших систем это очень важно, при реализации системы могут использоваться обычные структуры с перекрытием, что позволяет держать в памяти только те модули, которые нужны в данный момент. Вряд ли стоит упоминать преимущества модульности, связанные с написанием, тестированием, отладкой и эксплуатацией программы.  

Итак, без циклов все-таки обойтись не удается, но при необходимости их использования следует обратить внимание еще на один аспект - выделение памяти для хранения переменных. Язык программирования MATLAB, являясь интерпретируемым языком сверхвысокого уровня, скрывает от пользователя операции, связанные с выделением и освобождением памяти. В результате мы чаще всего даже не задумываемся над тем, что в действительности происходит при выполнении простейшего (с точки зрения пользователя) оператора присваивания.  

Как известно, существуют две обширные категории программ - интерпретаторы и компиляторы, которые транслируют (переводят) программу, написанную на языке высокого уровня, в машинный код. Программа, написанная на интерпретируемом языке, записывается в память в виде последовательности команд языка высокого уровня.  

Однако бывают случаи, когда от программы не требуется быстродействие и она не предназначена для распространения, а сделана для себя. В этом случае удобно применить интерпретируемый язык программирования. Интерпретатор все равно переводит каждую строку по отдельности.  

Каждый из этих способов трансляции имеет свои достоинства и недостатки. Однако за удобство программирования на интерпретируемом языке приходится расплачиваться быстродействием составленных на этом языке программ. Такая программа работает в несколько десятков раз медленнее, чем программа, переведенная в машинные коды посредством компилятора. Последнее обстоятельство, как правило, оказывается более важным, поэтому в большинстве случаев для создания программ, особенно на профессиональном уровне, используются компилирующие языки.  

Как развитие компьютерных технологий не стоит на месте, так и постоянно совершенствуются способы и а также языки программирования. Рассмотрим, какие языки существуют в современной компьютерной области и их классификацию.

Общие сведения

Список языков программирования настолько широк и многообразен, что полностью выкладывать его - задача практически невыполнимая. Среди всех языков можно выделить три основные подгруппы:

• машинные (языки программирования низкого уровня);
• машинно-ориентированные (ассемблеры);
• машинно-независимые (высокого уровня);

Среди разработчиков современного программного обеспечения наиболее популярны следующие основные языки программирования. Список приведён в порядке убывания популярности:

1. Java.
2. HTML.
3. Visual Basic.
4. Delphi.

Этот список языков программирования далеко не полный, однако это наиболее востребованные языки, знание которых могут потребовать у программиста при устройстве на работу. Все они являются языками программирования высокого уровня.

Основы программирования

Языки программирования низкого уровня - это такие языки, которые требуют учитывать тип и возможности процессора. Операторы и методы работы таких языков программирования достаточно близки к машинному коду, они требуют знания устройства памяти персонального компьютера и того, как процессор обращается к ней.

Сложно назвать различные языки программирования низкого уровня. Список все равно сведётся к одному главенствующему языку - ассемблеру. Поскольку он позволяет составлять коды программ в обозначениях близких машинному коду, то используется ассемблер исключительно при написании системного программного обеспечения, такого как операционные системы, драйверы устройств и при программировании управляющих кодов микросхем.

Минусом таких языков программирования является то, что программы на них пишутся для выполнения конкретных задач, на конкретном устройстве и их выполнение невозможно в случае переноса на другой процессор.

Разработка приложений

Список языков программирования для создания пользовательских приложений, а также для разработки и внедрения пользовательского программного обеспечения насчитывает тысячи позиций. Как понимаете, такое многообразие обусловлено тем, что конкретный язык подходит для решения определённых задач.

Несмотря на то что эти языки программирования определяют в отдельную группу, их выполнение происходит в машинном коде. Для выполнения готовой программы построчно и перевода её в используются специальные программы - интерпретаторы. Если перевод программного кода с одного языка на другой осуществляется без выполнения команд, то этим занимаются программы-компиляторы. В общем случае программы, предназначенные для перевода написанных программ из одного формального языка программирования в другой, называются трансляторами.

Рассмотрим подробнее языки программирования высокого уровня. Список составлять не будем, просто распишем несколько подробнее о каждом из наиболее популярных.

SQL

Специализированный язык программирования предназначен в первую очередь для работы с системами управления базами данных и их программирования. SQL переводится как "специализированный Поскольку в последние десятилетия рынок СУБД вырос многократно, популярность этого языка не становится сюрпризом.

Существуют различные мнения касательно будущего этого языка. Однозначно считается, что технология создания реляционных баз данных была на высоте, однако её время уходит. Необходимость развития в связи с возрастающими объёмами обрабатываемых данных приводит специалистов к мысли, что в будущем человечеству просто необходим переход от реляционных технологий к постреляционным, но с учетом сохранения совместимости с существующими банками данных.

Javascript

По праву занимает второе место среди языков программирования высокого уровня. Прост в освоении, удобен в работе. Повышенная по сравнению с прародителем приспособленность к программированию приводит к тому, что работают с этим языком миллионы человек по всему миру. Объектно-ориентированный язык основанный на С++, приспособлен к созданию программ и приложений, способных обрабатывать огромные потоки информации в специализированных средах и учитывать специфику среды внедрения готового

Технология Java - это основа, позволяющая в неограниченных количествах увеличивать инфраструктуру предприятий и компаний, способная связать воедино системы самого различного калибра, начиная от подключения к сети телефона по Wi-fi и заканчивая суперкомпьютерами.

XML

Потомок HTML, эта технология являет собой расширяемый язык разметки. Она приспособлена для интерпретирования документов. На нем проводятся сложнейшие преобразования и изменения документов. Язык XML используется для передачи и временного хранения данных при работе с различными реляционными базами через интернет.

XML уже достиг того уровня, когда может претендовать на роль основополагающей технологии для построения корпоративных сетей.

Программируем по-русски

Большинство популярных языков программирования используют лексику английского языка. Однако кроме них существуют также русские языки программирования. Список на русском невелик, а предметная область, в которой они используются, очень специализирована. Приведём некоторые примеры.

• 1С:Предприятие. Целая система, предназначенная для управления организацией во всех сферах деятельности. Нередко в объявлениях по поиску сотрудников можно встретить "Программист 1С".
• Глагол. Аналог англоязычного Pascal.
• Робик. Специализированный язык программирования, предназначенный для обучения детей основам программирования.
• Рапира. Язык с основанный на процедурах.

Как видите, список языков программирования настолько широк и разнообразен, что его невозможно охватить никакими классификациями и перечнями. Если вы решите заняться программированием на любительском или профессиональном уровне, то помните, что программист - творческая профессия, требующая не только знаний, но и фантазии, воображения, интуиции и даже немного удачи.

Лекция 1 – Языки программирования. Visual Basic

{Материал из Википедии - свободной энциклопедии}Язы́к программи́рования - формальнаязнаковая система, предназначенная для описанияалгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например,компьютера ). Язык программирования определяет наборлексических ,синтаксических исемантических правил, используемых при составлениикомпьютерной программы . Он позволяетпрограммисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаватьсяданные , а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах. Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более двух с половиной тысяч языков программирования (См.Список языков программирования (англ.)). Каждый год их число пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.Cоздатели языков по-разному толкуют понятиеязык программирования . Среди общих мест, признаваемых большинством разработчиков, находятся следующие:

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеруинструкций по выполнению того или иноговычислительного процесса и организации управления отдельнымиустройствами .

Задача: язык программирования отличается отестественных языков тем, что предназначен для передачикоманд и данных от человека компьютеру, в то время, как естественные языки используются для общениялюдей между собой. В принципе, можно обобщить определение "языков программирования" - это способ передачи команд, приказов, четкого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулированияструктурами данных и управления процессом вычислений.

Особенности языков программирования

Каждый язык программирования может быть представлен в виде набора формальных спецификаций, определяющих его синтаксис исемантику Эти спецификации обычно включают в себя описание:

Типов и структур данных

Операционную семантику (алгоритм вычисления конструкций языка)

Семантические конструкции языка

Библиотеки примитивов (например, инструкции ввода-вывода)

Философии назначения и возможностей языка

Для многих широко распространённых языков программирования созданы международные комитеты по стандартизации, которые выполняют регулярное обновление и публикацию спецификаций и формальных определений соответствующего языка. В рамках таких комитетов продолжается разработка и модернизация языков программирования и решаются вопросы о расширении или поддержке уже существующих и новых языковых конструкций.

Типы данных

Во внутреннем представлении все данные в современных цифровых компьютерах сохраняются просто как нули и единицы (в двоичном виде ). Данные, которые представляют информацию из реального мира (имена, банковские счета, измерения и др.) - это низкоуровневые двоичные данные, которые преобразуются языками программирования в эти высокоуровневые концепции.

Особая система, по которой данные организуются в программе, - это система типов языка программирования; разработка и изучение систем типов известна под названиемтеория типов . Языки могут быть классифицированы как системысо статической типизацией и языки сдинамической типизацией . Статически-типизированные языки могут быть в дальнейшем подразделены на языки собязательной декларацией , где каждая переменная и объявление функции имеет обязательное объявление типа, и языки свыводимыми типами . Иногда динамически-типизированные языки называютсялатентно типизированными .

Структуры данных

Системы типов в языках высокого уровня позволяют определять сложные, составные типы, так называемые структуры данных . Как правило, структурные типы данных образуются какдекартово произведение базовых (атомарных) типов и ранее определённых составных типов. Основные структуры данных (списки, очереди, хэш-таблицы, двоичные деревья и пары) часто представлены особыми синтаксическими конструкциями в языках высокого уровня. Такие данные структурируются автоматически.

Компилируемые и интерпретируемые языки

Языки программирования делятся на два класса - компилируемые иинтерпретируемые . Программа на компилируемом языке при помощи специальной программыкомпилятора преобразуется (компилируется ) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается висполняемый файл , который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит программу с языка высокого уровня на низкоуровневый язык, понятный процессору. Если программа написана на интерпретируемом языке, тоинтерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует ) ее текст без предварительного перевода. При этом программа остается на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера - это интерпретатор машинного кода. Кратко говоря, компилятор переводит программу на машинный язык сразу и целиком, создавая при этом отдельную программу, а интерпретатор переводит на машинный язык прямо во время исполнения программы. Разделение на компилируемые и интерпретируемые языки является несколько условным. Так, для любого традиционно компилируемого языка, как, например,Паскаль , можно написать интерпретатор. Кроме того, большинство современных «чистых» интерпретаторов не исполняют конструкции языка непосредственно, а компилируют их в некоторое высокоуровневое промежуточное представление (например, с разыменованием переменных и раскрытием макросов). Для любого интерпретируемого языка можно создать компилятор - например, язык Лисп, изначально интерпретируемый, может компилироваться без каких бы то ни было ограничений. Создаваемый во время исполнения программы код может так же динамически компилироваться во время исполнения. Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем при каждом изменении текста программы требуется ее перекомпиляция, что создает трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция. Интерпретируемые языки обладают некоторыми специфическими дополнительными возможностями (см. выше), кроме того, программы на них можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий. Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора. Некоторые языки, например,Java иC# , находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня,байт-код . Далее байт-код выполняетсявиртуальной машиной . Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation,JIT ). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine,JVM ), для C# -Common Language Runtime . Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов. Следует упомянуть также оригинальный языкФорт(Forth) , который является как бы одновременно интерпретируемым и компилируемым.