Язык программирования. Разные языки программирования и их области применения

Языки программирования делятся на 2 класса:

Машинные или машинно-ориентированные (низкого уровня)
Алгоритмические (высокого уровня)

Язык низкого уровня ориентирован на конкретный тип процессора и записывается в машинных кодах (0 или 1). Этот язык понятен компьютеру, но не понятен человеку. Например, язык АССЕМБЛЕРА

Языки программирования высокого уровня – записываются с помощью английских слов и фраз. То есть такой язык понятен человеку но

не понятен компьютеру. Эти языки нужно переводить на машинные коды. Для этого применяются трансляторы. Они делятся на:

Компиляторы – сразу переводят исходный текст программы на язык машинных кодов. После этого формируется командный файл (.exe или.com) и сама исходная программа уже не нужна.
Интерпретаторы – они переводят исходный текст программы по шагам. И каждый раз при запуске обращаются к исходному тексту. Очень удобно при отладке программ.

Еще есть понятие «компоновки» программ, то есть сбор откомпилированных элементов в единый программный модуль

Этапы компьютерного моделирования:

Постановка задачи и определение объекта моделирования
Разработка концептуальной модели, выявление основных элементов и их взаимосвязей
Формализация и переход к модели
Создание алгоритма и написание программы
Планирование и проведение компьютерных экспериментов
Анализ и интерпретация результатов

Массив относится к составным типам данных. Доступ к элементу массива осуществляется по имени массива и номеру элемента. Элементы массива в памяти компьютера упорядочены по возрастанию индексов.

Атрибуты переменной в языках программирования: имя, адрес, значение и тип

Критерии качества программных систем: надежность, правильность, понятность, гибкость, эффективность

Языки программирования :

Perl – язык сценариев

В процедурных языках программирования отсутствует комплексный тип данных

Виртуальная машина Java – интерпретатор

Пролог – язык логического программирования, является интерпретатором

JavaSCRIPT – язык сценариев

SQL – язык манипулирования данными используется для выборки, вставки и удаление информации в реляционных базах данных.

К языкам декларативного программирования относятся логические языки

HTML и XML – языки разметки данных

С – язык применяемый для структурного программирования

Основными элементами объектно-ориентированного программирования являются:

Класс
Объект - экземпляр класса
Событие, которое происходит с объектом
Метод который выполняется над объектом
Свойство

Базовыми понятиями объектно-ориентированного программирования являются:

Полиморфизм – использование одного имени для задания общих для класса действий, что означает способность объектов выбирать внутренний метод исходя из типа данных
Наследование – свойство ООП, которое может быть смоделировано с помощью таксономической классификационной схемы (иерархии)
Инкапсуляция – означает возможность заключать в отдельный модуль процедуры работы с объектом

Основой метода структурного программирования являются: (программирование «сверху-вниз»)

По другому это программирование без «GoTo»

Использование композиции трех базовых элементов: ветвления, линейной структуры и цикла
Использование подпрограмм

При использовании подпрограмм нет необходимости добиваться минимального количества операторов. Передача входных данных при вызове подпрограммы происходит с помощью параметров. Параметры, указываемые в момент вызова подпрограммы из основной программы называются фактическими .

Для системного программирования наиболее подходят языки: С, С++ и Ассемблер

При трансляции для проверки типов в выражениях предназначен этап семантического анализа.

На этапе синтаксического анализа при трансляции выявляются ошибки типа «пропущена точка с запятой»

Когда вы пытаетесь выяснить, какой язык программирования начать изучать, вы, вероятно, столкнетесь с терминами «высокий уровень» и «низкий уровень». Люди постоянно говорят о языках программирования высокого и низкого уровня. Но что именно это означает? И что значит научиться писать код? Начнем с определений каждого.

Языки программирования «Высокого» и «Низкого уровня»

В этой статье я расскажу о языках «высокого» и «низкого уровня». Но особых критериев для определения этого нет. Просто имейте в виду, что это во многом зависит от вашей перспективы. Если вы программист C, Java может показаться довольно высокоуровневым. Если вы привыкли к Ruby, Java может показаться языком низкого уровня.

Машинный код и языки низкого уровня

Независимо от того, считается ли язык высокоуровневым или низкоуровневым (или где-то посередине), речь идет об абстракции. Машинный код не имеет абстракции - он содержит отдельные инструкции, передаваемые на компьютер. И поскольку машины имеют дело только с числами, они представлены в двоичном виде (хотя они иногда записываются в десятичной или шестнадцатеричной нотации).

Вот пример машинного кода:

В машинном коде операции должны быть указаны точно. Например, если часть информации должна быть извлечена из памяти, машинный код должен будет сообщить компьютеру, где в памяти его найти.

Писать непосредственно в машинный код возможно, но очень сложно.

Низкоуровневые языки программирования добавляют немного абстракции к машинным кодам. Эта абстракция скрывает конкретные инструкции машинного кода за декларациями, которые более читабельны для человека. Языки ассемблера являются языками самого низкого уровня рядом с машинным кодом.

В машинный код вы можете написать что-то вроде «10110000 01100001», но язык ассемблера может упростить это как «MOV AL, 61h». Между тем, что написано на языке ассемблера, и инструкциями, переданными машине, по-прежнему существует почти одно-однозначное соответствие.

Перейдя на более популярные языки программирования, вы придете к чему-то вроде C. Хотя этот язык не такого низкого уровня, как язык ассемблера, все еще существует сильное соответствие между тем, что написано на C и машинным кодом. Большинство операций, написанных на C, могут быть заполнены небольшим количеством инструкций машинного кода.

Языки программирования высокого уровня

Как и языки более низкого уровня, более высокие уровни охватывают широкий спектр абстракций. Некоторые языки, такие как Java (многие относят его к языкам программирования среднего уровня), все же дают вам большой контроль над тем, как компьютер управляет памятью и данными.

Другие, такие как Ruby и Python, очень абстрактны. Они дают вам меньше доступа к функциям нижнего уровня, но синтаксис гораздо легче читать и писать. Вы можете группировать вещи в классах, которые наследуют характеристики, поэтому вам нужно только объявить их один раз.

Переменные, объекты, подпрограммы и циклы являются важными частями языков высокого уровня. Эти и другие концепции помогут вам рассказать машине о множестве вещей с короткими, краткими заявлениями.

Если язык ассемблера имеет почти единообразное соответствие между его командами и командами машинного кода, язык более высокого уровня может отправлять десятки команд с помощью одной строки кода.

Важно отметить, что «языки программирования высокого уровня» могут включать в себя все, что более абстрактно, чем язык ассемблера.

Какой язык изучать: низкого или высокого уровня?

Это, безусловно, общий вопрос среди новых и начинающих программистов. Какие языки программирования лучше изучать: высокого или низкого уровня? Как и в случае со многими вопросами программирования, вопрос о языках программирования высокого и низкого уровня не так прост.

Оба типа языков имеют важные преимущества. Низкоуровневые языки, так как они требуют небольшой интерпретации компьютером, обычно работают очень быстро. И они дают программистам большой контроль над хранением, памятью и извлечением данных.

Однако языки высокого уровня интуитивно понятны и позволяют программистам писать код намного эффективнее. Эти языки также считаются «более безопасными», так как есть больше гарантий, которые препятствуют кодеру издавать плохо написанные команды, которые могут нанести ущерб. Но они не дают программистам такого же контроля над процессами низкого уровня.

Помня об этом, вот список популярных языков по шкале от низкого до высокого:

JavaScript
Python

Конечно, это отчасти субъективно. И включает только крошечную часть доступных языков.

Но это должно дать вам некоторое представление о том, на каком уровне находятся интересующие вас языки.

Что Вы хотите делать?

При принятии решения о том, какой язык вы будете изучать, ваш первый вопрос должен быть следующим: что вы хотите запрограммировать?

Если вы хотите программировать операционные системы, ядра или что-то, что необходимо для работы на максимальной скорости, язык более низкого уровня может быть хорошим выбором. Большая часть Windows, OS X и Linux написана на языках C и C-производных языках, таких как C ++ и Objective-C.

Многие современные приложения пишутся на языках более высокого уровня или даже на предметно-ориентированных языках. Python и Ruby особенно популярны для веб-приложений, хотя HTML5 становится все более мощным. Языки, такие как Swift, C #, JavaScript и SQL, имеют свои сильные и слабые стороны.

Недавно читал тему на форуме по программированию и наткнулся на интересное предложение: изучите сразу оба уровня. Вы получите более глубокое понимание типов абстракций, которые делают язык более высокого уровня более эффективным.

Конечно, изучение двух языков одновременно непросто, так что вы можете немного растянуть их изучение. И выбор двух языков, которые наиболее похожи, может быть полезным.

Опять же, мы вернемся к тому, о чем я говорил раньше: выберите язык, основанный на том, что вы хотите сделать. Проведите некоторое исследование, чтобы узнать, какие языки люди используют в своей области. Затем используйте эту информацию, чтобы выбрать язык высокого и низкого уровня, и начните изучать их.

Вы скоро увидите параллели, и вы получите гораздо более глубокое понимание того, как работает программирование.

Сосредоточьтесь на цели, а не на средстве

Существует множество критериев, которые вы можете использовать для выбора языка программирования. Одним из критериев является высокий и низкий уровень. Но почти в каждом случае критерии, которые вы должны использовать, - это то, что вы хотите запрограммировать.

Вашему проекту может быть полезен язык низкого уровня. Или это может быть намного более эффективно на высоком уровне. Вы должны сами выбрать правильный инструмент для работы. Сосредоточьтесь на своей цели, и каждый раз выбирайте правильный язык.

У вас есть опыт работы с языками высокого и низкого уровня? Вы предпочитаете одни другим? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!

Компьютерные программы часто описываются как “наборы инструкций”, и компьютерные языки воспринимаются многими только как словарный и синтаксический способ обеспечения этих инструкций.

С этой точки зрения, различные языки программирования могут иметь различную грамматику или различные словари. Каждый язык может рассматривать точку с запятой по-своему или требовать заглавных букв в написании, хотя, по большому счету, в основе всех языков один и тот же принцип.

Но реальность программирования гораздо сложнее.

Программирование сегодня

Это странно, но большинство действительно “глобальных” идей в компьютерном программировании были разработаны еще в 1950-х и 60-х годах. С тех пор появилось много новых языков, но ни один из них не реализует действительно нового подхода к логике и вычислениям.

Разработка новых языков программирования в течение последних нескольких десятилетий была основана на опыте разработчиков. Это означает, что появился код, который стало проще писать (движущая сила Ruby) и проще читать (Python), и делать определенные типы логических структур и способы решения проблем более интуитивными.

Некоторые языки были разработаны для решения конкретных проблем в программировании (например PHP и SASS), чтобы управлять определенными типами систем (), или для работы в определенной среде или на определенной платформе (Java и JavaScript). Некоторые языки были разработаны специально для того, чтобы помочь новичкам научиться программировать (классическими примерами являются BASIC и Scratch).

С тех пор, как теории и практики вокруг дизайна языка вылились (в основном) в широко признанную ортодоксию, большая часть новой и интересной работы в развитии практики программирования в настоящее время сосредоточена вокруг системной архитектуры.

Относительно недавнее развитие включает в себя такое понятие, как SOA (Service Oriented Architecture- сервисо-ориентированная архитектура ) и MVC (Model-View-Controller), а также фреймворки, такие как , позволяющие программистам легко работать в рамках этих парадигм.

Список языков программирования

Пополняющийся список популярных языков программирования, разметок и протоколов. Ссылки на описание каждого из них:

Кодировка ASCII

Кодировка символов является одним из основных компьютерных и Интернет аспектов. ASCII – это первая, широко использованная система кодировки символов. Она была вытеснена UTF-8, но ASCII по-прежнему является основой для подавляющего большинства символов в Интернете и на сегодняшний день. Понимание этого очень важно для программистов. Читайте подробнее здесь (англ):

ASP / ASP.NET

ASP – это аббревиатура для Active Server Pages. Это первый скриптовый серверный язык для веб-сервера Microsoft IIS. ASP был заменен на серверный фреймворк с открытым исходным кодом – ASP.NET. Подробнее (англ):

AutoLISP

AutoLISP – это простой, легкий, интерпретируемый язык программирования, созданный специально для автоматизированного проектирования программного обеспечения. Читайте об этом (англ):

Awk

Awk является чрезвычайно мощным языком программирования для обработки текстов, позволяющим извлекать данные из файла или другого источника, и выводить их в любом формате, который вам нужен. Он является уже старым инструментом, но все еще так же полезен, как и раньше. Узнайте подробнее (англ): .

BASH

Bash – это наиболее часто используемый интерфейс командной строки в мире Unix. Это интерфейс на основе текста по умолчанию и для Linux и для Mac OS X. Подробнее (англ):

Common Lisp

Lisp является довольно уникальным языком программирования, возможно, самым древним языком и до сих пор продолжает использоваться. Это особенно важно в области искусственного интеллекта. Подробнее (англ):

C

Если мы включим сюда две производные этого языка, то смело можно будет сказать, что ни один язык не проиносил большей пользы и большего влияния, чем С. Это особенно важно для развития операционных систем и другого программного обеспечения. Многие компиляторы и интерпретаторы для других языков написаны на языке C. Подробнее (англ):

C++

Первоначально он назывался “C с классами”, C++, во многих отношениях, просто более продвинутый преемник C (хотя в целом ситуация сложнее). C++ был разработан, чтобы добавить высокий уровень парадигмы программирования C, сохраняя при этом возможности аппаратной манипуляции низкого уровня. Многие из этих дополнений добавлялись в C на протяжении многих лет, и языки больше похожи на два диалекта одного и того же языка. Подробнее (англ):

C#

Использовался в качестве основного языка для.NET программирования, похож на C++, является расширением языка программирования C, но с важным дополнением в виде объектно-ориентированных возможностей. Подробнее (англ):

CSS / CSS3

CSS или Cascading Style Sheets, также не является языком программирования, а языком стиля страницы – это язык, предоставляющий стиль и правила компоновки документам и приложениям. Является основным используемым в Интернете языком стиля. Подробнее:

Emacs Lisp

Emacs уже давно был известен как популярный и мощный текстовый редактор. Но добавление в него Emacs Lisp, превращает его в интегрированную среду разработки для почти любого языка программирования. Подробнее (англ): .

F#

F# – язык программирования общего назначения. Разработан, чтобы быть чрезвычайно эффективным. Будучи изначально только языком Microsoft, теперь является языком с открытым исходным кодом и используется на всех платформах. Подробнее (англ): .

FORTAN

Fortran впервые появился в 1957 году и до сих пор используется для решения некоторых из наиболее сложных проблем современной науки и техники. Подробнее (англ):

FORTH

Работа над Forth началась в 1968 году, и язык обычно используется на оборудовании, не имеющем традиционную операционную систему. Он также широко используется для управления станками. Подробнее (англ):

Haskell

Haskell является одним из наиболее популярных функциональных языков программирования, в дополнение к тому, что стал прототипом для дюжины других языков. Он широко используется в деловых и научных кругах и является отличным языком, с которого стоит начать знакомство с функциональным программированием. Подробнее (англ):

HTML

HTML не является языком программирования. Это язык разметки – язык добавления смысловых и стилистических аннотаций содержимому. Является основным языком для веб-контента. Знание его необходимо и обязательно всем веб-дизайнерам и веб-разработчикам, а также всем (писателям, редакторам), кто производит Интернет контент. Подробнее (англ): и

IDL

IDL, или Interactive Data Language, это язык программирования, используемый в основном для анализа и визуализации данных. Он до сих пор широко используется в аэрокосмической промышленности и астрономии. Подробнее (англ):

INTERCAL

INTERCAL является пародийным компьютерным языком, разработанным в начале 1970-х годов. Его создали как шутку, чтобы показать как технически сложны языки и трудно читаемы. Это реальный язык, который можно скачать, и с помощью которого можно даже что-то сделать. Подразумевается, что вы должны быть хорошо с ним знакомы для этого – но, опять же, не слишком хорошо, ведь и это не понравится самому INTERCAL. Подробнее (англ):

Java

Java является языком высокого уровня и предназначен для использования на Java Virtual Machine. Имеет очень мало внешних зависимостей, и был предназначен для работы на любой физической машине. Много используется в сетевой архитектуре, а также во встраиваемых устройствах и других вычислительных приложениях. Подробнее (англ): .

Javascript

JavaScript (не имеет фактического отношения к Java) это скриптовый язык, изначально разработанный для использования в веб-браузерах. Поэтому он имеет встроенную возможность работы с Document Object Model (DOM), отображением находящегося в памяти контента веб-страниц. Является основным языком программирования для front-end веб-разработки. В основном управляется событиями, и, благодаря Node.JS, в последнее время получил признание как серверный язык. Подробнее (англ): и . И здесь:

Ksh

Korn Shell (ksh) представляет собой интерфейс командной строки, используемый на Unix. Он был ранней оболочкой (shell), совместимый со стандартной оболочкой Bourne, но со всеми классными интерактивными функциями оболочки C. Подробнее (англ):

Linux Programming

Программирование Linux включает в себя все: начиная от скриптов оболочки до разработки приложений и разработки ядер. Подробнее (англ):

Logo

Logo один из самых ранних языков по обучению программированию, и до сих пор, вероятно, самый известный. Он известен своей черепахой, которую дети заставляют передвигаться компьютерными командами. Весело обучает программированию. Подробнее (англ):

ML

ML первоначально разработан как язык мета-программирования: язык для создания других языков. Но со временем он стал языком общего назначения, широко использовался в образовании, математике, естественных науках и даже финансах. Подробнее (англ): .

MPI

Message Passing Interface (Интерфейс передачи сообщений) представляет собой стандартный протокол для отправки сообщений между процессами или программами. Был реализован в ряде языков программирования, включая C, C++, Java и Python. Благодаря MPI стали возможны параллельные вычисления. Подробнее (англ):

Сетевое программирование с интернет-сокетами

Objective-C

Еще одна версия C, созданная в 1980-е годы для того, чтобы обеспечить полностью объектно-ориентированную реализацию C. Сейчас основное применение этого языка приходится на Mac OSX и операционные системы iOS. До недавнего времени iOS приложения должны были быть написаны на Objective-C, но сейчас можно писать также на Swift. Подробнее (англ):

OCaml

OCaml является объектно-ориентированным функциональным компьютерным языком. По ML традиции, он много используется для написания других языков программирования и фреймворков. Подробнее (англ): .

Разработка операционной системы

Эверестом среди работ по программированию считается разработка операционной системы. Если вы хотите доказать себе, что можете написать все, что угодно, то нет ничего лучше, чем написать свое собственное ядро операционной системы и связанные с ней инструменты.Но будьте осторожны: это путешествие по силам только храбрым и истинным программистам! Подробнее (англ): .

Perl

Очень полезный инструмент практически любого программиста. В качестве интерпретируемого языка его не нужно компилировать, иногда упоминается как “швейцарский армейский нож” скриптовых языков. Подробнее (англ):

PROLOG

Пролог – язык логического программирования, разработан для обработки естественного языка. Подробнее (англ):

Pure Data

Pure Data является уникальным визуальным языком программирования. Был создан специально для того, чтобы позволить пользователям создавать видео, аудио и графические работы. Подробнее (англ): .

Python

Python является языком программирования высокого уровня. Интерпретируемый (некомпилируемый) язык, также известный как “скриптовый язык”. В основном используется в качестве инструмента для выполнения специализированных задач программирования, таких как задачи по автоматизации и анализу данных. Имеет сильный набор инструментов для математических и научных вычислений, часто используется исследователями. Подробнее (англ):

Ruby on Rails

Ruby on Rails – это фреймворк для веб-разработки для языка программирования Ruby. Он обеспечивает архитектуру MVC (Model View Controller), уровень абстракции базы данных, а также множество инструментов для ускорения процесса программирования веб-приложений. Очень популярен для быстрой разработки веб-приложений. Подробнее (англ):

SAS

SAS является специализированным языком, предназначенным для анализа статистических данных. Широко используется в правительственных, научных кругах и бизнесе. Для людей, обладающим большим количеством данных, SAS является очевидным выбором. Подробнее (англ): .

Scala

Scala является относительно новым языком – более или менее новой и лучшей Java. Это отличный язык для Java-программистов, которые хотят быть более эффективными, или для людей, кто только начинают изучать программирование и хотят изучать мощный язык, который не будет ограничивать их в будущем. Подробнее (англ): .

Scheme

Scheme – старый язык, но до сих пор используется для обучения программированию и более сложных предметов в информатике. Основан главным образом на Lisp, и частично на ALGOL. Подробнее (англ): .

Scratch

Язык программирования Scratch был создан специально для обучения программированию детей в возрасте от 8 до 16 лет. Scratch – легкий, и с ним изучать основы логики программирования детям можно в увлекательной игровой форме. Подробнее (англ):

Simula

Simula – исторически важный язык, так как это был первый язык, внедривший понятия, ставшие основой для объектно-ориентированного программирования. Подробнее (англ): .

SMIL

SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language) инструмент для тех людей, которые хотят создавать и распространять презентации. Особенно полезен, если вы хотите создавать презентации, которые должны время от времени обновляться. Подробнее (англ):

SQL

SQL (Structured Query Language) – язык, используемый для связи с Relational Database Management Systems (RDBMSes). SQL позволяет программисту создавать структуры данных, вставлять и редактировать данные, а также их запрашивать. Подробнее (англ):

Stata

Stata это среда разработки и язык программирования для решения серьезных статистических проблем. И хотя он создан довольно давно, но все еще широко используется. Если вы связаны со статистической работой, Stata – отличный инструмент. Подробнее (англ):

Swift

Swift является новыйм языком программирования, разработанным компанией Apple, для iOS, OS X, watchOS, tvOS и Linux. Это язык будущего для разработчиков программ и приложений для устройств Apple. Подробнее (англ):

S-PLUS

S-PLUS является коммерческой версией мощного языка программирования S, разработанного для выполнения статистического анализа. Проект GNU имеет свою собственную версию S, называемую R. Все необходимые ресурсы о S с акцентом на S-PLUS:

UNIX Programming

Широта программирования на Unix велика. Она охватывает диапазон от административных скриптов к коду на основе текста до разработки X Window. Подробнее (англ):

XML

XML хорошо структурированный язык для разметки, предназначен, как для чтения человеком, так и машиной. Подробнее (англ):

Урок подготовил: Акулов Иван

Язык программирования

Язы́к программи́рования - формальная знаковая система , предназначенная для записи компьютерных программ . Язык программирования определяет набор лексических , синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами .
Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека к компьютеру, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой. Можно обобщить определение «языков программирования» - это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.
Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Стандартизация языков программирования

Язык программирования может быть представлен в виде набора спецификаций, определяющих его синтаксис и семантику .

Для многих широко распространённых языков программирования созданы международные стандарты . Специальные организации проводят 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

Современные цифровые компьютеры обычно являются двоичными и данные хранят в двоичном (бинарном) коде (хотя возможны реализации и в других системах счисления). Эти данные как правило отражают информацию из реального мира (имена, банковские счета, измерения и др.), представляющую высокоуровневые концепции.

Особая система, по которой данные организуются в программе, - это система типов языка программирования; разработка и изучение систем типов известна под названием теория типов . Языки могут быть классифицированы как системы со статической типизацией и языки с динамической типизацией .

Статически-типизированные языки могут быть в дальнейшем подразделены на языки с обязательной декларацией , где каждая переменная и объявление функции имеет обязательное объявление типа, и языки с выводимыми типами . Иногда динамически-типизированные языки называются латентно-типизированными .

Структуры данных

Системы типов в языках высокого уровня позволяют определять сложные, составные типы, так называемые структуры данных . Как правило, структурные типы данных образуются как декартово произведение базовых (атомарных) типов и ранее определённых составных типов.

Основные структуры данных (списки, очереди, хеш-таблицы, двоичные деревья и пары) часто представлены особыми синтаксическими конструкциями в языках высокого уровня. Такие данные структурируются автоматически.

Семантика языков программирования

Существует несколько подходов к определению семантики языков программирования.

Наиболее широко распространены разновидности следующих трёх: операционного, деривационного (аксиоматического) и денотационного (математического).

При описании семантики в рамках операционного подхода обычно исполнение конструкций языка программирования интерпретируется с помощью некоторой воображаемой (абстрактной) ЭВМ.

Деривационная семантика описывает последствия выполнения конструкций языка с помощью языка логики и задания пред- и постусловий.

Денотационная семантика оперирует понятиями, типичными для математики - множества, соответствия, а также суждения, утверждения и др.

Парадигма программирования

Язык программирования строится в соответствии с той или иной базовой моделью вычислений и парадигмой программирования.

Несмотря на то, что большинство языков ориентировано на императивную модель вычислений , задаваемую фон-неймановской архитектурой ЭВМ, существуют и другие подходы. Можно упомянуть языки со стековой вычислительной моделью (Форт , Factor , PostScript и др.), а также функциональное (Лисп , Haskell , , и др.) и логическое программирование (Пролог) и язык РЕФАЛ , основанный на модели вычислений, введённой советским математиком А. А. Марковым-младшим.

В настоящее время также активно развиваются проблемно-ориентированные, декларативные и визуальные языки программирования .

Способы реализации языков

Языки программирования могут быть реализованы как компилируемые и интерпретируемые .

Программа на компилируемом языке при помощи компилятора (особой программы) преобразуется (компилируется) в машинный код (набор инструкций) для данного типа процессора и далее собирается в исполнимый модуль , который может быть запущен на исполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит исходный текст программы с языка программирования высокого уровня в двоичные коды инструкций процессора.

Если программа написана на интерпретируемом языке, то интерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует) исходный текст без предварительного перевода. При этом программа остаётся на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Процессор компьютера, в этой связи, можно назвать интерпретатором для машинного кода.

Разделение на компилируемые и интерпретируемые языки является 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 её перекомпиляция, что замедляет процесс разработки. 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 программы-интерпретатора.

Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов. Следует упомянуть, что есть языки, имеющие и интерпретатор, и компилятор (Форт).

Используемые символы

Современные языки программирования рассчитаны на использование ASCII , то есть доступность всех графических символов ASCII является необходимым и достаточным условием для записи любых конструкций языка. Управляющие символы ASCII используются ограниченно: допускаются только возврат каретки CR, перевод строки LF и горизонтальная табуляция HT (иногда также вертикальная табуляция VT и переход к следующей странице FF).

Ранние языки, возникшие в эпоху 6-битных символов , использовали более ограниченный набор. Например, алфавит Фортрана включает 49 символов (включая пробел): A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 = + - * / () . , $ " :

Заметным исключением является язык APL , в котором используется очень много специальных символов.

Использование символов за пределами ASCII (например, символов KOI8-R или символов Юникода) зависит от реализации: иногда они разрешаются только в комментариях и символьных/строковых константах, а иногда и в идентификаторах. В СССР существовали языки, где все ключевые слова писались русскими буквами, но большу́ю популярность подобные языки не завоевали (исключение составляет Встроенный язык программирования 1С:Предприятие).

Расширение набора используемых символов сдерживается тем, что многие проекты по разработке программного обеспечения являются международными. Очень сложно было бы работать с кодом, где имена одних переменных записаны русскими буквами, других - арабскими, а третьих - китайскими иероглифами. Вместе с тем, для работы с текстовыми данными языки программирования нового поколения (Delphi 2006 , , Java) поддерживают Unicode .

Классы языков программирования

См. также

Примечания

Литература

Hal Abelson, Gerald Jay Sussman. Structure and Interpretation of Computer Programs
Роберт У. Себеста. Основные концепции языков программирования = Concepts of Programming Languages / Пер. с англ. - 5-е изд. - М .: Вильямс, 2001. - 672 с. - 5000 экз. - ISBN 5-8459-0192-8 (рус.), ISBN 0-201-75295-6 (англ.)
Вольфенгаген В. Э. Конструкции языков программирования. Приёмы описания. - М .: Центр ЮрИнфоР, 2001. - 276 с. - ISBN 5-89158-079-9
Паронджанов В. Д. Как улучшить работу ума. Алгоритмы без программистов - это очень просто! - М .: Дело, 2001. - 360 с. - ISBN 5-7749-0211-0
Ф. Бьянкуцци, Ш. Уорден. Пионеры программирования. Диалоги с создателями наиболее популярных языков программирования . - СПб. : Символ-Плюс, 2010. - 608 с. - ISBN 978-5-93286-170-7

Ссылки

The Language List (англ.) - более 2500 языков с кратким описанием
Computer Languages History (англ.) - история языков программирования (с 1954 по май 2004) (содержит регулярно обновляемую диаграмму)

Examples (англ.) - примеры программирования на 162 языках
Programming Language Popularity (англ.) - исследование популярности языков программирования за 2004 год
10 языков программирования, которые стоит изучать (2006 г.)
Programming Community Index (англ.) - регулярно обновляемый рейтинг популярности языков программирования
Computer Language Shootout Benchmarks (англ.) - сравнение языков программирования по эффективности
Programming Languages that are Loved (англ.) - сравнение языков программирования по «любви» и «ненависти» к ним

Основные языки программирования (сравнение IDE история хронология)
Используемые в разработке
Академические
IEC 61131-3
Прочие
Эзотерические
Визуальные

Wikimedia Foundation . 2010 .

Компьютеры до сих пор плохо понимают естественные языки, которые используются для общения между людьми, по крайней мере, еще не научились понимать.

В свою очередь, люди плохо понимают машинные языки. Поэтому были созданы языки программирования, которые покрывают эту дыру в понимании, в модели мышления между человеком и компьютером.

Языки программирования могут быть:

простыми,
сложными и
непонятными (например, графическими).

История возникновения языков программирования

Сейчас используется несколько сотен языков программирования, но еще больше таких языков уже не используется. Под новые задачи со временем разрабатывались новые языки программирования.

Нулевое поколение

(электро) ,
программируются структурой их собственного устройства
узкоспециальные,
возможности программирования ограничены.

Жаккардовый станок

Примером таких машин служит жаккардовый ткацкий станок с программируемым устройством. Он был сделан в 1804 году французом Жозефом Мари Жаккаром. Кстати, в его честь узорчатая, декоративная ткань названа жаккардовой или жаккард.

С помощью станка можно было легко и массово производить вышивки на ткани при помощи перфокарт, представленных ниже на рисунке:

Рис. 1. Перфокарты для ткацкого станка Жаккарда

На перфокартах была запрограммирована последовательность действий для станков, чтобы воспроизвести какой-либо рисунок на ткани.

Машина Беббиджа

Интернет и Веб

Появились специализированные языки:

JavaScript.

Многие сайты написаны с помощью PHP и JavaScript.

Некоторые ранее существовавшие языки с появлением Интернета и Веба нашли новые ниши и стали веб-ориентированными:

Ruby,
Pynton,
Java.

К 2000-м годам старые языки программирования постепенно «умирают», появляются новые, но нет общепризнанной концепции, что же происходит с этими вещами.

Любой язык программирования – это искусственный язык, который имеет свой цикл жизни. Аналогично, операционные системы семейства Windows тоже имеют свои жизненные циклы: .

Жизненный цикл языка программирования:

создание,
early adoption (первоначальное использование языка),
(промышленный) успех,
угасание, смена другими языками.

В современном мире основная часть программного обеспечения (софта) пишется на 10-15 языках, хотя за все время, которое нам известно, было создано больше сотен языков программирования. Официально как-то зарегистрировано 300 или 400 языков.

Что есть язык программирования

Язык – это

синтаксис (правила написания программ),
семантика (поведение элементов, которые входят в правила написания и встроены в язык),
runtime (среда выполнения).

Синтаксис определяет форму текстового представления программ, то есть, как их нужно написать, какие слова в язык входят, как ставить запятые, пробелы и т.д.

Синтаксис на примере Lisp

Одним из самых простых языков программирования, которые имеют формальную грамматику, считается язык списков LISP.

Рис. 10. Программа на LISP

LISP является очень старым языком, который вырабатывает списки. Грамматика такого языка – это грамматика списков, читается сверху вниз.

В Лиспе есть выражения: может быть один атом, либо список;
atom – это число или символ,
number – число, то есть, с плюсом или минусом цифры, не менее одной,
symbol – это буквы, сколько угодно раз, можно даже много раз,
list – список, выражения в скобочках более одного раза.

Программа на Лиспе – это список списков. Знаков препинания в Лиспе нет, но есть скобочки. Могут быть такие длинные программы на Лиспе, где в конце идет 2-3 листа, состоящих из одних закрывающих скобочек.

Простейший интерпретатор Лиспа занимает всего 19 строк! Ни один другой язык не может себе позволить себе такой роскоши.

Семантика

Если грамматика описывает формы представления: буквы, цифры, скобочки, то семантика описывает то, как программа работает, что эти буквы, цифры, скобочки означают, как они работают, взаимодействуют друг с другом и т.п.

Варианты представления семантики довольно ограничены.

Семантика может быть:

описана на естественном, человеческом языке. Многие языки можно описать только так. На самом деле, это основной случай, когда просто есть документ, где описано по-русски или по-английски, что такая-то штука работает таким-то образом, одна команда делает одно, другая делает такие-то вещи и т.п.;
задана формально (в специализированных языках, например, для каких-то расчетов поведение элементов можно описать формально);
определена исходной реализацией (редко используют, но это «последняя надежда» на описание, когда слишком сложная семантика или не очень важная);
описана набором тестов (кейсов), а именно, что это должно так работать, а это вот таким образом.

Семантика разделяется на две части:

статическую,
динамическую.

Статическая семантика

придает смысл лексическим конструкциям;
определяет допустимые значения переменных и параметров;
описывает синтаксические ограничения, например, с помощью синтаксиса не получится описать, что нельзя складывать строки с числами.

Динамическая или фронтальная семантика этапа выполнения

определяет общий характер выполнения программы;
описывает, как работают встроенные операции и встроенные библиотеки. Это основная часть семантики, которая нужна, чтобы понять, как программа будет жить и работать после ее написания;
задает требования для интерпретатора.

Система типов данных в языках программирования

Важной частью семантики является система типов – это набор правил и выражений для методов, которые написаны в идеологии языка и того, как они между собой взаимодействуют.

Обычно в языке программирования имеется система типов данных – это строки, числа, списки и т.д. Есть, например, язык Форс, где все данные – просто , другими словами, существуют языки, где вообще не встроены типы данных.

Если же система типов присутствует, то можно провести деление языков программирования на два независимых друг от друга класса, которые приведены ниже.

Система типов данных:

типизированный или нетипизированный язык
статическая или динамическая типизация
строгая или слабая типизация

Если типизация статическая, то типы всех и выражений, которые написаны в программе, известны до момента ее выполнения, то есть, когда описываются функции, классы, переменные, то сразу задаются или явно обеспечиваются условия для того, чтобы тип такой конструкции был известен с самого начала.

Если типизация динамическая, то, наоборот, тип объектов контекстного языка неизвестен до момента выполнения, то есть тип функции или чего угодно будет неизвестен до самого конца.

Строгая типизация означает, что если у сущности есть какой-то тип и он известен, то этот тип может заменяться, но у самого объекта тип фиксированный, и он не меняется.

При слабой типизации тип объекта может быть разным в зависимости от контекста и от того, что Вы с ним делаете.

За системой типов языка приходится следить. Из-за неверно заданного типа только одного, не очень заметного символа в начале программы меняется тип всего выражения и поэтому в итоге могут получаться очень странные ошибки.

Следующая важная характеристика языка –

Парадигма языка программирования

с греческого – шаблон, пример, образец;
это система идей и понятий, определяющих стиль написания программ на этом языке – то, как язык предполагает написание программ на нем (wiki);
язык «благоволит» одной или нескольким парадигмам (мультипарадигменность).

Главные парадигмы

императивная: программа – набор последовательных инструкций, изменяющих внутренне состояние компьютера, данных и т.д. То есть, программа – это инструкция;
функциональная: программа – набор математических функций. Работа программы – вычисление значения функций;
объектно-ориентированная: предметная область описывается при помощи объектов со свойствами и методами. Программа – процесс взаимодействия объектов;
логическая: программа – набор утверждений о предметной области. Работа программы – установление истинности высказываний об этой предметной области.

Часто одну и ту же практическую задачу можно реализовать с помощью любой из парадигм, перечисленных выше.

Еще одной важной частью языка, которую нужно учитывать при использовании языка, является Runtime – то, как язык выполняется.

Runtime – выполнение программы

Программа может выполняться по-разному:

самым простым и наивным способом выполнения программы является интерпретация – чтение исходного кода в момент запуска. Так работают легкие, скриптовые языки. Также работает сам программист: когда он написал программу, то смотрит своими глазами на собственную программу и прикидывает, как его программа будет работать и что делать;
распространенным способом запуска программ является компиляция в машинный код – отдельный шаг до запуска. Есть отдельный инструмент – компилятор, где читаются исходники программы, что-то с ними делают, преобразуя в машинные коды, которые понятны текущей системе. Потом этот код выполняется непосредственно «железки»;
гибридный способ – это байт-компиляция и выполнение в виртуальной машине. Компилятор читает исходный код, после чего производится байт-код, который выполняется в виртуальной машине.

Перечисленные три способы разные и используются для разных целей. Эти техники могут комбинироваться – интерпретатор может компилировать на лету какие-то куски программы, чтобы работало быстрее. Динамически-сгенерированный код может интерпретироваться без компиляции.

Представители языков

Язык C

– один из самых популярных, один из самых важных по физически написанному по нему коду, практически это «наше всё».

Он создан в 1972 году, создатели – Деннис Ритчи (Dennis Ritchie) и коллеги. Д.Ритчи создал также систему Linux и многие другие полезные вещи.

императивный,
компилируемый,
ручное управление памятью (при помощи некоторых операций, встроенных в язык, вам нужно выделить элементы памяти под переменные и затем вы освобождаете их, когда они больше не нужны).

Кстати, С актуален до сих пор, используется для:

системного программирования (например, ядро Linux написано на C),
number-crunching (так называемые числа-дробилки, то есть, для больших вычислений, где важно быстродействие),
программирования микроконтроллеров и встраиваемых систем.

С – низкоуровневый язык, можно сказать, что это Ассемблер с человеческим лицом, ибо почти любую конструкцию C человек может вручную преобразовать в Ассемблер и получатся довольно понятные операции.

Программы на C получаются очень компактные. Они не намного больше, чем если бы аналогичные программы были написаны на Ассемблере. При этом разработка на C проходит намного быстрее, чем на Ассемблере.

Поэтому C сейчас используется для таких задач, где требуется быстродействие, очень важно управление памятью и большое значение имеет компактный объем самой программы. Если у Вас маленький микроконтроллер, который встраивается в какое-то устройство, то программа для него, скорее всего, будет написана либо на Ассемблере, либо на C.

Рис. 11. Пример простой программы на C.

Java

Создан в 1995 году,
создатели – Джеймс Гослинг (James Gosling) и Sun Microsystems (в этой компании работал Гослинг).
Объектно-ориентированный, императивный (C императивный, но НЕ объектно-ориентированный),
строго- и статически-типизированный,
байт-компилируемый с виртуальной машиной,
нет доступа к памяти, автоматическая сборка мусора (последняя работает хорошо, если имеется треть или четверть свободной памяти).

В 90-ых годах JAVA получила большую популярность как мультиплатформенный язык. Один раз написав виртуальную машину для какой-то платформы, допустим для Windows или для Linux или для Mac, можно любые программы на JAVA запускать на ней без перекомпиляции. Поэтому язык был популярен в эпоху веба, когда было разных платформ (разные версии Windows, разные Маки). Программы на JAVA работали быстро и довольно хорошо на разных платформах.

Используется для:

прикладного программирования, в том числе для веб-программирования,
встраиваемых систем (если С используется для микроконтроллеров, то JAVA – для мобильных телефонов, терминалов и т.п.),
высоконагруженных систем с большим количеством пользователей (банковские программы, системы управления воздушным движением и т.п.).

Следует отличать спецификации языка Java и различные реализации JVM:

Sun JDK (от компании Sun, ныне это Oracle),
IBM JDK (продается за деньги),
OpenJDK (абсолютно свободная)
и т.п.

Рис. 12. Пример простой программы на JAVA.

Как видно на рис. 12, приходится писать много букв, чтобы выполнить простые действия. Java часто называют новым Коболом, так как она содержит те же негативные свойства, которые когда-то сделали Кобол плохим языком.

Тем не менее JAVA очень популярна, в частности, на ней написана клиентская часть операционной системы .

Lisp

Он действительно завершает Lis t P rocessor (LisP);
создан в 1958 году;
создатели – Джон Маккарти;
чистый функциональный язык, несмотря на довольно странный синтаксис;
строго- и динамически- типизированный;
как правило, интерпретируемый;
нет доступа к памяти, автоматическая сборка мусора, которая ложится на интерпретатор, а не на виртуальную машину.

Используется для:

научного программирования и исследований;
искусственный интеллект – Lisp был создан в самом начале по поиску с интеллектом. В конце 1950-ых – начале 1960-ых в научных кругах было сильное ощущение, что вот-вот будет создан искусственный интеллект. Тогда считалось, что ключевыми особенностями искусственного интеллекта будет возможность оперировать естественным языком, текстом, читать, говорить и делать какие-то разумные вещи. Для обработки смысловых данных из текста был создан Lisp, он позволяет такие вещи делать хорошо;
всего, чего угодно, но, как правило, используется не очень эффективно.

Язык Lisp, разработанный в 1958 году, претерпел массу изменений.

У него есть множество реализаций и диалектов:

CommonLisp (создан в 1970-ых) – классическая реализация, которая считается основной;
Scheme (схема) – упрощенный диалект, который некоторые вещи из CommonLisp выбрасывает и позволяет делать проще;
Clojure – диалект Lisp в плане языка, но работает поверх JAVA-машины, то есть компилируется в байт-код и исполняется также, как будто это JAVA-программа.

Рис. 13. Программа на LISP: сортировка пузырьком

Python (Питон)

Назван в честь британского шоу 1970-ых годов Monty Pynton’s Flying Circus (там старые шутки, но смешные)
создан в 1991 году
создатель – голландец Guido van Rossum
мультипарадигменный язык, объектно-ориентированный, императивный, функциональный
строго- и динамически-типизированный
интерпретируемый, байт-компилируемый с виртуальной машиной (в зависимости от реализации)

Используется для:

скриптового программирования
веб-программирования
научного программирования (имеются большие, сильные пакеты для работы с моделированием, с вероятностью, со статистикой и в других областях, которые объединяют в себе опыт, накопленный в других областях)

Python – спецификация языка. Существует несколько основных реализаций:

CPython – основная (reference)
Jython – поверх JVM
PyPy – Python in Python («Питон на Питоне» работает быстрее и лучше, чем CPython и Jython)

Рис. 14. Программа на Python: сортировка пузырьком

У Python есть важная особенность – вместо скобочек (круглых, фигурных) для выделения блоков кода и структурных элементов используются отступы с помощью пробелов, что довольно необычно для всех языков. Кроме Python такой особенностью почти никто не обладает.

Выбор языка под задачу

Как выбрать язык под задачу, когда Вы знаете, что Вам нужно сделать, но не знаете на чем?

Важный совет: используйте то, на чем Вы умеете программировать. Это гораздо лучше, чем использовать то, на чем Вы НЕ умеете программировать.

Экосистема

Язык, который Вы хотите взять, не должен быть «голым» языком, у него должна быть экосистема, которая включает:

средства разработки (удобное IDE)
готовые библиотеки и фреймворки
инструменты тестирования для запуска тест-кейсов: тестовые фреймворки и инструменты
системы пакетирования и развертывания для того, чтобы написанный код можно было упаковать, куда-то выложить, чтобы другие могли легко воспользоваться. У языка Си нет такой возможности, а у языков Руби и Питон есть.
коммьюнити. Не надо пользоваться мертвыми языками, какими бы классными они не были. Если не у кого спросить, Вы останетесь в полном тупике. Считается, что одни коммьюнити более дружелюбные, другие – менее. Например, коммьюнити Руби классное, а коммьюнити Java ужасное – там даже спрашивать ничего не надо.

Скорость обучения

Почти никто не знает язык до конца. По мере работы Вам потребуется учиться языку все дальше и дальше. Некоторые языки учатся легко, а какие-то очень плохо.

JAVA – язык простой в изучении и простой по возможностям, а дальше все строится не за счет языка, а за счет инструментов.

С++ выучить до конца невозможно, потому что там есть очень сложные вещи с кодогенерацией.

Нишевость языков

Конкретные языки лучше подходят для решения определенных нишевых задач.

Пример 1: веб приложение, которое

взаимодействует с базой данных
внутренний сервис в компании
нужна быстрая разработка, потому что шеф очень просит.

Для такой задачи, скорее всего, подойдет Python или Ruby. Не надо это делать на JAVA

Пример 2: биллинговая система сотового оператора

тысячи операций в секунду, масса различных платежей и переводов
высокая надежность и отказоустойчивость
гибкость в конфигурации, диагностика проблем

В этом случае наш выбор – Java, С++, Erlang – богатые языки с богатым инструментарием.

Пример 3: код бортовой ЭВМ для спутника

ограниченные ресурсы (всего мегабайт памяти и очень низкая тактовая частота)
жесткое реальное время, чтобы спутник не потерял ориентацию, не сломался и не взорвался
строго известные задачи, нет никакой гибкости и нет настроек
большое количество вычислений

Наш выбор – С и С-подобные языки (и даже ассемблер), потому что очень мало ресурсов и эти требования надо соблюсти.

Статья основана на видео:

Как правильно выбрать язык программирования – Иван Калинин

Видео снято в декабре 2014 года, тем не менее, вся информация актуальна и не имеет срока давности. Многие материалы с позиции сегодняшних реалий представляют несомненный интерес, например, о том, что ученые еще в конце 1950-ых – начале 1960-ых годов считали, что искусственный интеллект уже на пороге и с его помощью можно будет вот-вот работать на компьютере с естественным, обычным, человеческим языком.