Обзор и классификация языков программирования

Классификация языков программирования

Тема №4 Язык программирования: эволюция, классификация

(О.Л. Голицина, И.И. Попов «Основы алгоритмизации и программирования» Стр. 38-45)

Эволюция Языков программирования

В развитии инструментального программного обеспечения (т.е. про­граммного обеспечения, служащего для создания программных средств в любой проблемной области) рассматривают пять поколений языков про­граммирования (ЯП). Языки про­граммирования как средство общения че­ловека с ЭВМ от поколения к поколению улучшали свои характеристики, становясь, все более доступными в освоении непрофессионалам.

Первые три поколения ЯП характеризовались более сложным на­бором зарезервированных слов и синтаксисом. Языки четвертого поко­ления все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при на­писании программ, но он значительно легче для освоения. Естественные ЯП, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса.

Поколения ЯП

ЯП первого поколения представляли собой набор машинных ко­манд в двоичном (бинарном) или восьмеричном формате, которым оп­ределялся архитектурой конкретной ЭВМ. Каждый тип ЭВМ имел свой ЯП, программы на котором были пригодны только для данного типа ЭВМ. От программиста при этом требовалось хорошее знание не только машинного языка, но и архитектуры ЭВМ.

Второе поколение ЯП характеризуется созданием языков ассемб­лерного типа (ассемблеров, макроассемблеров), позволяющих вместо двоичных и других форматов машинных команд использовать их мне­монические символьные обозначения (имена). Являясь существенным шагом вперед, ассемблерные языки все еще оставались машинно-зависимыми, а программист все также должен был быть хорошо знаком с организацией и функционированием аппаратной среды конкретного типа ЭВМ. При этом ассемблерные программы все так же затрудни­тельны для чтения, трудоемки при отладке и требуют больших усилий для переноса на другие типы ЭВМ. Однако и сейчас ассемблерные язы­ки используются при необходимости разработки высокоэффективного программного обеспечения (минимального по объему и с максимальной производительностью).

Третье поколение ЯП начинается с появления в 1956 г. первого языка высокого уровня — Fortran, разработанного под руководством Дж. Бэкуса в фирме IВМ. За короткое время Fortran становится основ­ным ЯП при решении инженерно-технических и научных задач. Перво­начально Fortran обладал весьма ограниченными средствами обеспече­ния работы с символьной информацией и с системой ввода-вывода. Од­нако постоянное развитие языка сделало его одним из самых распространенных ЯВУ на ЭВМ всех классов — от микро- до супер­ЭВМ, а его версии используются и для вычислительных средств нетра­диционной параллельной архитектуры.

Вскоре после языка Fortran появились такие ныне широко извест­ные языки, как Аlgol, Соbоl, Ваsiс, РL/1, Раscal, АРL, АDА, С, Forth, Lisp, Моdula и др. В настоящее время насчитывается свыше 2000 раз­личных языков высокого уровня.

Языки четвертого поколения носят ярко выраженный непроцедур­ный характер, определяемый тем, что программы на таких языках опи­сывают только что, а не как надо сделать. В программах формируются скорее соотношения, а не последовательности шагов выполнения алго­ритмов. Типичными примерами непроцедурных языков являются языки, используемые для задач искусственного интеллекта (например, Рrolog, Langin). Так как непроцедурные языки имеют минимальное число син­таксических правил, они значительно более пригодны для применения непрофессионалами в области программирования.

Второй тенденцией развития ЯП четвертого поколения являются объектно-ориентированные языки, базирующиеся на понятии про­граммного объекта, впервые использованного в языке Simulа-67 и со­ставившего впоследствии основу известного языка Smalltalk. Про­граммный объект состоит из структур данных и алгоритмов, при этом каждый объект знает, как выполнять операции со своими собственными данными. На самом деле, различные объекты могут пользоваться со­вершенно разными алгоритмами при выполнении действий, определен­ных одним и тем же ключевым словом (так называемое свойство полиморфизма). Например, объект с комплексными числами и массивами в качестве данных будет использовать различные алгоритмы для выпол­нения операции умножения. Такими свойствами обладают объектно-ориентированные Pascal Basic, С++, Smalltalk, Simulа, и ряд дру­гих языков программирования.

Третьим направлением развития языков четвертого поколения можно считать языки запросов, позволяющих пользователю получать информацию из баз данных. Языки запросов имеют свой особый син­таксис, который должен соблюдаться, как и в традиционных ЯП третье­го поколения, но при этом проще в использовании. Среди языков запро­сов фактическим стандартом стал язык SQL .

И, наконец, четвертым направлением развития являются языки па­раллельного программирования (модификация ЯВУ Fortran, языки Оссаm, SISAL, FР и др.), которые ориентированы на создание про­граммного обеспечения для вычислительных средств параллельной ар­хитектуры (многомашинные, мультипроцессорные среды и др.), в отли­чие от языков третьего поколения, ориентированных на традиционную однопроцессорную архитектуру.

К интенсивно развивающемуся в настоящее время пятому поколе­нию относятся языки искусственного интеллекта, экспертных систем, баз знаний (InterLisp, ExpertLisp, IQLisp, SIAL и др.), а также естествен­ные языки, не требующие освоения какого-либо специального синтак­сиса (в настоящее время успешно используются естественные ЯП с ог­раниченными возможностями — Clout, Q&А, НАL и др.).

Классификация языков программирования

Для того чтобы ЭВМ могла решать задачи, составленные человеком, она должна последовательно выполнять инструкции некоторой программы-алгоритма. Совокупность таких инструкций, направленных на решение конкретной зада­чи, называется компьютерной программой. Но это еще не все.

Компьютер не понимает естественного языка человека, а понимает только свой язык — машинный код. Что касает­ся языка программирования, то он с помощью фиксирован­ных систем обозначений и правил позволяет описывать ал­горитмы и структуры данных, которые впоследствии будут переведены транслятором в машинный код.

Все языки программирования можно разделить на язы­ки низкого, высокого и сверхвысокого уровней.

Языки низкого уровня — это средство записи инструкций компьютеру простыми приказами-командами на аппаратном уровне. Такой язык зависит от структуры конкретной ЭВМ и иногда называется машинно-ориентированным языком. Этот язык плохо приспособлен для использования челове­ком, ведь запись программы на этом языке представляет со­бой последовательность нулей и единиц, и мало шансов, что сложная задача будет запрограммирована безошибочно. Для упрощения программирования был разработан язык симво­лического кодирования (автокод, или язык ассемблера). Про­грамма, написанная на таком языке, ближе человеку, но все равно требует от программиста широких познаний в этой области.

Следующая группа — языки программирования высокого уровня. Это языки, которые допускают описание задачи в наглядном, легко воспринимаемом виде. Их отличительной особенностью является ориентация не на систему команд той или иной ЭВМ, а на систему инструкций, характерных для записи алгоритмов определенного класса. К языкам програм­мирования высокого класса относятся Бейсик, Фортран, Ал­гол, Паскаль, Си и др.

К языкам программирования сверхвысокого уровня мож­но отнести Алгол-68, в котором сделана попытка формали­зовать описание языка, приведшая к появлению двух типов программ: абстрактной и конкретной. Первый тип программы — абстрактный — создается программистом, конкретный — выводится из первого. Существует предположение, что при таком подходе принципиально невозможно породить син­таксически (а на практике и семантически) неверную конк­ретную программу.

Изучение ЯП часто начинают с их классифика­ции. Определяющие факторы классификации обычно жестко не фиксиру­ются. Чтобы продемонстрировать характер типичной классификации, опи­шем наиболее часто применяемые факторы, дадим им условные названия и приведем примеры ЯП для каждой из классификационных групп .

Элементы языков программирования могут рассматриваться на следующих уровнях:

алфавит — совокупность символов, отображаемых на устройствах печати и экранах и/или вводимых с клавиатуры терминала.

лексика — совокупность правил образования цепочек символов (лексем), образующих идентификаторы (переменные и метки), операто­ры, операции и другие лексические компоненты языка. Сюда же вклю­чаются зарезервированные (запрещенные, ключевые) слова ЯП, предна­значенные для обозначения операторов, встроенных функций и пр.Иногда эквивалентные лексемы, и зависимости от ЯП, могут обо­значаться как одним символом алфавита, так и несколькими.

синтаксис — совокупность правил образования языковых конст­рукций, или предложений ЯП — блоков, процедур, составных операто­ров, условных операторов, операторов цикла и пр. Особенностью син­таксиса является принцип вложенности (рекурсивность) правил построения конструкций. Это значит, что элемент синтаксиса языка в своем определении прямо или косвенно в одной из его частей содержит сам себя. Например, в определении оператора цикла телом цикла явля­ется оператор, частным случаем которого является все тот же опера­тор цикла;

семантика — смысловое содержание конструкций, предложений языка, семантический анализ — это проверка смысловой правильности конструкции. Например, если мы в выражении используем перемен­ную, то она должна быть определена ранее по тексту программы, а из этого определения может быть получен ее тип. Исходя из типа пере­менной, можно говорит о допустимости операции с данной перемен­ной. Семантические ошибки возникают при недопустимом использова­нии операций, массивов, функций, операторов и пр.

Трансляторы

Программа, написанная на любом языке программирования, является исходной программой. Особенность таких про­грамм, как мы помним, заключается в том, что они состоят из инструкций, понятных человеку, но не понятных процес­сору компьютера. Чтобы процессор мог выполнить работу в соответствии с алгоритмом, записанным в исходной про­грамме, эта программа должна быть переведена на машин­ный язык — язык команд процессора. Такой перевод про­граммы называется трансляцией, а выполняется он специальными программами — трансля­торами.

Существует три вида трансляторов: интерпретаторы, ком­пиляторы и ассемблеры.

Интерпретатор — транслятор, переводящий текст про­граммы поэтапно (покомандно) и сразу же (то есть парал­лельно) выполняющий оттранслированную команду исход­ной программы.

Компилятор транслирует текст программы в модуль на машинном языке, затем программа переписывается в опера­тивную память и лишь после этого исполняется процессо­ром компьютера. Именно с использованием трансляторов такого типа осуществляется перевод программы на многих языках программирования в машинный код. Поэтому рас­смотрим его чуть подробнее.

Схематически работу компилятора иллюстрирует рис. 1.6.

Цифрой 1 на схеме обозначен блок синтаксического кон­троля текста программы, цифрой 2 — генератор машинного кода.

Если генератор машинного кода компилятора перевел исходный текст программы в необходимую форму, значит, в тексте программы нет синтаксических ошибок, но это не говорит об отсутствии ошибок в алгоритме. Убедиться в пра­вильности работы программы можно только при ее тести­ровании, то есть при обработке результатов, получаемых в процессе работы программы.

Последний вид трансляторов — ассемблеры. Они предназ­начены для перевода программы, написанной на языке ас­семблера (автокода), в программу на машинном языке.

Все трансляторы, независимо от их вида, решают следу­ющие основные задачи:

+ выполняют анализ и проверяют синтаксис транслируе­мой программы;

+ генерируют машинный код программы;

+ распределяют память для выходной программы.

Классификация языков программирования

Историю компьютерных наук в известной степени можно представить как историю языков программирования, начало развития которых приходится на XIX в., когда английский ученый Чарльз Бэббидж разработал механическую вычислительную машину. Программу для нее, как вам известно, написала леди Ада Лавлейс. Языки программирования в современном понимании фактически начали развиваться с появлением электронных вычислительных машин.

Язык программирования (англ. Programming language) — это искусственный язык, созданный для разработки программ, предназначенных для выполнения на компьютере.

Компьютерная программа (англ. Computer program) — это последовательность команд (инструкций), которые обеспечивает реализацию на компьютере конкретного алгоритма.

Команда (инструкция) — это указание, которое определяет, какое действие (операцию) следует выполнять.

Сегодня можно насчитать более 2 тыс. различных языков программирования и их модификаций, однако лишь отдельные получили широкое признание. Все языки программирования можно условно классифицировать по некоторым основным признакам. Ниже приведена краткая классификация языков программирования:

1. По степени зависимости от аппаратных средств
   • Языки низкого уровня
   • Языки высокого уровня
2. По принципам программирования
   • Процедурные
   • Непроцедурные
   • Объектно-ориентированные
3. По ориентации на класс задач
   • Универсальные
   • Специализированные

Рассмотрим подробно классификацию и составные части языков программирования.

По степени зависимости от аппаратных средств

Языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные) — языки, в которых команды и данные учитывают архитектуру компьютера. Такие языки ориентированы на конкретный тип компьютера и учитывают его аппаратные особенности.

Практически каждый тип компьютера имел собственный язык программирования низкого уровня. Одна и та же программа не могла выполняться на компьютере другого типа, что существенно ограничивало возможность обмена программами.

Программы для первых ЭВМ разрабатывали именно на «машинных» языках. Это был сложный процесс, поэтому вскоре появились языка символьного кодирования. Команды подавались уже не двоичным кодом, а символами. Преобразование символьного кода в машинные команды осуществляется автоматически.

Обычно команды современных языков программирования записывают английскими буквами с использованием символов, содержащихся на клавиатуре. Но в компьютере хранятся и выполняются команды, которые представлены физическими сигналами (например, двумя уровнями окончательной магнитной индукции, двумя значениями электрического напряжения, наличием и отсутствием светового луча и т.д.). Значение физических сигналов отождествляются с математическими значениями 0 и 1, то есть двоичными символами.

Программы, которые представлены совокупностью 0 и 1, называют машинными или машинным кодом. Он указывает, какую именно действие следует выполнить процессору.

Используются различные структуры команд. Чаще всего команды состоят из операционной и адресной частей. В операционной части отмечается, действие (операцию) следует выполнить, а в адресной — выполнить над какими именно данными.

Упрощенно команду двоичным или шестнадцатеричным кодом можно записать соответственно так:

• 10100011 10110111 11000101
• АЗ В7 С5

В нашем случае код АЗ может быть операционной частью и означать, например, операцию Добавить, а В7 и С5 — адресной частью, которая определяет место хранения данных, над которыми следует выполнить операцию.

Уже на первых этапах развития вычислительной техники началась разработка языков, доступных для широкого круга пользователей и не связанных с конкретным компьютером. Первым языком высокого уровня, получившим признание программистов, был Fortran.

Процесс разработки программ несколько облегчился, когда к языкам символьного кодирования начали включать макрокоманды, реализуемые последовательностью из нескольких машинных команд. К разновидностям языков символьного кодирования принадлежат языки ассемблер и машинных кодов.

Языки программирования высокого уровня (машинно-независимые) — языки, на которых программы могут использоваться на компьютерах различных типов и которые более доступны человеку, чем языки низкого уровня.

Первым языком высокого уровня, который получил широкое признание среди программистов мира, был Fortran. Он был разработан корпорацией IBM (США) в 1954 году. Язык Фортран приближен к языку алгебры и ориентирован на решение вычислительных задач. В 1960 году группой ученых разных стран создан язык Algol-60, тоже ориентированный на решение вычислительных задач.

По принципам программирования

По принципам программирования различают процедурные, непроцедурные языки и языки объектно-ориентированного программирования.

Процедурные языки основаны на описании последовательной смены состояния компьютера, то есть значения ячеек памяти, состояния процессора и других устройств. Они манипулируют данными в пошаговом режиме, используя пошаговые инструкции. В процедурных языках выдерживают четкую структуризацию программ, поэтому их еще называют языками структурного программирования. К таким языкам относятся Fortran, Algol, Pascal, BASIC и др.

Процедурные языки полностью удовлетворяют потребности разработки небольших программ и программ средней сложности. Но в начале 80-х годов XX века объем и сложность программ достигли уровня, который требовал новых концептуальных подходов к программированию.

Непроцедурные языка эффективны для программирования поиска данных в больших объемах, а также для программирования задач, процесс решения которых невозможно описать точно (перевод, распознавание образов). В этих языках сама процедура поиска решения встроена в интерпретатор языка. К таким языкам относятся языки функционального и логического программирования.

В конце XX в. была презентована новая методика программирования, получила название объектно-ориентированного программирования (ООП). То есть начали развиваться языки, содержащие конструкции, позволяющие определять объекты, принадлежащие к классам и имеющие средства для работы с абстрактными типами данных. К таким языкам относятся C ++, Java, C #, Python и др. Сегодня языки ООП практически вытеснили с рынка профессионального программирования процедурные языки.

По ориентации на класс задач

Языки программирования делятся на универсальные и специализированные.

Универсальные языки предназначены для решения широкого класса задач. К таким языкам относятся PL/1, Algol, Pascal, С и др. Особым классом универсальных языков является визуальные среды программирования: VisualBasic, Delphi и др.

Специализированные языки учитывают специфику предметной области. В настоящее время существуют десятки специализированных языков программирования, например, языки веб-программирования, языки скриптов и др. Язык скриптов используется для создания небольших вспомогательных программ, например Javascript — для создания динамических объектов на веб-страницах. Языки разметки содержат шаблоны и средства описания содержания, структуры и формата электронных документов, например язык HTML обеспечивает разметку гипертекстового документа. Языка для работы с базами данных обеспечивают создание и сопровождение баз данных.

Отметим, что не все из перечисленных языков в классическом понимании являются языками программирования. Так, язык HTML является языком разметки гипертекста, но его также часто называют языком программирования.

День программиста отмечается в 256-й день года (в високосный год это 12 сентября, а в не-високосный — 13 сентября). Выбор объясняется тем, что это число символическое, оно тесно связано с компьютерами, но не ассоциируется с конкретными лицами или кодами специальностей. Число 256 соответствует количеству символов, которые можно представить с помощью одного байта.

Начиная с 60-х годов XX века развитие языков программирования происходит как путем специализации, так и путем универсализации.

Одним из первых специализированных языков был COBOL, разработанный в США в 1961 году и ориентированый на решение экономических задач. Впоследствии появились десятки различных специализированных языков, например, Simula — язык моделирования, LISP — язык для информационно-логических задач, RPG — речь для решения учебных задач и тому подобное.

Составляющие части языка программирования

Любой язык программирования высокого уровня, как и любой другой язык, имеет основные составляющие:

Алфавит

Набор символов, из которых образуются команды программы и другие конструкции языка.

Каждый язык имеет свой алфавит. Но большинство из них содержит английские буквы, цифры, знаки арифметических операций (+, *, -, /), знаки отношений (больше, равно и др.), синтаксические знаки (точка, точка с запятой и др.).

Синтаксис

Совокупность правил записи команд и других конструкций языка.

Нарушение правил синтаксиса определяется автоматически, о чем программист получает сообщение.

Семантика

Совокупность правил толкования и выполнения конструкций языка программирования.

Например, два кода, приведенные далее, имеют одинаковую логику (выполняют одинаковые действия), результаты их выполнения тоже одинаковые. Но семантически коды разные:

Классификация языков программирования

Классификация языков программирования по категориям связана с методами, которые используются при написании программ.

Рисунок 1. Классификация языков программирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Процедурные языки

Процедурные языки являются языками высокого уровня, в которых используется метод разбиения программ на отдельные связанные между собой модули – подпрограммы (процедуры и функции). Компоненты языка состоят из последовательности операторов, которые используют библиотечные процедуры и функции. Первым процедурным языком был Fortran, затем появился Cobol, Algol, Pascal, C, Ada.

Языки программирования низкого уровня

Программирование на первых компьютерах происходило с помощью двоичных машинных кодов. Такое программирование довольно трудоемкое и тяжелое. Для упрощения процесса программирования разрабатывались языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в понятном для человека виде. Чтобы преобразовать их в двоичный код создавались специальные программы – трансляторы.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

К языкам низкого уровня относится:

• программирование в машинных кодах;
• ассемблер;
• макроассемблер.

Языки низкого уровня ориентировались на определенный тип процессора и учитывали его особенности, поэтому для того, чтобы перенести программу, написанную на ассемблере, на другую аппаратную платформу её нужно было почти полностью переписать. Различия присутствовали также и в синтаксисе программ под разные компиляторы.

Языками низкого уровня пользуются преимущественно для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирования специализированных микропроцессоров, когда немаловажным является компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Языки программирования высокого уровня

В языках высокого уровня особенности конкретных компьютерных архитектур не учитываются, поэтому написанные программы легко могут быть перенесены на другой компьютер. Зачастую достаточным является компиляция программы под определенную архитектурную и операционную систему. Разработка программ на языках высокого уровня значительно проще и ошибок намного меньше. К тому же время разработки программы значительно уменьшается, что является особенно важным фактором при работе над сложными программными проектами.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Недостаток некоторых языков высокого уровня состоит в большом размере программ по сравнению с программами на языках низкого уровня. В то же время текст программ на языке высокого уровня гораздо меньше, но в байтах код, написанный на ассемблере, будет более компактным. Поэтому языки высокого уровня преимущественно используют для создания программного обеспечения для компьютеров и вычислительных устройств с большим объемом памяти. Языки же низкого уровня используются для написания программ к устройств, для которых критичным является размер программы.

Языки высокого уровня делятся на универсальные и проблемно-ориентированные.

Наиболее распространенные универсальные языки C#, C++, Basic, Pascal (Delphi) используются для разработки Windows-приложений. Большой вклад в программирование на начальных этапах внесли языки Fortran, Cobol, Algol, C и др.

Языки программирования для разработки Интернет-приложений скорее относятся к универсальным языкам. К ним относятся современные версии C#, Basic, J#.

Проблемно-ориентированными языками, которые используются на Интернет-серверах и клиентских Интернет-приложениях, являются PHP, Perl, JavaScript, VBScript.

Объектно-ориентированные языки

Объектно-ориентированные языки стали дальнейшим уровнем развития процедурных языков, основной концепцией которых есть совокупность программных объектов. Написание программы на языке представляется в виде последовательности создания экземпляров объектов и использование их методов. К ним относятся из первых языков Simula и SmallTalk, далее C++, Java.

Декларативные языки программирования

В декларативном программировании задается спецификация решения задачи, то есть дается описание того, что представляет собой проблема и какой ожидается результат. Программы, созданные с помощью декларативного языка, не содержат переменные и операторы присваивания. К декларативным языкам можно отнести SQL и HTML. К подвидам декларативного программирования относится функциональное и логическое программирование.

Функциональные языки программирования

Функциональные языки являются языками искусственного интеллекта. Программа, написанная на функциональном языке, состоит из последовательности функций и выражений, которые необходимо вычислить. Основной структурой данных является связный список. Функциональное программирование принципиально отличается от процедурного. Основными функциональными языками являются Lisp, Miranda, Haskel.

Логические языки программирования

Языки, ориентированные на решение задач без описания алгоритмов, языки искусственного интеллекта. Представителем логического программирования является Prolog, которым написано большинство экспертных систем.

Языки сценариев (скрипты)

Языки относятся к объектно-ориентированным языкам, используются для написания программ, которые исполняются в определенной программной среде. Тексты программ, написанные на языке сценариев, можно включать в тело Html-документа. Первыми скриптами были Perl и Python, которые изначально были разработаны для операционной системы Unix, а уже в дальнейшем появились версии языков для операционных систем Windows и Macintosh. Для написания программ на языке сценариев необходимо знание процедур и функций системных библиотек.

Языки, ориентированные на данные

Языки ориентированы на работу с одним определенным типом данных. Например, APL работает с матрицами и векторами, Snobol обрабатывает строки, SETL выполняет операции над множествами.

Особое развитие получили языки для работы с базами данных:

Широкими возможностями обработки документов текстового процессора Microsoft Word, электронных таблиц MS Excel, баз данных MS Access и даже программ подготовки слайдовых презентаций MS PowerPoint обладает встроенный язык системы MS Office – Visual Basic for Application (VBA).

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

21. Языки программирования. Классификация ЯП

Язык программирования – это искуственный язык, созданный для взаимодействия с машиной, в частности, с компьютером. ЯП используются для написания программ, которые управляют машиной и/или выражают алгоритмы.

Первые ЯП были созданы задолго до появления компьютеров и управляли поведением, скажем, самоиграющих пианино или автоматических ткацких станков.

Многие ЯП имеют императивную форму, т.е. описывают последовательность операций. Другие могут иметь декларативную форму, т.е. описывают результат, а не то, как его получить.

Некоторые языки определяются стандартом (C,C++,Haskell, и др.). Другие не имеют формального описания, и наиболее широко распространенная реализация используется в качестве эталона.

Описание ЯП обычно делится на две части: синтаксис, т.е. форма, и семантика, т.е. значение.

Семантика в свою очередь подразделяется на лексику и грамматику.

Лексика определяет какие “слова” могут быть в языке. Это включает названия переменных, функций, числовые константы, строки, и т.п., а так же управляющие символы языка. Грамматика определяет каким образом эти “слова” комбинируются в более сложные выражения.

Не все синтаксически корректные программы являются семантически корректными. Например:

Здесь *p не определено, *p >> 4 не определено, даже если определено *p , и p->im так же не определено. Тем не менее, синтаксически это корректная программа.

Семантика же подразделяется на статическую, динамическую, и систему типов.

определяет статические свойства языка, выходящие за рамки синтаксиса. Например, статическая семантика может определять, что все идентификаторы должны быть определены перед использованием, или что вызов функции должен принимать столько же аргументов, сколько указано в ее определении (ни то ни другое не является обязательным, кстати сказать)

определяет стратегию выполнения программы. Она определяет, каким образом исполняются инструкции, порядок их исполнения, значение управляющих структур и т.д.

определяет каким образом ЯП классифицирует значения и выражения, как эти типы взаимодействуют и каким образом ЯП может манипулировать ими. Система типов является практическим приложением теории категорий. Цель системы типов – проверка программы на корректность (до какой-то степени). Любая система типов, отвергая некорректные программы, будет так же отвергать некоторый процент коррекнтых (хотя необычных) программ. Чтобы обойти это ограничение, ЯП обычно имеют некие механизмы для выхода из ограничений системы типов. В большинстве случаев, указание корректных типов ложится на совесть программиста. Однако некоторые ЯП (обычно функциональные) умеют выводить типы исходя из семантики, и таким образом освобождают программиста от необходимости явно указывать типы.

Классификация языков программирования

Существует множество критериев, по которым можно классифицировать языки программирования. Частые варианты классификации включают:

• По парадигме (декларативные, императивные, структурированные и т.п.)
• По системе типов (динамические, статические, сильно- и слаботипизированные, нетипизированные и т.п.)
• По уровню абстракции (высокого, низкого уровня)
• По модели исполнения (компилируемые, интерпретируемые)
• По “поколению”

Четкой классификации не существует, по той простой причине, что существуют буквально тысячи ЯП, и в любой категории классификации обнаруживается практически непрерывный спектр.

По системе типов

Наиболее категоричное разделение ЯП по системе типов на типизированные и нетипизированные.

Нетипизированные языки позволяют производить любую возможную операцию над любыми данными. Это обычно какие-либо языки ассемблера, которые работают непосредственно с двоичным представлением данных в памяти.

С точки зрения теории типов очень немногие из современных языков являются типизированными в полном смысле этого слова. Большинство являются типизированными в некоторой мере. Так, многие языки позволяют выходить за пределы системы типов, принося типобезопасность в жертву более точному управлению исполнением программы.

Типизированные языки определяют типы данных, с которыми работает любая операция. Например, операция деления работает над числами – для строк эта операция не определена.

Типизированные языки, в свою очередь, могут классифицироваться по моменту проверки типов и по строгости этой проверки.

По моменту проверки типов ЯП делятся на статически и динамически типизированные (или просто, статические и динамические).

Статически типизированные языки

При статической типизации, типы всех выражений точно определены до выполнения программы, и обычно проверяются при компиляции. Языки со статической типизацией, в свою очередь могут быть явно типизированными (manifestly typed) или типовыводящими (type-inferred).

Явно типизированные языки

требуют явного указания типов. К ним относятся, например, C, C++, C#, Java.

определяют (выводят) типы большинства выражений автоматически, и требуют явного аннотирования только в сложных и неоднозначных случаях. К ним относятся, например, Haskell и OсaML.

Надо заметить, что многие явно типизированные языки умеют выводить типы в некоторых случаях (например, auto в С++11), поэтому четкую грань здесь провести можно не всегда.

Динамически типизированные языки

производят проверку типов на этапе выполнения. Иначе говоря, типы связаны со значением при выполнении, а не с текстовым выражением. Как и типовыводящие языки, динамически типизированные не требуют указания типов выражений. Помимо прочего, это позволяет одной переменной иметь значения разных типов в разные моменты исполнения программы. Однако, ошибки типов не могут быть автоматически обнаружены, пока фрагмент кода не будет выполнен. Это усложняет отладку и несколько подрывает идею типобезопасности в целом. Примерами динамически типизированных языков являются Lisp, Perl, Python, JavaScript и Ruby.

По строгости типизации языки делятся на сильно и слабо типизированные.

Слабо типизированные языки

неявно конвертируют один тип в другой, скажем, строки в числа и наоборот. Это может быть удобно в некоторых случаях, однако многие программные ошибки могут быть пропущены. Усложняется отладка.

Сильно типизированные языки

не позволяют неявную конверсию, и требуют явной.

В целом, четкую грань провести оказывается достаточно сложно, поскольку неявное преобразование типов в той или иной мере производится в большинстве языков. Однозначно к слабо типизированным относят Perl, JavaScript и C (в силу свободной конверсии void* ). К сильно типизированным относят C++, Java, Haskell, и другие.

По уровню абстракции

Классификация по уровню абстракции сильно зависит от современных представлений о “высоком уровне абстракции”.

Языки по-настоящему низкого уровня – это машинный код и языки ассемблера, все остальные – в некотором смысле языки высокого уровня. Тем не менее, многие сейчас считают C и C++ языками низкого уровня.

Java, Python, Ruby и т.п. сейчас общепринято считаются языками высокого уровня.

Языки высокого уровня могут значительно упрощать реализацию сложных алгоритмов, однако обычно они генерируют менее эффективный машинный код, чем языки более низкого уровня.

По модели исполнения

ЯП может быть компилируемым, транс-компилируемым или интерпретируемым.

Интерпретируемые языки исполняются непосредственно, без этапа компиляции. Программа, называемая интерпретатором, читает каждое выражение, определяет сообразное действие, и совершает его. Гибридный вариант может генерировать машинный код “на лету” и исполнять его.

Интерпретируемые языки: PHP, Perl, Bash, Python, JavaScript, Haskell

Компилируемый язык компилируется, т.е. переводится в исполнимую форму до выполнения.

Компиляция может производиться непосредственно в машинный код, или в какое-либо промежуточное представление (байт-код), которое потом интерпретируется виртуальной машиной.

Компилируемые языки (машинный код): ASM, С, С++, Algol, Fortran Компилируемые языки (байт-код): Python, Java

Транс-компилируемые языки – это языки, которые сперва переводятся в язык более низкого уровня, который в свою очередь уже может быть скомпилирован. Частой целью для транс-компилируемых языков является C, который, в свою очередь, часто является транс-компилируемым в ассемблер.

Транс-компилируемые языки: C, C++, Haskell, Fortran

Линии сильно размыты, поскольку существуют компиляторы для традиционно интерпретируемых языков, и, напротив, интерпретаторы для традиционно компилируемых.

Классификация по “поколению”

Поколение – несколько условная характеристика, которая в значительной мере связана с историей появления современных языков программирования.

Языки первого поколения

1GL – это машинные языки. Исторически, программы на этих языках вводились при помощи переключателей на передней панели ЭВМ, либо “писались” на перфокартах и позже перфолентах. Программа на 1GL состоит из 0 и 1 и сильно привязана к конкретному железу, на котором она должна исполняться.

Языки второго поколения

Это общая категория для различных языков языков ассемблера. С одной стороны, код языков 2GL может читать человек, и он должен быть конвертирован в машино-читаемую форму (этот процесс называется ассемблированием, или сборкой). С другой стороны, этот язык специфичен к процессору и прочему аппаратному окружению.

Языки третьего поколения

Более абстрактные, чем 2GL, это языки, которые перекладывают заботу о непринципиальных деталях с плеч программиста на плечи компьютера. Fortran, ALGOL и COBOL являются первыми 2GL. C, C++, Java, BASIC и Pascal так же могут быть отнесены к 3GL, хотя в общем 3GL подразумевает только структурную парадигму (в то время как C++, Java работают в том числе в ООП)

Языки четвертого поколения

Определение несколько расплывчато, однако в целом сводится к еще более высокому уровню абстракции, чем 3GL. Однако, подобный уровень абстракции часто требует сужения области применения. Так, например, FoxPro, LabView G, SQL, Simulink являются 4GL, однако находят применение в узкой специфической области. Некоторые исследователи считают, что 4GL являются подмножеством DSL (domain specific language, язык, специфичный к области).

Языки пятого поколения

В конце 80-х – начале 90-х была попытка разработать класс языков, которые “пишут программы сами”. По идее, программист должен был описывать как программа должна себя вести, а остальное должен был делать компьютер. К примерам можно отнести Prolog, OPS5, Mercury. К добру или худу, но эта затея провалилась, поскольку создание эффективного алгоритма для решения конкретной проблемы – само по себе весьма нетривиальная задача, и часто для ее решения требуются человеческая смекалка и интуиция.

Современные языки программирования: краткий обзор

Компьютеры так прочно вошли в нашу жизнь, что мы уже не можем представить ее без них. Трудно поверить, что только полвека назад появились первые компьютеры, которые были медлительными и громоздкими. Сейчас у нас есть огромное многообразие — от ультратонких ноутбуков до мощных игровых компьютеров.

Сейчас прогресс ушел так далеко, что техника может интуитивно понимать запрос пользователя. Однако стоит помнить, что все программы, браузеры и сайты имеют в основе языки программирования.

В наши дни существует около 8 тысяч таких языков, многие из которых понятны лишь авторам. Однако есть такие языки программирования, которые стали международными и используются миллионами людей ежедневно.

Зачем нужны языки программирования

Без языка программирования ни один компьютер работать не будет. С его помощью создаются определенные математические алгоритмы, которые помогают компьютеру выполнять команды пользователя.

• Язык программирования выглядит совсем не так, как мы привыкли представлять себе язык — это набор различных символов, которые преобразуются в понятный компьютеру код.
• Классификация языков программирования от низких до высоких уровней зависит от того, настолько близок язык к человеку. Чем меньше язык программирования понятен человеку, тем по уровню он ниже.
• Большая часть языков преобразуется в понятный машине код с помощью программ-трансляторов. С их помощью прописываются лексические, семантические и синтаксические правила, которые определят, какие действия запросит пользователь и внешний вид программы.
• Язык программирования — неотъемлемая часть работы любого компьютера. В современном мире с ними работают программисты, которые прописывают коды и создают программы с использованием сложных кодовых конструкций.

Для обычного человека написание даже первой странички сайта покажется странной комбинацией различных символов. Для программиста этот код позволяет задать компьютеру нужную команду и выполнить ее. На языке программирования обычный пользователь общается с компьютером.

История языков программирования

Первыми «ласточками» в истории языка программирования считаются такие обычные вещи, как музыкальная шкатулка или жаккардовый ткацкий станок. Они появились еще в XVIII-XIX веках.

Начало же современному программированию было дано в 1930-1940-е годы, когда были написаны лямбда-исчисление и машина Тьюринга. То время можно назвать началом истории разработки языков программирования, ведь компьютеры становились все популярнее. В 1940-е годы появились первые электрические компьютеры, и тогда же немецкий инженер Ц. Кузе разработал Планкалькюль, первый высокоуровневый язык.

В 1950-е годы были разработаны машинные коды, которые считаются языками программирования первого поколения. Но их приходилось переписывать для каждой ЭВМ отдельно, так что первым реально работающим языком программирования можно считать «Краткий код». Он первым стал представлять собой не набор математических кодов, а выражения, которые потом перерабатывались в код.

Затем появились языки второго поколения — они были проще для человека, но ограничивались использованием ассемблера. Так называли программу, которая переводила команду на машинный язык, своего рода переводчик.

А уже к середине 1950-х годов стали зарождаться языки третьего поколения. Их отличает то, что они подходят для любой программы, их не нужно переписывать под каждую заново. Они уже считают полноценными языками высокого уровня.

В 1960-годы языки программирования начали стандартизировать и улучшать. Хоть затем и появились языки четвертого и пятого поколения, они являются более усовершенствованными версиями языков третьего поколения.

После того, как стал развиваться интернет в 1990-е годы, появились еще языки для написания веб-страниц. Сейчас развитие языков программирования идет по большей части в сторону безопасности пользователя.

Список языков программирования

Есть тысячи языков программирования. Мы выделили те, что наиболее популярны и чаще используются в современном мире.

Basic

Basic или Бейсик называют группу языков программирования высокого уровня. Его создали профессора колледжа Дартмут в 1964 году с целью помощи студентам в создании собственных компьютерных программ. Сейчас детище Томаса Курца и Джона Кемени стало основным языком, на котором пишутся программы для ОС Windows.

В далеком 1972 году Дэннис Ритчи придумал язык, который остается популярен и сейчас. Программисты любят его за успешное сочетание в нем элементов как высокого, так и низкого уровней программирования. Кстати, для тех языков программирования, которые используются для написания сайтов, основой является как раз язык Си.

Этот язык произошел от Си, но он больше уделяет внимание обобщенному программированию. Сейчас он является одним из самых популярных языков, ведь на нем пишут огромное количество программ. Он подходит для создания ОС, драйверов, серверов, игр, прикладных программ и много другого. Си ++ является универсальным языком, который эффективен, многофункционален и доступен большинству программистов.

Python

Разработка этого языка началась в 1980-х годах голландцем Гвидо ван Россумом, но его первая версия была выпущена только в 2008 году. Он отличается постоянным усовершенствованием и активным сообществом пользователей. Python является высокоуровневым языком с большим объемом различных функций. Особенно хорошо он справляется с веб-разработкой, анализом данных и автоматизацией процессов.

Этот язык лидирует среди тех, что применяются в разработке веб-сайтов и поддерживается практически всеми хостинг-провайдерами. Он применяется, в основном, для разработки веб-сайтов и веб-приложений. Впервые PHP был представлен публике в 1995 году датским программистом Расмусом Лердорфом.

Язык программирования Java работает с веб-приложениями, которые транслируются в байт-код. Он может работать на любой компьютерной архитектуре, так как код преобразуется с помощью Java-машины. Он появился в 1996 году и последние годы он стал самым популярным языком программирования. Однако многие недовольны из-за того, что он работает медленнее, чем его конкуренты.

JavaScript

Хотя JavaScript похож на Java, но все же является отдельным языком. Чаще всего используется в качестве встраиваемого языка: приложения получают доступ к веб-страницам с его помощью. Он более легок в применении и дается даже тем, кто мало знаком с программированием. Доля его использования ежегодно растет.

Go (Golang)

В 2007 году компания Google занялась разработкой собственного языка программирования, с помощью которого бы можно было решать реальные проблемы. Созданием языка занимались Роб Пайк и Кен Томпсон, которые уже в 2009 году представили Go. Для компании Google он является заменой популярных языков Си и Си ++. Он не стал прорывом, но зато используется для создания серьезных проектов.

Этот язык программирования является системой, с помощью которой можно удобно управлять базами данных. Первые разработки были начаты еще в 1970-х годов, но первый вариант SQL был представлен в 1986 году. В современном мире SQL довольно популярен в качестве удобного языка для улучшения, управления и создания баз данных.

Swift

Компания Apple тоже придумала собственный язык программирования, чтобы создавать на нем приложения для всех родственных гаджетов. Apple представила свой язык в 2014 году как удобный, надежный, свободный и доступный любому программисту. Он был создан персонально для продуктов Apple.

Pascal

Никлаус Вирт создал этот язык в 1969 году, а назвали язык в честь математика Блеза Паскаля. Он является популярным языком программирования и в наши дни. Именно на нем обучают студентов на первом курсе университета и в старшей школе. На его основе построено множество других языков.

В современном мире без языков программирования невозможно обойтись. Все больше и больше людей самостоятельно выбирают профессию программиста, хоть она и сложна на первый взгляд, но быстро развивается и становится популярной с каждым годом. А языки программирования — сложный, но интересный процесс создания компьютерного мира!

Нравится статья? Поддержи наш проект и поделись с друзьями!