Кейс "Характеристики, свойства и особенности языков программирования"

Классификация языков программирования

По степени приближения к аппаратной части компьютера языки программирования можно разделить на языки низкого уровня и языки высокого уровня.

К языкам низкого уровня можно отнести:

• машинные языки – языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

• машинно-ориентированные языки – языки программирования, отражающие структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры).

Языки высокого уровня не зависят от архитектуры компьютера и могут быть разделены на алгоритмические и неалгоритмические; универсальные и специализированные; процедурные и непроцедурные; структурно-ориентированные, объектно-ориентированные и дискриптивные.

Основные понятия языков программирования

Язык программирования – множество текстов (последовательностей символов) некоторого алфавита, удовлетворяющих правилам синтаксиса и задающих порядок вычислений в соответствии с правилами семантики.

Алфавит языка программирования – набор символов, включающий буквы, цифры и специальные знаки. К специальным знакам относятся знаки арифметических операций, знаки операций отношения, разделители, зарезервированные слова.

Внешняя форма программы на языке программирования, т.е. записи текста программы, устанавливается с помощью синтаксиса языка, который определяет формальный язык. Этот синтаксис схематически описывается с помощью определенных «грамматических» правил.

Синтаксис языка программирования – совокупность правил записи, которым должна удовлетворять любая программа, включает также правила ввода текста программы в ЭВМ.

Семантика языка программирования – правила, определяющие, какие операции и в какой последовательности должна выполнить ЭВМ, работая по программе, т.е. правила толкования синтаксических конструкций.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Язык программирования – формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.

Характеристики и свойства языков программирования

Основными характеристиками, позволяющими сравнивать языки программирования и выбирать наилучшие для решения той или иной задачи, являются мощность, уровень и концептуальная целостность.

Мощность языка характеризуется количеством и разнообразием задач, алгоритмы решения которых можно записать, используя данный язык.

Уровень языка характеризуется сложностью решения задач с помощью этого языка. Чем проще записывается решение задач, чем более непосредственно реализуются сложные операции и понятия, чем меньше объем получаемых программ, тем выше уровень языка.

Концептуальная целостность языка характеризуется свойствами совокупности понятий, служащих для описания этого языка, и включает три взаимосвязанных аспекта: экономию, ортогональность, единообразие понятий. Экономия понятий предполагает достижение максимальной мощности языка с помощью минимального числа понятий. Ортогональность понятий означает, что между понятиями не должно быть взаимного влияния. Так, если какое-либо понятие используется в различных контекстах, то правила использования должны быть одни и те же. Единообразие понятий требует согласованного, единого подхода к описанию и использованию всех понятий.

Обычно, чем меньше мощность языка, т.е. чем уже область его применения, тем выше его уровень. По этой причине наряду с универсальными языками разрабатываются и специализированные языки в некоторой конкретной области.

Перечисленные характеристики языков программирования определяют наличие или отсутствие надежности, удобочитаемости, полноты, гибкости, простоты.

Надежность языка обеспечивает минимум ошибок при написании программ. Для этого язык должен быть таким, чтобы было трудно делать ошибки, не обнаруживаемые при компиляции. Плохо также, если можно одно и то же сделать более чем одним способом: лишняя возможность выбора может привести к ошибке. Примером более тонкой защиты может служить трактовка отношения равенства: поскольку равенство двух чисел с плавающей точкой есть не что иное, как удачное совпадение, то разумно определить его как приблизительное равенство с некоторой точностью.

Удобочитаемость языка – это свойство, обеспечивающее легкость восприятия программ человеком. Это зависит от широкого спектра факторов, включающего, с одной стороны, выбор ключевых слов, а с другой – возможность структурирования программы.

Полнота языка обеспечивает описание на языке решения задач определенной предметной области.

Гибкость языка обеспечивает легкость выражения на языке необходимых для решения задач действий.

Простота языка характеризуется легкостью понимания семантики языковых конструкций и запоминания их синтаксиса.

Одно из требований к языкам программирования – с целью удобства использования людьми – близость алгоритмического языка к общепринятой математической символике и даже к обычному разговорному языку. Поэтому в основе алгоритмических языков и лежит формульно-словесный способ записи алгоритмов, при котором часть указаний записывается в виде обычных слов естественного языка.

Один из недостатков этого способа состоит в том, что по сути дела одно и то же указание можно сформулировать словами многими различными способами, а значит существует опасность расплывчатости и неоднозначности толкования.

Так как языки программирования международны, то в качестве служебных слов берутся слова английского языка.

Пути развития языков программирования

В самом начале 60-х годов мир компьютерных языков казался очень простым. В программировании господствовали три языка.

Первый язык программирования высокого уровня Фортран создан в 1955 г. Он включал самые элементарные средства, многие из которых отражали непосредственно возможности ЭВМ того времени. Алгол-60 (1960 г.) и язык Кобол (1960 г.) заслуживают внимания за развитие такой важной части языков программирования как средства описания и обработки файлов. Однако и Фортран, и Алгол-60, и Кобол не были в полном смысле универсальными. Первые два были предназначены для расчетных задач, а последний – для экономических. К концу 60-х годов языки стали развиваться в таком темпе, что, по словам одного специалиста по информатике, разработчику «следовало знать не менее десятка языков, чтобы заслужить общественное признание».

В 1969 году Джин Сэммит опубликовал книгу «Языки программирования», на обложке которой красовалась небрежно построенная башня, спирально устремляющаяся в небо, на которой были начертаны названия 117 различных языков. На самой вершине башни было написано BABEL (Вавилон – символ смешения языков).

Первым действительно универсальным языком программирования был ПЛ/1 (1964 г.), объединивший многие возможности и средства предыдущих языков. Он предоставляет практически все необходимые средства описания алгоритмов, хотя и не столь развитые, как в современных языках.

Первым из значительных этапов в дальнейшем развитии средств описания данных был язык Паскаль (1970 г.). Язык назван в честь французского математика 17 в. Блеза Паскаля, а его автором был Николаус Вирт. Он начал писать Паскаль в 1968 г. Паскаль стал «путеводной звездой» зарождавшегося в то время движения за структурное программирование, которое обрело силу в конце 70-х годов.

Язык Ада (1979 г.), окрещенный в честь Ады Лавлейс, которую часто называют первым программистом в мире за популярное описание Аналитической машины Чарлза Бэббиджа, вобрал лучшие идеи языков-предшественников. Здесь две основные тенденции развития языков программирования достигли одновременной кульминации: и средства описания данных, и средства описания действий в Аде наиболее мощные, высокоуровневые и концептуально связанные в единое целое среди всех универсальных языков. Но Ада критиковалась за свои размеры и сложность.

Параллельно с развитием универсальных языков создавались и специализированные языки, у которых за счет сужения области их использования удавалось построить отдельные высокоуровневые механизмы для описания и данных, и действий. Такими языками являются Лисп (1960 г.), Пролог (1972 г.). Лисп был создан с целью использования его в системах автоматического доказательства теорем. Поэтому он называется также языком искусственного интеллекта.

.