Файл: Классификация языков программирования высокого уровня.pdf

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносятся на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня значительно проще, а ошибок при этом допускается гораздо меньше.

При программировании на машинном языке можно держать под контролем каждую команду процессора и использование каждой ячейки памяти, тем самым максимально использовать все возможности компьютера. Но процесс этот очень трудоемкий и утомительный, а программы получаются громоздкими.

Поэтому, если нужно разработать эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, то вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры). Во всех остальных случаях используют, как правило, языки высокого уровня.

Языки высокого уровня были созданы для того, чтобы освободить программиста от учета технических особенностей конкретных компьютеров.

Уровень языка характеризуется степенью его близости к обычной человеческой речи. Машинный язык радикально от нее отличается.

Важным преимуществом языков высокого уровня является их универсальность, независимость от аппаратуры. Программа, написанная на таком языке, может выполняться на разных компьютерах.

Объект исследования – языки программирования высокого уровня.

Предмет исследования – особенности классификации языков программирования высокого уровня.

Цель исследования – Проанализировать особенности классификации языков программирования высокого уровня.

Задачи исследования:

1. Охарактеризовать сущность языков программирования высокого уровня.

2. Охарактеризовать типологию языков программирования высокого уровня.

3. Проанализировать языки Фортран и Лисп.

4. Проанализировать процедурно-ориентированное программирование.

5. Проанализировать объектно-ориентированное программирование.

6. Исследовать универсальные высокоуровневые языки.

7. Исследовать уникальные языки.

8. Исследовать средства параллельного программирования.

9. Исследовать язык программирования Python.

Глава 1. Понятие и виды языков программирования высокого уровня

1.1 Сущность языков программирования высокого уровня

Высокоуровневый язык программирования – язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков – это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Высокоуровневые языки программирования были разработаны для платформенной независимости сути алгоритмов. Зависимость от платформы перекладывается на инструментальные программы – трансляторы, компилирующие текст, написанный на языке высокого уровня, в элементарные машинные команды (инструкции). Поэтому, для каждой платформы разрабатывается платформенно-уникальный транслятор для каждого высокоуровневого языка, например, переводящий текст, написанный на Delphi в элементарные команды микропроцессоров семейства x86. [5]

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами программируемыми устройствами и оборудованием, и, в идеале, не требует модификации исходного кода (текста, написанного на высокоуровневом языке) для любой платформы. [12]

Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.

Примеры: C++, C#, Delphi, Fortran, Java, JavaScript, Лисп, Паскаль, PHP. Языкам высокого уровня свойственно умение работать с комплексными структурами данных. В большинстве из них интегрирована поддержка строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п. [3]

Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül, разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942–1946 годах. Однако транслятора для него не существовало до 2000 года. Первым в мире транслятором языка высокого уровня является ПП (Программирующая Программа), он же ПП-1, успешно испытанный в 1954 году. Транслятор ПП-2 (1955 год, 4-й в мире транслятор) уже был оптимизирующим и содержал собственный загрузчик и отладчик, библиотеку стандартных процедур, а транслятор ПП для ЭВМ Стрела-4 уже содержал и компоновщик (linker) из модулей. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).

На сегодняшний момент по версии компании TIOBE Software лидирует язык программирования JavaScript. [9]

Распространено мнение, что программы на языках высокого уровня можно написать один раз и потом использовать на компьютере любого типа. В действительности же это верно только для тех программ, которые мало взаимодействуют с операционной системой, например, выполняют какие-либо вычисления или обработку данных. Большинство же интерактивных (а тем более мультимедийных) программ обращаются к системным вызовам, которые сильно различаются в зависимости от операционной системы. Например, для отображения графики на экране компьютера программы под Microsoft Windows используют функции Windows API, которые отличаются от используемых в системах, поддерживающих стандарт POSIX. Чаще всего для этих целей в них используется программный интерфейс X-сервера.

К настоящему времени создан целый ряд программных библиотек (например, библиотека Qt или wxWidgets), скрывающих несоответствия системных вызовов различных операционных систем от прикладных программ. Однако такие библиотеки, как правило, не позволяют полностью использовать все возможности конкретных операционных систем.

Новой тенденцией является появление языков программирования немного более высокого уровня (ультра-высокоуровневых, не путать со сверхвысокоуровневыми). Такого рода языки характеризуются наличием дополнительных структур и объектов, ориентированных на прикладное использование. Прикладные объекты, в свою очередь, требуют минимальной настройки в виде параметров и моментально готовы к использованию. Использование ультра-высокоуровневых языков программирования снижает временные затраты на разработку программного обеспечения и повышает качество конечного продукта за счет, опять-таки, уменьшения объёма исходных кодов. [7]

Сверхвысокоуровневый язык программирования (язык программирования сверхвысокого уровня, англ. very high-level programming language, VHLL) – язык программирования с очень высоким уровнем абстракции. В отличие от языков программирования высокого уровня, где описывается принцип «как нужно сделать», в сверхвысокоуровневых языках программирования описывается лишь принцип «что нужно сделать». Термин впервые появился в середине 1990-х годов для обозначения группы языков, используемых для быстрого прототипирования, написания одноразовых скриптов и подобных задач. [11]

Так, разработчики Icon (и его диалекта Unicon (англ.)русск.) описывают его как VHLL. К языкам сверхвысокого уровня также часто относят такие современные сценарные и декларативные (в частности функциональные) языки как Python, Ruby, Haskell, а также Perl и предшествовавший ему мини-язык AWK. [2]

Большой класс языков сверхвысокого уровня – это языки, используемые для специфических приложений и задач (то есть предметно-ориентированные). В связи с этой ограниченностью они могут использовать синтаксис, который никогда не используется в других языках программирования, например, непосредственно синтаксис английского языка. Примером VHLL, распознающего синтаксис английского языка, может служить язык компилятора текстовых квестов Inform версии 7

1.2 Типология языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки используются в машинно-независимых системах программирования. Такие системы программирования в сравнении с машинно-ориентированными системами предстают более простыми в использовании.

Языки программирования высокого уровня подразделяют на процедурно-ориентированные, проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные. [4]

Процедурно-ориентированные языки применяются для записи процедур или алгоритмов обработки информации на каждом определенном круге задач. К ним относятся:

а) язык Фортран (Fortran), название которого происходит от слов Formulae Translation – «преобразование формул». Фортран представляет собой один из старейших языков программирования высокого уровня. Длительность его существования и применения можно объяснить простотой структуры данного языка;

б) язык Бейсик (Basic), который расшифровывается как Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code, что в переводе означает – «многоцелевой символический обучающий код для начинающих», разработан в 1964 г. как язык для обучения программированию;

в) язык Си (С), применяемый с 1970-х гг. как язык системного программирования специально для написания ОС UNIX. В 1980-е гг. на основе языка С был разработан язык C++, практически включающий в себя язык С и дополненный средствами объектно-ориентированного программирования;

г) язык Паскаль (Pascal), который назван в честь французского ученого Б. Паскаля, начал применяться с 1968–1971 гг. Н. Виртом. При создании Паскаль использовался для обучения программированию, но со временем стал широко применяться для разработки программных средств в профессиональном программировании. [8]

Проблемно-ориентированные языки используются для решения целых классов новых задач, возникших в связи с постоянным расширением области применения вычислительной техники:

а) язык Лисп (Lisp – List Information Symbol Processing), который был изобретен в 1962 г. Дж. Маккарти. Первоначально он применялся как средство для работы со строками символов. Лисп употребляется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т. п.;

б) язык Пролог (Prolog – Programming in Logic), используемый для логического программирования в системах искусственного интеллекта.

Объектно-ориентированные языки развиваются и в настоящий момент. Большинство из этих языков являются версиями процедурных и проблемных языков, но программирование с помощью языков этой группы является более наглядным и простым. К наиболее часто употребляемым языкам относятся:

а) Visual Basic (~ Basic);

б) Delphi (~ Pascal);

в) Visual Fortran (~ Fortran);

r) C++ (~ C);

д) Prolog++ (~ Prolog).

Высокоуровневые языки программирования могут быть классифицированы по разным основаниям. Распространена схема, по которой они делятся на следующие основные разновидности: - процедурно-ориентированные (задействуются в качестве инструмента при обработке информации на любом этапе вычислений); - проблемно-ориентированные (используются как средство решения отраслевых и прикладных задач, формируемых при расширении областей применения ПК); - объектно-ориентированные (могут быть частными случаями языков первых двух типов, однако, адаптируются к пользованию широким кругом разработчиков с разным уровнем подготовки, например, в виде решения с визуальным интерфейсом). [10]