Реферат: языки программирования, их классификация и развитие
Реферат на тему:
Языки программирования, их классификация и развитие
СОДЕРЖАНИЕ.
1.Введение
1.1. Интерпретаторы
1.2. Компиляторы
2. Классификация языков программирования
2.1. Машинно – ориентированные языки
2.1.1. Машинные языки
2.1.2. Языки символического кодирования
2.1.3. Автокоды
2.1.4. Макрос
2.2. Машинно – независимые языки
2.2.1. Машинно – независимые языки
2.2.2. Универсальные языки
2.2.3. Диалоговые языки
2.2.4. Непроцедурные языки
3. Развитие языков программирования
3.1. Ассемблер
3.2. Лисп
3.4. Бейсик
3.5. Рефал
3.6. Пролог и Пролог
3.7. Лекс
3.8. Си
3.8.1. Особенности языка Си
3.8.2. Недостатки языка Си
3.9. Си
3.9.1. Замечание по проекту языка Си
4. Заключение
5. Библиография
1. ВВЕДЕНИЕ
Язык формирует наш способ
мышления и определяет то,
о чем мы можем мыслить.
Б.Л Ворф
Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых
разнообразныхзнаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования.
Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул
дополнительнойинформации, превращает данный набор в алгоритм.
Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает
программисту аппарат для задания действий, которыедолжны быть выполнены, и
формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что
делать. Первой цели идеально отвечает язык, которыйнастолько “близок к машине”,
что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать
достаточно очевидным для программиста образом.Второй цели идеально отвечает
язык, который настолько “близок к решаемой задаче”, чтобы концепции ее решения
можно было выражать прямо и коротко.
Связь между языком, на котором мы думаем/программируем, и задачами и решениями,
которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. Поэтой причине
ограничивать свойства языка только целями исключения ошибок программиста в
лучшем случае опасно. Как и в случае с естественными языками,есть огромная
польза быть, по крайней мере, двуязычным. Язык предоставляет программисту набор
концептуальных инструментов, если они не отвечают задаче, тоих просто
игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют
программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализоватьструктуры,
указатели и т.п. Хорошее проектирование и отсутствие ошибок не может
гарантироваться чисто за счет языковых средств.
Может показаться удивительным, но конкретный компьютер способен работать с
программами, написанными на его родном машинном языке. Существует почтистолько
же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности
одной идей простые операции производятся со скоростью молнии надвоичных числах.
Персональные компьютеры IBM используют машинный язык микропроцессоров семейства
8086, т.к. их аппаратная часть основывается именнона данных микропроцессорах.
Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На
заре компьютеризации(в начале 1950-х г.г.), машинный язык былединственным
языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов
от сурового машинного языка программирования, были созданы языкивысокого уровня
(т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между
человеком и машинным языком компьютера. Языки высокогоуровня работают через
трансляционные программы, которые вводят “исходный код” (гибрид английских слов
и математических выражений, который считываетмашина), и в конечном итоге
заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на
машинном языке. Существует два основных видатрансляторов: интерпретаторы,
которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые
сканируют исходный код для производства текстапрограммы на машинном языке,
которая затем выполняется отдельно.
1.1. Интерпретаторы
Одно, часто упоминаемое преимущество интерпретаторной реализации состоит в том,
что она допускает “непосредственный режим”. Непосредственныйрежим позволяет вам
задавать компьютеру задачу вроде PRINT 3.14159*3/2.1 и возвращает вам ответ, как
только вы нажмете клавишу ENTER (это позволяетиспользовать компьютер стоимостью
3000 долларов в качестве калькулятора стоимостью 10 долларов). Кроме того,
интерпретаторы имеют специальные атрибуты,которые упрощают отладку. Можно,
например, прервать обработку интерпретаторной программы, отобразить содержимое
определенных переменных, бегло просмотретьпрограмму, а затем продолжить
исполнение.
Больше всего программистам нравится в интерпретаторах возможность получения
быстрого ответа. Здесь нет необходимости в компилировании, так какинтерпретатор
всегда готов для вмешательства в вашу программу. Введите RUN и результат вашего
самого последнего изменения оказывается на экране.
Однако интерпретаторные языки имеют недостатки. Необходимо, например, иметь
копию интерпретатора в памяти все время, тогда как многие
возможностиинтерпретатора, а следовательно и его возможности могут не быть
необходимыми для исполнения конкретной программы.
Слабо различимым недостатком интерпретаторов является то, что они имеют
тенденцию отбивать охоту к хорошему стилю программирования. Поскольку
комментариии другие формализуемые детали занимают значительное место программной
памяти, люди стремятся ими не пользоваться. Дьявол менее яростен, чем
программист,работающий на интерпретаторном Бейсике, пытающийся получить
программу в 120К в памяти емкостью 60К. но хуже всего то, что интерпретаторы
тихоходны. Имизатрачивается слишком много времени на разгадывание того, что
делать, вместо того чтобы заниматься действительно делом.
При исполнении программных операторов, интерпретатор должен сначала сканировать
каждый оператор с целью прочтения его содержимого (что этот человекпросит меня
сделать?), а затем выполнить запрошенную операцию. Операторы в циклах
сканируются излишне много.
Рассмотрим программу: на интерпретаторном Бэйсике 10 FOR N=1 TO 1000 20 PRINT
N,SQR(N) 30
NEXT N при первом переходе по этой программе Бейсик-Интерпретатор должен
разгадать что означает строка 20:
1.преобразовать числовую переменную N в строку
2.послать строку на экран
3.переместить в следующую зону печати
4.вычислить квадратный корень из N
5.преобразовать результат в строку
6.послать строку на экран
При втором проходе цикла все это разгадывание повторяется снова, так как
абсолютно забыты все результаты изучения этой строки какую-то миллисекунду
томуназад. И так во всех следующих 998 проходах. Совершенно очевидно, что если
вам удалось каким-то образом отделить фазу сканирования/понимания от
фазыисполнения вы имели бы более быструю программу. И это как раз то, для чего
существуют компиляторы.
1.2. Компиляторы
Компилятор-это транслятор текста на машинный язык, который считывает исходный
текст. Он оценивает его в соответствии с синтаксической конструкциейязыка и
переводит на машинный язык. Другими словами, компилятор не исполняет программы,
он их строит. Интерпретаторы невозможно отделить от программ,которые ими
прогоняются, компиляторы делают свое дело и уходят со сцены. При работе с
компилирующим языком, таким как Турбо-Бейсик, вы придете кнеобходимости мыслить
о ваших программах в признаках двух главных фаз их жизни: периода компилирования
и периода прогона. Большинство программ будутпрогоняться в четыре – десять раз
быстрее их интерпретаторных эквивалентов. Если вы поработаете над улучшением, то
сможете достичь 100-кратного повышениябыстродействия. Оборотная сторона монеты
состоит в том, что программы, расходующие большую часть времени на возню с
файлами на дисках или ожиданиеввода, не смогут продемонстрировать какое-то
впечатляющее увеличение скорости.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
2.1. Машинно – ориентированные языки
Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и
изобразительные средства которыхсущественно зависят от особенностей ЭВМ
(внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно –ориентированные языки
позволяют использовать все возможности иособенности Машинно – зависимых языков:
– высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);
– возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
– предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
– для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и
особенностифункционирования данной ЭВМ;
– трудоемкость процесса составления программ ( особенно на машинных языках и
ЯСК), плохо защищенного отпоявления ошибок;
– низкая скорость программирования;
– невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих
языках, на ЭВМдругих типов.
Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования
подразделяются на классы.
2.1.1. Машинный язык
Как я уже упоминал, в введении, отдельный компьютер имеет свой определенный
Машинныйязык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над
определяемыми ими операндами,поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые
семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной
мощности.В команделюбого из них сообщается информация о местонахождении
операндов и типе выполняемой операции.
В новых моднлях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно –
аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиесяпо своим
функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования.
2.1.2. Языки Символического Кодирования
Продолжим рассказ о командных языках, Языки Символического Кодирования (далее
ЯСК),так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в
машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во
внутреннем коде) или восьмеричных (частоиспользуемых при написании программ)
цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых
помогает программисту легчезапоминать смысловое содержание операции. Это
обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.
Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ
вместоистинных (физических) адресов содержат символические адреса. По
результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для
храненияисходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов,
выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах,
можетпроводиться менее квалифицированным программистом или специальной
программой, что в значительной степени облегчает труд программиста.
2.1.3. Автокоды
Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством
расширенноговведения макрокоманд – они называются Автокоды.
В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся
командныепоследовательности, которые соответствуют определенным процедурам
преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур
обеспечиваетсяоформлением их в виде специальных макрокоманд и включением
последних в язык программирования , доступный программисту.Макрокоманды
переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В
постановочной системе содержатся «остовы» – серии команд, реализующихтребуемую
функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу
фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в«остов»
программы, превращая её в реальную машинную программу.
В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие
макрокоманду, которые определяют,какую функцию необходимо выполнить и формируют
необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию.
Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые
также являютсяоператорами автокода.
Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как
правило, составленына языках типа Ассемблер. Более полная информация об языке
Ассемблера см. ниже.
2.1.4. Макрос
Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих
выполнение требуемых действий ЭВМ наболее сжатую форму – называется Макрос
(средство замены).
В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной
программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающийфункционирование
макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает
макроопределяющий и исходный текст. Реакциямакропроцессора на вызов-выдача
выходного текста.
Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.
2.2. Машинно – независимые языки
Машинно – независимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и
информации, подлежащей обработке. Ониудобны в использовании для широкого круга
пользователей и не требуют от них знания особенностей организации
функционирования ЭВМ и ВС.
Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования.
Программы, составляемыена таких языках, представляют собой последовательности
операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка(задачи,
сегменты,блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна
выполнять система после трансляции программы на МЯ.
Т.о., командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые
в машинныхпрограммах, представлены в высокоуровневых языках отдельными
операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях
вычислительный процессна уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных
особенностях алгоритма.
2.2.1. Проблемно – ориентированные языки
С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость
формализовать представление постановки и решение новых классовзадач. Необходимо
было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области
обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемыеалгоритмы решения
для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки,
языки ориентированные на решениеопределенных проблем, должны обеспечить
программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и
получать результаты в требуемой форме.
Проблемных языков очень много, например:
Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;
Simula, Слэнг – для моделирования;
Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами.
Об этих языках я расскажу дальше.
2.2.2. Универсальные языки
Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих,
научных, моделирования и т.д. Первый универсальный языкбыл разработан фирмой
IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный
языкназывается Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с
фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую системуоператоров для
управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными
организованными в сложные структуры, и для эффективного использованияканалов
связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет
соответствующие операторы. Предусмотрена возможностьпараллельного выполнение
участков программ.
Программы в Пл/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык
использует многиесвойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не
только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти.
2.2.3. Диалоговые языки
Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными
программистами –создать программные средства, обеспечивающие оперативное
взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками.
Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки
дляобеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые
составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках.
Разрабатывались такжеязыки, которые кроме целей управления обеспечивали бы
описание алгоритмов решения задач.
Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем
потребовала сохраненияв памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения
объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу с
использованиемдиалогового языка система программирования с помощью специальных
таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это
позволяетосуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.
Одним из примеров диалоговых языков является Бэйсик.
Бэйсик использует обозначения подобные обычным математическим выражениям. Многие
операторы являются упрощенными вариантамиоператоров языка Фортран. Поэтому этот
язык позволяет решать достаточно широкий круг задач.
2.2.4. Непроцедурные языки
Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных,
обрабатываемых по фиксированным алгоритмам(табличные языки и генераторы
отчетов), и языков связи с операционными системами.
Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия,
таблицырешений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия
должны быть выполнены прежде чем переходить к какому-либо действию. Одна
таблицарешений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные
блок-схемы реализаций алгоритмов решения.
Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий.
Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации,
возникающиепри системном анализе.
3. РАЗВИТИЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
3.1 Ассемблер
Язык Ассемблера – это символическое представление машинного языка. Он облегчает
процесс программирования по сравнению с программированием вмашинных кодах.
Программисту не обязательно употреблять настоящие адреса ячеек памяти с
размещенными в них данными, участвующими в операции, и вычисляемые результаты,а
также адреса тех команд, к которым программа не обращается.
Некоторые задачи, например, обмен с нестандартными устройствами обработки данных
сложных структур невозможно решитьс помощью языков программирования высокого
уровня. Это под силу ассемблеру.
В принципе, язык Ассемблер является машинным языком. И программист реализующий
какую-либо задачу на языках высокого уровня, с помощью Ассемблераможет
определить осмыслено ли решение данной задачи, с точки зрения использования ЭВМ.
Умея разобраться в распечатке языка ассемблера, дает возможность облегчить поиск
ошибок в программах, т.к. некоторые языки являютсякомпиляторами (см. п. 1.2.).
3.2. Лисп
Один из самых старых языковпрограммирования Фортран был создан в 50-х гг. нашего
века. Фортран иподобные ему языки программирования (Алгол, ПЛ/1) предназначались
длярешения вычислительных задач, возникающих в математике, физике,
инженерныхрасчетах, экономике и т.п. Эти языки в основном работают с числами.
Второй старейший язык программирования Лисп (List Information Symbol
Processing), Дж. Маккарти в 1962 г. скорее для работы состроками символов,
нежели для работы с числами. Это особое предназначение Лиспа открыло для
программистов новую область деятельности, известную ныне, как«искусственный
интеллект». В настоящее время Лисп успешно применяется в экспертных системах,
системах аналитических вычислений и т.п.
Обширность области возможных приложений Лиспа вызвала появление множества
различныхдиалектов Лиспа. Это легко объяснимо: применение Лиспа для понимания
естественного языка требует определенного набора базисных функций,отличных,
например, от используемого в задачах медицинской диагностики.
Существование множества различных диалектов Лиспа привело к созданию в начале
80-х гг.Common LISP Комитета, который должен был выбрать наиболее подходящий
диалект Лиспа и предложить его в качестве основного. Этотдиалект, выбранный
Комитетом в 1985г., получил название Common LISP . В дальнейшем он был принят в
университетах США, атакже многими разработчиками систем искусственного
интеллекта, в качестве основного диалекта языка Лисп.
Язык программирования Лисп существенно отличается от других языков
программирования, таких, как Паскаль, Си и т.п. Работа ссимволами и работа с
числами как с основными элементами требует разных способов мышления.
Первоначально Лисп былзадуман как теоретическое средство для рекурсивных
построений, а сегодня онпревратился в мощное средство, обеспечивающее
программиста разнообразной поддержкой, позволяющей ему быстро строить прототипы
весьма и весьма серьезныхсистем.
Профессор Массачусетского технологического института Дж. Самман заметил, что
математическая ясность и предельная четкость Лиспа – это еще не все.Главное –
Лисп позволяет сформулировать и запомнить «идиомы», столь характерные для
проектов по искусственному интеллекту.
3.3.Фортран
Одним из первых и наиболее удачных компиляторов стал язык Фортран, разработанный
фирмой IBM. Профессор Дж. Букс и группаамериканских специалистов в области
программирования в 1954 году опубликовало первое сообщение о языке. Дословно,
название языка FORmulae TRANslation –преобразование формул.
Среди причин долголетия Фортрана (а он один из самых распространенных языков в
мире), можно отметить простую структуру, как самогоФортрана, так и
предназначенных для него трансляторов. Программа на Фортране записывается
впоследовательности предложений или операторов (описание некоего преобразования
информации), и оформляется по определенным стандартам. Эти стандартынакладывают
ограничения, в частности, на форму записи и расположения частей оператора в
строке бланка для записи операторов. Программа, записанная наФортране,
представляет собой один или несколько сегментов (подпрограмм) из операторов.
Сегмент, управляющий работой всей программы в целом, называетсяосновной
программой.
Фортран был задуман для использования в сфере научных и
инженерно-техническихвычислений. Однако на этом языке легко описываются задачи с
разветвленной логикой (моделирование производственных процессов, решение игровых
ситуаций ит.д.), некоторые экономические задачи и особенно задачи редактирования
(составление таблиц, сводок, ведомостей и т.д.).
Модификация языка Фортран, появившиеся в 1958 году, получила название Фортран II
и содержала понятиеподпрограммы и общих переменных для обеспечения связи между
сегментами.
К 1962 году относится появление языка, известного под именем Фортран IV
иставшего наиболее употребительным в настоящее время. К этому же времени
относится и начало деятельности комиссии при Американской Ассоциации
Стандартов(ASA), которая выработала к 1966 году два стандарта – языки Фортран
ибазисный (основной) Фортран (Basic FORTRAN). Эти языки
приблизительносоответствуют модификациям IV и II, однако базисный Фортран
является подмножеством Фортрана, в то время, как Фортран IIтаковым для Фортрана
IV не является. Язык Фортран до сих пор продолжает развиваться и
совершенствоваться, оказывая влияние насоздание и развитие других языков.
Например, Фортран заложен в основу Basic – диалогового языка, очень популярного
для решения небольших задач, превосходногоязыка для обучения навыкам
использования алгоритмических языков в практике программирования. Разработан
этот язык – Beginner’s All –purpose Symbolic Instruction Code –группой
сотрудников Вычислительного центра Дармутского колледжа, штат Нью-Хемпшир
созданный в 19…. . Но это уже следующий язык.
3.4. Бейсик
Как знаменитые гамбургеры, бейсбол и баскетбол, Бейсик – это продукт Новой
Англии. Как я говорил, созданный в 1964г., как язык обученияпрограммированию.
Бейсик является общепринятым акронимом от”Beginner’s All-purpose Symbolic
Insruction Code”(BASIC) – Многоцелевой Символический Обучающий Код для
Начинающих”.
Вскоре как обучаемые, так и авторы программ обнаружили, что Бейсик может делать
практически все то, что делает скучный неуклюжий Фортран. Атак как Бейсику было
легко обучиться и легко с ним работать, программы на нем писались обычно
быстрее, чем на Фортране. Бейсик был такжедоступен на персональных компьютерах,
обычно он встроен в ПЗУ. Так Бейсик завоевал популярность. Интересно, что спустя
20 лет после изобретения Бейсика,он и сегодня самый простой для освоения из
десятков языков общецелевого программирования, имеющихся в распоряжении
любителей программирования. Болеетого, он прекрасно справляется с работой.
Несмотря на высказывания снобов – сторонников языков Си и Паскаля,Бейсик
считается деловым языком, снабженным мощными средствами решения специфических
задач, которые обычно большинство пользователей решают при помощинебольших
компьютеров, а именно: работая с файлами и выводя текстовое и графическое
изображение на экране дисплея.
Несмотря на отдельные недостатки Бейсика, никто не будет отрицать, что Кемени и
Куртс достигли основной цели: сделать программирование доступнеедля большего
числа людей.
Исторически Бейсик обычно реализовался как интерпретатор (знакомым изомером
является сам интерпретаторный Бейсик).Причинами перехода от любительского уровня
к профессиональному являются многочисленные расширения классической версии
языка: возможность отключениянумерации строк, многостроковые структурированные
программные конструкции, структуры типа “запись”, поименованные подпрограммы с
параметрами илокальные переменные.
Более того, с появлением транслятора QuickBasic фирмы Microsoftразработчики
получили возможность строить на Бейсике приложения из раздельно
откомпилированных модулей, некоторые из которых могут быть написанына других
языках. Теперь, как и в случае других ведущих языков программирования,
разработчик имеет выбор из нескольких промышленных библиотекподпрограмм, которые
содержат готовые решения для распространенных задач программирования.
3.5.Рефал
Несомненно надо рассказать и о некоторых языках программирования созданных у нас
на родине.Один из таких языков является Рефал, разработанный у нас в России
(СССР), в 1966г. ИПМ АН СССР. Этот язык прост и удобен для описания манипуляций
надпроизвольными текстовыми объектами.
Рефал широко применяется при разработке трансляторов с алгоритмических языков
как универсальных и проблемно – ориентированных, так иавтокодов. Кроме
использования в задачах трансляции, Рефал имеет такие важные сферы применения,
как машинное выполнение громоздких аналитическихвыкладок в теоретической физике
и прикладной математике; проектирование «умных» информационных систем,
осуществляющих нетривиальную логическую обработкуинформации; машинное
доказательство теорем; моделирование целенаправленного поведения; разработка
диалоговых обучающих систем; исследования в областиискусственного интеллекта и
т.п.
Программирование на Рефале имеет специфику, связанную, прежде всего, с тем, что
Рефал являетсяязыком функционального типа в отличие от обычных операторных
языков типа Алгол, Фортран и т.д.. Если программа на операторных языках – ни что
иное, каксовокупность приказов-операторов, то программа на Рефале представляет
собой по существу описание связей и отношений между определенными понятиями.
Вследствие того, что в Рефале программист сам определяет структуру
обрабатываемойинформации, эффективность программы существенно зависит от
удачного или неудачного выбора этой структуры. Для задания структур в
Рефалеиспользуются скобки, а специфика всех реализаций языка такова, что
использование скобок резко повышает эффективность выполнения программы.
Этодостигается с помощью адресного соединения скобок.
Определенной спецификой обладают и переменные типа «выражения» – имеется в виду
ихспособность удлиняться при отождествлении. Правильное использование переменных
этого типа также позволяет значительно повысить эффективность Рефал –программы.
3.6. Пролог и Пролог
Пролог – это язык, предназначенный для поиска решений. Это декларативный язык,
то есть формальная постановка задачи может бытьиспользована для ее решения.
Пролог определяет логические отношения в задаче, как отличные от пошагового
решения этой задачи.
Центральной частью Пролога являются средства логического вывода, которые решают
запросы, используя заданное множество фактови правил, к которым обращаются как к
утверждениям. Пролог также не имеет деления переменных на типы и может
динамически добавлять правила и факты ксредствам вывода. Таким образом, это
гибкий язык, и он более пригоден для объектно-ориентированного расширения, чем
язык со строго заданными типами,например, Паскаль. Пролог представляет собой
дополнение к стандартному Прологу.
Все свойства языка по-прежнему доступны программистам. Следовательно, Пролог
можно отнести к группе гибридных языков, представителями которой считаются
Object Pascal и C . Расширение Пролог поддерживает все свойства,присущие
обычно объектно-ориентированным языкам: концепции объектов и классов, единичное
и многократное наследование, разбиение на подклассы и передачусообщений.
Поддерживаются также некоторые усовершенствованные свойства, существующие в
таких языках, как C и Smalltalk, включая общие ичастные методы.
Интересным свойством является поддержка в языке программирования с управлением
данными. Эта техника, которая может быть ещеназвана программированием,
“управляемым событиями”, используется в большинстве языков
объектно-ориентированного программирования, особенно в тех,которые разработаны
для машин с интерфейсом, управляемым “мышью”.
Объектно-ориентированная программа реагирует на события, которые определяют
поток управления. В Прологе программирование суправлением данными достигается
при помощи концепции демонов. Демон представляет собой объект, методы которого
вызываются в случае определенныхсобытий и могут быть таким образом использованы
для поддержки программирования с управлением данными.
Сам язык основан на концепции передачи сообщений. Программа на Прологе
строитсявокруг множества объектов Пролога , которые обмениваются сообщениями.
В этом смысле Пролог ближе к чистомуобъектно-ориентированному языку, такому,
как Smalltalk, чем C или Object Pascal. Определения объектов строятся исходя
из вызовов
Open_Object [имя_объекта] и Close_Object [имя_объекта], а методы
определяютсяпрактически так же, как в других объектно-ориентированных языках.
Для задания наследования можно явным образом указать, какой метод какого объекта
долженнаследоваться, что является необходимым для многократного наследования.
3.7. Лекс
Лекс – генератор программ лексического анализа. Лексический анализ – это
распознавание лексем во входном потоке символов. Предположим, чтозадано
некоторое конечное множество слов (лексем) в некотором языке и некоторое входное
слово. Необходимо установить, какой элемент множества (если онсуществует)
совпадает с данным входным словом. Обычно лексический анализ выполняется так
называемым лексическим анализатором. Лексический анализатор –это программа.
Лексический анализ применяется во многих случаях, например, для построения
пакетного редактора или в качестве распознавателя директив вдиалоговой программе
и т.д. Однако, наиболее важное применение лексического анализатора – это
использование его в компиляторе. Здесь лексический анализатор выполняетфункцию
программы ввода данных.
Лексический анализатор выполняет первую стадию компиляции – читает строки
компилируемой программы, выделяет лексемы и передает их на дальнейшиестадии
компиляции (грамматический разбор, кодогенерацию и т.д.).
Лексический анализатор распознает тип каждой лексемы и соответствующим образом
помечает ее. Например, при компиляции Си-программымогут быть выделены следующие
типы лексем: число, идентификатор, оператор, ограничитель и т.д.
Лексический анализатор должен не только выделить лексему, но и выполнить
некоторые преобразования. Например, если лексема – число, то егонеобходимо
перевести во внутреннюю (двоичную) форму записи как число с плавающей или
фиксированной запятой. А если лексема – идентификатор, то его
необходиморазместить в таблице, чтобы в дальнейшем обращаться к нему не по
имени, а по адресу в таблице.
Хотя лексический анализ по своей идее прост, тем не менее, эта фаза работы
компилятора часто занимает больше времени, чем любая другая.Частично это
происходит из-за необходимости просматривать и анализировать исходный текст
символ за символом. Иногда даже бывает необходимо вернутьпрочитанный символ во
входной поток с тем, чтобы повторить просмотр и анализ.
3.8. Cи
Си – это язык программирования общего назначения, хорошо известный своей
эффективностью,экономичностью, и переносимостью. Указанные преимущества Си
обеспечивают хорошее качество разработки почти любого вида программного
продукта.Использование Си в качестве инструментального языка позволяет получать
быстрые и компактные программы. Во многих случаях программы, написанные на
Си,сравнимы по скорости с программами, написанными на языке ассемблера. При этом
они имеют лучшую наглядность и их более просто сопровождать. Си
сочетаетэффективность и мощность в относительно малом по размеру языке.
Си – это замечательный язык, и хотя некоторым он не нравится, но все же
большинствопрограммистов его любят. На Си вы можете создавать программы, которые
делают все, что вы пожелаете. Нет другого такого языка, который бы так
жестимулировал к программированию. Создается впечатление, что остальные языки
программирования воздвигают искусственные препятствия для творчества, а Си– нет.
Использование этого языка позволяет сократить затраты времени на создание
работающих программ. Си позволяет программировать быстро,эффективно и
предсказуемо. Еще одно преимущество Си заключается в том, что он позволяет
использовать все возможности вашей ЭВМ. Этот язык созданпрограммистом для
использования другими программистами, чего о других языках программирования
сказать нельзя.
3.8.1. Особенности языка Си
Язык Си имеет свои существенные особенности, давайте перечислим некоторые из
них:
Си обеспечивает полный набор операторов структурного программирования. Си
предлагает необычно большой наборопераций. Многие операции Си соответствуют
машинным командам, и поэтому допускают прямую трансляцию в машинный код.
Разнообразие операций позволяетвыбирать их различные наборы для минимизации
результирующего кода.
Си поддерживает указатели на переменные и функции. Указатель на объект программы
соответствует машинному адресу этогообъекта. Посредством разумного использования
указателей можно создавать эффективно-выполняемые программы, так как указатели
позволяют ссылаться наобъекты тем же самым путем, как это делает машина. Си
поддерживает арифметику указателей, и тем самым позволяет осуществлять
непосредственныйдоступ и манипуляции с адресами памяти.
В своем составе Си содержит препроцессор, который обрабатывает текстовые файлы
перед компиляцией. Среди егонаиболее полезных приложений при написании программ
на Си являются: определение программных констант, замена вызовов функций
аналогичными, но болеебыстрыми макросами, условная компиляция. Препроцессор не
ограничен процессированием только исходных текстовых файлов Си, он может
бытьиспользован для любого текстового файла.
Си-гибкий язык, позволяющий принимать в конкретных ситуациях самые разные
решения. Тем не менее, Си налагаетнезначительные ограничения в таких, например,
действиях, как преобразование типов. Во многих случаях это является
достоинством, однако программисты должныхорошо знать язык, чтобы понимать, как
будут выполняться их программы.
3.8.2. Недостатки языка Си:
Также, как и особенностей, в языке Си присутствует куча недостатков. Ведь от них
не защищен не один проект, в томчисле проект разработки и выполнения программ,
на языке Си:
Язык Си предъявляет достаточно высокие требования к квалификации использующего
его программиста. При изучении Сижелательно иметь представление о структуре и
работе компьютера. Большую помощь и более глубокое понимание идей Си, как языка
системногопрограммирования, обеспечат хотя бы минимальное знание языка
ассемблер. Уровень старшинства некоторых операторов не является общепринятым,
некоторыесинтаксические конструкции могли бы быть лучше. Тем не менее, как
оказалось Си – чрезвычайно эффективный и выразительный язык, пригодный для
широкого классазадач.
3.9.Си
Безусловно, Си восходит, главным образом, к Cи. Cи сохранен как подмножество,
поэтому сделанного в Cи акцента на средствахнизкого уровня достаточно, чтобы
справляться с самыми насущными задачами системного программирования. Cи, в свою
очередь, многим обязан своемупредшественнику BCPL.
Название Си – изобретение лета 1983-его. Более ранние версии языка
использовались начиная с 1980-ого и были известны как “Cи сКлассами”.
Первоначально язык был придуман потому, что автор хотел написать событийно
управляемые модели для чего был бы идеален Simula67,если не принимать во
внимание эффективность. “Cи с Классами” использовался для крупных проектов
моделирования, в которых строготестировались возможности написания программ,
требующих (только) минимального пространства памяти и времени на выполнение. В
“Cи с Классами”не хватало перегрузки операций, ссылок, виртуальных функций и
многих деталей. Си был впервые введен за пределами исследовательской группы
автора в июле1983-го. Однако тогда многие особенности Си были еще не
придуманы.
Название Си выдумал Рик Масситти. Название указывает на эволюционную природу
перехода к нему от Cи. ” ” – этооперация приращения в Cи. Чуть более короткое
имя Cи является синтаксической ошибкой, кроме того, оно уже было использовано
как имя совсемдругого языка. Знатоки семантики Cи находят, что Си хуже, чем Cи
. Названия D язык не получил, поскольку он является расширением Cии в нем не
делается попыток исцелиться от проблем путем выбрасывания различных
особенностей.
Си – это универсальный язык программирования, задуманный так, чтобы
сделатьпрограммирование более приятным для серьезного программиста. За
исключением второстепенных деталей Си является надмножеством
языкапрограммирования Cи. Помимо возможностей, которые дает Cи, Си
предоставляет гибкие и эффективные средства определения новых типов.Используя
определения новых типов, точно отвечающих концепциям приложения, программист
может разделять разрабатываемую программу на легко поддающиесяконтролю части.
Такой метод построения программ часто называют абстракцией данных. Информация о
типах содержится в некоторых объектах типов, определенныхпользователем. Такие
объекты просты и надежны в использовании в тех ситуациях, когда их тип нельзя
установить на стадии компиляции. Программирование сприменением таких объектов
часто называют объектно-ориентированным. При правильном использовании этот метод
дает более короткие, проще понимаемые илегче контролируемые программы.
Изначально Си был разработан, чтобы автору и его друзьям не приходилось
программировать на ассемблере, Cи или других современныхязыках высокого уровня.
Основным его предназначением было сделать написание хороших программ более
простым и приятным для отдельного программиста. Планаразработки Си на бумаге
никогда не было. Проект, документация и реализация двигались одновременно.
Разумеется, внешний интерфейс Си былнаписан на Си . Никогда не существовало
“Проекта Си ” и “Комитета по разработке Си “. Поэтому Си развивалсяи
продолжает развиваться во всех направлениях, чтобы справляться со сложностями, с
которыми сталкиваются пользователи, а также в процессе дискуссийавтора с его
друзьями и коллегами.
В качестве базового языка для Си был выбран Cи, потому что он:
многоцелевой, лаконичный и относительно низкого уровня:
отвечает большинству задач системного программирования:
идет везде и на всем:
пригоден в среде программирования UNIX.
В Cи есть свои сложности, но в наспех спроектированном языке тоже были бы свои,
а сложности Cи нам известны. Самое главное, работа с Cипозволила “Cи с Классами”
быть полезным (правда, неудобным) инструментом в ходе первых месяцев раздумий о
добавлении к Cи Simula-подобных классов.
Си стал использоваться шире, и по мере того, как возможности, предоставляемые
им помимо возможностей Cи,становились все более существенными, вновь и вновь
поднимался вопрос о том, сохранять ли совместимость с Cи. Ясно, что отказавшись
от определеннойчасти наследия Cи можно было бы избежать ряда проблем. Это не
было сделано, потому что:
есть миллионы строк на Cи, которые могли бы принести пользу в Си приусловии,
что их не нужно было бы полностью переписывать с Cи на Си ;
есть сотни тысяч строк библиотечных функций и сервисных программ, написанных
на Cикоторые можно было бы использовать из или на Си при условии, что Си
полностью совместим с Cи по загрузке и синтаксически очень похож на Cи;
есть десятки тысяч программистов, которые знают Cи, и которым, поэтому,
нужнотолько научиться использовать новые особенности Си , а не заново изучать
его основы;
поскольку Си и Cи будут использоваться на одних и тех же системах однимии
теми же людьми, отличия должны быть либо очень большими, либо очень
маленькими, чтобы свести к минимуму ошибки и недоразумения.
Позднее была проведена проверка определения Си , чтобы удостовериться в том,
что любая конструкция, допустимая и в Cи, и в Си ,действительно означает в
обоих языках одно и то же.
Си был развит из языка программирования Cи и за очень немногими исключениями
сохраняет Cикак подмножество. Базовый язык, Cи подмножество Си , спроектирован
так, что имеется очень близкое соответствие между его типами,операциями и
операторами и компьютерными объектами, с которыми непосредственно приходится
иметь дело: числами, символами и адресами. За исключением операцийсвободной
памяти new и delete, отдельные выражения и операторы Си обычно не нуждаются в
скрытой поддержке во время выполнения или подпрограммах.
Одним из первоначальных предназначений Cи было применение его вместо
программирования на ассемблере в самых насущных задачах
системногопрограммирования. Когда проектировался Си , были приняты меры, чтобы
не ставить под угрозу успехи в этой области. Различие между Cи и Си состоитв
первую очередь в степени внимания, уделяемого типам и структурам. Cи выразителен
и снисходителен. Си еще более выразителен, но чтобыдостичь этой
выразительности, программист должен уделить больше внимания типам объектов.
Когда известны типы объектов, компилятор может правильно обрабатыватьвыражения,
тогда как в противном случае программисту пришлось бы задавать действия с
мучительными подробностями. Знание типов объектов также позволяеткомпилятору
обнаруживать ошибки, которые в противном случае остались бы до тестирования.
Заметьте, что использование системы типов для того, чтобыполучить проверку
параметров функций, защитить данные от случайного искажения, задать новые
операции и т.д., само по себе не увеличивает расходов по временивыполнения и
памяти.
Особое внимание, уделенное при разработке Си структуре, отразилось на
возрастании масштаба программ, написанных со времени разработки Cи.Маленькую
программу (меньше 1000 строк) вы можете заставить работать с помощью грубой
силы, даже нарушая все правила хорошего стиля. Для программ большихразмеров это
не совсем так. Если программа в 10 000 строк имеет плохую структуру, то вы
обнаружите, что новые ошибки появляются так же быстро, какудаляются старые. Си
был разработан так, чтобы дать возможность разумным образом структурировать
большие программы таким образом, чтобы дляодного человека не было непомерным
справляться с программами в 25 000 строк. Существуют программы гораздо больших
размеров, однако те, которые работают, вцелом, как оказывается, состоят из
большого числа почти независимых частей, размер каждой из которых намного ниже
указанных пределов.
Естественно, сложность написания и поддержки программы зависит от сложности
разработки, а не просто от числа строк текста программы, так чтоточные цифры, с
помощью которых были выражены предыдущие соображения, не следует воспринимать
слишком серьезно.
3.9.1.Замечание по проекту языка Си
Существенным критерием при разработке языка была простота. Там, где возникал
выбор между упрощением руководства по языку и другой документации иупрощением
компилятора, выбиралось первое. Огромное значение также предавалось
совместимости с Cи, это помешало удалить синтаксис Cи.
В Си нет типов данных высокого уровня и нет первичных операций высокого
уровня. В нем нет, например, матричного типас операцией обращения или типа
строка с операцией конкатенации. Если пользователю понадобятся подобные типы, их
можно определить в самом языке. Посути дела, основное, чем занимается
программирование на Си – это определение универсальных и специально-прикладных
типов. Хорошо разработанныйтип, определяемый пользователем, отличается от
встроенного типа только способом определения, но не способом использования.
Исключались те черты, которые могли бы повлечь дополнительные расходы памяти или
времени выполнения. Например, мысли о том, чтобы сделать необходимымхранение в
каждом объекте ”хозяйственной” информации, были отвергнуты. Если пользователь
описывает структуру, состоящую из двух 16-битовых величин, тоструктура
поместится в 32-битовый регистр.
Си проектировался для использования в довольно традиционной среде
компиляции и выполнения, средепрограммирования на Cи в системе UNIX. Средства
обработки особых ситуаций и параллельного программирования, требующие
нетривиальной загрузки иподдержки в процессе выполнения, не были включены в
Си . Вследствие этого реализация Си очень легко переносима. Однако есть
полныеоснования использовать Си в среде, где имеется гораздо более
существенная поддержка. Такие средства, как динамическая загрузка, пошаговая
трансляцияи база данных определений типов могут с пользой применяться без
воздействия на язык.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Изобретение языка программирования высшего уровня позволило нам общаться с
машиной,понимать её (если конечно Вам знаком используемый язык), как понимает
американец немного знакомый с русским языком древнюю азбуку Кириллицы.
Прощеговоря, мы в нашем развитии науки программирования пока что с ЭВМ на ВЫ.
Поверьте мне это не сарказм вы толькопосмотрите как развилась наука
программирования с того времени, как появились языки программирования, а
ведьязык программирования высшего уровня, судя по всему ещё младенец. Но если мы
обратим внимание на темпы роста и развития новейших технологий в
областипрограммирования, то можно предположить, что в ближайшем будущем,
человеческие познания в этой сфере, помогут произвести на свет языки, умеющие
принимать,обрабатывать и передавать информации в виде мысли, слова, звука или
жеста. Так и хочется назвать это детище компьютеризированного будущего: «языки
программирования”высочайшего” уровня». Возможно, концепция решения этого вопроса
проста, а ближайшее будущее этого проекта уже не за горами, и в этот момент,где
нибудь в Запорожье, Амстердаме, Токио или Иерусалиме, перед стареньким 133MHz
горбится молодой, никем не признанный специалист и разрабатывает новейшуюсистему
искусственного интеллекта, которая наконец-то позволит человеку, с помощью
своих машинных языков, вестидиалог с машиной на ТЫ.
Размышляя над этим, хочется верить в прогресс науки и техники, в высоко –
компьютеризированное будущее человечества, как единственного существа напланете,
пусть и не использующего один, определенный разговорный язык, но способного так
быстро прогрессировать и развивать свой интеллект, что иперехода от
многоязыковой системы к всеобщему пониманию долго ждать не придется.
Завершить свой труд хорошо бы на такой оптимистичной ноте, но нет, напоследок
хочетсяпроцитировать человека, фрагменты работы которого, в виде информации о
языке Си, вам уже попадались на страницах этого текста:
Единственный способ изучать новый язык программирования – писать на нём
программы.
Брайэн Керниган
5. БИБЛИОГРАФИЯ
1) “LEX – генератор программ лексического анализа”
Давидов Михаил Изгияевич; Антонов Вадим Геннадьевич
МОСКВА – 1985;
2) “BASIC Face-off”, Justin J.Crom,
PC Tech Journal, September 1987, p.136
Перевод: Лопухов В.Н. (Интегратор Promt98);
3) “Язык программирования Си.” Б.В. Керниган, Д. Ритчи, А. Фьюэр.
Русский перевод: Москва: Финансы и Статистика. 1985 г.;
4) “Основы автоматизации” ч.1, Золотарев В.В., 1978 г.;
5) “Языки программирования” кн.5, Ваулин А.С., 1993 г.;
6) “Языки программирования: разработка и реализация”,
П. Терренс, 1979 г.;
7) “Введение в программирование на языке Ассемблер”
ч.1, Касвандс Э.Г.;
8) “Языки программирования высокого уровня”,
Хротко Г., 1982 г.;
9) “Языки программирования”,
Малютин Э.А., Малютина Л.В., 1982 г.;
10) “Новые языки программирования и тенденции их развития”, Ушкова В., 1982 г.;
11) “Мир Лиспа” т.1, Хьювенен Э., Сеппенен Й., 1990 г.;
12) “Алгоритмические языки реального времени”, Янг С., 1985 г..
