Языки программирования высокого уровня

Строительный Университет

Программа обычно представляет собой некоторый алгоритм в форме, понятной для

исполнителя (например, компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах.

Введение

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования. К наиболее распространенным утверждениям, признаваемым большинством разработчиков, относятся следующие:
Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.
Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека компьютеру, в то время, как естественные языки используются для общения людей между собой. В принципе, можно обобщить определение «языков программирования» — это способ передачи команд, приказов, четкого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.
Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

программирования
3. Структурные языки программирования
4. Процедурные языки программирования
5.

Логические языки программирования
6. Программирование в ограничениях
7. Объектно-ориентированные языки программирования
8. Функциональные языки программирования
9. Языки программирования для промышленной автоматизации
10. Эзотерические языки программирования
11. Стековые языки
12. Параллельные языки программирования

Введение

Классы языков программирования:
Функциональные
Императивные
Стековые
Процедурные
Векторного программирования
Аспектно-ориентированные
Декларативные
Динамические
Учебные. Описания интерфейсов
Прототипные
Объектно-ориентированные
Рефлексивные
Логического программирования
Параллельного программирования
Сценарные (скриптовые)
Эзотерические

Алгол)
Nemerle
ДРАКОН
ORACLE

Prolog

автоматизации
(стандарта IEC61131-3)
FBD
IL
ST или SCL
Sequential Function Chart
Ladder Diagram
SPCLK

Эзотерические языки программирования
Byter
Brainfuck
Befunge
INTERCAL
FALSE
Whitespace
Piet
Стековые языки
PostScript
Forth
Параллельные

языки программирования
MC#

в виде набора спецификаций, определяющих его синтаксис и семантику.

Для многих широко распространённых языков программирования созданы международные стандарты. Специальные организации проводят регулярное обновление и публикацию спецификаций и формальных определений соответствующего языка. В рамках таких комитетов продолжается разработка и модернизация языков программирования и решаются вопросы о расширении или поддержке уже существующих и новых языковых конструкций.

Стандартизация языков программирования

в бинарном виде (в двоичном виде). Данные, которые представляют информацию

из реального мира (имена, банковские счета, измерения и др.) высокоуровневые концепции.
Особая система, по которой данные организуются в программе, эта система типов языка программирования; разработка и изучение систем типов известна под названием теория типов. Языки могут быть классифицированы как системы со статической типизацией и языки с динамической типизацией.
Статически-типизированные языки могут быть в дальнейшем подразделены на языки с обязательной декларацией, где каждая переменная и объявление функции имеет обязательное объявление типа, и языки с выводимыми типами. Иногда динамически-типизированные языки называются латентно типизированными

Типы данных

типы, так называемые структуры данных. Как правило, структурные типы данных

образуются как декартово произведение базовых (атомарных) типов и ранее определённых составных типов.
Основные структуры данных (списки, очереди, хэш-таблицы, двоичные деревья и пары) часто представлены особыми синтаксическими конструкциями в языках высокого уровня. Такие данные структурируются автоматически.

Структуры данных

разновидности следующих: операционного (или так называемого математического), и деривационного (или

аксиоматического).

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

Деривационная семантика описывает последствия выполнения конструкций языка с помощью языка логики и задания пред- и постусловий. Денотационная семантика оперирует понятиями, типичными для математики - множества, соответствия и др.

Семантика языков программирования

в соответствии с той или иной базовой моделью вычислений.
Несмотря на

то, что большинство языков ориентировано на так называемую императивную модель вычислений, задаваемую так называемой фон-неймановской архитектурой ЭВМ, существуют и другие подходы. Прежде всего следует упомянуть языки со стековой вычислительной моделью (Forth, Factor, Postscript и др.), а также функциональное (Лисп, Haskell, ML и др.) и логическое программирование
В настоящее время также активно развиваются проблемно-ориентированные, декларативные и визуальные языки программирования.

Парадигмы программирования

компилируемые и интерпретируемые.

Программа на компилируемом языке при помощи специальной программы

компилятора преобразуется (компилируется) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается в исполняемый файл, который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит программу с языка высокого уровня на низкоуровневый язык, понятный процессору.
Если программа написана на интерпретируемом языке, то интерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует) ее текст без предварительного перевода. При этом программа остается на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера — это интерпретатор машинного кода.

Кратко говоря, компилятор переводит программу на машинный язык сразу и целиком, создавая при этом отдельную программу, а интерпретатор переводит на машинный язык прямо во время исполнения программы.
Разделение на компилируемые и интерпретируемые языки является несколько условным. Так, для любого традиционно компилируемого языка, как, например, Паскаль, можно написать интерпретатор. Кроме того, большинство современных «чистых» интерпретаторов не исполняют конструкции языка непосредственно, а компилируют их в некоторое высокоуровневое промежуточное представление (например, с разыменованием переменных и раскрытием макросов).
Для любого интерпретируемого языка можно создать компилятор-например, язык Лисп, изначально интерпретируемый, может компилироваться без каких бы то ни было ограничений. Создаваемый во время исполнения программы код может так же динамически компилироваться во время исполнения

Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем при каждом изменении текста программы требуется ее перекомпиляция, что создает трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция. Интерпретируемые языки обладают некоторыми специфическими дополнительными возможностями (см. выше), кроме того, программы на них можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий.
Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора.

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.

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить сортирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.

Языки высокого уровня

50-е годы. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное

сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого хода. Хотя в Фортране был впервые реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек ,начиная от статических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k,который появился в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF(High Perfomance Fortran) для параллельных супер компьютеров со множеством процессоров

Языки высокого уровня

Fortran

(первая версия в 1959), предназначенный, в первую очередь, для разработки

бизнес-приложений.

Cobol

Разработчиком первого единого стандарта Кобола являлась Грейс Хоппер. Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой "многословностью"-его операторы выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных ,хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много различных приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе.

language - язык) - название ряда языков программирования, применяемых при

составлении программ для решения научно-технических задач на ЭВМ. Разработан комитетом по языку высокого уровня IFIP в 1958-1960 гг. (Алгол-58, Алгол-60); усовершенствован в 1964-1968 гг. (Алгол 68). Алгол относится к языкам высокого уровня и позволяет легко переводить алгебраические формулы в программные команды. Алгол был популярен в Европе, в том числе в СССР, в то время как сравнимый с ним язык Фортран был распространен в США и Канаде. Оказал заметное влияние на все разработанные позднее императивные языки программирования - в частности, на язык Pascal.

Algol

промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для

большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1970, после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68.

по словам Вирта, язык нельзя считать только учебным, поскольку язык,

непригодный для написания реальных программ, для обучения использоваться не должен). Название языку дано в честь выдающегося французского математика, физика, литератора и философа Блеза Паскаля. Один из первых языков, для которых была создана реализация «на самом себе» — компилятор Паскаля был написан на самом Паскале. В начале 1970-х годов для переноса Паскаль-систем на различные аппаратные платформы была создана система Pascal-P, в которой был единый компилятор Паскаля в промежуточный язык (P-код) и для каждой платформы создавался быстрый интерпретатор P-кода. Заимствование этой системы привело к созданию системы UCSD Pascal в Университете Сан-Диего (Калифорния, США), намного позже её идеи были заимствованы создателями языка Java (байт-код, компиляция в байт-код, интерпретатор байт-кода).

Pascal

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. Паскаль был одним из первых таких языков. По мнению Н. Вирта, язык должен способствовать дисциплинированию программирования, поэтому, наряду со строгой типизацией, в Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

функциям массивов переменной длины, отсутствие нормальных средств работы с динамической

памятью, ограниченная библиотека ввода-вывода, отсутствие средств для подключения функций написанных на других языках, отсутствие средств раздельной компиляции и т. п. Наиболее бросающийся в глаза недостаток синтаксиса — некритически заимствованная из Алгола структура управляющих конструкций (операторов if и циклов), требующая, как правило, постоянного использования составных операторов «begin — end». Полный разбор недостатков языка Паскаль был выполнен Брайаном Керниганом в статье «Почему Паскаль не является моим любимым языком программирования» (интересно, что эта статья вышла в начале 1980-х, когда уже существовал язык Модула-2, потомок Паскаля, избавленный от большинства его пороков, а также более развитые диалекты Паскаля). Некоторые недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Pascal

Необходимо заметить, что многие недостатки языка не проявляются или даже становятся достоинствами при обучении программированию. Кроме того, по сравнению с основным языком программирования в академической среде 70-х (которым был Фортран, обладавший гораздо более существенными недостатками), Паскаль представлял собой значительный шаг вперёд. В начале 1980-х годов в СССР для обучения школьников основам информатики и вычислительной техники академик А. П. Ершов разработал алголо-паскалеподобный «алгоритмический язык».

традициям академической среды и собственным принципам, согласно которым «неподходящий инструмент

надо не исправлять, а заменять», не стал его развивать дальше, а разработал новые языки семейства: Модула-2 и Оберон. В противоположность этому промышленные традиции и достоинства языка побудили многие коммерческие и некоммерческие организации продолжать разрабатывать и развивать системы программирования именно на основе языка Паскаль, подвергая язык произвольному расширению, добавляя в него, часто совершенно механически, новые средства и синтаксические конструкции.

Наиболее известной реализацией Паскаля являлась система Turbo Pascal (выросшая затем в Borland Pascal для DOS/Windows и далее в Delphi) фирмы Borland, в которой использовались значительные расширения языка. Благодаря появлению развитых диалектов, язык стал богаче, но в отсутствие отраслевой стандартизации, потерял переносимость и общность (только в 1995 году появилась совместимая с Borland Pascal версия среды разработки Virtual Pascal для OS/2 и впоследствие Linux, в 1998 году Kylix — Delphi для Linux, в настоящее время оба этих проекта фактически заморожены).

GNU Pascal, который не только вобрал в себя черты других

Паскалей, но и обеспечил чрезвычайно широкую переносимость написанных на нем программ (более 20 различных платформ, под более чем 10 различными операционными системами).

В настоящий момент пользуются популярностью такие версии языка как TMT Pascal, Free Pascal и GNU Pascal. Продолжает использоваться и Borland Pascal.

Pascal

— универсальный код символических инструкций для начинающих; англ. basic —

основной, базовый) — семейство высокоуровневых языков программирования.

Был разработан в 1963 профессорами Дартмутского колледжа Томасом Куртцом (Thomas E. Kurtz, 1928-) и Джоном Кемени (John G. Kemeny, 1926—1993). Язык предназначался для обучения программированию и получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего, как язык для домашних микрокомпьютеров.

Бейсик был спроектирован так, чтобы студенты могли писать программы, используя терминалы с разделением времени. Он создавался как решение для проблем, связанных со сложностью более старых языков. Он предназначался для более «простых» пользователей, не столько заинтересованных в скорости программ, сколько просто в возможности использовать компьютер для решения своих задач.

BASIC

простым в использовании для начинающих
2.быть языком программирования общего назначения

предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам
3.быть интерактивным
4.предоставлять ясные сообщения об ошибках
5.быстро работать на небольших программах
6.не требовать понимания работы аппаратного обеспечения
7.защищать пользователя от операционной системы

BASIC

Алгол-60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме

разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Первоначально Бейсик был реализован на мейнфрейме GE-265 с поддержкой множества терминалов. Вопреки распространённому убеждению, в момент своего появления это был компилируемый язык.

Взрывной рост

Несмотря на то, что язык уже использовался на нескольких миникомпьютерах, его настоящее распространение началось с его появления на микрокомпьютере Altair 8800. Многие языки программирования были слишком большими чтобы поместиться в небольшую память, которую пользователи таких машин могли себе позволить. Для машин с таким медленным носителем как бумажная лента (позднее — аудиокассета) и без подходящего текстового редактора такой небольшой язык как Бейсик был отличной находкой.

BASIC

продавала несколько версий Бейсик для MS-DOS/PC-DOS, включая BASICA, GWBASIC (модификация

BASICA, не требующая «прошивки» от IBM) и Quick BASIC (QBASIC). Borland, известная своим Turbo Pascal, в 1985 выпустила Turbo BASIC 1.0 (его наследники впоследствии продавались другой компанией под именем PowerBASIC). На домашних компьютерах появились различные расширения Бейсика, обычно включающие средства для работы с графикой, звуком, выполнением DOS-команд, а также средства структурного программирования. Некоторые другие языки использовали хорошо известный синтаксис Бейсика в качестве основы, на которой строилась совершенно иная система (см. например, GRASS).

BASIC

сложными и предоставляли возможности (такие как графический интерфейс пользователя), которые

делали Бейсик уже не столь удобным для программирования. Бейсик начал сдавать свои позиции, несмотря на то, что огромное количество его версий ещё использовалось и продавалось.

Вторую жизнь Бейсик получил с появлением Visual Basic от Майкрософт. Хотя и трудно согласиться, что этот язык — действительно Бейсик (несмотря на множество привычных ключевых слов), спустя некоторое время он стал одним из наиболее часто используемых языков на платформе Windows. Майкрософт создала вариант под названием WordBasic и использовала его в MS Word до появления Word 97. Вариант Visual Basic for Applications (VBA) был встроен в Excel 5.0 в 1993 году, затем в Access 95 в 1995-ом, а после и во все остальные инструменты, входящие в пакет Office — в 1997-ом. Internet Explorer 3.0 и выше, а также Microsoft Outlook включали интерпретатор языка VBScript. В полный вариант пакета OpenOffice также включён интерпретатор Бейсика.

Бейсик используется в некоторых моделях программируемых калькуляторов. Например, он встроен в отечественный калькулятор «Электроника МК-85».

BASIC

Хорна, представляющей собой подмножество логики предикатов первого порядка. Многие современные

реализации языка имеют внутреннее расширение за счет ООП-архитектуры. Кроме проприетарных решений также существуют свободные реализации Пролог. Важно, что для языка существует стандарт ISO принятый как ISO/IEC JTC1/SC22/WG17.

Базовым принципом языка является равнозначность представления программы и данных (декларативность), отчего утверждения языка одновременно являются и записями, подобными записям в базе данных, и правилами, несущими в себе способы их обработки. Сочетание этих качеств приводит к тому, что по мере работы системы Пролога знания (и данные и правила) накапливаются. Поэтому Пролог-системы считают естественной средой для накопления базы знаний.

Пролог критикуется в первую очередь за свою недостаточную гибкость, отчего решения на обычных языках программирования (типа C++, Java) в сочетании с базами данных оказываются более технологичными, чем аналогичные решения на Прологе. Негибкость заключается в трудности изучения языка, более высоких требований к квалификации программиста на Прологе, трудности отладки программы, неразвитости технологии программирования, плохой контролируемости промежуточных результатов.

Prolog

к традиционному языку программирования. Бьерн Страуструп вполне достоин аплодисментов за

то, что ему в голову пришла мысль слить обе технологии воедино. В то же время в Cи++ сохранились проблемы старого поколения средств программного производства. Язык Cи++ обладает тем преимуществом перед Cи, что поддерживает некоторые аспекты объектной технологии, которые могут быть использованы для ограниченного проведения анализа требований и проектирования. Однако процессы анализа, проектирования и реализации проекта все еще в значительной степени остаются внешними по отношению к Cи++. Таким образом, в Cи++ не реализованы важные преимущества объектной технологии, которые прямо бы привели к экономичному производству программной продукции.

Полиморфизм - основополагающая концепция объектно-ориентированного программирования. В языке Си++ ключевое слово virtual предоставляет функции возможность стать полиморфической, если она будет переписана (переопределена) в одном классе-потомке или более. Однако слово virtual отнюдь не является необходимым, так как любая функция, переопределенная (overriden) в классе-потомке, может быть полиморфической. Компилятору только требуется генерировать коммутирующий код для истинно полиморфических процедур.

Если автор родительского класса в языке Си++ не предвидит, что класс-потомок захочет переопределить функцию, то он не сможет сделать ее и полиморфической. В этом заключается наиболее серьезный порок Си++, поскольку снижается гибкость программных компонентов, а следовательно, и способность создавать адаптируемые и расширяемые библиотеки.

Си++ также позволяет функциям быть перегруженными (overloaded); в такой ситуации вызов нужной функции зависит от аргументов. Различие между перегруженными и полиморфическими (переопределенными) функциями состоит в том, что в перегруженных функциях нужная определяется при компиляции, а в случае полиморфических определяется при выполнении.

CИ++

языка может сделать выбор в пользу определения полиморфизма либо в

родительском, либо в наследующем классе. Так что же из них имеет смысл выбрать разработчику языка? Здесь можно выделить несколько вариантов для родительских классов и классов-потомков, которые не станут взаимоисключающими и смогут достаточно легко найти себе место в любом объектно-ориентированном языке.

CИ++

компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в

реляционных базах данных. Вопреки существующим заблуждениям, SQL является информационно-логическим языком, а не языком программирования.
SQL основывается на реляционной алгебре.
Целью разработки было создание простого непроцедурного языка, которым мог воспользоваться любой пользователь, даже не имеющий навыков программирования. Собственно разработкой языка запросов занимались Дональд Чэмбэрлин (Donald D. Chamberlin) и Рэй Бойс (Ray Boyce). Пэт Селинджер (Pat Selinger) занималась разработкой стоимостного оптимизатора (англ. cost-based optimizer), Рэймонд Лори (Raymond Lorie) занимался компилятором запросов.
Как и с многими стандартами, имеющими место в IT-индустрии, с языком SQL возникла проблема, что в прошлом многие производители использующего SQL ПО решили, что функционал в текущей (на тот момент времени) версии стандарта недостаточен (что, в принципе, для ранних версий SQL было в некотором роде справедливо) и его желательно расширить. Что и приводит в данный момент к тому, что у разных производителей СУБД в ходу разные диалекты SQL, в общем случае между собой несовместимые.

До 1996 года вопросами соответствия коммерческих реализаций SQL стандарту занимался в основном институт NIST, который и устанавливал уровень соответствия стандарту. Но позднее подразделение, занимавшееся СУБД, было расформировано, и на текущий момент все усилия по проверке СУБД на соответствие стандарту ложатся на её производителя.

Впервые понятие «уровня соответствия» было предложено в стандарте SQL-92. А именно, ANSI и NIST определяли четыре уровня соответствия реализации этому стандарту:
Entry (русск. базовый)
Transitional (русск. переходный) — проверку на соответствие этому уровню проводил только институт NIST
Intermediate (русск. промежуточный)
Full (русск. полный)

SQL

восьми с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число

пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.