Общая характеристика языков программирования
Даже при наличии десятков тысяч программ для PC пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В этих случаях следует использовать системы программирования, т.е. системы для разработки новых программ. Эти системы обычно включают компилятор, осуществляющий преобразование программ на языке программирования в программу в машинных кодах, или интерпретатор, осуществляющий непосредственное выполнение программы на языке программирования, редактор текстов программ, библиотеки полезных подпрограмм, отладчики, а иногда и различные вспомогательные программы.
Для популярных языков программирования (Си, Си++, Паскаль, Бейсик, Фортран и др.) имеется множество систем программирования, позволяющих создавать программы, работающие в среде DOS, Windows и др. В последнее время стали появляться системы программирования на языке Java, они позволяют создавать программы, вызываемые при просмотре Web-страниц в глобальной электронной сети Internet.
Особым классом систем программирования являются системы для создания приложений типа клиент-сервер. Эти системы позволяют быстро создавать информационные системы для подразделений и даже крупных предприятий. В них содержатся средства для создания пользовательского интерфейса, описания процедур обработки данных, заготовки для выполнения типовых действий по обработке данных и т.д. Эти системы, как правило, позволяют работать с самыми различными СУБД - Oracle, Microsoft SQL Server и др.
Виды языков программирования
Формализованный язык, предназначенный для описания программ и алгоритмов решения задач на ЭВМ. Языки программирования являются искусственными. В них синтаксис и семантика строго определены. Поэтому они не допускают свободного толкования выражения, что характерно для естественного языка. Языки программирования разделяются на две основные категории языки высокого уровня и языки низкого уровня :
· Язык высокого уровня - Язык программирования, средства которого обеспечивают описание задачи в наглядном, легко воспринимаемом виде, удобном для программиста. Он не зависит от внутренних машинных кодов ЭВМ любого типа, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, требуют перевода в машинные коды программами транслятора либо интерпретатора. К языкам высокого уровня относят Фортран, ПЛ/1 , Бейсик, Паскаль, Си, Ада и др.
· Язык низкого уровня , - Язык программирования, предназначенный для определенного типа ЭВМ и отражающий его внутренний машинный код (см. ниже также "машинный язык ", " машинно-ориентированный язык " и " язык ассемблера ").
Различают также следующие виды языков программирования:
· Алгоритмический язык - Совокупность символов, соглашений и правил, используемых для однозначного описания алгоритмов и обычно являющаяся часть языка программирования;
· Неалгоритмический язык - Язык программирования, тексты которого не содержат указаний на порядок выполнения операций и служат лишь исходным материалом для синтеза алгоритма решения задачи;
· Формальный язык – Язык программирования, построенный по правилам некоторого логического исчисления или формальной грамматики , представляющей собой систему правил построения в заданном алфавите конечных знаковых последовательностей, множество которых образует формальный язык;
· Исходный язык - Язык программирования, на котором написана программа, в отличие от машинного языка, на котором программы выполняются компьютером. Исходные языки классифицируются на языки высокого уровня и языки низкого уровня.
· Машинный (абсолютный) язык, язык ЭВМ - Язык программирования, предназначенный для представления программ в форме, обеспечивающей возможность их выполнения техническими средствами;
· Машинозависимый (машинно-ориентированный) язык, машинозависимый язык программирования - Язык программирования, учитывающий структуру и характеристики ЭВМ определенного типа или конкретной ЭВМ;
· Машиннонезависимый язык - Язык программирования, структура и средства которого не связаны ни с какой конкретной ЭВМ и позволяют выполнять составленные на нем программы на любой ЭВМ, снабженной трансляторами (см. ниже) с этого языка;
· Символический язык, язык символического кодирования - Язык программирования, ориентированный на конкретные ЭВМ и основанный на кодировании машинных операций при помощи определенного набора символов;
· Гибридный (комбинированный) язык - Язык программирования, использующий также средства другого языка;
· Графический язык - Язык, предназначенный для написания программ машинной графики и пользования ими.
· Базовый язык – Машинный язык, общий для семейства ЭВМ (язык программирования в СУБД с автономным языком).
· Общий язык - Машинный язык, общий для группы ЭВМ и используемых ими внешних устройств;
· Эталонный язык - Язык, являющийся основой для всех его конкретных версий, являющихся вариантами адаптации эталонного языка к определенным условиям применения и назначения;
· Язык ассемблера, ассемблер - Универсальный язык программирования, относящийся к категории языков низкого уровня, структура которого определяется форматами команд, данными машинного языка и архитектурой ЭВМ. Используется программистами в тех случаях, когда невозможно применение языка высокого уровня или требуются эффективные программы в машинных кодах.
· Декларативный (непроцедурный) язык - Язык программирования, который позволяет задавать связи и отношения между объектами и величинами, но не определяет последовательность выполнения действий (например, языки Пролог, QBE);
· Императивный (процедурный) язык - Язык программирования, который позволяет в явной форме (при помощи задания выполняемых операторов) определять действия и порядок (последовательность) их выполнения;
· Язык функционального программирования, функциональный язык - Декларативный язык программирования, основанный на понятии функций, которые задают зависимость, но не определяют порядок вычислений.
· Специализированный язык - Язык программирования, ориентированный на решение определенного круга задач;
· Язык описания страниц - Специализированный язык, предназначенный для печатающих устройств. Предусматривает возможность использования изображений в формате, независимом от параметров устройства отображения. Наиболее известным языком такого типа является PostScript.
· Автономный язык - Специализированный язык высокого уровня, в замкнутых СУБД (" СУБД с автономным языком ");
· Язык конструирования интерактивных технологий - В СУБД - язык, предназначенный для описания технологических процессов обработки данных с учетом разделения характера операций по их типам, а также обеспечения диалога с администратором системы;
· Язык манипулирования данными, ЯМД - В СУБД - язык, предназначенный для обращения к базе данных и выполнения поиска, чтения и модификации ее записей;
· Язык обработки списков - Специализированный язык, предназначенный для описания процессов обработки данных, представленных в виде списков объектов;
· Язык описания данных - Язык, предназначенный для описания "концептуальной схемы” базы данных;
· Язык описания хранения данных - Язык, предназначенный для описания физической структуры (схемы) базы данных;
· Язык описания страниц - Система для кодировки документов, которая позволяет точно описать ее внешний вид после подготовки к выводу на печать или на дисплей. Примером использования такого языка служит PDF (Portable Document Format), разработанный Adobe для хранения и представления изображений страниц.
· Язык представления знаний - Декларативный или декларативно-процедурный язык, предназначенный для представления знаний в памяти ЭВМ (например, языки Лисп и Пролог);
· Язык публикаций - Язык, используемый для публикации алгоритмов и программ;
· Язык спецификаций - Декларативный язык для задания спецификаций программ;
· Проблемно-ориентированный язык - Язык программирования, предназначенный для решения определенного класса задач (проблем);
· Процедурный (процедурно-ориентированный) язык - Проблемно-ориентированный язык, который облегчает выражение процедуры, как точного алгоритма;
· Язык реального времени - Язык, используемый для программирования задач, в которых критическим является время реакции ЭВМ на сигналы, требующие от нее немедленных действий (например, язык Ада);
· Язык управления пакетом - Набор команд, директив, квалификаторов и правил их использования для управления пакетной обработкой данных;
· Язык управления заданиями - Язык, на котором записывается последовательность команд, управляющих выполнением задания. В отличие от обычных языков программирования, в которых объектами описания являются элементы, связанные с решением отдельной задачи, в языках управления заданиями преобразуемыми объектами являются целые программы и выходные потоки данных, обработанных этими программами.
· Общесетевой командный язык - Стандартный в рамках вычислительной сети язык диалогового (интерактивного) поиска данных, предназначенный для унификации работы пользователей с неоднородными базами данных, управляемых различными СУБД;
· Системный язык - Язык общения оператора ЭВМ с вычислительной системой, представляющий собой совокупность команд оператора и сообщений системы;
· Язык общего назначения, универсальный язык - Язык программирования, ориентированный на решение задач практически из любой области и объединяющий на единой методической основе наиболее существенные свойства и средства современных машино- и проблемноориентированных языков программирования (например, язык ассемблера, ПЛ/1 и др.);
· Язык ориентированный на пользователя - Слабоформализованный язык программирования, близкий к естественному языку;
· Язык меню - Язык диалога пользователя с системой, основанный на использовании меню.
Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.
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.
Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) - язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).
Языки программирования низкого уровня
Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в более понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы - трансляторы.
Рис.1. Пример машинного кода и представления его на ассемблере
Трансляторы делятся на:
компиляторы - превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и затем использовать уже без компилятора (примером являются исполняемые файлы с расширением *. exe);
интерпретаторы - превращают часть программы в машинный код, выполняют и после этого переходят к следующей части. При этом каждый раз при выполнении программы используется интерпретатор.
Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия имеются и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт, телефонов содержат существенные различия.
Преимущества
С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.
Недостатки
Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство микропроцессорной системы, для которой создается программа. Так, если программа создается для компьютера, нужно знать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора;
результирующая программа не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора;
значительное время разработки больших и сложных программ.
Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.
Ассемблер - язык низкого уровня, что широко применяется до сих пор.
Какие кодеры наиболее востребованы в нашей стране?
Если сказать простому человеку, что ты работаешь программистом, то в ответ можно услышать одну из следующих реплик:
- «Мне надо переустановить Windows. Я всю жизнь ждал того, кто сделает это для меня. А потом пойдем чинить тостер.»;
- «О! Ты можешь помочь мне с лабораторной работой на VBA!»;
- «За сколько сможешь сделать сайт для магазина моей мамы?»;
- «Да ну! Скучная и дурацкая профессия. Я вот как-то пробовал разобраться с 1C…».
Если в ответ сказать, что ты ни разу не делал сайты и лабы на VBA, а Windows видишь только в страшных снах, то собеседник может искренне удивиться и на его лице отразится искреннее сомнение в твоей профессиональной пригодности. Некоторые разработчики слабеют под таким взглядом и идут доказывать, что они что-то могут. Из-за таких лохов в голове обывателя слово «программист» является синонимом понятия «бесплатная компьютерная помощь».
Ведь многие люди не знают, чем на самом деле занимаются программисты и судят об этом по навыкам своих родственников/знакомых. Но разные представители специальности делают абсолютно разные вещи и нельзя говорить за всех.
Эта статья расскажет об основных специализациях программистов , которые наиболее востребованы на российском рынке. Для каждого типа будут указаны организации, где его можно встретить чаще всего и технологии, с которыми ему надо уметь работать.
В статье будут упомянуты только главные знания, без которых не обойтись в адекватном коллективе, где программиста не заставляют закручивать гайки, рисовать дизайн и выкладывать статьи на сайт.
1. Front-end веб-разработчик
Если мы заходим на сайт и там есть кнопочки, которые меняют местоположение и цвет при наведении на них мышкой, то это дело рук front-end разработчика. Он пишет весь код на JavaScript, который выполняется без перезагрузки страницы на стороне клиента.
Где работает?
Что делает?
Разрабатывает динамику пользовательского интерфейса. Если в компании нет верстальщика, то еще и переводит PSD-шаблоны в HTML-код.
Технологии
- HTML и UI фреймворки (Bootstrap, Foundation, Pure);
- CSS и препроцессоры (SASS/LESS);
- JavaScript + фреймворки/библиотеки на этом языке (Jquery, ReactJS, AngularJS, BackboneJS);
- Утилиты для сборки проектов (Grunt, Gulp, Bower).
2. Back-end разработчик
Человек на плечи которого ложиться основное бремя по разработке веб-проекта. Он как бы строит фундамент, на который front-end разработчик прицепляет «декоративные элементы».
Где работает?
В серьезных фирмах, занятых созданием сайтов и веб-приложений. Разделение фронтенда и бекенда один из признаков наличия в компании определенного уровня культуры разработки.
Что делает?
Разрабатывает “ядро” сайта или веб-приложения: код исполняемый на сервере и архитектуру базы данных.
Технологии
Один из нижеперечисленных языков и фреймворки/библиотеки для него:
- Ruby;
- Python;
- Java;
- JavaScript.
- Базы данных MySQl/PostgreSQL/NoSQL.
3. Full-stack веб-разработчик
Человек, который может сделать сайт любой сложности «от и до».
Где работает?
Чаще всего в стартапах и небольших студиях веб-дизайна. В крупных компаниях содержится в команде наряду с front-end и back-end разработчиками, чтобы контролировать и координировать их работу.
Что делает?
Сайты и веб-приложения. Выполняет работу front-end и back-end разработчика одновременно.
См. списки двух предыдущих типов.
4. Разработчик игр
Очень широкое понятие, которое включает как минимум три крупных категории: разработчик десктопных игр, разработчик мобильных игр и разработчик MMORG.
Где работает?
В игровых студиях.
Что делает?
Разрабатывает игры.
Какие технологии ему желательно знать?
- С#/C++/Java;
- Open GL или DirectX;
- Один из игровых движков (Unity, Unreal Engine, Torque и другие).
5. Разработчик приложений под Android
Где работает?
Что делает?
Разрабатывает приложения под операционную систему Android.
Какие технологии ему желательно знать?
- Java;
- Android SDK;
- OpenGL;
- Android Studio.
6. Разработчик приложений под iOS
Где работает?
В студиях мобильных приложений, стартапах или крупных компаниях, которые решили сделать для себя мобильное приложение собственными силами.
Что делает?
Разрабатывает приложения под операционную систему iOS.
Технологии
- Objective-C;
- XCode;
- OpenGL;
- Cocoa Touch;
- CoreData;
- CoreGraphics.
7. Программист 1C
Многие разработчики не считают язык, встроенный в 1C, языком программирования, а людей, которые пишут на нем, программистами. У них есть на это свои основания. Тем не менее, людей которые называют себя программистами 1C и вакансий для них очень много.
Где работает?
В любой фирме активно ведущей экономическую деятельность. Часто не включен в основной штат сотрудников, а приходит пару раз в месяц или реже.
Что делает?
Пишет программы для автоматизации документооборота в компании.
Технологии
- «1С:Управление торговлей»;
- «1С:Бухгалтерия»;
- «1С:Зарплата и кадры»;
- T-SQL.
8. Инженер-программист
Если одним из 7 предыдущих типов можно стать отучившись на курсах или путем самообразования, то инженеров-программистов выпускают только технические ВУЗы. Часто на этих должностях работают люди старше сорока лет, получившие образование в советское время.
Где работает?
На производстве или в научном учреждении.
Что делает?
Разрабатывает программы для управления самыми разными устройствами: от печи на хлебозаводе до робота-пылесоса.
Технологии
Один из нижеперечисленных языков:
- Java;
- Delphi (жил, жив и будет жить!);
- Assembler.
Огромный багаж технических знаний, соответствующий отрасли в которой человек работает.
Если посмотреть объявления о найме программистов на российских сайтах, то 90% из них будут подходить под эти семь типов. На Западе рынок вакансии несколько разнообразнее. Кто интересуется, может зайти на Odesk и посмотреть, какая работа там предлагается.
С грустью замечаю, что 14-летние пакистанцы требуют там за html-верстку от 500 рублей в час.
А судить о том, какие языки сейчас наиболее популярны в мире можно по данным Tiobe Index . Этот рейтинг строится по числу запросов в поисковых системах с упоминанием разных языков программирования.
P.S. Напоследок, жизненный анекдот в тему.
Если бы водителей нанимали на работу так же как программистов:
Вакансия: водитель.
Требования: профессиональные навыки в управлении легковыми и грузовыми автомобилями, троллейбусами, трамваями, поездами метрополитена и фуникулёра, экскаваторами и бульдозерами, спецмашинами на гусеничном ходу, боевыми машинами пехоты и современными легкими/средними танками, находящимися на вооружении стран СНГ и НАТО. Навыки раллийного и экстремального вождения обязательны. Опыт управления болидами “Формулы 1″ - приветствуется. Знания и опыт ремонта поршневых и роторных двигателей, автоматических и ручных трансмиссий, систем зажигания, бортовых компьютеров, антиблокировочных систем, навигационных систем и автомобильных аудиосистем ведущих производителей. Опыт проведения кузовных и окрасочных работ - приветствуется. Претенденты должны иметь сертификаты Mercedes, BMW, General Motors, а также справки об участии в крупных международных соревнованиях не более, чем двухлетней давности.
Зарплата: определяется по результатам собеседования.
Учебник состоит из двух разделов: теоретического и практического. В теоретической части учебника изложены основы современной информатики как комплексной научно-технической дисциплины, включающей изучение структуры и общих свойств информации и информационных процессов, общих принципов построения вычислительных устройств, рассмотрены вопросы организации и функционирования информационно-вычислительных сетей, компьютерной безопасности, представлены ключевые понятия алгоритмизации и программирования, баз данных и СУБД. Для контроля полученных теоретических знаний предлагаются вопросы для самопроверки и тесты. Практическая часть освещает алгоритмы основных действий при работе с текстовым процессором Microsoft Word, табличным редактором Microsoft Excel, программой для создания презентаций Microsoft Power Point, программами-архиваторами и антивирусными программами. В качестве закрепления пройденного практического курса в конце каждого раздела предлагается выполнить самостоятельную работу.
Книга:
Разделы на этой странице:
8.2. Языки программирования
Виды программирований
Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, что превращает данный набор в алгоритм.
Языки программирования – это искусственно созданные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов» и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка – его семантику.
Языки программирования – это формальные языки общения человека с ЭВМ, предназначенные для описания совокупности инструкций, выполнение которых обеспечивает правильное решение требуемой задачи. Их основная роль заключается в планировании действий по обработке информации. Любой язык программирования основан на системе понятий, и уже с ее помощью человек может выражать свои соображения.
Связь между языком, на котором мы думаем/программируем, и задачами и решениями, которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. По этой 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, то их просто игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализовать структуры, 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 почти столько же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности одной идеи – простые операции производятся со скоростью молнии на двоичных числах.
Машиннозависимые языки программирования
Машиннозависимые языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т. д.). Эти языки называются языками программирования низкого уровня. Они ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности. Операторы такого языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора, то есть данный язык является машинно зависимым. Языком низкого уровня является язык Ассемблер. С его помощью создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. Подобные языки применяются для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, библиотек. В тех случаях, когда объем ОЗУ и ПЗУ мал (в районе нескольких килобайт) альтернативы ассемблеру нет. Именно эти языки программирования позволяют получать самый короткий и самый быстродействующий код программы.
Машиннонезависимые языки программирования
Машиннонезависимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и вычислительной системы.
Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на 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 машинный язык.
Командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.
Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку. В них не учитываются особенности конкретных компьютерных архитектур, то есть данные языки являются машиннонезависимыми. Это позволяет использовать однажды записанную на таком языке программу на различных ЭВМ.
Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации (в начале 1950-х гг.) машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования были созданы языки высокого уровня (т. е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят «исходный код» (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина) и в конечном итоге заставляют компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке.
К языкам программирования высокого уровня можно отнести следующие: Fortran, Cobol, Algol, Pascal, Basic, C, C++, Java, HTML, Perl и другие.
С помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо либо автоматически перевести этот текст в машинный код и затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы. Для этого используются программы-трансляторы.
Существует два основных вида трансляторов (рис. 8.4): интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, сканирующие исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.
Рисунок 8.4. Виды трансляторов
При использовании компиляторов весь исходный текст программы преобразуется в машинные коды, и именно эти коды записываются в память микропроцессора. При использовании интерпретатора в память микропроцессора записывается исходный текст программы, а трансляция производится при считывании очередного оператора. Естественно, что быстродействие интерпретаторов намного ниже по сравнению с компиляторами, т. к. при использовании оператора в цикле он транслируется многократно. Однако при программировании на языке высокого уровня объем кода, который нужно хранить во внутренней памяти, может быть значительно меньше по сравнению с исполняемым кодом. Еще одним преимуществом применения интерпретаторов является легкая переносимость программ с одного процессора на другой.
Одно, часто упоминаемое преимущество интерпретаторной реализации состоит в том, что она допускает «непосредственный режим». Непосредственный режим позволяет вам задавать компьютеру задачу и возвращает вам ответ, как только вы нажмете клавишу ENTER. Кроме того, интерпретаторы имеют специальные атрибуты, которые упрощают отладку. Можно, например, прервать обработку интерпретаторной программы, отобразить содержимое определенных переменных, бегло просмотреть программу, а затем продолжить исполнение. Однако интерпретаторные языки имеют недостатки. Необходимо, например, иметь копию интерпретатора в памяти все время, тогда как многие возможности интерпретатора, а следовательно, и его возможности могут не быть необходимыми для исполнения конкретной программы. При исполнении программных операторов интерпретатор должен сначала сканировать каждый оператор с целью прочтения его содержимого (что этот человек просит меня сделать?), а затем выполнить запрошенную операцию. Операторы в циклах сканируются излишне много.
Компилятор – это транслятор текста на машинный язык, который считывает исходный текст. Он оценивает его в соответствии с синтаксической конструкцией языка 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 к необходимости мыслить о ваших программах в признаках двух главных фаз их жизни: периода компилирования и периода прогона. Большинство программ будут прогоняться в четыре – десять раз быстрее их интерпретаторных эквивалентов. Если вы поработаете над улучшением, то сможете достичь 100-кратного повышения быстродействия. Оборотная сторона монеты состоит в том, что программы, расходующие большую часть времени на возню с файлами на дисках или ожидание ввода, не смогут продемонстрировать какое-то впечатляющее увеличение скорости.
Процесс создания программы называется программированием.
Выделяют несколько разновидностей программирования.
Алгоритмическое или модульное
Основная идея алгоритмического программирования – разбиение программы на последовательность модулей, каждый из которых выполняет одно или несколько действий. Единственное требование к модулю – чтобы его выполнение всегда начиналось с первой команды и всегда заканчивалось на самой последней (то есть чтобы нельзя было попасть на команды модуля извне и передать управление из модуля на другие команды в обход заключительной).
Алгоритм на выбранном языке программирования записывается с помощью команд описания данных, вычисления значений и управления последовательностью выполнения программы.
Текст программы представляет собой линейную последовательность операторов присваивания, цикла и условных операторов. Таким способом можно решать не очень сложные задачи и составлять программы, содержащие несколько сот строк кода. После этого понятность исходного текста резко падает из-за того, что общая структура алгоритма теряется за конкретными операторами языка, выполняющими слишком детальные, элементарные действия. Возникают многочисленные вложенные условные операторы и операторы циклов, логика становится совсем запутанной, при попытке исправить один ошибочный оператор вносится несколько новых ошибок, связанных с особенностями работы этого оператора, результаты выполнения которого нередко учитываются в самых разных местах программы.
Структурное программирование
При создании средних по размеру приложений (несколько тысяч строк исходного кода) используется структурное программирование, идея которого заключается в том, что структура программы должна отражать структуру решаемой задачи, чтобы алгоритм решения был ясно виден из исходного текста. Для этого надо иметь средства для создания программы не только с помощью трех простых операторов, но и с помощью средств, более точно отражающих конкретную структуру алгоритма. С этой целью в программирование введено понятие подпрограммы – набора операторов, выполняющих нужное действие и не зависящих от других частей исходного кода. Программа разбивается на множество мелких подпрограмм (занимающих до 50 операторов – критический порог для быстрого понимания цели подпрограммы), каждая из которых выполняет одно из действий, предусмотренных исходным заданием. Комбинируя эти подпрограммы, удается формировать итоговый алгоритм уже не из простых операторов, а из законченных блоков кода, имеющих определенную смысловую нагрузку, причем обращаться к таким блокам можно по названиям. Получается, что подпрограммы – это новые операторы или операции языка, определяемые программистом.
Возможность применения подпрограмм относит язык программирования к классу процедурных языков.
Наличие подпрограмм позволяет вести проектирование и разработку приложения сверху вниз – такой подход называется нисходящим проектированием. Сначала выде ляется несколько подпрограмм, решающих самые глобальные задачи (например, инициализация данных, главная часть и завершение), потом каждый из этих модулей детализируется на более низком уровне, разбиваясь, в свою очередь, на небольшое число других подпрограмм, и так происходит до тех пор, пока вся задача не окажется реализованной.
Такой подход удобен тем, что позволяет человеку постоянно мыслить на предметном уровне, не опускаясь до конкретных операторов и переменных. Кроме того, появляется возможность некоторые не реализовывать сразу подпрограммы, а временно откладывать, пока не будут закончены другие части. Например, если имеется необходимость вычисления сложной математической функции, то выделяется отдельная подпрограмма такого вычисления, но реализуется она временно одним оператором, который просто присваивает заранее выбранное значение. Когда все приложение будет написано и отлажено, тогда можно приступить к реализации этой функции.
Немаловажно, что небольшие подпрограммы значительно проще отлаживать, что существенно повышает общую надежность всей программы.
Очень важная характеристика подпрограмм – это возможность их повторного использования. С интегрированными системами программирования поставляются большие библиотеки стандартных подпрограмм, которые позволяют значительно повысить производительность труда за счет использования чужой работы по созданию часто применяемых подпрограмм.
Подпрограммы бывают двух видов – процедуры и функции. Отличаются они тем, что процедура просто выполняет группу операторов, а функция вдобавок вычисляет некоторое значение и передает его обратно в главную программу (возвращает значение). Это значение имеет определенный тип (говорят, что функция имеет такой-то тип).
Подпрограммы решают три важные задачи:
Избавляют от необходимости многократно повторять в тексте программы аналогичные фрагменты;
Улучшают структуру программы, облегчая ее понимание;
Повышают устойчивость к ошибкам программирования и непредвидимым последствиям при модификациях программы.
Объектно-ориентированное программирование
В середине 80-х годов в программировании возникло новое направление, основанное на понятии объекта. До того времени основные ограничения на возможность создания больших систем накладывала разобщенность в программе данных и методов их обработки.
Реальные объекты окружающего мира обладают тремя базовыми характеристиками: они имеют набор свойств, способны разными методами изменять эти свойства и реагировать на события, возникающие как в окружающем мире, так и внутри самого объекта. Именно в таком виде в языках программирования и реализовано понятие объекта как совокупности свойств (структур данных, характерных для этого объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.
Появление возможности создания объектов в программах качественно повлияло на производительность труда программистов. Максимальный объем приложений, которые стали доступны для создания группой программистов из 10 человек, за несколько лет увеличился до миллионов строк кода, при этом одновременно удалось добиться высокой надежности программ и, что немаловажно, повторно использовать ранее созданные объекты в других задачах.
Объекты могут иметь идентичную структуру и отличаться только значениями свойств. В таких случаях в программе создается новый тип, основанный на единой структуре объекта. Он называется классом, а каждый конкретный объект, имеющий структуру этого класса, называется экземпляром класса.
Объектно-ориентированный язык программирования характеризуется тремя основными свойствами:
1. Инкапсуляция – объединение данных с методами в одном классе;
Я не знаю, как обстоят дела в образовании сейчас, но 10-15 лет назад ни в школе, ни в университете никто всерьёз не объяснял, что программирование имеет свои типы, каждый из которых требует особого типа мышления. Не то чтобы это покалечило чьи-то судьбы, но изучение программных дисциплин могло бы проходить гораздо быстрее, если на стадии закладки фундамента мы представили многообразие языков и подходов, а не зомбически учили C++ в его консольных проявления.
Многие, сталкиваясь с необходимостью писать функциональный код, часто сожалеют, что процедурный образ мышления настолько глубоко засел в мозг, что перестроиться с него непросто. Поэтому лучше начинать путь в программисты не с выбора языка, а с выбора типа программирования.
Типы программирования
Условимся сразу: типов будет шесть. Это достаточно подробное деление. Обычно выделяют 3-4, но так как перед нами стоит задача выбора пути для новичков, оно вполне оправдано.
Процедурное программирование , оно же императивное.
Оно ставит задачу создания кода на языке, понятном используемой машине. Самый известный случай - машина Тьюринга, из известных языков программирования - С/C++, Ада, Паскаль, Go. Задачи здесь решаются планомерно: сначала объявляется объект, потом он определяется и затем выполняется с ним действие:
var
S: String;
S:= ‘Hello!’;
Декларативное программирование .
В процедурном случае вектор оптимизации языка направлен от машинного уровня к языку пользователя путем использования базовых принципов ООП, классов, методов и пр.. Здесь же во главе угла стоит непосредственно задача, а способ её исполнения второстепенен. Яркий пример - язык разметки HTML. Если вы хотите разместить кнопку, вам формально не надо создавать объект и присваивать ему атрибуты:
Функциональное программирование .
Как вы знаете из курса математики, результат выполнения любой функции можно представить в виде табличных данных, вопрос только в частоте дискретизации и диапазоне значений. То есть, сколько бы раз не была выполнена функция, каким бы не было её место в задаче, результат для одних и тех же значений останется один и тот же. В императивном программировании это выполняется далеко не всегда, ведь значения переменных могут изменяться в ходе программы, что сделает результат зависимым от конкретных условий.
Функциональное программирование лишено этого недостатка: здесь вы оперируете функциями - исходными, приращения и результативной, - но не конкретными значениями. Среди популярных представителей - Lisp, Clojure, Haskell. Функциональное программирование считается сложным и избыточным для большинства прикладных задач. Отсюда невысокий спрос на специалистов, но от этого же высокие зарплаты и действительно интересная работа.
Логическое программирование .
Как следует из названия, оно оперирует простой математической логикой. Яркие представители - Planner и Prolog. Достаточно ограниченный набор действий может быть реально полезен для создания простейшего искусственного интеллекта или разминки мозгов, но в реальной жизни логическое программирование самостоятельно используется редко.
Динамическое программирование .
Тот случай, когда для решения сложной комплексной задачи необходимо её разбить на несколько более простых, минимизировав количество циклов исполнения. В идеале каждая простая задача должна выполняться один раз, но на практике это бывает достаточно редко. Динамическое программирование - скорее концепция, применимая ко всем языкам, поэтому представителей у данного направления нет. Но особого образа мышления от вас это потребует точно так же.
Графическое программирование , оно же визуальное.
Оно предлагает разработчику работать с графическими изображениями, а не текстом. Выражаться это может по-разному - есть специальные языки, вроде Scratch или BluePrint, есть языки схем или диаграмм (LD или FBD), есть просто разделы программирования, связанные со взаимодействием с формами и графикой. В последнем случае это может быть любой язык, визуализация осуществляется средствами разработки (Borland Delphi/C++, Visual Studio, Adobe Dreamweaver и пр.). Такое графическое программирование в чистом виде встречается крайне редко, без понимания языка и структуры кода создать что-то серьезное невозможно.
Остальное
Программирование делят по множеству типов, и о некоторых новички даже не догадываются: синхронное/асинхронное/событийное, последовательное/параллельное, различное по решаемым задачам и задействованности ИИ и статистики.
Выбор стартовой парадигмы программирования не означает выбор только одного пути. Напротив, не привязываясь к конкретным языкам, профессиям и программным средам, начав со «своего» образа мышления, вы изначально настроите себя на правильное понимание сути. Успешным, счастливым и богатым айтишником становится не тот, кто попал в нужный поток, а тот, для кого любой поток - возможность реализовать свой потенциал.
