2. Парадигмы программирования
Парадигма программирования — это совокупность идей и понятий, определяющая стиль написания программ.
Синтаксис языка описывает систему правил написания различных языковых конструкций, а семантика языка программирования определяет смысл этих конструкций.
Синтаксис языка программирования может быть описан с помощью Бэкуса–Наура Форм (БНФ), которые представляют собой формальную систему описания синтаксиса, в которой одни синтаксические категории последовательно определяются через другие категории. БНФ используется для описания контекстно-свободных формальных грамматик.
Семантика языка взаимосвязана с используемой вычислительной моделью. В настоящее время языки программирования в зависимости от применяемой вычислительной модели делятся на четыре основные группы:
Процедурные языки, которые представляют собой последовательность выполняемых операторов. Если рассматривать состояние компьютера как состояние ячеек памяти, то процедурный язык – это последовательность операторов, изменяющих значение одной или нескольких ячеек. К процедурным языкам относятся, например, FORTRAN, C, Pascal. Процедурные языки также называют императивными языками. Код программы на процедурном языке может быть записан следующим образом:
оperator1; operator2; operator3;
Аппликативные языки, в основу которых положен функциональный подход. Язык рассматривается с точки зрения нахождения функции, необходимой для перевода памяти компьютера из одного состояния в другое. Программа представляет собой набор функций, применяемых к начальным данным, позволяющий получить требуемый результат. К аппликативным языкам относится язык LISP. Код программы на аппликативном языке может быть записан следующим образом:
function1(function2(function3(beginning_date)));
Языки логического программирования основываются на определении набора правил, при выполнении которых возможно выполнение определенных действий. Правила могут задаваться в виде утверждений и в виде таблиц решений. К языкам логического программирования относится язык Prolog. Код программы на языке системы правил может быть записан следующим образом:
If condition1 then operator1;
If condition2 then operator2;
If condition3 then operator3;
Объектно-ориентированные языки, основанные на построении объектов как набора данных и операций над ними. Объектно-ориентированные языки объединяют и расширяют возможности, присущие процедурным и аппликативным языкам. К объектно-ориентированным языкам относятся C++, Object Pascal, Java.
3. Назначение и состав систем программирования
С развитием языков программирования совершенствовались и средства разработки программ – от режима командной строки до интегрированной среды проектирования. Такая среда предоставляет удобный графический интерфейс разработки и большой спектр сервисов, включающих управление версиями хранимых данных, утилиты просмотра и управления информацией, библиотеки классов, мастера создания шаблонов приложений и т.п.
Компилятор языка программирования выступает как составная часть среды проектирования. Сама программа наряду с конструкциями, предусмотренными стандартом, как правило, использует библиотечные функции и классы, предоставляемые средой проектирования. Так, интегрированная среда разработки VisualStudio.NET содержит библиотеку классов MFC (Microsoft Foundation Classes), значительно упрощающую процесс разработки приложений, использующих оконный интерфейс.
Интегрированная среда проектирования VisualStudio.NET позволяет создавать и компилировать приложения на языках C++, C#, Visual Basic и VisualJ.
Для проектирования приложений на языке Object Pascal используется интегрированная среда проектирования Delphi.
Системой программирования называется комплекс программ, предназначенный для автоматизации программирования задач на компьютере. Система программирования освобождает пользователя от рутинных операций при разработке программ, и предоставляет возможность использовать языки более высокого уровня. Для каждого из таких языков, называемых входными или исходными, система программирования имеет программу, осуществляющую автоматический перевод (трансляцию) текстов программы с входного языка на машинный.
По набору поддерживаемых языков различают системы программирования одно- и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках, и помощью специальных встроенных средств объединять их в готовую к выполнению программу.
Современная система программирования содержит описания поддерживаемых языков программирования, программы-трансляторы с этих языков, а также развитую библиотеку стандартных подпрограмм.
В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.
1. Текстовый редактор. Специализированные текстовые редакторы, ориентированные на конкретный язык программирования, необходимы для получения файла с исходным текстом программы.
2. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. Исходный текст программы состоит из одного или нескольких файлов (с исходными текстами). Каждый исходный файл компилируется в отдельный файл с объектным кодом. Затем объектные файлы объединяются в одно целое. Системы программирования включают в себя библиотеки стандартных подпрограмм.
3. Объектный код модулей и подключенные к нему стандартные функции обрабатывает специальная программа – редактор связей (компоновщик). Эта программа объединяет объектные коды с учетом требований операционной системы и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы. Исполнимый код представляет собой законченную программу, которую можно запустить на любом компьютер, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась.
4. В современных системах программирования имеется еще один компонент – отладчик, который позволяет анализировать работу программы во время ее исполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста последовательно, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных.
Отметим, что имеется два основных вида средств реализации языка: компиляторы и интерпретаторы.
Компилятор транслирует весь текст программы, написанной на языке высокого уровня, в ходе непрерывного процесса. При этом создается полная программа в машинных кодах, которую затем компьютер выполняет без участия компилятора.
Интерпретатор последовательно анализирует по одному оператору программы, превращая при этом каждую синтаксическую конструкцию, записанную на языке высокого уровня, в машинные коды и выполняя их одна за другой. Интерпретатор должен постоянно присутствовать в зоне основной памяти вместе с интерпретируемой программой, что требует значительных объемов памяти.
Основным преимуществом компиляции является скорость выполнения готовой программы. Интерпретируемая программа неизбежно выполняется медленнее, чем компилируемая, поскольку интерпретатор должен строить соответствующую последовательность команд в момент, когда инструкция предписывает выполнение.
В то же время интерпретируемый язык часто более удобен для программиста, особенно начинающего. Он позволяет проконтролировать результат каждой операции. Особенно хорошо такой язык подходит для диалогового стиля разработки программ, когда отдельные части программы можно написать, проверить и выполнить в ходе создания программы, не отключая интерпретатора.
Следует заметить, что любой язык программирования может быть как интерпретируемым, так и компилируемым, но в большинстве случаев у каждого языка есть свой предпочтительный способ реализации.