Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику

Подождите немного. Документ загружается.

110

и структур данных, обычно как раз и обеспечиваемых компонентами. Вот

почему языки сценариев часто называют склеивающими языками (glue

languages) или языками интеграции систем (system integration languages).

″Приближение″ структуры средств ранее разработанных языков

программирования к особенностям современных требований приводит к

превращению языков в гибридные, т.е. обладающие свойствами разных групп

языков (к примеру, C++, Visual Basic, Java и др.). Так как процесс разработки

языков программирования продолжается, то в таблице 5.2 приведены

характеристики наиболее популярных среди пользователей языков

программирования разного назначения. Более полная информация приведена в

Приложении 3.

Таблица 5.2.

Наиболее распространённые языки программирования (ЯП) для ПК

Наименование ЯП

Год

создания

Тип

языка

Автор (ы) разработки

Pascal

1970

ЯПС/–

Никлаус Вирт

1972

ЯПС/–

Дэннис Ритчи

C++

1980

ЯПС/ОО

Бьёрн Страуструп

Turbo Pascal

1983

ЯПС/–

Андерс Хейльсберг, Филипп Кан

Perl

1986

ЯС/ОО

Ларри Вол

Python

1990

ЯС/ОО

Гвидо ван Россум

Visual Basic

1991

ЯС/ОО

Microsoft

Delphi/Object Pascal

1995

ЯПС/ОО

Андерс Хейльсберг

Java

1995

ЯПС/ОО

Патрик Нотон и Джеймс Гослинг

Java Script

1995

ЯС/ОО

–

VBScript

1997

ЯС/ОО

Microsoft

XML

1998

–/–

W3C

2000

ЯПС/ОО

Андерс Хейльсберг

ПРИМЕЧАНИЯ:

ЯПС–язык программирования систем, ЯС–язык скриптов

ОО–объектно-ориентированый язык.

Одним из важнейших признаков классификации языков программирования

является принадлежность их к одному из стилей, основные из которых

приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3.

Стили языков программирования

Стиль (тип) языка программирования

Найменование языка

Процедурний

FORTRAN, COBOL, BASIC, PL/I, FORTH,

Pascal, Turbo Pascal

Декларативний (функциональный)

LISP, Common Lisp

Логический (реляционный)

Рrolog

Параллельное программирование

Ada, С++, Concurrent Pascal, Occam

Объектно-ориентированный

Smalltalk, С++, Object Pascal, Python, Java,

Simula, Java Script, VBScript, C#

Модульный (компонентный)

C#, С++, Java, Object Pascal, Visual Basic,

Ada, Modula-2, Eiffel, Component Pascal

Специализированные языки

HTML, XML, Tcl, Perl, Cold Fusion

111

Для представления выразительных возможностей языков

программирования разных стилей в таблице 5.4 приведены фрагменты

программ реализации вывода на экран дисплея текстового сообщения “Hallo

World!”, которое стало традиционным в курсах изучения практически всех

языков кодирования.

Таблица 5.4.

Программы вивода на экран дисплея стандартной фразы “Hallo, World!”,

выполненные на языках програмирования разных стилей.

Процедурный языкTurbo Pascal

Program Hello;

Begin

Writeln ('Hello, World!');

End.

Процедурный языкFORTRAN

c Hello, world.

Program Hello

implicit none

logical DONE

DO while (.NOT. DONE)

write(*,10)

END DO

10 format('Hello, World!')

END

Декларативный (функциональный) язык

LISP

; LISP

(DEFUN HELLO-WORLD ()

(PRINT (LIST 'HELLO 'WORLD)))

Логический (реляционный) язык Prolog

% HELLO WORLD.

Works with Sbp (prolog)

hello :-

printstring("HELLO, WORLD!!!!").

printstring([]).

printstring([H|T]) :- put(H),

printstring(T).

Язык параллельного програмировання

Ada

with Text_Io; use Text_Io;

procеdure hello is

begin

put ("Hello, world!");

end hello;

Модульный (компонентный) язык

Visual Basic

Private Sub Form_Load()

Static I

for I = 1 to 10

msgbox "Hello, World!"

Next I

end sub

Объектно-ориентированный язык C++

hallo.cpp

#include <iostream> //

::std::cout

#include <ostream> // <<

int main(){ ::std::cout <<

"Hallo, world!" << '\n'; }

Объектно-ориентированный язык Java

Hallo.java

public class Hallo

{ public static void main(

String[] args )

{ System.out.println( "Hallo,

World! " ); }}

Специализированный язык HTML

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>Hello, World!</TITLE>

</HEAD>

<BODY>

Hello, World!

</BODY>

</HTML>

Специализированный язык Perl

print "Hello, World!\n" while (1);

112

С точки зрения классификации языков программирования по типам

решаемых с их помощью задач, некоторые авторы предлагают следующее

разделение (табл. 5.5).

Таблица 5.5.

Классификация языков программирования по типам решаемых с их помощью

задач

Тип решаемой задачи Наименование языков

Задачи искусственного интеллекта

Lisp, Prolog, Multilisp, Common Lisp, Рефал

Planner, QA4, FRL, KRL, QLisp

Параллельные вычисления

Fun, Apl, Alfl, PARAlfl, ML, SML, PPL/1, Hope,

Miranda, Occam, PFOR, Glypnir, Actus,

параллельный Cobol, ОВС-ЛЯПИС, ОВС-

Алгол,

ОВС-Фортран, PA(1), PA(G)

Задачи вычислительной математики и

физики

Occam, PFOR, Glypnir, Actus, параллельны

Cobol, ОВС-ЛЯПИС, ОВС-Мнемокод, ОВС

Алгол, ОВС-Фортран, PA(1), PA(G)

Разработка интерфейса Forth, c, C++, Ассемблер, Макроасс

емблер,

Simula-67, OAK, Smalltalk, Java, РПГ

Разработка программ-оболочек,

разработка систем

Forth, c, C++, Ассемблер, Макроасс

емблер,

Simula-67, OAK, Smalltalk, Java, РПГ

Задачи вычислительного характера Python, Algol, Fortran, Cobol, Ada, PL/1, Фокал

Basic, Pascal

Оформление документов, обработка

больших текс

товых файлов, организация

виртуальных трехмерных интерфейсов в

Интернете, разработка баз данных

HTML, XML, Perl, Tcl/Tk, VRML, SQL, PL/SCL,

Informix 4GL, Natural, DDL, DSDL, SEQUEL,

QBE, ISBL

Языки сетевой обработки

(реализации Web–сервисов)

Java, C++, C#, Visual Basic .NET

Клиент-серверные языки

программирования в WWW

Java, JavaScript, VBScript, XML,

ASP (Active

Server Pages), PHP, Perl, Python, ScriptBasic,

HTML, CGI, CSS

Языки программирования

геоинформационных систем (языки

встроенных систем)

Avenue

, Visual Basic for Application, ArcXML,

MapBasic,

AutoLisp, Visual Basic, VBScript, GML

Приложения и программы пишутся для решения всё более сложных задач

с использованием быстро развивающихся информационно-компьютерных

технологий, Web– и Интернет технологий. По некоторым данным

, мир

наконец-то осознал фундаментальную важность сетевой обработки данных, и

чтобы это оценить, следует вдуматься в следующую ошеломляющую цифру: в

2000 году рыночная стоимость 200 крупнейших сетевых американских

компаний, акции которых котируются на фондовой бирже, превысила 5 трлн

долл. За этот же год их суммарный оборот увеличился на 100 млрд. долл. (т.е.

на 14%) — c 709,7 в 1999 г. до 809,6 млрд долл. в 2000 г.

http://osp.admin.tomsk.ru/nets/2000/07/066.htm

113

И, как стало ясно из развития событий, ключ к Internet и Web-сервисам —

это языки программирования, ориентированные на создание компонентных

приложений, программирование беспроводных интерфейсов и мобильных

устройств.

Идеолог языков программирования из корпорации Microsoft Андерс

Хейльсберг охарактеризовал C# (“си шарп”) как “первый настоящий

компонентно-ориентированный язык программирования в семействе Cи/Cи++”.

Он также уверен, что модель программирования, основанная на компонентах с

ассоциированными с ними данными (соответствуют свойствам, properties, в

некоторых других языках) и вариантами поведения (соответствуют событиям,

events), поддерживается в C# более естественно, чем в Java. “Java эмулирует

свойства с использованием специальной схемы именования методов доступа,

— говорит Хейльсберг, — а обработчики событий — с помощью различных

“переходников” и связующего кода”. Он согласен с тем, что и Java, и Cи++

также поддерживают компонентно-ориентированный стиль программирования,

но считает, что “компоненты в них не обладают гражданством первого класса”.

Некоторые отличия этих языков приведены в табл. 5.6.

Таблица 5.6.

Сравнение объектно-компонентно-ориентированных языков

Черта

Язык С++

Язык Java

Язык C#

Управление

системными

ресурсами

Выделение и высвобождение памяти

вручную, с использованием

специальных операторов

Автоматическая «сборка мусора»

Производи-

тельность

труда

программист

ов

Небольшое число высокоуровневых

механизмов

Хорошо

структурированные

определения

структур данных и

операторы передачи

управления

Расширенный словарь

предопределённых типов

данных;

Повышенная гибкость в

передаче управления

Надёжность

ПО

Ограниченные возможности контроля

типов; неудобные и часто

игнорируемые программами

механизмы обработки ошибок

Жёсткий контроль типов позволяет избежать

ошибок с непредусмотренным переопределением

операций; механизмы обработки исключительных

ситуаций позволяют обрабатывать ошибки только

структурированным образом

Производи-

тельность

приложений

Свобода использования указателей на

данные позволяет рационализировать

многие операции, но в то же время

создаёт возможности для

многочисленных программистских

ошибок; ограниченный набор

механизмов, характерных для

объектно-ориентированных систем,

сводит к минимуму дополнительные

вычислительные расходы, связанные с

их реализацией

Указатели не

используются;

процедуры

преобразования типа

между объектами и

примитивными типами

бывают порой довольно

неуклюжи

Использование

указателей возможно,

но только в коде,

помеченном

специальным ярлыком

“unsafe”; эффективное

преобразование типов

объектов и значений с

использованием

механизма «боксов»

Переноси-

мость

приложений

Компиляция в платформенно-

независимый код

Компиляция в

универсальный байт-

код, пригодный для

использования на

любой платформе,

оснащённой

виртуальной Java-

машиной

Компиляция в код .Net

intermediate Language

114

Следует добавить, что в рамках концепции создания всемирной

архитектуры использования Web–сервисов – .Net (дот нет), которую развивает

Microsoft, этой корпорацией реализовано целое семейство продуктов

разработки с соответствующими языками: Visual Basic .NET 2003, Visual C#

.NET 2003, Visual C++ .NET 2003, Visual J# .NET 2003 и планируется

продолжение этих работ.

5.3. Некоторые возможные сравнения

Вместе с тем, до сих пор специалистами дебатируются вопросы

эффективности того или иного языка программирования с точки зрения

глобальности и широты спектра решаемых им проблем,. На этом фоне

Международная Комиссия в составе членов комитетов по образованию

организаций IEEE-CS

и ACM

пришли к мнению, что специалистам в области

информатики на начальном этапе необходимо знание не менее двух языков.

Понятно, что обычно осваивать программирование и, соответственно, сам

язык, начинают с более простого. Чем же может «измеряться» сложность

языка? Кроме стилевых и концептуальных особенностей, связанных с областью

его применения, в большинстве языков существует т.н. лексемный уровень.

Лексемы представляют минимальные единицы языка, имеющие значение в его

структуре: идентификаторы, буквенные константы, знаки операций

(операторы) и разделители. В языках процедурной направленности большое

значение имеют операции работы с данными: арифметические (+, –, *, /),

сравнения, логические и ряд других. В некоторых языках их именуют

операторами или функциями

. В сложных выражениях с их участием

необходимо учитывать приоритет каждой из операций. К примеру, в операторе

присваивания языка Турбо Паскаль R := 20–8/4, сначала будет выполнена

операция деления (/), имеющая более высокий приоритет, а затем результат

будет вычтен из числа 20.

В таблице 5.7 приведены соотношения количества операций и уровней их

приоритета в некоторых популярных языках программирования.

Из таблицы следует, что наиболее «лёгкими», то есть теми, которые имеют

относительно небольшое количество операций и уровней их приоритета, а так

же с точки зрения простоты освоения возможностей языка, являются

Turbo Pascal и Visual Basic. Однако, с точки зрения объёмов средств поддержки,

которые включают описание языка и непосредственно саму среду разработки

IDE, Turbo Pascal остаётся непревзойдённым до сих пор.

Кроме того, в основе любого языка программирования лежат принципы

организации структур данных и, как правило, некоторый набор инструкций

Institute of Electrical and Electronics Engineers-Computer Science – Институт инженеров по электротехнике и

электронике-компьютерные науки.

Association for Computing Machinery – Ассоциация по вычислительной технике.

Существует различие в названиях элементов языков программирования. Так, управляющие конструкции

(типа If-Then-Else, Do, While и др.) к примеру, в языке Turbo Pascal именуются ОПЕРАТОРАМИ, а в Visual Basic –

ИНСТРУКЦИЯМИ. Соответственно, операции работы с данными (+, - и т.д.) – в языке Turbo Pascal называются

ОПЕРАЦИЯМИ, а в VB – ОПЕРАТОРАМИ.

115

языка. Усвоив принципы их использования на базе языка Turbo Pascal, можно

использовать эти знания для изучения других языков, которые непосредственно

относятся к сфере профессиональной деятельности.

Таблица 5.7.

Сравнительная таблица некоторых характеристик языков программирования

Название языка

программирования (ЯП)

Количество операций/

операторов

(типа +, –, *, /, >, < и т.д.)

Количество уровней

приоритета операций/

операторов

Turbo Pascal

Visual Basic (VB)

VBA (Visual Basic For Application)

VBScript

Java

Java Script

C++

Perl

Уже давно среди специалистов продолжается полемика по поводу

сравнения языков Turbo Pascal и С++ (который по некоторым данным входит в

число трёх наиболее популярных на мировом уровне языков программирования

вместе с VB и Java). Поэтому представляет интерес отметить некоторые

особенности языка С++. Существенная направленность С++ на работу с

аппаратурой и компонентами персональных компьютеров обеспечивается 52-ю

операторами работы с данными, которые объединены в 18 групп разного

приоритета. Сюда, кстати, входят постфиксные и префиксные инкременты (++)

и декременты (--), операторы присваивания: с умножением (*=), делением (/=),

делением по модулю (%=), суммой (+=), разностью (-=), сдвигом влево (<<=) и

сдвигом вправо (>>=). Сюда же входят побитовые операции: И (&), ИЛИ ( | ),

побитовое исключающее ИЛИ ( ^ ), логическое И (&&) и ИЛИ ( || ), тернарная

операция (?) и многие другие. В то же время, в языке Turbo Pascal 7.0,

используется всего 20 операций работы с данными, которые объединены в

4 группы приоритетностей выполнения, что всего в четыре раза меньше

количества приоритетов в языке С++ (!!!).

Как известно, в алгоритмических языках программа – это "алгоритмы +

структуры данных".

Объектно-ориентированные (ОО) языки представляют собой среду, в

которой программисты определяют не только типы структур данных, но и типы

операторов (функций), которые применяются к этим структурам данных. В

таком контексте образуются объекты, включающие и данные, и функции (т.н.

методы). Функционально подобные объекты образуют классы. В рамках

создаваемой информационной системы программисты должны спроектировать

связи между моделируемыми объектами с учётом наследуемых из классов

свойств.

Чрезвычайно важным представляется также тот факт, что язык С++

является существенно объектно-ориентированным (ОО) и изначально

предполагает у изучающего чёткое представление об ОО парадигме,

116

включающей следующие фундаментальные понятия: ОБЪЕКТ, СООБЩЕНИЕ,

КЛАСС, НАСЛЕДОВАНИЕ И МЕТОД. В контексте языка постоянно и широко

используются принципы, лежащие в основе объектной модели представления

программно моделируемых систем: абстрагирование, инкапсуляция,

полиморфизм, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и

сохраняемость. Механизмами реализации указанных абстракций являются

виртуальные и не виртуальные функции, перегружаемые функции и методы,

функции-члены базовых классов и их объекты, потоки, буфера и их классы,

шаблоны, объявляющие параметризованные классы массивов, классы и

экземпляры шаблонов и т.д. Другими словами, алгоритмическая составляющая

в этом языке служит основой реализации методов объектов, при весьма

высокой степени абстракции представления элементов иерархической

структуры организации взаимодействия абстрактных данных в виде базовых и

виртуальных классов реализуемых систем и порождаемых ими объектов. Всё

это делает язык С++ достаточно сложным для освоения.

Вместе с тем, расширение горизонтов применения компьютеров и

совершенствование возможностей языков программирования требует освоения

всё новых и новых не только языковых инструментов, но и их диалектов.

Можно назвать как минимум три десятка языков, которые сыграли

заметную роль в развитии программирования, но все же именно три пары —

Алгол-60 и Фортран, Паскаль и Си, Java и Си++ — стали самыми яркими,

самыми заметными на компьютерном небосклоне.

Говоря об отстраненном и предвзятом отношении людей к «чужим»

языкам, Никлаус Вирт, автор языка Паскаль отмечал: «Многие относятся к

стилям и языкам программирования, как к религиозным конфессиям: если вы

принадлежите к одной из них, то не можете принадлежать к другой. Но это

ложная аналогия, и она сознательно поддерживается по причинам

коммерческого порядка».

Оппонент Никлауса Вирта — Деннис Ритчи (автор языка С) — недавно

отметил: «Паскаль — очень элегантный язык. Он по-прежнему жив. Он

породил немало своих последователей и оказал глубокое воздействие на

проектирование других языков».

В интервью, данном 21.02.2001 системному аналитику Денни Калеву

(Danny Kalev), создатель одного из наиболее широко используемых языков

C++, Бьерн Страуструп сказал следующее:

«Многое в программировании лучше сделать методами, которые не

помещаются внутри узкой полоски методов, именуемых "объектно-

ориентированными". И если Вы не выходите за границу "объектно-

ориентированных" методов, чтобы остаться в рамках "хорошего

программирования и проектирования", Вы получаете нечто, что является в

основном бессмысленным. Будущее за мультипарадигматическим

программированием».

Далее Бьерн Страуструп добавил:

«… я думаю, что любой язык, который стремится к господствующему

положению во всех областях, должен обеспечить широкую основу для

117

нескольких методов, включая объектно-ориентированное программирование

(на основе иерархии классов) и обобщенное программирование

(параметризированные типы и алгоритмы). В частности, необходимо

обеспечить хорошие средства для создания программ из отдельных

(независимых) частей (возможно, написанных на различных языках). Я также

думаю, что для управления сложным процессом обработки ошибок

необходимы исключения. Язык, в котором отсутствуют такие средства,

вынуждает его пользователей моделировать их (что ведет к дополнительным

ошибкам и затратам)».

Не удивительно, что продолжают жить многие старые добрые языки Fortran,

COBOL, Ada и другие. В частности, в июне 2001 года фирма COMPAQ

выпустила на рынок интегрированную визуальную среду разработки с

оптимизирующим компилятором Compaq Visual Fortran 6.6 (рис. 5.5).

В проведённом в 2001 году исследовании

была сделана оценка комплекса

компонентов программного обеспечения, которое относится к так называемым

"открытым кодам" (Open Source) и размещено на европейском сайте «The Site

for Libre Software Developers [http://libre.act-europe.fr/]. Оказалось, что в

комплексе исследуемых программных разработок, занимающих в запакованном

виде на диске пространство более чем 1 гигабайт и разрабатываемых с

участием 5300 программистов из 41-ой страны, количество

разработчиков (кодеров), использовавших те или иные языки

программирования, разделились следующим образом (рис. 5.6).

Из полученных данных вытекает, что большинство профессиональных

программистов успешно владеют языками С и С++, но продолжают

использовать в своей работе не только язык Паскаль, но и многие другие.

Это и неудивительно, ведь язык Паскаль, созданный в 1968 г.

Никлаусом Виртом, разрабатывался изначально для обучения написанию

надёжных программ с развитой системой данных и является учебным языком

высокого уровня. Для него в 1982 году была создана уникальная

Who Is Doing It? A research on Libre Software developers. Fachgebiet für Informatik und Gesellschaft TU-Berlin,

August 2001 / Robles G., Scheider H., Tretkowski I, Weber N. WEB-сайт (Электронн. ресурс) / Способ доступа:

URL widi.berlios.de/paper/ study.html

Рис. 5.5 CD с компилятором Compaq Visual Fortran 6.6

118

интегрированная среда разработки Turbo Pasca, конечным этапом развития

которой явилась версия Turbo Pascal 7.0 фирмы Borland International.

Эта интегрированная среда разработки:

 Имеет встроенный редактор, компилятор, средства запуска программ на

счёт, отладчик, позволяющий не только отлаживать программы, но и

исследовать их работу.

 Позволяет систематически и точно выражать концепции и структуры

элементов программирования.

 Показывает, что использование машинно-независимого языка

программирования с гибкими структурами данных и управляющими

конструкциями приводит к повышению "удобочитаемости",

верифицируемости

и, соответственно, надёжности без потери эффективности.

 Turbo Pascal 7.0 способствует улучшению понимания методов

организации больших программ и методов управления программистскими

проектами.

 Имеет развитые средства диагностики ошибок, эффективные

инструменты отладки и по этим причинам является весьма удобным средством

для обучению программированию.

Верификация – процесс подтверждения выполнения программой заложенных в неё функций, т.е. проверка

правильности программы путём формального доказательства соответствия программы заданной спецификации.

Рис. 5.6. Численное распределение количества программистов по типам

используемых ими языков программирования (большинство программистов

применяли в своих разработках по несколько разных языков)

119

 Включает библиотеку Turbo Vision с мощными средствами объектно-

ориентированного программирования.

 Имеет компактные размеры интегрированной среды разработки и

документации с описанием её работы и собственно конструкций языка Borland

Паскаль.

Поскольку язык Паскаль фактически реализует виртуальную машину

высокого уровня (Паскаль-машину) с усиленным языковым ограничением, это

затрудняет пользователю выход за её пределы, что в процессе обучения и

является важным положительным моментом.

На рисунке 5.7 представлена пространственно-временная диаграмма

развития языка Паскаль в структуре остальных наиболее значимых языков

программирования.

Если смотреть на языки программирования, как на инструмент обработки

данных, все они имеют следующие основные базовые элементы:

1960

Fortran I

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

императивные

языки

гибридные

языки

объектно-ориентированные

языки

гибридные

языки

функциональные

языки

Fortran II

Fortran IV

Basic

COBOL

Algol 58

Algol 60

Algol W

Pascal

Modula-2

Algol 68

BCPL

Fortran 77

Visual Fortran

PL/I

Simula

Simula 67

Lisp

Scheme

Common Lisp

C++

Ada

SmallTalk 80

Eiffel

Modula-3

Fortran 90

Visual Basic

Java

Delphi/

Object Pascal

Visual Basic .NET

Visual

C++ .NET

CLOS

Prolog

Haskell

Ada

Fortran 95

Python

Рис. 5.7. Представление процесса развития наиболее значимых языков

программирования