эволюция и классификация языков программирования.

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 ее управлением. В более абстрактном виде ЯП является средством создания программных моделей объектов и явлений внешнего мира.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число увеличивается. 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.

Чтобы понимать тенденции развития ЯП, нужно знать движущие силы их эволюции. Для выяснения этого вопроса будем рассматривать ЯП с различных точек зрения.

1) Во-первых, ЯП является инструментом программиста для создания программ. Для создания хороших программ нужны хорошие ЯП. Поэтому одной из движущих сил эволюции ЯП является стремление разработчиков к созданию более совершенных программ.

2) Во-вторых, процесс разработки программы можно сравнивать с промышленным производством, в котором определяющими факторами являются производительность труда коллектива программистов, себестоимость и качество программной продукции. Создаются различные технологии разработки программ (структурное, модульное, объектно-ориентированное программирование и другие), которые должны поддержи­ваться ЯП. Поэтому второй движущей силой эволюции ЯП является стремление к по­вышению эффективности процесса производства программной продукции.

3) В-третьих, программы можно рассматривать как аналог радиоэлектронных уст­ройств обработки информации, в которых вместо радиодеталей и микросхем исполь­зуют конструкции ЯП. Как и электронные устройства, программы могут быть простей­шими (уровня детекторного приемника) и сложными (уровня автоматической косми­ческой станции), при этом уровень инструмента должен соответствовать сложности изделия. Поэтому третьей движущей силой является увеличение разнообразия и повышение сложности задач, решаемых с помощью ЭВМ.

4) В-четвертых, совершенствование самих ЭВМ приводит к необходимости создания языков, максимально реализующих новые возможности ЭВМ.

5) В-пятых, программы являются интеллектуальным продуктом, который нужно нака­пливать и приумножать. Но программы, как и технические изделия, обладают свойст­вом морального старения, одной из причин которого является их зависимость от типа ЭВМ и операционной среды. Поэтому ЯП должен обеспечивать продолжительный жизненный цикл программы. Стремление к этому и является движущей силой развития ЯП.

ЯП можно классифицировать по следующим признакам:

1) По степени ориентации на специфические возможности ЭВМ ЯП делятся на:
- машинно-зависимые;
- машинно-независимые.
К машинно-зависимым ЯП относятся машинные языки, ассемблеры и автокоды, использующиеся в системном программировании. Программа на машинно-не­зависимом ЯП после трансляции на машинный язык становится машинно-зависимой.

2) По степени детализации алгоритма получения результата ЯП делятся на:
- языки низкого уровня;
- языки высокого уровня;
- языки сверхвысокого уровня.
3) По степени ориентации на решение определенного класса задач:
- проблемно-ориентированные;
- универсальные.
4) По возможности дополнения новыми типами данных и операциями:
- расширяемые;
- нерасширяемые.
5) По возможности управления реальными объектами и процессами:
- языки систем реального времени;
- языки систем условного времени.

6) По способу получения результата:
- процедурные;
- непроцедурные.
7) По типу решаемых задач:
- языки системного программирования;
- языки прикладного программирования.

8) Непроцедурные языки по типу встроенной процедуры поиска решений:
- реляционные;
- функциональные;
- логические.
Специализированные языки.

Фортран (1954 год создания)

APL (1957)

Lisp (1958)

Cobol (1960)

Algol (1960)

Snobol (1962)

BASIC (1963)

SETL (1969)

Pascal (1970)

C (1972) и С++ (1986)

Ada (1983) и Ada95 (1995)

JavaScript

VBScript

Perl

Python

Simula

Smalltalk (1972)

Eiffel

Оccam (1982)

В 1954 году в недрах корпорации IBM группой разработчиков во главе с Джоном Бэкусом (John Backus) был создан язык программирования Fortran.

Значение этого события трудно переоценить. Это первый язык программирования высокого уровня. Впервые программист мог по-настоящему абстрагироваться от осо­бенностей машинной архитектуры. Ключевой идеей, отличающей новый язык от ас­семблера, была концепция подпрограмм. Напомним, что это современные компью­теры поддерживают подпрограммы на аппаратном уровне, предоставляя соответст­вующие команды и структуры данных (стек) прямо на уровне ассемблера, в 1954 же году это было совершенно не так. Поэтому компиляция Fortran’а была процессом от­нюдь не тривиальным. Кроме того, синтаксическая структура языка была достаточно сложна для машинной обработки в первую очередь из-за того, что пробелы как син­таксические единицы вообще не использовались. Это порождало массу возможно­стей для скрытых ошибок, таких, например:

В Фортране следующая конструкция описывает «цикл for до метки 10 при изменении индекса от 1 до 100»:
DO 10 I=1,100
Если здесь заменить запятую на точку, то получится оператор присваивания:
DO10I = 1.100
Говорят, что такая ошибка заставила ракету взорваться во время старта.

Язык Фортран использовался (и используется по сей день) для научных вычислений. Он страдает от отсутствия многих привычных языковых конструкций и атрибутов, компилятор практически никак не проверяет синтаксически правильную программу с точки зрения семантической корректности (соответствие типов и проч.). В нем нет поддержки современных способов структурирования кода и данных. Это осознавали и сами разработчики. По признанию самого Бэкуса, перед ними стояла задача скорее разработки компилятора, чем языка. Понимание самостоятельного значения языков программирования пришло позже.

6.2. APL

В 1957 году была предпринята попытка создания языка для описания математической обработки данных. Язык был назван APL (Application Programming Language). Его от­личительной особенностью было использование математических символов (что за­трудняло применение на текстовых терминалах; появление графических интерфей­сов сняло эту проблему) и очень мощный синтаксис, который позволял производить множество нетривиальных операций прямо над сложными объектами, не прибегая к разбиению их на компоненты. Широкому применению помешало, как уже отмечалось, использование нестандартных символов как элементов синтаксиса.

6.3. Lisp и ему подобные языки

В 1958 году появился язык Lisp — язык для обработки списков. Получил достаточно широкое распространение в системах искусственного интеллекта. Имеет несколько потомков: Planner (1967), Scheme (1975), Common Lisp (1984). Многие его черты были унаследованы современными языками функционального программирования.

6.4. Cobol

В 1960 году был создан язык программирования Cobol.

Он задумывался как язык для создания коммерческих приложений, и он стал тако­вым. На Коболе написаны тысячи прикладных коммерческих систем. Отличительной особенностью языка является возможность эффективной работы с большими масси­вами данных. Популярность Ко­бола столь высока, что даже сейчас, при всех его недостатках (по структуре и за­мыслу Кобол во многом напоминает Фортран), появляются новые его диалекты и реа­лизации. Так появилась реализация Кобола, совместимая с Microsoft.NET, что потребовало, вероятно, внесения в язык некоторых черт объектно-ориентирован­ного языка.

Основные понятия алгоритмических языков программирования.

Алгоритмический язык содержит подобные элементы, только слова называют элемен- тарными конструкциями, словосочетания-выражениями, предложения-операторами. Символы, элементарные конструкции, выражения и операторы составляют иерархическую структуру, поскольку элементарные конструк- ции образуются из последовательности символов, выражения-это последо- вательность элементарных конструкций и символов, а оператор-последо- вательность выражений, элементарных конструкций и символов. ОПИСАНИЕ ЯЗЫКА есть описание четырех названных элементов. Описание символов заключается в перечислении допустимых символов языка. Под описанием элементарных конструкций понимают правила их образования. Описание выражений-это правила образования любых выражений, имеющих смысл в данном языке. Описание операторов состоит из рассмотрения всех типов операторов, допустимых в языке. Описание каждого элемента языка задается его СИНТАКСИСОМ и СЕМАНТИКОЙ. Синтаксические определе- ния устанавливают правила построения элементов языка. Семантика опре- деляет смысл и правила использования тех элементов языка, для которых были даны синтаксические определения. СИМВОЛЫязыка-это основные неделимые знаки, в терминах которых пи- шутся все тексты на языке. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ -это минимальные единицы языка, имеющие самостоятельный смысл. Они образуются из основных символов языка. ВЫРАЖЕНИЕ в алгоритмическом языке состоит из элементарных конс- трукций и символов, оно задает правило вычисления некоторого значе- ния. ОПЕРАТОР задает полное описание некоторого действия, которое необ- ходимо выполнить. Для описания сложного действия может потребоваться группа операторов. В этом случае операторы объединяются в СОСТАВНОЙ ОПЕРАТОР или БЛОК. Действия, заданные операторами, выполняются над ДАННЫМИ. Предложения алгоритмического языка, в которых даются сведения о типах данных, называются ОПИСАНИЯМИ или неисполняемыми операторами. Объединенная единым алгоритмом совокупность описаний и операторов образует ПРОГРАММУ на алгоритмическом языке. В процессе изучения алгоритмического языка необходимо отличать алгоритмический язык от того языка, с помощью которого осуществляется описание изучаемого алгоритмического языка. Обычно изучаемый язык на- зывают просто языком, а язык, в терминах которого дается описание изучаемого языка - МЕТАЯЗЫКОМ.