Классификация языков программирования

Машинно-ориентированные языки

Машинно-ориентированные языки — это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т. д.).

Машинно-ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

• — высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);
• — возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
• — предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
• — для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;
• — трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;
• — низкая скорость программирования;
• — невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы.

Виды процедурных языков программирования и их развитие

Python.

Python — в русском языке распространено название питомн) — высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика и читаемости кода. Синтаксис ядра Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций.

Python поддерживает несколько парадигм программирования, в том числе структурное, объектно-ориентированное, функциональное, императивное и аспектно-ориентированное. Основные архитектурные черты — динамическая типизация, автоматическое управление памятью, полная интроспекция, механизм обработки исключений, поддержка многопоточных вычислений и удобные высокоуровневые структуры данных. Код в Python организовывается в функции и классы, которые могут объединяться в модули (они в свою очередь могут быть объединены в пакеты).

Эталонной реализацией Python является интерпретатор CPython, поддерживающий большинство активно используемых платформ. Он распространяется под свободной лицензией Python Software Foundation License, позволяющей использовать его без ограничений в любых приложениях, включая проприетарные. Есть реализации интерпретаторов для JVM (с возможностью компиляции), MSIL (с возможностью компиляции), LLVM и других. Проект PyPy предлагает реализацию Python на самом Python, что уменьшает затраты на изменения языка и постановку экспериментов над новыми возможностями.

Python — активно развивающийся язык программирования, новые версии (с добавлением/изменением языковых свойств) выходят примерно раз в два с половиной года. Вследствие этого и некоторых других причин на Python отсутствуют стандарт ANSI, ISO или другие официальные стандарты, их роль выполняет CPython.

История — разработка языка Python была начата в конце 1980;х годов сотрудником голландского института CWI Гвидо ван Россумом. Для распределённой ОС Amoeba требовался расширяемый скриптовый язык, и Гвидо начал писать Python на досуге, позаимствовав некоторые наработки для языка ABC (Гвидо участвовал в разработке этого языка, ориентированного на обучение программированию). В феврале 1991 года Гвидо опубликовал исходный текст в ньюсгруппе alt.sources. С самого начала Python проектировался как объектно-ориентированный язык.

Pascal.

Паскаль (англ. Pascal) -высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1968/9 годах (опубликован в 1970;м) после его участия в работе комитета разработки стандарта языкаАлгол-68.

Паскаль был создан как язык для обучения процедурному программированию (хотя, 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.

Паскаль был создан Никлаусом Виртомв 1968/9 годах после его участия в работе комитета разработки стандарта языкаАлгол-68. Он был опубликован в 1970 году Виртом как небольшой и эффективный язык, чтобы способствовать хорошему стилю программирования, использовать структурное программирование и структурированные данные.

Компилятор Паскаля был написан на самом Паскале, используя «метод раскрутки», когда создается ядро языка, с постепенным наращиванием новых возможностей.

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.

Наиболее известной реализацией Паскаля, обеспечившая широкое распространение и развитие языка является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшая затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой использовались значительные расширения языка.

Диалекты Паскаля, применяемые в Turbo Pascal для DOS и Delphi для Windows, из-за отсутствия других успешных коммерческих реализаций стали популярны.

Объектный Паскаль от Borland и в отсутствие отраслевой стандартизации стал сильно отличаться от классического Паскаля.

Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи программ, задающих 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. Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более 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.

C.

Си (англ. C) — стандартизированный процедурный язык программирования, разработанный в начале 1970;х годов сотрудниками Bell Labs Кеном Томпсоном и Денисом Ритчи как развитие языка Би. Си был создан для использования в операционной системе UNIX. С тех пор он был импортирован на многие другие операционные системы и стал одним из самых используемых языков программирования. Си ценят за его эффективность; он является самым популярным языком для создания системного программного обеспечения. Его также часто используют для создания прикладных программ. Несмотря на то, что Си не разрабатывался для новичков, он активно используется для обучения программированию. В дальнейшем синтаксис языка Си стал основой для многих других языков (см.: Си-подобный синтаксис).

Для языка Си характерны лаконичность, современный набор конструкций управления потоком выполнения, структур данных и обширный набор операций.

Язык программирования Си отличается минимализмом. Авторы языка хотели, чтобы программы на нём легко компилировались с помощью однопроходного компилятора, после компиляции каждой элементарной составляющей программы соответствовало весьма небольшое число машинных команд, а использование базовых элементов языка не задействовало библиотеку времени выполнения. Однопроходный компилятор компилирует программу, не возвращаясь назад, к уже откомпилированному тексту. Поэтому использованию функции должно предшествовать её объявление. Код на Си можно легко писать на низком уровне абстракции, почти как на ассемблере. Иногда Си называют «универсальным ассемблером» или «ассемблером высокого уровня», что отражает различие языков ассемблера для разных платформ и единство стандарта Си, код которого может быть скомпилирован без изменений практически на любой модели компьютера. Си часто называют языком среднего уровня или даже низкого уровня, учитывая то, как близко он работает к реальным устройствам.

Компиляторы Си разрабатываются сравнительно легко благодаря относительно низкому уровню языка и скромному набору элементов. Поэтому данный язык доступен на самых различных платформах (возможно, круг этих платформ шире, чем у любого другого существующего языка). К тому же, несмотря на свою низкоуровневую природу, язык позволяет создавать переносимые программы и поддерживает программиста в этом. Программы, соответствующие стандарту языка, могут компилироваться на самых различных компьютерах.

Си (как и ОС UNIX, с которой он долгое время был связан) создавался программистами и для программистов, круг которых был бы ненамного шире круга разработчиков языка. Несмотря на это, область использования языка значительно шире задач системного программирования.

Си создавался с одной важной целью: сделать более простым написание больших программ с минимумом ошибок по правилам процедурного программирования, не добавляя лишних накладных расходов на итоговый код программы компилятором, как это всегда делают языки очень высокого уровня, такие как Бейсик.

С этой стороны Си имеет следующие важные особенности:

• * простую языковую базу, из которой вынесены в библиотеки многие существенные возможности, вроде математических функций или функций управления файлами;
• * ориентацию на процедурное программирование, обеспечивающую удобство применения структурного стиля программирования;
• * систему типов, предохраняющую от бессмысленных операций;
• * использование препроцессора для, например, определения макросов и включения файлов с исходным кодом;
• * непосредственный доступ к памяти компьютера через использование указателей;
• * минимальное число ключевых слов;
• * передачу параметров в функцию по значению, а не по ссылке (при этом передача по ссылке выполняется с помощью указателей);
• * указатели на функции и статические переменные
• * области действия имён;
• * записи — определяемые пользователем собирательные типы данных (структуры), которыми можно манипулировать как одним целым;

Вот некоторые особенности других языков программирования, которых не имеет Си:

• * автоматическое управление памятью;
• * поддержка объектно-ориентированного программирования (при этом первые версии C++ генерировали код программы на языке Си);
• * вложенные функции (существуют компиляторы языка Си реализующие эту функцию, например компилятор GNU);
• * полиморфизм функций и операторов;
• * встроенная поддержка многозадачности и сети
• * функции высшего порядка
• * карринг.

Несмотря на то, что в Си нет столь многого, а это было важно в начале, язык был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы. Благодаря этому программы, написанные на Си, эффективнее написанных на многих других языках. Как правило, лишь оптимизированный вручную код на ассемблере может работать ещё быстрее, потому что он даёт полный контроль над машиной, однако развитие современных компиляторов вместе с усложнением современных процессоров быстро сократило этот разрыв.

Одним из последствий высокой эффективности и переносимости Си стало то, что многие компиляторы, интерпретаторы и библиотеки других языков высокого уровня часто выполнены на языке Си.

Объектно-ориентированные языки программирования Объектно-ориентированный язык программирования (ОО-язык) — язык, построенный на принципах объектно-ориентированного программирования.

В основе концепции объектно-ориентированного программирования лежит понятие объекта — некоей субстанции, которая объединяет в себе поля (данные) и методы (выполняемые объектом действия).

Например, объект «человек» может иметь поля «имя», «фамилия» и иметь методы «есть» и «спать» .Соответственно, мы можем использовать в программе операторы Человек. Имя: ="Иван" и Человек. Есть (пища).

C++.

Компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает разные парадигмы программирования, но, в сравнении с его предшественником — языком Си, — наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования. [1].

В 1990;х годах язык стал одним из наиболее широко применяемых языков программирования общего назначения.

Язык возник в начале 1980;х годов, когда сотрудник фирмы Bell Laboratories Бьёрн Страуструп придумал ряд усовершенствований к языку Си под собственные нужды. До начала официальной стандартизации язык развивался в основном силами Страуструпа в ответ на запросы программистского сообщества. В 1998 году был ратифицирован международный стандарт языка Си++: ISO/IEC 14 882:1998 «Standard for the C++ Programming Language»; после принятия технических исправлений к стандарту в 2003 году — нынешняя версия этого стандарта — ISO/IEC 14 882:2003. Ранние версии языка, известные под именем «C с классами», начали появляться с 1980 года. Идея создания нового языка берёт начало от опыта программирования Страуструпа для диссертации. Он обнаружил, что язык моделирования Симула (Simula) имеет такие возможности, которые были бы очень полезны для разработки большого программного обеспечения, но работает слишком медленно. В то же время язык BCPL достаточно быстр, но слишком близок к языкам низкого уровня и не подходит для разработки большого программного обеспечения. Страуструп начал работать в Bell Labs над задачами теории очередей (в приложении к моделированию телефонных вызовов). Попытки применения существующих в то время языков моделирования оказались неэффективными. Вспоминая опыт своей диссертации, Страуструп решил дополнить язык Си (преемник BCPL) возможностями, имеющимися в языке Симула. Язык Си, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами. В результате, практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию Симула-подобных классов) так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию Си). В начале в Си были добавлены классы (с инкапсуляцией), производные классы, строгая проверка типов, inline-функции и аргументы по умолчанию. Разрабатывая Си с классами (позднее Си++), Страуструп также написал программу cfront — транслятор, перерабатывающий исходный код Си с классами в исходный код простого Си. Новый язык, неожиданно для автора, приобрёл большую популярность среди коллег и вскоре Страуструп уже не мог лично поддерживать его, отвечая на тысячи вопросов. В 1983 году произошло переименование языка из Си с классами в Си++. Кроме того, в него были добавлены новые возможности, такие как виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы, пользовательский контроль над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль комментариев (//). Его первый коммерческий выпуск состоялся в октябре1985 года. В 1985 году вышло также первое издание «Языка программирования Си++», обеспечивающее первое описание этого языка, что было чрезвычайно важно из-за отсутствия официального стандарта. В 1989 году состоялся выход Си++ версии 2.0. Его новые возможности включали множественное наследование, абстрактные классы, статические функции-члены, функции-константы и защищённые члены.

В1990 году вышло «Комментированное справочное руководство по C++», положенное впоследствии в основу стандарта. Последние обновления включали шаблоны, исключения, пространства имён, новые способы приведения типов и булевский тип.

Стандартная библиотека Си++ также развивалась вместе с ним. Первым добавлением к стандартной библиотеке Си++ стали потоки ввода/вывода, обеспечивающие средства для замены традиционных функций Си printf и scanf. Позднее самым значительным развитием стандартной библиотеки стало включение в неё Стандартной библиотеки шаблонов.

После многих лет работы совместный комитет ANSI-ISO стандартизировал Си++ в 1998 году (ISO/IEC 14 882:1998 — Язык программирования Си++). В течение нескольких лет после официального выхода стандарта комитет обрабатывал сообщения об ошибках и в итоге выпустил исправленную версию стандарта Си++ в 2003 году. В настоящее время рабочая группа МОС (ISO) работает над новой версией стандарта под кодовым названиемC++09 (ранее известный как C++0X), который должен выйти в 2009 году.

Никто не обладает правами на язык Си++, он является свободным. Однако сам документ стандарта языка (за исключением черновиков) не доступен бесплатно. Название «Си++» было придумано Риком Масситти (Rick Mascitti) и впервые было использовано в декабре1983 года. Ранее, на этапе разработки, новый язык назывался «Си с классами» .

Имя, получившееся в итоге, происходит от оператора Си «++» (увеличение значения переменной на единицу). Имя «C+» не было использовано потому, что является синтаксической ошибкой в Си и, кроме того, это имя было занято другим языком. Язык также не назван «D», поскольку «является расширением Си и не пытается устранять проблемы путём удаления элементов Си». Стандарт Си++ на 1998 год состоит из двух основных частей: ядра языка и стандартной библиотеки. Стандартная библиотека Си++ вобрала в себя разрабатывавшуюся одновременно со стандартом библиотеку шаблоновSTL. Сейчас название STL официально не употребляется, однако в кругах программистов на Си++ это название используется для обозначения части стандартной библиотеки, содержащей определения шаблонов контейнеров, итераторов, алгоритмов и функторов. Стандарт Си++ содержит нормативную ссылку на стандарт Си от 1990 года и не определяет самостоятельно те функции стандартной библиотеки, которые заимствуются из стандартной библиотеки Си.

Кроме того, существует огромное количество библиотек Си++, не входящих в стандарт. В программах на Си++ можно использовать многие библиотеки Си.

Стандартизация определила язык программирования Си++, однако за этим названием могут скрываться также неполные, ограниченные, достандартные варианты языка. В первое время язык развивался вне формальных рамок, спонтанно, по мере ставившихся перед ним задач. Развитию языка сопутствовало развитие кросс-компилятора cfront. Новшества в языке отражались в изменении номера версии кросс-компилятора. Эти номера версий кросс-компилятора распространялись и на сам язык, но применительно к настоящему времени речь о версиях языка Си++ не ведут.

Java.

Java — объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems. Приложения Java обычно компилируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине (JVM) независимо от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска — 23 мая 1995 года.

Java — так называют не только сам язык, но и платформу для создания и исполнения приложений на основе данного языка.

Изначально язык назывался Oak («дуб») и разрабатывался Джеймсом Гослингом для программирования бытовых электронных устройств. Впоследствии он был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Назван в честь марки кофе Java, любимого некоторыми программистами, поэтому на официальной эмблеме языка изображена чашка с парящим кофе.

Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) — программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор, но с тем отличием, что байтовый код, в отличие от текста, обрабатывается значительно быстрее.

Достоинство подобного способа выполнения программ — в полной независимости байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной. Любые операции, которые превышают установленные полномочия программы (например, попытка несанкционированного доступа к данным или соединения с другим компьютером) вызывают немедленное прерывание.

Часто к недостаткам концепции виртуальной машины относят то, что исполнение байт-кода виртуальной машиной может снижать производительность программ и алгоритмов, реализованных на языке Java. Данное утверждение было справедливо для первых версий виртуальной машины Java, однако в последнее время оно практически потеряло актуальность.

Этому способствовал ряд усовершенствований:

• * применение технологии трансляции байт-кода в машинный код непосредственно во время работы программы (JIT-технология) с возможностью сохранения версий класса в машинном коде,
• * широкое использование платформенно-ориентированного кода (native-код) в стандартных библиотеках,
• * аппаратные средства, обеспечивающие ускоренную обработку байт-кода (например, технология Jazelle, поддерживаемая некоторыми процессорами фирмы ARM).

Идеи, заложенные в концепцию и различные реализации среды виртуальной машины Java, вдохновили множество энтузиастов на расширение перечня языков, которые могли бы быть использованы для создания программ, исполняемых на виртуальной машине. Эти идеи нашли также выражение в спецификация общеязыковой инфраструктуры CLI, заложенной в основу платформы .NET компанией Microsoft.

Ruby — динамический, рефлективный, интерпретируемый высокоуровневый язык программирования для быстрого и удобного объектно-ориентированного программирования. Язык обладает независимой от операционной системы реализацией многопоточности, строгой динамической типизацией, сборщиком мусора и многими другими возможностями. По особенностям синтаксиса он близок к языкам Perl и Eiffel, по объектно-ориентированному подходу — к Smalltalk. Также некоторые черты языка взяты из Python, Lisp, Dylan и Клу.

Кроссплатформенная реализация интерпретатора языка является полностью свободной.

Ruby — полностью объектно-ориентированный язык. В нём все данные являются объектами, в отличие от многих других языков, где существуют примитивные типы.

Каждая функция — метод.

Ruby использует вызов по соиспользованию (call-by-sharing), хотя в сообществе Ruby часто говорят, что он использует вызов по ссылке. Для программиста, привыкшего к распространённым гибридным языкам программирования, некоторые эффекты такого решения могут показаться неожиданными.

Например:

a = «abcdefg» .

b = a.

b #=> «abcdefg» .

a[4] = 'R'.

b #=> «abcRefg» .

то есть при изменении значения переменной a, неявно изменилось и значение b, так как они содержат ссылку на один объект. То есть механизм присваивания действует одинаково для всех объектов, в отличие от языков типа C, Object Pascal, где присваивание может означать как копирование значения, так и копирование ссылки на значение.

Ruby не поддерживает множественное наследование, но вместо него есть мощный механизм примесей.

Возможности Ruby.

• — Имеет лаконичный и простой синтаксис, частично разработанный под влиянием Ада, Eiffel и Python.
• — Позволяет обрабатывать исключения в стиле Java и Python.
• — Позволяет переопределять операторы, которые на самом деле являются методами.
• — Полностью объектно-ориентированный язык программирования. Все данные в Ruby являются объектами в понимании Smalltalk. Единственное исключение — управляющие конструкции, которые в Ruby, в отличие от Smalltalk, не являются объектами. Например, число «1» — это экземпляр класса Fixnum. Также поддерживается добавление методов в класс и даже в конкретный экземпляр во время выполнения программы.
• — Не поддерживает множественное наследование, но вместо него может использоваться концепция «примесей», основанная в данном языке на механизме модулей.
• — Содержит автоматический сборщик мусора. Он работает для всех объектов Ruby, в том числе для внешних библиотек.
• — Создавать расширения для Ruby на Си очень просто частично из-за сборщика мусора, частично из-за несложного и удобного API.

Поддерживает замыкания с полной привязкой к переменным.