Язык программирования

    Введение

    Язык  формирует наш  способ

      мышления и определяет  то,

      о чем мы можем  мыслить.

    Б.Л  Ворф    

    До  середины 60-х компьютеры были слишком дорогими машинами, использовавшимися только для особых задач, и выполнявшими только одну задачу за раз.    

    Языки программирования этой эры, как и  компьютеры на которых они использовались, были разработаны для специфичных задач, таких как научные вычисления. Поскольку машины были дорогими и медленными, то и машинное время было дорого – поэтому скорость выполнения программы стояла на первом месте.     

      Однако в течение 60-х цена  на компьютеры стала падать  так, что даже небольшие компании могли их себе позволить; скорость компьютеров всё увеличивалась, и наступило время, когда создатели языков программирования все больше стали задумываться об удобстве написания программ, а не только скорости их выполнения.    

    На  заре компьютеризации, 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).«Мелкие» (атомарные) операции, выполняемые непосредственно устройствами машины, объединили в более «крупные», высокоуровневые операции и целые конструкции, с которыми человеку куда проще и удобнее работать. Так программирование сделало колоссальный прорыв: новые языки стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера.     

    Прогресс  компьютерных технологий определил  процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов (языков программирования) и развитие процесса программирования в целом.  
 

1. Основные  положения о программировании

    1.1 Понятие о программировании

      Термин программирование означает процесс и искусство создания компьютерных программ с помощью специальных языков программирования.

      Программирование позволяет настроить  компьютер или иное программируемое  логическое устройство на те или иные действия. Обычно программа вводится в компьютер программистами, и первые программы создавались математиками и логиками, конструировавшими компьютеры. Когда еще не было средств вывода на экран, программа выдавала результат просто в печатном виде на принтере. Ввод в компьютер также производился несколько иначе. В любом случае, со временем стало понятно, что программировать компьютер каждый раз «с нуля» после каждой его перезагрузки — неразумно. Поэтому начали появляться средства запоминания программ и данных. Но первые компьютеры были все-таки не цифровыми, а аналоговыми. Проще говоря, они были сначала механическими, потом электромеханическими и, уже потом, электронными.     

    В общем смысле слова, программирование есть формализация предопределенного состояния, по реакции на событие, реализуемого средствами математики или естественных наук.

       В более широком смысле под  программированием понимают весь  спектр деятельности, связанный  с созданием и поддержанием  в рабочем состоянии программ  — программного обеспечения ЭВМ.  Более точен современный термин  — «программная инженерия» (также  иначе «инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение.     

    В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле программирование - процесс создания программ, то есть разработка программного обеспечения.    

    Программирование  для ЭВМ основывается на использовании  языков программирования, на которых  записывается программа. В настоящее  время для того, чтобы программа могла быть понята и исполнена ЭВМ, требуется специальный инструмент — транслятор. (Можно, конечно, обойтись и без транслятора. Но тогда программу придется кодировать непосредственно на языке машинных команд, а это весьма трудоемкое занятие.) Существуют два вида трансляторов — компиляторы и интерпретаторы. (Составная часть компилятора, выполняющая собственно трансляцию программы на языке программирования (например на С++ или языке ассемблера), также называется транслятором.) В настоящее время активно используются так называемые интегрированные среды разработки программ, включающие в свой состав также редактор для ввода и редактирования текстов программ, отладчики для поиска и устранения ошибок в программах, трансляторы с различных языков программирования, компоновщики для сборки программы из нескольких модулей, и другие служебные подпрограммы. Текстовый редактор среды программирования может иметь специфичную функциональность, такую как индексация имен, отображение документации, средства визуального создания пользовательского интерфейса. С помощью текстового редактора программист производит набор и редактиктирования текста содаваемой программы, который называют исходным кодом(«исходник» — на профессиональном жаргоне). Язык программирования определяет синтаксис и изначальную семантику исходного кода, семантика языка программирования может расширяться текстом программы, дополнительными библиотеками и программно-аппаратным окружением, в котором выполняется программа. Компилятор преобразует текст программы в машинный код, непосредственно исполняемый электронными компонентами компьютера. Интерпретатор либо явно не преобразует текст программы в машинный код, либо неявно делает такое преобразование в процессе выполнения программы.

    Программирование  в широком смысле можно разбить  на несколько стадий:

1. Анализ
2. Проектирование - разработка комплекса алгоритмов
3. Кодирование и компиляцию - написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора
4. Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах
5. Испытания и сдачу программ
6. Сопровождение

    Различные языки программирования поддерживают различные стили программирования (так называемые«парадигмы программирования»). Отчасти, искусство программирования состоит в том, чтобы выбрать один из языков, наиболее полно подходящий для решения имеющейся задачи. Разные языки требуют от программиста различного уровня внимания к деталям при реализации алгоритма, результатом чего часто бывает компромисс между простотой и производительностью (или между временем программиста и временем пользователя).     

    Единственный  язык, напрямую выполняемый процессором  - это машинный язык (также называемый «машинным кодом»). Как уже было сказано, изначально, все программисты прорабатывали каждую мелочь в машинном коде, но сейчас эта трудная работа уже не делается. Вместо этого, программисты пишут исходный код, и компьютер (используя компилятор, интерпретатор или ассемблер, речь о которых пойдёт чуть позже) транслирует его, в один или несколько этапов, уточняя все детали, в машинный код, готовый к исполнению на целевом процессоре. Однако, в некоторых языках, вместо машинного кода генерируется интерпретируемый двоичный код «виртуальной машины», также называемый байт-кодом (byte-code).     

    Теперь  можно переходить к материальной части процесса создания программ. Это, разумеется, технические (аппаратные) средства обеспечения программирования - совокупность электрических, электронных и механических компонентов автоматизированных систем составляет их техническое обеспечение (в отличие от программных средств, представляющих собой программное обеспечение автоматизированных систем). Например, электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер - комплекс технических и программных средств, основанных на использовании электроники и предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных в процессе решения вычислительных и информационных задач.  
 
 
 

2. Парадигмы программирования

   Паради́гма программи́рования — это совокупность идей и понятий, определяющих стиль написания программ. Парадигма в первую очередь определяется базовой программной единицей и самим принципом достижения модульности программы. В качестве этой единицы выступают определение (декларативное, функциональное программирование), действие (императивное программирование),правило(продукционное__программирование), диаграмма  переходов (автоматное программирование) и др. сущности. В современной индустрии программирования очень часто парадигма программирования определяется набором инструментов программиста, а именно, языком программирования и используемыми библиотеками.

    Парадигма программирования определяет то, в  каких терминах программист описывает логику программы. Например, в императивном программировании программа описывается как последовательность действий, а в функциональном программировании представляется в виде выражения и множества определений функций (слово определение (англ. definition) следует понимать в математическом смысле). В популярном объектно-ориентированном программировании (ООП) программу принято рассматривать как набор взаимодействующих объектов. ООП, в основном, есть по сути императивное программирование, дополненное принципом инкапсуляции данных и методов в объект (принцип модульности) и наследованием (принципом повторного использования разработанного функционала). 

    Важно отметить, что парадигма программирования не определяется однозначно языком программирования — многие современные языки программирования являются мультипарадигменными, то есть допускают использование различных парадигм. Так на языке Си, который не является объектно-ориентированным, можно писать объектно-ориентированным образом, а на Ruby, в основу которого в значительной степени положена объектно-ориентированная парадигма, можно писать согласно стилю функционального программирования.

    В зависимости от назначения и/или  способа написания программ различают  парадигмы(также известные как подходы или технологии) программирования:    

    Структурное программирование - методология программирования, базирующаяся на системном подходе к анализу, проектированию и реализации программного обеспечения.  Эта методология родилась в начале 70-х годов и оказалась настолько жизнеспособной, что и до сих пор является основной в большом количестве проектов. Основу этой технологии составляют следующие положения:

    -   Сложная задача разбивается на более мелкие, функционально лучше управляемые задачи. Каждая задача имеет один вход и один выход. В этом случае управляющий поток программы состоит из совокупности элементарных подзадач с ясным функциональным назначением.

    - Простота управляющих структур, используемых в задаче. Это положение означает, что логически задача должна состоять из минимальной, функционально полной совокупности достаточно простых управляющих структур. В качестве примера такой системы можно привести алгебру логики, в которой каждая функция может быть выражена через функционально полную систему: дизъюнкцию, конъюнкцию и отрицание.

    -  Разработка программы должна вестись поэтапно. На каждом этапе должно решаться ограниченное число четко поставленных задач с ясным пониманием их значения и роли в контексте всей задачи. Если такого понимания не достигается, это говорит о том, что данный этап слишком велик и его нужно разделить на более элементарные шаги.    

    Концепция модульного программирования.Так же как и для структурной технологии программирования, концепцию модульного программирования можно сформулировать в виде нескольких понятий и положений:

• Функциональная декомпозиция задачи - разбиение большой задачи на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач - модулей. Модули связаны между собой только по входным и выходным данным.
• Модуль - основа концепции модульного программирования. Каждый модуль в функциональной декомпозиции представляет собой «черный ящик» с одним входом и одним выходам. Модульный подход позволяет безболезненно производить модернизацию программы в процессе ее эксплуатации и облегчает ее сопровождение. Дополнительно модульный подход позволяет разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, после чего с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль.
• Реализуемые решения должны быть простыми и ясными. Если назначение модуля непонятно, то это говорит о том, что декомпозиция начальной или промежуточной задачи была проведена недостаточно качественно. В этом случае необходимо еще раз проанализировать задачу и, возможно, провести дополнительное разбиение на подзадачи. При наличии сложных мест в проекте их нужно подробнее документировать с помощью продуманной системы комментариев. Этот процесс нужно продолжать до тех пор, пока вы действительно не добьетесь ясного понимания назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания.
• Назначение всех переменных модуля должно быть описано с помощью комментариев по мере их определения.