Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Классификация языков программирования. Критерии выборы среды и языка разработки программ

Содержание:

Введение

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к машине», что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько «близок к решаемой задаче», чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

На заре компьютеризации (в начале пятидесятых годов двадцатого века), машинный язык был единственным языком программирования, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (то есть немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят «исходный код» (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число увеличивается. Для правильного выбора языки программирования нужно классифицировать.

Цель написания данной курсовой работы – рассмотреть классификацию языков программирования и критерии выбора среды разработки программ.

Задачи написания курсовой работы

– раскрыть понятие языка программирования;

– рассмотреть способы классификации языков программирования;

– рассмотреть критерии выбора языка программирования.

Объект исследования курсовой работы – языки программирования.

Предмет исследования – способы классификации языков программирования.

Структура данной курсовой работы обусловлена целью и задачами. Курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

1. Понятие языка программирования

Язык программирования – формальный язык, предназначенный для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (обычно – ЭВМ) под её управлением.

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования. К наиболее распространённым утверждениям, признаваемым большинством разработчиков, относятся следующие:

1. Функция: язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые применяются для передачи компьютеру инструкций по выполнению того или иного вычислительного процесса и организации управления отдельными устройствами.

2. Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека к компьютеру, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой. Можно обобщить определение «языков программирования» – это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

3. Исполнение: язык программирования может использовать специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Языки программирования являются искусственными языками. От естественных языков они отличаются ограниченным числом “слов” и очень строгими правилами записи команд (операторов). Поэтому при применении их по назначению они не допускают свободного толкования выражений, характерного для естественного языка.

Основные компоненты языка программирования:

алфавит,
синтаксис,
семантика.

Алфавит – это фиксированный для данного языка набор основных символов, то есть «букв алфавита», из которых должен состоять любой текст на этом языке – никакие другие символы в тексте не допускаются.

Синтаксис – это правила построения фраз, позволяющие определить, правильно или неправильно написана та или иная фраза. Точнее говоря, синтаксис языка представляет собой набор правил, устанавливающих, какие комбинации символов являются осмысленными предложениями на этом языке.

Семантика определяет смысловое значение предложений языка. Являясь системой правил истолкования отдельных языковых конструкций, семантика устанавливает, какие последовательности действий описываются теми или иными фразами языка и, в конечном итоге, какой алгоритм определен данным текстом на алгоритмическом языке.

Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет основные понятия языка, такие как операторы, идентификаторы, константы, переменные, функции, процедуры и т.д. В отличие от естественных, язык программирования имеет ограниченный запас слов (операторов) и строгие правила их написания, а правила грамматики и семантики, как и для любого формального языка, явно однозначно и четко сформулированы.

Основные требования, предъявляемые к языкам программирования:

наглядность - использование в языке по возможности уже существующих символов, хорошо известных и понятных как программистам, так и пользователям ЭВМ;
единство - использование одних и тех же символов для обозначения одних и тех же или родственных понятий в разных частях алгоритма. Количество этих символов должно быть по возможности минимальным;
гибкость - возможность относительно удобного, несложного описания распространенных приемов математических вычислений с помощью имеющегося в языке ограниченного набора изобразительных средств;
модульность - возможность описания сложных алгоритмов в виде совокупности простых модулей, которые могут быть составлены отдельно и использованы в различных сложных алгоритмах;
однозначность – недвусмысленность записи любого алгоритма. Отсутствие ее могло бы привести к неправильным ответам при решении задач.

В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования. Для каждого есть своя область применения. 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. В следующей главе будут рассмотрены основные классификации языков программирования.

2. Классификация языков программирования

2.1. Классификация языков программирования по уровню

Языки программирования можно классифицировать в зависимости от уровня на:

– языки низкого уровня (машинно-ориентированные языки);

– языки высокого уровня (машинно-независимые языки).

1. Языки низкого уровня (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, 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:

а) машинный язык. Отдельный компьютер имеет свой определенный машинный язык, ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому машинный язык является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM/370/ и другие) имеют единый машинный язык для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно-аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования;

б) языки символического кодирования. Эти языки так же, как и машинный язык, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в языках символического кодирования заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ. Использование символических адресов – первый шаг к созданию языков символического кодирования. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста;

в) автокоды. Есть также языки, включающие в себя все возможности языков символического кодирования посредством расширенного введения макрокоманд - они называются автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «остовы» - серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу. В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выполнить и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию. Обе указанных системы используют трансляторы с языками символического кодирования и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода. Развитые автокоды получили название Ассемблеры;

г) язык Ассемблера – это символическое представление машинного языка. Он облегчает процесс программирования по сравнению с программированием в машинных кодах. Сервисные программы и прочее, как правило, составлены на языках типа Ассемблер. Программисту не обязательно употреблять настоящие адреса ячеек памяти с размещенными в них данными, участвующими в операции, и вычисляемые результаты, а также адреса тех команд, к которым программа не обращается. Некоторые задачи, например, обмен с нестандартными устройствами обработки данных сложных структур невозможно решить с помощью языков программирования высокого уровня. Это под силу ассемблеру. В принципе, язык Ассемблер является машинным языком. И программист реализующий какую-либо задачу на языках высокого уровня, с помощью Ассемблера может определить осмыслено ли решение данной задачи, с точки зрения использования ЭВМ. Умея разобраться в распечатке языка ассемблера, дает возможность облегчить поиск ошибок в программах, так как некоторые языки являются компиляторами

д) макросы. Язык, являющийся средством для замены последовательности символов, описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму – называется макрос (средство замены). В основном, макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов-выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными.

2. Языки высокого уровня (машинно-независимые языки) – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и вычислительных систем.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на машинный язык.

Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма.

Языки высокого уровня делятся на проблемно-ориентированные и универсальные.

а) проблемно-ориентированные языки. С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных языков очень много, например:

– Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;

– Simula, Слэнг - для моделирования;

– Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами.

б) универсальные языки. Такие языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков PL/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол-68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. PL/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ. Программы в PL/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти.

2.2. Классификация языков программирования по поколению

Следующая классификация, которую необходимо рассмотреть, – классификация языков программирования по поколению. В развитии инструментального программного обеспечения рассматривают пять поколений языков программирования. Языки программирования как средство общения человека с ЭВМ от поколения к поколению улучшали свои характеристики, становясь все более доступными в освоении непрофессионалам.

Первые три поколения языков программирования характеризовались более сложным набором зарезервированных слов и синтаксисом. Языки четвертого поколения все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при написании программ, но он значительно легче для освоения. Естественные языки программирования, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса.

В таблице 1 дана краткая характеристика поколений языков программирования.

Таблица 1 – Краткая характеристика поколений языков программирования

Поколения	Языки программирования	Характеристика
Первое	Языки машинных команд	Ориентированы на использование в конкретной ЭВМ, сложны в освоении, требуют хорошего знания архитектуры ЭВМ
Второе	Ассемблеры, Макроассемблеры	Более удобны для использования, но по-прежнему машинно-зависимы
Третье	Языки высокого уровня	Мобильные, человеко-ориентированные, проще в освоении
Четвертое	Непроцедурные, объектно-ориентированные, языки запросов, параллельные	Ориентированы на непрофессионального пользователя и на ЭВМ с параллельной архитектурой
Пятое	Языки искусственного интеллекта, экспертных систем и баз знаний, естественные языки	Ориентированы на повышение интеллектуального уровня ЭВМ и интерфейса с языками

Языки программирования первого поколения представляли собой набор машинных команд в двоичном (бинарном) или восьмеричном формате, который определялся архитектурой конкретной ЭВМ. Каждый тип ЭВМ имел свой язык программирования, программы на котором были пригодны только для данного типа ЭВМ. От программиста при этом требовалось хорошее знание не только машинного языка, но и архитектуры конкретной ЭВМ.

Второе поколение языков программирования характеризуется созданием языков ассемблерного типа (ассемблеров, макроассемблеров), которые позволяют вместо двоичных и других форматов машинных команд использовать их мнемонические символьные обозначения (имена). Являясь существенным шагом вперед, ассемблерные языки все еще оставались машинно-зависимыми, а программист все также должен был быть хорошо знаком с организацией и функционированием аппаратной среды конкретного типа ЭВМ. При этом ассемблерные программы все так же затруднительны для чтения, трудоемки при отладке и требуют больших усилий для переноса на другие типы ЭВМ. Однако и на сегодняшний день ассемблерные языки используются при необходимости разработки высокоэффективного программного обеспечения (минимального по объему и с максимальной производительностью).

Третье поколение языков программирования начинается с появления в 1956 году первого языка высокого уровня - Fortran, разработанного под руководством Дж. Бэкуса в фирме IBM. За короткое время Fortran становится основным языком программирования при решении инженерно-технических и научных задач. Первоначально Fortran обладал весьма ограниченными средствами обеспечения работы с символьной информацией и с системой ввода-вывода. Однако постоянное развитие языка сделало его одним из самых распространенных языков программирования на ЭВМ всех классов - от микро- до супер-ЭВМ, а его версии используются и для вычислительных средств нетрадиционной параллельной архитектуры.

Вскоре после языка Fortran появились такие ныне широко известные языки, как Algol, Cobol, Basic, PL/1, Pascal, APL, ADA, C, Forth, Lisp, Modula и др. В настоящее время насчитывается свыше 2000 различных языков высокого уровня.

Языки четвертого поколения носят ярко выраженный непроцедурный характер, определяемый тем, что программы на таких языках описывают только что, а не как надо сделать. В программах формируются скорее соотношения, а не последовательности шагов выполнения алгоритмов. Типичными примерами непроцедурных языков являются языки, используемые для задач искусственного интеллекта (например, Prolog, Langin). Так как непроцедурные языки имеют минимальное число синтаксических правил, они значительно более пригодны для применения непрофессионалами в области программирования.

Второй тенденцией развития языков программирования четвертого поколения являются объектно-ориентированные языки, которые базируются на понятии программного объекта, впервые использованного в языке Simula-67 и составившего впоследствии основу известного языка SmallTalk. Программный объект состоит из структур данных и алгоритмов, при этом каждый объект знает, как выполнять операции со своими собственными данными. На самом деле, различные объекты могут пользоваться совершенно разными алгоритмами при выполнении действий, определенных одним и тем же ключевым словом (так называемое свойство полиморфизма). Например, объект с комплексными числами и массивами в качестве данных будет использовать различные алгоритмы для выполнения операции умножения. Такими свойствами обладают такие объектно-ориентированные языки как Pascal, Basic, C++, SmallTalk, Simula, Actor и ряд других.

Третьим направлением развития языков четвертого поколения можно считать языки запросов, позволяющих пользователю получать информацию из баз данных. Языки запросов имеют свой особый синтаксис, который должен соблюдаться, как и в традиционных ЯП третьего поколения, но при этом проще в использовании. Среди языков запросов фактическим стандартом стал язык SQL (Structured Query Language).

Четвертым направлением развития являются языки параллельного программирования (модификация языка программирования Fortran, языки Occam, SISAL, FP и др.), которые ориентированы на создание программного обеспечения для вычислительных средств параллельной архитектуры (многомашинные, мультипроцессорные среды и др.), в отличие от языков третьего поколения, ориентированных на традиционную однопроцессорную архитектуру.

Языки пятого поколения, теоретически, должны ещё больше упростить и ускорить работу программистов: целью этих языков является переложить значительную часть работы с человека на компьютер. На данный момент нет чёткого определения, по каким критериям определить языки пятого поколения. Одно ясно, что с их использованием компьютер должен будет решить поставленную задачу без необходимости пользователю вручную реализовывать алгоритм. На сегодняшний день пока нет решений, которые могут выдавать полноценный продукт, получая при этом лишь задачу.

Некоторые авторы к языкам пятого поколения условно относят языки искусственного интеллекта, экспертных систем, баз знаний (InterLisp, ExpertList, IQLisp, SAIL и др.), а также естественные языки, не требующие освоения какого-либо специального синтаксиса (в настоящее время успешно используются естественные языки программирования с ограниченными возможностями – Clout, Q&A, HAL и др.). Некоторые авторы отмечают систему MathCAD, так как она действительна заметно облегчает работу пользователей, беря на себя огромную долю вычислительной работы.

2.3. Классификация языков программирования по функциональному признаку

Рассмотрим классификацию языки программирования по функциональному признаку, или парадигме программирования. Парадигма – совокупность идей и понятий, определяющих подход к программированию. Большинство авторов даёт чёткое разделение языков программирования на

– процедурные (императивные),

– непроцедурные (декларативные).

В процедурных языках программа явно описывает необходимые к выполнению действия, то есть она является чёткой последовательностью команд, которые необходимо выполнить компьютеру. Можно сказать, что, программируя на этих языках, программист говорит компьютеру, не что делать, а как. К этому классу можно отнести большинство языков программирования: Pascal, Basic, C и другие.

Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки. В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль, Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал.

Отдельно из процедурных языков программирования выделяются параллельные языки программирования. Эти языки предназначены для создания программ, которые могут более полно использовать потенциал многопроцессорных компьютеров. Программа на параллельном языке программирования описывает несколько процессов, которые независимо друг от друга выполняются каждый на своем процессоре и в нужный момент обмениваются данными. Примером низкоуровневого языка программирования для транспьютеров (особый вид параллельных компьютеров) является язык программирования Occam. Примером высокоуровневого языка программирования с поддержкой параллелизма является язык программирования Модула-2. По всей видимости, параллельные языки программирования уходят в прошлое и их функции по распараллеливанию программ реализуются либо на уровне процессоров (многоядерные процессоры), либо эти функции берут на себя операционные системы.

Непроцедурные языки можно запросто назвать противоположностью языкам процедурным. Непроцедурное (декларативное) программирование появилось в начале семидесятых годов двадцатого века. Декларативное программирование – парадигма программирования, в которой описывается, что необходимо сделать компьютеру. Хорошим примером служит язык разметки HTML, возьмём тег <img>: необходимо просто заключить в него ссылку на изображение, а каким образом оно отобразится на странице – это задача компьютера.

Класс непроцедурных языков содержит в себе два подкласса: функциональные и логические языки. Остановимся на каждом классе поподробнее.

В функциональном программировании процесс вычисления можно описать как вычисление значений функций в математическом понимании. На практике, отличие математической функции от понятия «функция» в императивном программировании заключается в том, что императивные функции могут опираться не только на аргументы, но и на состояние внешних по отношению к функции переменных, таким образом, получая в разных местах программы разные выходные данные. А в функциональном языке при вызове функции с одними и теми же аргументами мы всегда получим один и тот же результат – выходные данные зависят только от входных. Это позволяет средам функционального программирования кэшировать результаты выполнения функций и вызывать их в нужный момент. Один из основных элементов функциональных языков – рекурсия. Оператора присваивания и циклов в классических функциональных языках нет. В качестве примера функционального языка можно привести LISP – первый функциональный язык, Haskell и другие.

В компьютерных программах, написанных на языках логического программирования, вообще не описывается действий. Программист задаёт данные и отношения между ними, после этого программе можно задать вопрос, компьютер перебирает заданные данные и находит ответ. Классический пример языка логического программирования – Prolog. Программа на Прологе содержит, набор предикатов-утверждений, которые образуют проблемно-ориентированную базу данных и правила, имеющие вид условий.

Часто отдельным классом выделяют объектно-ориентированные языки программирования, хотя они содержат элементы процедурного программирования. В языках объектно-ориентированного программирования переменные и функции группируются в классы, благодаря чему достигается высокий уровень структуризации программы. Объекты, порождённые от классов, вызывают методы (функции) друг друга и, таким образом, меняют состояние свойств (переменных). С формальной стороны объектно-ориентированное программирование базируется на процедурной модели, но с содержательной – оно базируется не на функции, а на объекте, как на целостной системе. Объектно-ориентированные языки, благодаря богатому пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него форме.

2.4. Классификация языков программирования в зависимости от способа реализации

Можно выделить три принципиально разных способа реализации языков программирования:

– компиляция,

– интерпретация,

– встраивание.

Распространено заблуждение, согласно которому способ реализации является присущим конкретному языку свойством. В действительности, это деление до определённой степени условно. В ряде случаев язык программирования имеет формальную семантику, ориентированную на интерпретацию, но все или почти все его действительные реализации являются компиляторами, порой весьма эффективно оптимизирующими (примерами могут служить языки семейства ML, такие как Standard ML, Haskell). Есть языки, размывающие границы между интерпретацией и компиляцией – например, Forth.

Компиляция означает, что исходный код компьютерной программы сперва преобразуется в целевой (машинный) код специальной программой, называемой компилятором. В результате получается исполнимый модуль, который уже может быть запущен на исполнение как отдельная программа.

Интерпретация же означает, что исходный код программы выполняется непосредственно, команда за командой (иногда – с минимальной подготовкой, буквально после разбора исходного кода в AST), – так что программа просто не может быть запущена без наличия интерпретатора.

Встраивание языка можно философски рассматривать как «реализацию без трансляции» – в том смысле, что такой язык является синтаксическим и семантическим подмножеством некоего другого языка, без которого он не существует. Говоря же более точно, встраиваемые языки добавляют к сказанному ещё четыре способа реализации.

Естественный для языка способ реализации определяется временем связывания программных элементов с их характеристиками. В частности, в языках со статической типизацией переменные и другие объекты программы связываются с типом данных на этапе компиляции, а в случае типизации динамической – на этапе выполнения, как правило – в произвольной точке программы. Некоторые свойства элементов языка, такие как значение арифметических операторов или управляющих ключевых слов, могут быть связаны уже на этапе определения языка. В других языках возможно их переназначение. Раннее связывание обычно означает большую эффективность программы, в то время как позднее – большую гибкость, ценой которого является меньшая скорость и/или усложнение соответствующего этапа. Однако, даже очевидных случаев есть исключения – например, интенсиональный полиморфизм откладывает обработку статической типизации до этапа выполнения, но не замедляя, а повышая общее быстродействие (по крайней мере, в теории).

Для любого традиционно компилируемого языка (такого как Паскаль) можно написать интерпретатор. Но многие интерпретируемые языки предоставляют некоторые дополнительные возможности, такие как динамическая генерация кода, так что их компиляция должна быть динамической (см. динамическая компиляция). Таким образом, составной термин «язык плюс способ его реализации» в ряде случаев оказывается уместен. Кроме того, большинство современных «чистых» интерпретаторов не исполняют конструкции языка непосредственно, а компилируют их в некоторое высокоуровневое промежуточное представление (например, с разыменованием переменных и раскрытием макрокоманд). Большинство традиционно интерпретируемых или компилируемых языков могут реализовываться как встраиваемые, хотя метаязыков, которые были бы способны охватить другие языки как своё подмножество, не так много (наиболее ярким представителем является Lisp).

Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем, при каждом изменении текста программы требуется её перекомпиляция, что замедляет процесс разработки. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция.

Интерпретируемые языки позволяют запускать программы сразу же после изменения, причём на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий, а гомоиконные – и вовсе динамически перемещать программу между разными машинами без прерывания её работы (наиболее общий случай сериализации), позволяя разрабатывать системы непрерывной доступности. Портируемость интерпретируемой программы определяется только наличием реализаций интерпретаторов под те или иные аппаратные платформы. Ценой всего этого становятся заметные потери быстродействия; кроме того, если компьютерная программа содержит фатальную ошибку, то об этом не будет известно, пока интерпретатор не дойдёт до её места в коде (в отличие от статически типобезопасных языков).

Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation, JIT). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# – Common Language Runtime. Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов.

3. Критерии выбора языка программирования

На начальном этапе создания программы так или иначе становится вопрос выбора языка программирования. На данный момент существует огромное количество языков программирования, и каждый из них создавался с определенной целью. Выбор языка программирования во время создания программы является очень важным моментом, от которого зависит многое – скорость создания программы, скорость тестирования, возможность переноса на другие платформы, возможность быстрого внесения изменений, быстрота выполнения конечного продукта и так далее. При этом следует отметить, что идеального языка не существует, все они обладают своими положительными и отрицательными качествами, которые будут так или иначе влиять на процесс разработки.

Рассмотрим критерии выбора языка программирования.

1. Скорость работы конечного продукта. Требовательным к скорости выполнения могут быть программы с большим объемом математических вычислений, например, моделирование физических систем, расчеты большого объема экономических данных, выведение трехмерной графики и прочее. Для данных целей хорошо подойдут компилируемые языки: ассемблер, С, С++, фортран и т.д. После сборки программа не требует ничего лишнего и содержит в себе машинные команды, которые выполняются без лишних задержек. Схема работы таких программ такая:

а) программа исполняется сразу, так сказать она самодостаточна и не требует дополнительных библиотек;

б) программа кроме своего кода содержит вызовы библиотек с машинным кодом (как системных, так и входящих в проект), поэтому, кроме исполнения собственно своих команд, программа вызывает функции из библиотек;

в) в дополнение предыдущим случаям, программа может работать через прослойку драйверов, которые написаны на языках низкого уровня и работают по умолчанию быстро. Как видно, максимум в схеме возможны четыре блока: программа, библиотеки, драйвера, железо.

2. Объем занимаемой оперативной памяти. Данное требование появляется, когда программа разрабатывается для встраиваемых систем, мобильных платформ, микроконтроллеров и так далее. В данных случаях, чем меньше памяти расходует программа на данном языке – тем лучше. К таким языкам, опять же, относятся ассемблер, С, С++, Objective-C и другие. Список языков подобен списку пункта 1, так как чем меньше функциональных блоков в схеме исполнения, тем меньше занимается и память компьютера. Если данное требование некритично, то можно использовать «высокоуровневые языки».

3. Скорость разработки программы. Данное требование возникает тогда, когда необходимо быстро создавать программы. В этом случае выбор падает на высокоуровневые языки с максимально человеколюбивым синтаксисом. Это, например, Java, Flash и подобные. На данных языках время разработки может существенно сокращаться из-за обилия сторонних библиотек, максимально «очеловеченного» синтаксиса, и подобных вещей. Скорость выполнения программ, написанных на данных языках страдает, причем порой весьма ощутимо. Схема выполнения на примере Java: программа в виде байт-кода – виртуальная машина-анализатор – системные библиотеки – драйвера – железо. Самым медленно работающим блоком в данной схеме является анализатор – он должен байт-код программы транслировать «на лету» в машинный код, при этом потратив много времени на точное определение инструкции. Поэтому быстрая разработка зачастую означает медленное выполнение.

4. Ориентированность на компьютер или человека. С кем будет работать программа в первую очередь? С человеком, или с компьютером? В пером случае программа должна обладать мощной графической частью, отвечающей требованиям дизайна и юзабилити. Разработка графической части зачастую требует достаточно много времени, так как отличается немалой сложностью. Здесь сложность возникает в том, что вывод графики – это много вычислений, а значит присутствует требовательность к скорости исполнения, а из-за сложности разработки присутствует необходимость в высокоуровневом языке. В данном случае очень хорошо подходит С++ и C# с их одновременной и высокоуровневостью, и скоростью выполнения программ на них. Однако, если графический интерфейс программы не очень сложный, но красивый, возможно использование Java и Flash, на которых создание красивых интерфейс гораздо проще, нежели на С++ и, тем более, С. Если программа ориентирована в первую очередь на «скрытую работу» с минимумом взаимодействия с пользователем, тогда выбор должен ложиться в сторону быстрых языков (ASM, C)

5. Кроссплатформенность. Под кроссплатформенностью понимается возможность работы программы на различных платформах, в различных оперативных системах с минимальными изменениями. В этой сфере можно выделить такие языки как Java, C#, Flash, C++ с различными библиотеками и другие, менее используемые, языки.

Java создавался с тем условием, что программы на данном языке должны работать на любой платформе, где есть JVM – Java Virtual Machine. Программы на Java вообще не требуют никаких изменений – после компиляции получается .jar файл, который будет работать и на Windows, и на Mac OS, и на Linux и еще немало где. Аналогичная ситуация и с Flash, только список платформ гораздо менее обширный. С языком С++ дело обстоит труднее. На чистом С++ написать кроссплатформенную программу довольно трудно, у кода возникает обширная избыточность, теряется достоинство в скорости выполнения. Облегчают задачу кроссплатформенные библиотеки, например, Qt, которые позволяют добиться принципа «один код на все платформы», однако на каждую платформу нужно программу собирать отдельно (при этом разными компиляторами).

В этот раздел так же можно включить интерпретируемые, скриптовые языки – для их работы нужно наличие интерпретатора языка в системе. Данные языки очень удобны в плане разработки, но достаточно медлительны. Схема их работы напоминает схему работы Java/Flash, только анализатор стал еще медленнее – полумашинный байт код анализировать «на лету» гораздо проще, чем человеческий код. Так же, это влечет к большему потреблению памяти.

6. Скорость внесения изменений, скорость тестирования. Проект стремительно развивается, в него постоянно вносятся изменения, порой немало? Тогда выбор должен падать на высокоуровневые языки, где любой функциональный блок можно быстро переписать. В этом случае лучше использовать С++, чем ассемблер, а еще проще Java. Но тут очень много тонкостей, которые таятся даже не сколько в языке, сколько в разработчике с его стилем программирования и компиляторах. Тем не менее, язык вносит свою долю в это дело, так или иначе упрощая или осложняя работу программиста.

Говоря о критериях выбора языков программирования, следует отметить что написания одной программы могут использовать различные языки программирования в зависимости от их функционала. Например, критичные к скорости работы части пишутся на низкоуровневых языках, графическая часть – на высокоуровневых и медленных языках.

Таким образом, выделяют следующие критерии выбора языка программирования: скорость работы конечного продукта, объем занимаемой оперативной памяти, скорость разработки программы, ориентированность на компьютер или человека, кроссплатформенность, скорость внесения изменений, скорость тестирования

Заключение

Языки программирования можно классифицировать по различным критериям: по уровню, по поколению, по функциональному признаку (парадигме), по способу реализации.

По уровню выделяют языки программирования низкого уровня (машинно-ориентированные языки) и языки программирования высокого уровня (машинно-независимые языки). Среди языков низкого уровня выделяют машинный язык, языки символического кодирования, автокоды, язык Ассемблера, макросы. Языки высокого уровня делятся на проблемно-ориентированные и универсальные.

По поколению языки программирования разделяются на пять поколений. Первые три поколения языков программирования характеризовались сложным набором зарезервированных слов и синтаксисом. Языки четвертого поколения все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при написании программ, но он значительно легче для освоения. Естественные языки программирования, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса.

По функциональному признаку языки программирования разделяются на процедурные (императивные) и непроцедурные (декларативные). Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки. Отдельно из процедурных языков программирования выделяются параллельные языки программирования. Класс непроцедурных языков содержит в себе два подкласса: функциональные и логические языки. Часто отдельным классом выделяют объектно-ориентированные языки программирования,

По способу реализации языки программирования разделяются на компилируемые, интерпретируемые, встраиваемые.

Выделяют следующие критерии выбора языка программирования: скорость работы конечного продукта, объем занимаемой оперативной памяти, скорость разработки программы, ориентированность на компьютер или человека, кроссплатформенность, скорость внесения изменений, скорость тестирования.

Список использованной литературы

Баженова И.Ю. Языки программирования: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования. – М.: Академия, 2018. – 368 с.
Быканов Н.П. Классификация языков программирования // Международный журнал социальных и гуманитарных наук. – 2016. – Т. 5. №1. – С. 229-232.
Бьянкуцци, Ф. Пионеры программирования. Диалоги с создателями наиболее популярных языков программирования / Ф. Бьянкуцци, Ш. Уорден. — М.: Символ, 2018. — 608 c.
Гавриков, М.М. Теоретические основы разработки и реализации языков программирования: Учебное пособие. — М.: КноРус, 2016. — 184 c.
Голицына О.Л., Партыка Т.Л., Попов И.И. Языки программирования. – М.: Академия, 2014.
Головин, И.Г. Языки и методы программирования: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования / И.Г. Головин, И.А. Волкова. — М.: ИЦ Академия, 2017. — 304 c.
Довек, Ж. Введение в теорию языков программирования / Ж. Довек, Ж.-Ж. Леви. — М.: ДМК, 2016. — 134 c
Иванова Г.С. Программирование: учебник для студентов вузов / Г.С. Иванова. – М.: КноРус, 2013. – 432 с.
Кауфман, В.Ш. Языки программирования. Концепции и принципы / В.Ш. Кауфман. — М.: ДМК, 2017. — 464 c.
Орлов С.А. Теория и практика языков программирования: для бакалавров и магистров. – СПб.: Питер, 2013. – 688 с.
Основы алгоритмизации и программирования: учеб. пособие / Т.А. Жданова, Ю.С. Бузыкова. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012. – 56 с.
Основы алгоритмизации и программирования: учебное пособие / Г. Р. Кадырова. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 95 с.
Программирование и основы алгоритмизации: Для инженерных специальностей технических университетов и вузов. / А.Г. Аузяк, Ю.А. Богомолов, А.И. Маликов, Б.А. Старостин. – Казань: Изд-во Казанского национального исследовательского технического ун-та - КАИ, 2013 – 153 с.
Сергиевский, Г.М. Функциональное и логическое программирование: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. / Г. М. Сергиевский, Н. Г. Волченков. – М.: Академия, 2014. – 320 с.
Скиена С. Алгоритмы. Руководство по разработке: пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 720 с.
Тюгашев. А.А. Основы программирования. – СПб: Университет ИТМО, 2016. – 160 с.
Черпаков, И. В. Основы программирования: учебник и практикум для среднего профессионального образования / И. В. Черпаков. — М.: Юрайт, 2018. – 219 с.
Классификация языков программирования [Электронный ресурс]. URL: http://bourabai.ru/alg/classification.htm
Пять поколений языков программирования [Электронный ресурс]. URL: http://life-prog.ru/view_zam2.php?id=194&cat=5&page=11
Эволюция языков программирования [Электронный ресурс]. URL: http://www.urtt.ru/bib/dataindex/oaip/lection/_html/lect_05.htm
Языки программирования и их классификация [Электронный ресурс]. URL: http://www.maksakov-sa.ru/ProgrProd/YazProgr/index.html
Язык программирования. Эволюция языков программирования [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.mvtom.ru/index.php/Язык_программирования