Реклама на портале

Лекция: Языки программирования высокого уровня. Сравнительная характеристика

Введение

В современную эпоху компьютеризации и информатизации перед обществом встает задача реализации все более и более сложных алгоритмов обработки потоков данных в кратчайшие сроки . Реализацией этой задачи занимаются инженеры различных специальностей во всем мире. Для решения той или иной задачи в сфере информатики решаются следующие подзадачи:

· постановка задачи;

· сбор данных, необходимых для решения задачи;

· реализация алгоритма обработки данных;

· трансляция алгоритма в структуру, способную решить поставленный алгоритм - программу или пакет программ;

· тестирование и отладка программы или пакета программ;

· применение программы или пакета программ к поставленной задаче;

· анализ полученных результатов.

Для создания программы, способной решать поставленные задачи, используются различные языки программирования. На данный момент в мире существует большое количество языков программирования разных уровней, отличающихся друг от друга не только по синтаксису, но и по структуре работы с данными. В качестве объекта исследования для получения информации о возможностях функционально - ориентированных языков программирования высокого уровня будут рассматриваться два характерных представителя языков этого класса - Паскаль и Си. В сравнительном анализе этих двух языков необходимо будет определить характерные особенности в их структуре и выделить из них наиболее удобный в плане реализации поставленных задач.

Сравнительный анализ языков программирования высокого уровня Си и Паскаль

Язык высокого уровня - тип языка компьютерного программирования. Языки высокого уровня предназначены для выражения потребностей программиста, а не возможностей компьютера. Они используют абстрактные данные и контролируют структуры, символические обозначения и переменные. Существует много языков высокого уровня, в том числе Бейсик (BASIC), Кобол (COBOL), Паскаль (Pascal), Фортран (FORTRAN), Алгол (Algol) и Си (C). Чтобы можно было использовать программы, написанные на языках высокого уровня, их нужно перевести в машинные коды. Рассмотрим в противопоставлении языки высокого уровня Си и Паскаль.

Структура программы

Для определения множеств имен переменных используется понятие идентификатора . Идентификаторами в Паскале является произвольный набор символов. Требования к идентификаторам:

· идентификатор состоит из латинских букв и цифр (заглавные и строчные буквы не различаются);

· идентификатора должен начинаться обязательно с буквы ("а1", а не "1а");

· идентификатор может состоять из любого количества символов, но распознаются только первые 63;

· служебные слова запрещается использовать в качестве идентификаторов.

Программа составляется из операторов Паскаля, которые разделяются символом ";". Для выделения группы операторов используют операторные скобки: begin…..end. Несколько операторов, заключенных в операторные скобки, называют составным оператором. В тексте программы фигурными скобками выделяются комментарии, которые игнорируются при выполнении программы. В тексте лекций будем также использовать фигурные скобки для комментирования.

Структура программы на языке Турбо Паскаль:

· заголовок, название программы;

· подключение внешних модулей;

· описание констант;

· задание типов;

· раздел объявления переменных;

· описание функций;

· описание процедур;

· начало основной программы;

· тело основной программы;

· конец основной программы.

Переменные, объявленные внутри основного блока программы, помещаются в сегмент данных и инициализируются нулем компилятором; переменные, объявленные внутри подпрограмм, объявляются внутри сегмента стека и не инициализируются. Все тело программы представляет собой жесткую конструкцию, в которую нельзя вносить никаких изменений без потери работоспособности проекта.

Структура Си-программ . Идентификатором в языке Си называется последовательность цифр, букв и специальных символов. При этом первой стоит буква или специальный символ. Для получения идентификаторов можно использовать строчные или прописные буквы латинского алфавита. Специальным символом может служить символ подчеркивания «_».

Два идентификатора, для получения которых применяются совпадающие строчные и прописные буквы, считают различными. К примеру: abc, ABC, A328B, a328b. Компилятор допускает всякое количество символов в идентификаторе, но значим только первый 31 символ.

Идентификатор образуется на этапе объявления переменной, функции, структуры и т. п. После этого его можно применять в последующих операторах разрабатываемой программы. Важно отметить некоторые особенности при выборе идентификатора. Во-первых, идентификатор и ключевое слово не должны совпадать. Также не должно быть совпадения с зарезервированными словами и названиями функций библиотеки компилятора языка СИ.

Во-вторых, важно обратить особое внимание на применение символа подчеркивания «_» первым символом идентификатора, так как идентификаторы выстраиваются так, что, с одной стороны, могут совпадать с именами системных функций и «или» переменных, но при этом при применении таких идентификаторов программы могут стать непереносимыми, т. е. их нельзя применять на компьютерах других типов.

В-третьих, на идентификаторы, применяемые для определения внешних переменных, должны быть наложены ограничения, которые формируются используемым редактором связей. Кроме того, использование различных версий редактора связей или различных редакторов определяет различные требования на имена внешних переменных.

Ключевыми словами называются зарезервированные идентификаторы, наделенные определенным смыслом. Их можно применять только в соответствии со значением, известным компилятору языка СИ. Приведемсписокключевыхслов: auto double intstruct break else long switch register tupedef char extern return void case float unsigned default for signed union do if sizeof volatile continue enum short while. При этом в определенных версиях реализации языка СИ зарезервированными словами являются следующие: _asm, fortran, near, far, cdecl, huge, pascal, interrupt. Ключевые слова far, huge, near дают возможность определить размеры указателей на области памяти.

Ключевые слова _asm, cdecl, fortran, pascal используются для организации связи с функциями, которые написаны на других языках, а также для применения команд языка ассемблера непосредственно в теле будущей программы на языке СИ. Ключевые слова не могут применяться в качестве идентификаторов.

Аннотация . Актуальность исследования объясняется важностью получения качест-венных прогнозов основных финансовых индикаторов в условиях современных тенденций, а также успешным опытом применения нейронных сетей в зада-чах прогнозирования, что может быть осуществлено верным выбором языка программирования. Это актуализирует цель данной статьи - проведение сравнительного анализа языков программирования.
Ключевые слова: язык программирования, среда программирования, инструментальные средства.

Существующие языки программирования предназначены для решения ориентированного достаточно узкого круга задач. Язык не может быть панацеей, его хорошие качества для одних задач (или людей) могут оказаться плохими для других.

Следует отличать язык программирования (Basic, Pascal) от его реализации, которая обычно представлена в составе среды программирования (Quick Basic, Virtual Pascal) − набора средств для редактирования исходных текстов, генерации исполняемого кода, отладки, управления проектами и т.д. Синтаксис и семантика языка программирования фиксируется в стандарте языка. Каждая среда программирования предоставляет свой интерпретатор или компилятор с этого языка, который зачастую допускает использование конструкций, не фиксированных в стандарте.

Существенна цель, для реализации которой выбирается язык - либо для обучения программированию, либо для решения конкретной прикладной задачи. В первом случае язык должен быть простым для понимания, строгим и по возможности лишенным "подводных камней". Во втором − пусть сложным, но эффективным и выразительным инструментом для профессионала.

Конечно, на практике обучение не может быть отделимо от реальных задач. Так называемые учебные задачи чаще всего страдают излишней абстрактностью и неприменимостью в жизни. Освоение языка (или среды программирования) само по себе не может считаться задачей, точнее − это очень непродуктивный подход. Эффективное освоение языка возможно только на реальных примерах. С другой стороны, программирование решения полноценной проблемы «из жизни» на начальном этапе освоения языка оказывается непосильной ношей, которая может отпугнуть, а не заинтересовать.

При решении конкретной прикладной задачи в большинстве случаев язык и среда программирования не выбираются, а задаются извне − заказчиком, руководителем и т.п. В том же редком случае, когда возможен выбор, исходить, на мой взгляд, следует из следующих условий (в порядке приоритета):

а) характера самой задачи и технических требований;

б) наработанного инструментария и имеющихся для данной среды библиотек;

в) имеющихся в языке и среде программирования инструментальных средств.

Зачастую при подобном выборе поступают строго наоборот: сначала решают, что программировать будут на объектах, затем − что использоваться будет конкретная библиотека, а потом подгоняют под это технические требования, объясняя все это тем, что заказчик «не знает чего хочет».

Применимость языка для той или иной задачи зависит от того, каким набором понятий профессионал оперирует, в рамках каких концепций (парадигм) он позволяет работать, какие имеются стандартные и распространенные пользовательские библиотеки и т.д.

По набору понятий языки подразделяются на высоко− и низкоуровневые. Первые предоставляют высокий уровень абстракции от оборудования, вторые − низкий, приближенный к машинному.

С точки зрения того, внесены ли в набор понятий особые, специфичные для предметной области объекты, языки делятся на универсальные (процедурные) и специализированные . К последним можно отнести Prolog, Lisp. Универсальные языки позволяют реализовать любой алгоритм, пользуясь стандартным набором конструкций. Благодаря этому, код на таком языке может быть достаточно легко перенесен из одного процедурного языка в другой при помощи консервативных изменений.

Приведем основные концепции, внесенные в те или иные общеупотребительные языки и связанные с ними понятия: типизации и структуры данных. Любой язык характеризуется набором базовых типов, возможностями по пополнению этого набора при помощи ряда конструкторов: массив, запись (структура), объединение. В некоторых языках имеется универсальный тип (Variant в Delphi и Visual Basic), свободно используемый как любой из базовых типов. Степень контроля типов может быть очень разной − от полного отсутствия до крайне жесткого. Важно наличие (возможно, в виде библиотеки) структур данных переменной длины, например, динамических массивов.

Различия в языках сводятся к способам определения процедур и функций, вариантам передачи параметров, возможностям определения рекурсивных процедур и наличию процедурного типа данных.

Наличие и широкая классификация типов памяти дает возможность эффективно управлять ее распределением, но и вносит сложность, требующую от программиста более внимательного отношения. Обычно выделяют (максимальный спектр): регистры, глобальные, локальные и динамические переменные.

Наличие средств логического объединения группы процедур, функций, переменных позволяет работать с большими проектами, упрощая их структуру. Важное свойство − возможность описания процедур инициации и завершения модуля.

Объединение структур и методов их обработки (инкапсуляция) создает значительные удобства при программировании. Возможность наследования позволяет привести в систему набор структур. Автоматически вызываемые конструкторы и деструкторы упрощают отслеживание взаимосвязей. Все это составляет удобный инструмент для описания понятий и действий прикладной программы.

Независимость от аппаратуры, реализуемая при помощи семантики, не зависящей от конкретной машины и внесением в язык ряда специфичных понятий - таких, как базовый тип с нефиксированным размером (int в C) .

С точки зрения эффективности, важно как исполняется программа − последовательной интерпретацией исходного текста (интерпретатор ) либо непосредственным исполнением готового кода (компилятор ). Интерпретатор целесообразно использовать лишь в случае, когда скорость интерпретации не сильно сказывается на эффективности программы. Кроме интерпретации и компиляции возможны промежуточные варианты с генерацией псевдокода , который отличается от от исходного текста высокой скоростью интерпретации либо другими полезными свойствами (например, возможностью исполнения на машинах различной архитектуры − как Java).

Рассмотрим популярные языки и программные среды с точки зрения приспособленности под различные классы задач.

Рожденный в 60 −е годы в Америке, Бейсик был задуман как простой язык для быстрого освоения. Бейсик стал фактическим стандартом для МикроЭВМ именно благодаря своей простоте как в освоении так и в реализации. Однако для достижения этого качества был принят ряд решений (отсутствие типизации, нумерация строк и неструктурное GOTO, и др.), негативно сказывающихся на стиле изучающих программирование. Кроме того, недостаток выразительных средств привел к появлению огромного количества диалектов языка, не совместимых между собой. Современные, специализированные версии Бейсика (такие как Visual Basic) несмотря на приобретенную "структурность" обладают все теми же недостатками, прежде всего − небрежностью по отношению к типам и описаниям. Пригоден для использования на начальном этапе обучения, как средство автоматизации (в случаях когда он встроен в соответствующие системы) либо как средство для быстрого создания приложений.

Разработанный известным теоретиком Н.Виртом на основе идей Алгола −68, Паскаль предназначался прежде всего для обучения программированию. Построенный по принципу "необходимо и достаточно", он располагает строгим контролем типов, конструкциями для описания произвольных структур данных, небольшим, но достаточным набором операторов структурного программирования. К сожалению, обратной стороной простоты и строгости является громоздкость описаний конструкций языка. Наиболее известная реализация − Turbo/Borland Pascal − несмотря на отличия от стандарта Паскаля, представляет из себя среду и набор библиотек, сделавшие из учебного языка промышленную систему для разработки программ в среде MS −DOS.

Ярчайший представитель языков низкого уровня Assembler, набор понятий которого основан на аппаратной реализации. Это средство автоматизации для программирования непосредственно в кодах процессора. Машинные команды описываются в виде мнемонических операций, что позволяет добиться достаточно высокой модифицируемости кода. Поскольку набор команд на разных процессорах различен, то и о совместимости говорить не приходится. Использование ассемблера целесообразно в случаях, когда необходимо напрямую взаимодействовать с оборудованием, либо получить большую эффективность для некоторой части программы за счет более высокого контроля над генерацией кода.

После продолжительной борьбы на фронте программных сред для Windows, Borland ушла на рынок корпоративных систем. Delphi − это не продолжатель дела Borland Pascal / Borland C, его ниша − т.н. быстрое создание приложений (Rapid Application Developing, RAD). Подобные средства позволяют в кратчайшие сроки создать рабочую программу из готовых компонентов, не растрачивая массу усилий на мелочи. Особое место в таких системах занимают возможности работы с базами данных.

Как яркий пример специализации, язык Java появился в ответ на потребность в идеально переносимом языке, программы на котором эффективно исполняются на стороне клиента WWW. В ввиду специфики окружения, Java может быть хорошим выбором для системы, построенной на Internet/Intranet технологии.

В основе языка C − требования системного программиста: полный и эффективный доступ ко всем ресурсам компьютера, средства программирования высокого уровня, переносимость программ между различными платформами и операционными системами. С++, сохраняя совместимость с C, вносит возможности объектно−ориентированного программирования, выражая идею класса (объекта) как определяемого пользователем типа. Благодаря перечисленным качествам, C/C++ занял позицию универсального языка для любых задач. Но его применение может стать неэффективным там, где требуется получить готовый к употреблению результат в кратчайшие сроки, либо там, где невыгодным становится сам процедурный подход.

Для реализации проекта построения нейросетевой модели для прогнозирования временных рядов финансовых данных на базе многослой-ного персептрона, обученного по алгоритму обратного распространения ошибки (а также формализации полной схемы применения данной модели для анализа и прогнозирования временных рядов на примере котировок ак-ций российских эмитентов на ММВБ) выбрана среда разработки С++ Builder 2010, так как она сочетает в себе функциональность и хорошую скорость работы программ сделанных на С++, а также позволяют в кратчайшие сроки создать рабочую программу из готовых компонентов, не растрачивая массу усилий на мелочи.

Меняется аппаратура и операционные системы. Возникают новые задачи из самых различных предметных областей. Уходят в прошлое и появляются новые языки. Но остаются люди − те, кто пишет и те, для кого пишут новые программы и чьи требования к качеству остаются теми же вне зависимости от этих изменений.

  1. Джаррод Холингворт, Боб Сворт, Марк Кэшмэн, Поль Густавсон Borland C++ Builder 6. Руководство разработчика = Borland C++ Builder 6 Developer’s Guide. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 976.
  2. Вик Курилович Visual Basic. − Издательство «Солон-Пресс», 2006 г., −С. 384.
  3. Андреева Т. А. Программирование на языке Pascal. − Издательство: Интернет-университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2006 г. − С. 240.
  4. Пильщиков В. Н. Assembler. Программирование на языке ассемблера IBM. − PCИздательство: Диалог-МИФИ, 2005 г. − С. 288.
  5. Желонкин А. Основы программирования в интегрированной среде DELPHI. − Издательство: Бином. Лаборатория знаний, 2004 г. − С. 240.
  6. Джошуа Блох Java. Эффективное программирование Effective Java. Programming Language Guide − Серия: Java Издательство: Лори, 2002 г. − С. 224.
  7. Лафоре Р. Объектно-ориентированное программирование в С++ Object-Oriented Programming in C++ − Издательство: Питер, 2011 г.

Любой язык программирования изобилует разнообразными ключевыми словами, функциями или классами. Как правило, все они используют английский язык, на котором описываются методы или аргументы. В некоторых средах и вовсе встречаются просто сокращения машинных функций. Это в значительной степени затрудняло освоение разработки на начальных этапах. С целью повысить скорость понимания была создана серия специальных алгоритмических языков программирования, которые состояли из понятных и доступных слов и их сочетаний, ясных даже неподготовленному человеку.

Немного истории

Для общения с первыми компьютерами использовались языки программирования, максимально приближенные к машинному коду, состоящему из нулей и единиц. Естественно, что запомнить множество команд было очень сложной задачей. К тому же методика распределения памяти при программировании полностью возлагалась на плечи разработчика. А если он допускал небольшую ошибку, то приходилось все переделывать сначала.

Большую роль в переходе от машинного языка к более подходящему человеку сыграл язык программирования низкого уровня ассемблер. В нем использовались мнемонические значения и символы. Это упростило задачу разработчика, так как теперь из комбинаций управляющих инструкций и числовых кодов он мог более продуктивно выстраивать свои алгоритмы. Несмотря на всю свою гибкость и мощность, язык все также был сложен в освоении.

Для обучения разработке и алгоритмам в учебных заведениях началось внедрение языка программирования бейсик. Он уже содержал в себе много команд, ключевых слов, понятных обучаемому. Бейсик до сих пор используется для освоения азов программирования.

С созданием первого алгоритмического языка программирования — алгола - дело освоения алгоритмов значительно ускорилось.

Что представляет собой алгоритм

Если уйти от сухой теории и определений, то алгоритм — это последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи. Несмотря на всю витиеватость выражения, с этим понятием человек сталкивается повседневно. Например, чтобы попить чай, нужно выполнить следующую последовательность:

  1. Поставить чайник на плиту.
  2. Дождаться его закипания.
  3. Налить кипяток в воду.
  4. Опустить чайный пакет в чашку.
  5. Добавить необходимое количество сахара, молока или мёда.

Данная последовательность весьма упрощена, однако представляет собой самый простой алгоритм.

Так же, как и человек, вычислительная машина способна выполнять определённую последовательность задач. Однако, для того чтобы она их чётко понимала, нужно учитывать, что для ЭВМ отсутствует множество очевидных для людей понятий. К тому же алгоритм должен точно описывать все необходимые действия. Для этой цели и служит алгоритмический язык, который создаёт некий мост между машиной и человеком.

Свойства и особенности алгоритмического языка

Алгоритмический — формальный язык, на котором описываются алгоритмы, предполагаемые для выполнения на вычислительных машинах. Как правило, он не привязан к какой-либо архитектуре машины. Это помогает значительно повысить и ускорить написание кода. Как яркий пример - алгоритмический язык бейсик. Паскаль и си также оказались популярными, так как обладали простым синтаксисом и скоростью изучения.

Структура реализована таким образом, что процедуры, описанные в коде, выполняются одна за другой. То есть один алгоритм — одна задача. Это похоже на создание функций или методов в языках С и Java.

Весь код строится из ключевых слов, описывающих событие или переменную.

Различия между машинными и алгоритмическими языками

Ярким представителем машинно-зависимого языка является ассемблер. Программирование на нем сводится к тому, чтобы указать транслятору особыми метками, что и куда нужно переместить или какую область данных заполнить. Так как синтаксис ассемблера больше похож на машинный, то изучать и писать на нем код довольно затруднительно. Ниже вы видите, как могут выглядеть команды для разных процессоров.

Поэтому формальный язык или алгоритмический был создан с большим количеством понятных человеку ключевых слов и имён.

Ключевые слова

Алгоритмический язык состоит из ключевых слов, которые представляют собой сокращения полного обозначения действий или переменных. Это позволяет сократить длину кода, оставляя его при этом понятным.

  • Алг . С этого ключевого слова начинается любой алгоритм. В нем описывается название и в скобках указывается, какие аргументы он принимает для вычисления, и что должно получиться в результате.
  • Арг . Обозначает аргументы алгоритма. Отражает тип и название значения, которое будет использован в коде.
  • Рез . Данное ключевое слово служит для обозначения типа и имени переменной, в которую будет необходимо поместить результат вычисления.
  • Нач. Означает непосредственное начало выполнения алгоритма. Длится до ключевого слова кон. Весь промежуток от "нач" до "кон" называется телом текущего алгоритма.
  • Кон. Сообщает о том, что выполнение алгоритма окончено.
  • Дано . Говорит о некоторых особенностях и нюансах использования алгоритма или об ограничениях. Например, здесь можно указать, что длины сравниваемых строк должны быть одинаковыми. Использование ключевого слова "дано" необязательно.
  • Надо . Более подробное описание того, что должно получиться в результате выполнения алгоритма. Так же, как и "дано", может опускаться, но для построения более понятного и подробного кода его использование рекомендуется.

Список данных ключевых слов относится к заголовку и обозначению тела алгоритма. А вот так выглядят лексемы для переменных:

  • Цел . Тип переменной целых чисел. Диапазон их должен варьироваться от -32768 до 32767.
  • Вещ . Вещественные числа. Например, с экспонентой или дробной частью.
  • Лог . Это ключевое слово означает, что будет использована переменная логического типа, способная принимать только "да" или "нет".
  • Сим. Сюда входят значения с одиночными символами, например, «а», «3».
  • Лит . Строковые переменные, которые могут содержать целые текстовые строки.
  • Таб . Обозначает таблицу с данными определённого типа. Представляет собой аналог массива из других языков программирования.

Дополнительные служебные слова

Следующий список слов используется для организации механизмов ветвления и циклов.

  • Для . Применяется для перебора всех значений определённого диапазона. Используется для циклов, т. е. непрерывного выполнения каких-либо процедур с данными.
  • От и до . Указывает, какой именно диапазон значений нужно перебрать в цикле типа "для".
  • Пока . Также служит для перебора нескольких значений. Используется для работы до тех пор, пока не выполнится определённое условие.
  • Нц и кц . "Нц" в алгоритмическом языке означает начало тела цикла, а "кц" - конец. Между этими двумя ключевыми словами встраиваются необходимые для вычисления процедуры.
  • Если. С помощью этого слова реализуется структура ветвления. Таким образом можно определить ход программы в нужном направлении, учитывая условия.
  • То, иначе . Два слова, работающих в паре с "если". Также выстраивают механизм ветвления.
  • Выбор . Удобный инструмент для осуществления ветвления из нескольких значений одного типа. Работает в паре с ключевым словом "при" и "иначе".
  • Все . Означает окончание механизма ветвления.
  • Ввод . Данное ключевое слово позволяет пользователю вводить значения переменных в ходе работы программы для их последующей обработки.
  • Вывод. Производит вывод данных на экран.

Основные структуры языка

Алгоритмический язык программирования помогает выстраивать различные структуры, которые производят вычислительные функции в удобной форме. В общем, любой язык может использовать несколько определённых механизмов и их сочетания.

Структура следования

При проектировании такого вида структуры выполнение кода происходит непосредственно строка за строкой. Общий пример можно выразить таким образом:

алг Сумма двух чисел (арг цел a, b, рез цел S)

вывод «S = », S

В данном примере происходит вычисление суммы двух чисел, введённых пользователем. В начале слово "алг" показывает, что алгоритм начинается, и кратко описывает, что именно он делает. В скобках определяются аргументы, необходимые для работы программы, и переменная, которая послужит контейнером для хранения результатов. Далее идёт ключевое слово "нач", показывающее непосредственное начало выполнения выражений и процедур. Рядом с "нач" можно определить и некоторые промежуточные переменные.

В теле алгоритма ключевое слово "ввод" принимает от пользователя данные и записывает их в переменные. Затем они складываются, и их сумма присваивается S. Перед концом алгоритма результат работы программы выводится на экран посредством ключевого слова "вывод". Данная запись на алгоритмическом языке типична и для многих других сред программирования.

Структура ветвления

Ход программы не всегда должен выполняться строка за строкой. Иногда нужно определить или изменить значение некой переменной в зависимости от ситуации. Например, при условии, что х = 0, не осуществлять деление на х.

Алгоритмический язык программирования для этого использует несколько вариантов конструкций и ключевые слова "если", "то", "иначе" или "выбор". После "если" устанавливается условие, по которому будет определяться критерий перехода в другую ветвь. Например, так:

Таким образом можно менять значения переменных в зависимости от других факторов. Данный пример не полностью охватывает все возможные реализации. Поэтому дополнительно к конструкции применяется ключевое слово "иначе". Оно позволяет перейти в другую ветвь, если условие не соответствует выбранным критериям.

иначе у = 0

То есть в случае, когда х будет не равен нулю, у также обнулится вне зависимости от значения, которое он имел до этого.

Более удобным средством для осуществления множественного выбора является конструкция "выбор". Она позволяет перебрать несколько условий. При срабатывании одного из них будет выполнено указанное для него действие.

при х = 0: у = 0

при х = 1: у = 1

при х = 2: у = 2

Данный пример демонстрирует зависимость переменной у от х. Программа пробегает по всем данным и сравнивает текущее значение х с указанным в условии. При нахождении соответствия выполняет следующее за ним действие. Эту конструкцию можно также комбинировать с ключевым словом "иначе" для более гибких решений, когда ни одно из условий не отработало.

Циклы

Циклы играют очень важную роль в программировании. Практически ни одна разработка не сможет обойтись без реализации этой конструкции. В общем случае циклы решают задачу выполнения однотипных действий с несколькими переменными многократно. Это удобно, например, при заполнении массивов данными по известной формуле, его сортировки или же подсчёта некоторых значений.

Ключевое слово "пока" позволяет организовать цикл, в котором определённое действие будет повторяться до тех пор, пока не удовлетворится некое условие. Например:

нц пока х <= 3

В данном примере у будет увеличиваться до тех пор, пока х не станет больше 3. Для того чтобы цикл не был бесконечным, х нужно в каждом проходе изменить в большую сторону, например на 1, что и делает вторая строка кода.

Ключевое слово "для" применяется к некоторому диапазону чисел, который нужно перебрать последовательно, выполняя с ними какие-либо действия. Данная конструкция используется, когда конечное число элементов известно.

Синтаксис его выглядит так:

нц для х от 1 до 3

Служебные слова "от" и "до" показывают диапазон значений, которые необходимо перебрать. Таким образом в первой итерации х = 1, в результате прохода у приобретёт также значение 1. Дальше управление опять перейдёт в начало, и х теперь будет равен 2, соответственно, у станет 3.

Используя совместные конструкции циклов и ветвления, можно выстраивать простейшие алгоритмы для решения лёгких задач и получения знаний о работе языков программирования.

Стандартные функции

Алгоритмический язык обладает стандартными функциями, которые уже в него встроены. Они способны облегчить некоторые рутинные операции с числами и выражениями. Штатные функции алгоритмического языка могут производить вычисление квадратного корня, логарифмы, модули, синусы, косинусы и т. д:

  • абсолютный модуль — abs(x);
  • корень квадратный — sqrt(x);
  • натуральный и десятичный логарифмы — ln(x) и lg(x);
  • минимум и максимум двух чисел — min(x,y), max (x,y);
  • синус, косинус, тангенс, котангенс — sin(x), cos(x), tg(x), ctg(x).

Данные стандартные возможности позволяют избежать создания «велосипеда», помогая реализовать простейшие функции штатными средствами.

Логические выражения

Логические выражения отражают, удовлетворяет ли некая операция условию. Например, х > 0 будет иметь значение "истина" при х, равном 1, 2, 25 или любом другом числе больше нуля. Алгоритмический язык содержит логические выражения, которые помимо стандартных математических операций могут использовать следующие ключевые слова и операторы:

  • И. Означает, что выражения, между которыми находится ключевое слово, должны удовлетворять определённому условию: (х>0) и (у>0);
  • Или . Одно из выражений может не удовлетворять условию, например, (х>0) или (у>0);
  • Не . «Переворачивает» логическое значение выражения. Например, такая конструкция не (х>0), означает, что х все же должен быть не больше нуля.

Также присутствуют операторы сравнения - <, >, =, которые могут сочетаться, создавая выражения типа больше или равно.

Небольшая программа для алгоритмического языка

Для понимания процесса можно организовать программу, взаимодействующую с пользователем. Она будет запрашивать число, а машина - возводить его в квадрат.

Составляющие алгоритмического языка имеют в своем составе множество ключевых слов. Первое, с чего начинается программа, это объявление об алгоритме — алг.

алг Возведение числа в квадрат ()

В скобках нужно указать аргумент, который будет представлять собой значение от пользователя и результат. Также не стоит забывать про объявление типов этих данных.

Теперь машина будет знать, что взаимодействовать ей придется с переменной типа целое число, а результатом ее работы будет S.

Первое, что нужно сделать, осуществить ввод данных. Это производится с помощью ключевого слова "ввод".

Теперь непосредственно в теле алгоритма нужно описать ряд команд, с помощью которых будет реализовываться подсчёт квадратов чисел.

вывод «S = », S

Алгоритмический язык, команды которого позволяют реализовать присвоение, записываются в виде:=. Тем самым в переменную S попадает значение произведения х на самого себя. Строка с выводом показывает результат на экране. Ну и завершается все это ключевым словом "кон". Полный код теперь будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат (арг цел х, рез цел S)

вывод «S = », S

Вот таким простым образом реализуется алгоритм подсчёта квадрата введённого числа. Программу можно усложнить, добавив к ней сумму всех операций. И тогда она будет выглядеть так:

алг Возведение числа в квадрат и расчёт их суммы (арг цел х, рез цел S)

дано | х > 0

надо | S = 1*1 + 2*2+ … + x*x

нач цел а

ввод х; S:=0

нц для а от 1 до х

вывод «S = », S

В этом варианте используется цикл, промежуточная переменная а и краткое указание к задаче в разделах "дано" и "надо". Теперь, если передать программе некое число, она возведёт его в квадрат и выведет сумму квадратов всех чисел, ему предшествующих.

Использование и развитие алгоритмических языков

Алгоритмический язык распространён в среде обучения для понимания базовых норм и правил программирования. Например, бейсик, который проходят во многих школах. Он отлично отражает все парадигмы такого термина, как императивный язык программирования, в котором все команды выполняются последовательно одна за другой.

Из-за приближённости описываемых конструкций и ключевых слов к человеческому языку писать код стало гораздо проще, нежели на полностью машинных или машинно-зависимых моделях. Семейство языков программирования алгол зашло в своем развитии дальше всех, так как его синтаксис был представлен в нескольких локализациях. Писать код можно было даже на русском языке.

В общем, развитие алгоритмических языков сильно повлияло на программирование в целом и позволило большому количеству человек стать разработчиками. Современные средства становятся все более доступны и понятны. Языки программирования высокого уровня содержат все больше функций с говорящими именами и названиями. Пределов их использованию становится все меньше. Таким образом, в будущем возможна более понятная и естественная реализация разработки.

Язык программирования - это система обозначений, служащая для точного описания программ или алгоритмов для ЭВМ. 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.

Basic. Он был разработан в 1963 году профессорами Дартмутского колледжа Томасом Курцем и Джоном Кемени. Язык предназначался для обучения программированию и получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего как язык для домашних компьютеров. При проектировании языка использовались следующие восемь принципов: 1.Быть простым в использовании для начинающих 2.Быть языком программирования общего назначения 3.Предоставлять возможность расширения функциональности, доступную опытным программистам 4.Быть интерактивным 5.Предоставлять ясные сообщения об ошибках 6.Быстро работать на небольших программах 7.Не требовать понимания работы аппаратного обеспечения 8.Защищать пользователя от операционной системы. Язык был основан частично на Фортран II и частично на Алгол-60, с добавлениями, делающими его удобным для работы в режиме разделения времени и, позднее, обработки текста и матричной арифметики. Синтаксис языка напоминает Fortran, и многие элементы - явные заимствования из него. Язык задумывался для обучения, поэтому его конструкции максимально просты. Как и в других языках программирования, ключевые слова взяты из английского языка. Основных типов данных два: строки и числа. Объявление переменных не требует специальной секции (в отличие, например, от Паскаля). Объявление переменной - это первое её использование.

C Sharp - C# (произносится си шарп) - объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998-2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Microsoft.NET Framework. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML. Переняв многое от своих предшественников - языков C++, Java, Delphi. С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# не поддерживает множественное наследование классов (в отличие от C++).


Язык программирования 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. Название «Си++» происходит от Си, в котором унарный оператор ++ обозначает инкремент переменной.В 1990-х годах язык стал одним из наиболее широко применяемых языков программирования общего назначения. При создании Си++ стремились сохранить совместимость с языком Си. Большинство программ на Си будут исправно работать и с компилятором Си++. Си++ имеет синтаксис, основанный на синтаксисе Си.

Достоинства C++ - чрезвычайно мощный язык, содержащий средства создания эффективных программ практически любого назначения, от низкоуровневых утилит и драйверов до сложных программных комплексов самого различного назначения. В частности : Высокая совместимость с языком С, позволяющая использовать весь существующий С-код (код С может быть с минимальными переделками скомпилирован компилятором С++; библиотеки, написанные на С, обычно могут быть вызваны из С++ непосредственно без каких-либо дополнительных затрат, в том числе и на уровне функций обратного вызова, позволяя библиотекам, написанным на С, вызывать код, написанный на С++). Поддерживаются различные стили и технологии программирования, включая традиционное директивное программирование, ООП, обобщенное программирование, метапрограммирование (шаблоны, макросы). Имеется возможность работы на низком уровне с памятью, адресами, портами. Возможность создания обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных, их специализация и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны. Кроссплатформенность. Доступны компиляторы для большого количества платформ, на языке C++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем. Эффективность. Язык спроектирован так, чтобы дать программисту максимальный контроль над всеми аспектами структуры и порядка исполнения программы. Недостатки Отчасти недостатки C++ унаследованы от языка-предка - Си, - и вызваны изначально заданным требованием возможно большей совместимости с Си. Это такие недостатки, как: Синтаксис, провоцирующий ошибки: Препроцессор, унаследованный от С, очень примитивен. Плохая поддержка модульности (по сути, в классическом Си модульность на уровне языка отсутствует, её обеспечение переложено на компоновщик). Подключение интерфейса внешнего модуля через препроцессорную вставку заголовочного файла (#include) серьёзно замедляет компиляцию при подключении большого количества модулей (потому что результирующий файл, который обрабатывается компилятором, оказывается очень велик).

Паскаль . Появившийся в 1972 году язык Паскаль был назван так в честь великого французского математика XVII века, изобретателя первой в мире арифметической машины Блеза Паскаля. Этот язык был создан швейцарским учёным, специалистом в области информатики Никлаусом Виртом как язык для обучения методам программирования. Паскаль – это язык программирования общего назначения. 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 интуитивно понятен даже при первом знакомстве с языком. Язык Паскаль учит не только тому, как правильно написать программу, но и тому, как правильно разработать метод решения задачи, подобрать способы представления и организации данных, используемых в задаче. С 1983 года языкПаскаль введён в учебные курсы информатики средних школ США.

Язык программирования Delphi (Дельфи) - среда разработки, использует язык программирования Delphi (начиная с 7 версии язык в среде именуется Delphi, ранее - Object Pascal), разработанный фирмой Borland и изначально реализованный в её пакете Borland Delphi, от которого и получил в 2003 году своё нынешнее название. Object Pascal - по сути является наследником языка Pascal с объектно-ориентированными расширениями. Delphi обеспечивает визуальное проектирование пользовательского интерфейса, имеет развитый объектно-ориентированный язык Object Pascal (позже переименованный в Delphi) и уникальные по своей простоте и мощи средства доступа к базам данных. Язык Delphi по возможностям значительно превзошел язык Basic и даже в чем-то язык C++, но при этом он оказался весьма надежным и легким в изучении (особенно в сравнении с языком C++). В результате, среда Delphi позволила программистам легко создавать собственные компоненты и строить из них профессиональные программы.

Java - объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems - 23 мая 1995 года. Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной машиной Java (JVM) - программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор. 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. В последнее время был внесен ряд усовершенствований, которые несколько увеличили скорость выполнения программ на Java: 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).

Основные возможности: автоматическое управление памятью; расширенные возможности обработки исключительных ситуаций; богатый набор средств фильтрации ввода/вывода; набор стандартных коллекций, таких как массив, список, стек и т. п.; наличие простых средств создания сетевых приложений (в том числе с использованием протокола RMI); встроенные в язык средства создания многопоточных приложений; параллельное выполнение программ.

Таким образом, в наше время существует множество языков, и у каждого из них свои особенности.

С появлением машин второго поколения возникла потребность создания языков, целиком ориентированных на особенности задач и не зависящих от конкретной машины. Символом второго поколения ЭВМ стали проблемно-ориентированные языки программирования. Их развитие все в большей степени определялось спецификой задач, а не особенностями машин. Эти языки назвали алгоритмическими языками . Одним из первых и наиболее удачных языков такого рода стал Фортран (For mulae Tran slation), разработанный фирмой IBM в 1954 г. Язык Фортран не только просуществовал до наших дней, но и достаточно распространен. Среди причин такого долголетия можно отметить простую структуру как самого Фортрана, так и предназначенных для него трансляторов. Фортран был заложен в основу диалогового языка Бейсик (B eginner"s A ll-purpose S ymbolic I nstruction C ode) - широко распространенного ныне в различных модификациях языка. Вскоре после создания Фортрана (1957 г.) появился язык Алгол (Algo rithmic L anguage), созданный на основе широкого международного сотрудничества. В 1960 г. было опубликовано официальное сообщение об алгоритмическом языке, названном Алгол-60. Алгол создавался после разработки и практического применения Фортрана, поэтому характеризуется как введением новых конструкций, так и обобщением понятий, имеющихся в Фортране. Несмотря на то, что и Фортран, и Алгол заслуживали название универсальных языков, ни один них, конечно, не позволял описать все без исключения возникающие задачи. Поэтому примерно в то же время появились алгоритмические языки с проблемной ориентацией (Кобол, Снобол и др.), отвечающие нуждам специфичных направлений науки и техники. Из языков для обработки символьной информации (преобразование формул, аналитическое решение уравнений, анализ и синтез текстов и т.д.) очень популярным является язык Лисп (Li st P rocessing), созданный в 1960 г. в Массачусетском технологическом институте. В этом языке вся находящаяся в обработке информация, в том числе и сама программа, организуется в так называемые списки - последовательности элементов. Третье поколение ЭВМ поставило на повестку дня выработку нового подхода к созданию действительно универсального языка. Одной из попыток такого рода являлось создание фирмой IBM алгоритмического языка PL/1 (P rogramming L anguage/1 - язык программирования один). Он основывался на языках Фортран и Кобол, ряд изобразительных средств и понятий был почерпнут из Алгола и других языков. В 1971 г. Никлаусом Виртом был предложен алгоритмический язык Паскаль (Pascal). Язык Паскаль является преемником Алгола-60, он имеет конструкции, аналогичные существующим в PL/1 и Алголе-68, однако Паскаль более лаконичен. Язык Паскаль способствовал внедрению современной технологии программирования, основанной на постепенном построении программы, состоящей из небольших четко определенных процедур, т. е. последовательно проводятся в жизнь идеи структурного программирования. Другой существенной особенностью Паскаля является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий, лежащих, наряду с понятием алгоритма, в основе программирования. На основе языка Паскаль в конце 70-х годов был создан язык Ада, имеющий очень широкую сферу применения, хотя и созданный как официальный язык программирования американских военных. Язык назван так по имени первой женщины-программиста Ады Лавлейс. Это существенно структурированный язык, особенно он подходит для разработки систем реального времени. Однако язык Ада слишком громоздкий, многословный и не предоставляет программисту достаточной свободы. По синтаксической сложности он до сих пор не превзойден ни одним из языков. В отличие от перечисленных языков высокого уровня, предложенный Денисом Ритчи в начале 80-х годов язык программирования Си (название содержит одну латинскую букву С) задумывался языком сравнительно низкого уровня. Но это не значит, что этот язык недостаточно мощный. Алгоритмический язык C достаточно полно отражает возможности современных компьютеров, позволяя писать весьма эффективные программы, не прибегая к языкам ассемблера, главным образом за счет простых, последовательных конструкций потоков управления. Язык приобрел популярность благодаря остроумным решениям, сделавшим запись программы на C весьма компактной. Не накладывая на программиста особых ограничений, он дает возможность для разнообразных трюков, чем тоже многим импонирует. Язык Паскаль в оригинальной авторской версии не содержал средств раздельной компиляции - модулей, разнообразных числовых типов, строк переменной длины и многого из того, что добавлено в известные реализации. Вследствие этого Никлаус Вирт предложил язык Модула-2 , который должен был заменить Паскаль, устранив основное его ограничение - отсутствие модульности. Известно, что Модула-2 использовалась и используется в проектах, где важнейшую роль играет надежность. Средства межмодульного контроля Модулы-2 заметно совершеннее аналогичных возможностей Паскаля и C. Компилятор Турбо-Паскаль , разработанный Андерсом Хейльсбергом, был выпущен в продажу фирмой Borland в 1983 г. Эта версия уже содержала расширения языка, хотя и небольшие. В последующих выпусках расширений становилось все больше: встроенная графика, модули, средства объектно-ориентированного программирования (ООП) и т.д. Начиная с версии 7.0, язык стал называться Borland-Паскаль . В качестве мощной объектно-ориентированной версии Паскаля сейчас популярен Объектный Паскаль . Объектный Паскаль по сравнению со стандартным Паскалем содержит очень много синтаксических расширений. В результате из простого и изящного Паскаля получился язык, приближающийся по сложности к языку Ада. Объектно-ориентированный язык C++ предложил Бьярн Страуструп с первоначальным названием «Си с классами». Название отражает тот факт, что C++ является надмножеством языка C. Язык C++, по ряду оценок, сложнее C вдвое. В настоящее время это, без преувеличения, язык номер один в мире для профессиональных программистов, поскольку он перенял преимущества и популярность C и добавил мощные средства написания объектно-ориентированных программ. Его реализации поддерживаются на всех аппаратно-программных платформах, в отличие от Паскаля, который широко распространен лишь на платформе IBM PC. Язык Оберон был разработан Н. Виртом в 1987 г. Он представляет собой существенно упрощенный синтаксически вариант Модулы-2, в который добавлены расширяемые записи - основной механизм ООП. Язык необычайно прост, но при этом сохраняет универсальность и в функциональном отношении не уступает другим языкам. В 1992 г. Н. Виртом были приняты расширения Оберона, предложенные Ханспетером Мёссенбёком. В язык введены аналоги виртуальных методов в других языках. Новая версия получила название Оберон-2 . Удивительно, но Оберон-2 оказался проще Оберона, расширением которого является. Самый молодой и самый обсуждаемый ныне объектно-ориентированный язык Java (в английском произношении - Джава , русское еще не устоялось) предложен Джеймсом Гослингом (фирма Sun Microsystems). Основная особенность Java - межплат­форменная переносимость приложений, благодаря чему язык широко используется для написания приложений для Internet. Java - очень сложный синтаксически язык. Его официальное описание - 700-страничный документ - насыщен многословными и громоздкими определениями. Несмотря на эту сложность, в Java есть всего две существенные вещи, которых нет, например, в Обероне: встроенная многопоточность и обработка исключений. В целом, к настоящему моменту известно от 2-х до 3-х тысяч языков программирования, из них около 100 объектных и объектно-ориен­ти­ро­ван­ных. Критерии выбора языка программирования: Выбор языка должен производиться на основе требований к разрабатываемому продукту с учетом следующих факторов: мощность языка (возможности языка); переносимость языка; сложность языка; уровень существующей инструментальной поддержки языка. Сложность языка не всегда напрямую связана с его мощностью. Линия языков Вирта (Паскаль - Модула - Оберон) характеризуется снижением сложности при росте мощности. Ряд исследователей полагает, что существует пять основных разновидностей стилей программирования и, соответственно, языков программирования:

В настоящее время наиболее привлекательные для программистов языки базируются на так называемой объектной модели , которая имеет четыре главных элемента: абстрагирование; инкапсуляция; модульность; иерархия. Абстрагирование - выделения абстракций (abstraction), под которыми понимаются существенные характеристики объекта, которые отличают его от всех других объектов и четко определяют его концептуальные границы для наблюдателя. Инкапсуляция (encapsulation) - разделение элементов абстракции, которые образуют ее структуру и поведение. Модульность (modularity) - разделение системы на модули (module), под которыми понимаются единицы кода, служащие блоками физической структуры системы. Иерархия (hierarchy) - подчинение или упорядочение абстракций. Две типичных иерархии в сложной системе - иерархия наследования «общее/частное», присущая, обычно, типам (классам) и иерархия агрегирования «целое/часть», присущая, обычно, элементам (объектам). Иерархия присуща также модулям и другим частям системы. Наиболее явно эти черты присутствую в языках, реализующих концепции объектно-ориентированного программирования . Под последним понимается методология реализации, при которой программа организуется как совокупность сотрудничающих объектов, каждый из которых является экземпляром какого-либо класса, а классы образуют иерархию наследования. При этом классы обычно статичны, а объекты очень динамичны, что поощряется динамическим связыванием и полиморфизмом. Для ООП характерны понятия наследования и полиморфизма. Наследование (inheritance) - отношение между классами, при котором класс использует структуру или поведение другого (одиночное наследование) или других (множественное наследование). Наследование вводит иерархию «общее/частное». Полиморфизм (polymorphism) - положение теории типов, согласно которому имена (например, переменных) могут обозначать объекты разных (но имеющих общего родителя) классов. Следовательно, любой объект (метод), обозначаемым полиморфным именем, может по-своему реагировать на некий общий набор операций (аргументов).