Разные языки программирования и их области применения. Лекция в Яндексе. Краткий обзор известных языков программирования

Любой человек, решивший овладеть основами процесса создания компьютерных программ, задается вопросом, какие на сегодняшний день самые востребованные языки программирования, и какие из них лучше всего изучать. И если на первый вопрос ответить весьма легко, то на второй искать ответ предстоит самому ученику, исходя из его планов и потребностей.

Давайте кратко рассмотрим наиболее популярные языки программирования для того, чтобы вы могли выбрать наиболее привлекающий вас и принялись за его изучение.

программирования?

Прежде чем разбирать основные языки программирования и описывать их, необходимо разобрать само понятие.

Язык программирования - это формальная знаковая система, которая применяется для написания компьютерных программ. Как и любой другой язык, он имеет свои лексические, семантические и синтаксические правила.

Выделяют языки низкого и высокого уровней программирования. На сегодняшний день пользуются в основном вторым.

Языки программирования высокого и низкого уровней

Низкоуровневый язык программирования имеет структуру, близкую к структуре При этом команды обозначаются не при помощи нулей и единиц, а с помощью мнемонических обозначений. Наиболее известный низкий язык программирования - язык ассемблера.

Работа с любым из языков требует высокой квалификации, понимания кроме того, написание программ занимает значительное время. При этом с помощью низких можно создавать небольшие, но в то же время эффективные программы. Начинающим программистам не рекомендуется начинать свое знакомство с них.

Высокоуровневые языки программирования характеризуются наличием смысловых конструкций для описания операций. Их изучение занимает немало времени, а применение на практике требует внимательности и понимания основных структур и правил синтаксиса и лексики. Но при этом владение языками высокого уровня позволяет создавать большие, красочные, многофункциональные проекты в рекордные сроки.

К высокому уровню относятся Pascal, Java, C, C++, C#, Delphi и многие другие. Используются они для написания программного обеспечения и прикладных программ.

Наиболее востребованные языки программирования

Какие же самые востребованные языки программирования на сегодняшний день?

В последние годы наиболее популярными и востребованными считаются Java, C, C++, Python, C#, которые входят в топы языков программирования. Именно они составляют основу современных программ и используются при написании любого крупного проекта. Более 70% программистов работают с этими языками. Прогнозируется, что в ближайшие 10 лет они будут все так же востребованы, как и сегодня.

Не менее популярными считаются и Ruby, PHP, JavaScript. Большинство специалистов делает упор и на них.

В целом, вне зависимости от популярности, любой более или менее уважающий себя специалист обязан знать хотя бы несколько языков разных уровней. Связано это с тем, что большинство крупных проектов разрабатывается на разных языках. К примеру, одни модули пишут, используя Си, другие разрабатываются на Java, третьи и вовсе на Delphi.

С, С++ и С#

Для начала рассмотрим семейство Си.

Язык Си является компилируемым и Он разработан в 70-х годах. На его основе в дальнейшем были созданы такие языки как С++ и С#, Java.

C++ - мощный язык, предназначенный для создания как низкоуровневых утилит и драйверов, так и весьма внушительных приложений и комплексов программ.

Си# - современный объектно-ориентированный язык, в основе которого лежит язык Си и Си++. Имеет безопасную систему типов. Одна из отличительных его черт состоит в том, что он также весьма схож и с другим популярным языком программирования - Java.

Один из недостатков языка заключается в том, что он позволяет создавать приложения только для операционной системы Windows, и кроме того, является весьма тяжеловесным, а значит, программы, написанные на нем, занимают немало места.

Можно отметить, что во многом С, С++ и С# - языки программирования для начинающих. Освоив их, можно быть уверенным в том, что изучение нового языка займет минимум времени.

Познакомиться с ними и написать свои первые приложения можно в специальной среде Borland или Visual Studio.

JavaScript

JavaScript - язык с объектно-ориентированными возможностями. Разработан в 1996 году и сегодня один из наиболее популярных. Язык используется в основном при создании сценариев в интернете и работает в основных браузерах, таких как Internet Explorer, Firefox, Opera. Он также тесно связан с HTML и CSS, поэтому прежде чем приступать к его изучению, необходимо освоить основы данных языков.

Стоит отметить, что, несмотря на схожесть в названии, JavaScript и Java - это два совершенно разных языка.

Данный язык подойдет тем, кто ориентирован на создание браузеров и скриптов, приложений и дополнений к ним. Если вы планируете создавать собственные сайты, вам также необходимо познакомиться с ним поближе.

Java

Рассматривая самые востребованные языки программирования, нельзя не отметить Java. Это объективно-ориентированный язык программирования, который вошел в обиход с 1995 года. Он весьма легок и работает на любой Java-машине любой архитектуры. Применяется для разработки приложений под Android и iOS.

Python

Python - основная задача которого - повысить производительность разработчика, сделать код более читаемым. Он имеет небольшой список синтаксических конструкций и весьма внушительную стандартную библиотеку функций. Разработка языка началась еще в 90-х годах и продолжается до сих пор. Он применяется для разработки различных проектов, расширений и интеграции ранее разработанных приложений.

Основы языка Python можно изучать как в качестве старта для программирования, так и второго дополнительного языка.

Ruby

Ruby - язык программирования высокого уровня, вмещающий в себя части Perl, Smalltalk, Eiffel, Ada и Lisp. Используется с 1995 года. Основное преимущества языка - его простота и гибкость. Подходит как для написания небольших приложений, так и для разработки серьезных программ.

Язык PHP

PHP - довольно популярный язык для написания сценариев, разработанный для создания web-приложений. Довольно часто его также вносят в список «Языки программирования для начинающих» и рекомендуют к изучению.

С его помощью можно создавать высококачественные web-приложения в весьма сжатые сроки. Язык имеет простую и понятную структуру, что позволяет изучить его в считанные дни.

Заключение

Мы с вами рассмотрели самые востребованные языки программирования, изучение которых поможет вам в дальнейшем успешно создавать свои проекты и зарабатывать в качестве программиста. Единого мнения о том, какой из языков изучать, нет, но в то же время специалисты отмечают, что желательно знать несколько языков программирования, так как это в дальнейшем позволит расширить поле деятельности и облегчит работу над различными командными проектами.

Компьютеры до сих пор плохо понимают естественные языки, которые используются для общения между людьми, по крайней мере, еще не научились понимать.

В свою очередь, люди плохо понимают машинные языки. Поэтому были созданы языки программирования, которые покрывают эту дыру в понимании, в модели мышления между человеком и компьютером.

Языки программирования могут быть:

• простыми,
• сложными и
• непонятными (например, графическими).

История возникновения языков программирования

Сейчас используется несколько сотен языков программирования, но еще больше таких языков уже не используется. Под новые задачи со временем разрабатывались новые языки программирования.

Нулевое поколение

• (электро) ,
• программируются структурой их собственного устройства
• узкоспециальные,
• возможности программирования ограничены.

Жаккардовый станок

Примером таких машин служит жаккардовый ткацкий станок с программируемым устройством. Он был сделан в 1804 году французом Жозефом Мари Жаккаром. Кстати, в его честь узорчатая, декоративная ткань названа жаккардовой или жаккард.

С помощью станка можно было легко и массово производить вышивки на ткани при помощи перфокарт, представленных ниже на рисунке:

Рис. 1. Перфокарты для ткацкого станка Жаккарда

На перфокартах была запрограммирована последовательность действий для станков, чтобы воспроизвести какой-либо рисунок на ткани.

Машина Беббиджа

Интернет и Веб

Появились специализированные языки:

• JavaScript.

Многие сайты написаны с помощью PHP и JavaScript.

Некоторые ранее существовавшие языки с появлением Интернета и Веба нашли новые ниши и стали веб-ориентированными:

• Ruby,
• Pynton,
• Java.

К 2000-м годам старые языки программирования постепенно «умирают», появляются новые, но нет общепризнанной концепции, что же происходит с этими вещами.

Любой язык программирования – это искусственный язык, который имеет свой цикл жизни. Аналогично, операционные системы семейства Windows тоже имеют свои жизненные циклы: .

Жизненный цикл языка программирования:

• создание,
• early adoption (первоначальное использование языка),
• (промышленный) успех,
• угасание, смена другими языками.

В современном мире основная часть программного обеспечения (софта) пишется на 10-15 языках, хотя за все время, которое нам известно, было создано больше сотен языков программирования. Официально как-то зарегистрировано 300 или 400 языков.

Что есть язык программирования

Язык – это

• синтаксис (правила написания программ),
• семантика (поведение элементов, которые входят в правила написания и встроены в язык),
• runtime (среда выполнения).

Синтаксис определяет форму текстового представления программ, то есть, как их нужно написать, какие слова в язык входят, как ставить запятые, пробелы и т.д.

Синтаксис на примере Lisp

Одним из самых простых языков программирования, которые имеют формальную грамматику, считается язык списков LISP.

Рис. 10. Программа на LISP

LISP является очень старым языком, который вырабатывает списки. Грамматика такого языка – это грамматика списков, читается сверху вниз.

• В Лиспе есть выражения: может быть один атом, либо список;
• atom – это число или символ,
• number – число, то есть, с плюсом или минусом цифры, не менее одной,
• symbol – это буквы, сколько угодно раз, можно даже много раз,
• list – список, выражения в скобочках более одного раза.

Программа на Лиспе – это список списков. Знаков препинания в Лиспе нет, но есть скобочки. Могут быть такие длинные программы на Лиспе, где в конце идет 2-3 листа, состоящих из одних закрывающих скобочек.

Простейший интерпретатор Лиспа занимает всего 19 строк! Ни один другой язык не может себе позволить себе такой роскоши.

Семантика

Если грамматика описывает формы представления: буквы, цифры, скобочки, то семантика описывает то, как программа работает, что эти буквы, цифры, скобочки означают, как они работают, взаимодействуют друг с другом и т.п.

Варианты представления семантики довольно ограничены.

Семантика может быть:

• описана на естественном, человеческом языке. Многие языки можно описать только так. На самом деле, это основной случай, когда просто есть документ, где описано по-русски или по-английски, что такая-то штука работает таким-то образом, одна команда делает одно, другая делает такие-то вещи и т.п.;
• задана формально (в специализированных языках, например, для каких-то расчетов поведение элементов можно описать формально);
• определена исходной реализацией (редко используют, но это «последняя надежда» на описание, когда слишком сложная семантика или не очень важная);
• описана набором тестов (кейсов), а именно, что это должно так работать, а это вот таким образом.

Семантика разделяется на две части:

• статическую,
• динамическую.

Статическая семантика

• придает смысл лексическим конструкциям;
• определяет допустимые значения переменных и параметров;
• описывает синтаксические ограничения, например, с помощью синтаксиса не получится описать, что нельзя складывать строки с числами.

Динамическая или фронтальная семантика этапа выполнения

• определяет общий характер выполнения программы;
• описывает, как работают встроенные операции и встроенные библиотеки. Это основная часть семантики, которая нужна, чтобы понять, как программа будет жить и работать после ее написания;
• задает требования для интерпретатора.

Система типов данных в языках программирования

Важной частью семантики является система типов – это набор правил и выражений для методов, которые написаны в идеологии языка и того, как они между собой взаимодействуют.

Обычно в языке программирования имеется система типов данных – это строки, числа, списки и т.д. Есть, например, язык Форс, где все данные – просто , другими словами, существуют языки, где вообще не встроены типы данных.

Если же система типов присутствует, то можно провести деление языков программирования на два независимых друг от друга класса, которые приведены ниже.

Система типов данных:

• типизированный или нетипизированный язык
• статическая или динамическая типизация
• строгая или слабая типизация

Если типизация статическая, то типы всех и выражений, которые написаны в программе, известны до момента ее выполнения, то есть, когда описываются функции, классы, переменные, то сразу задаются или явно обеспечиваются условия для того, чтобы тип такой конструкции был известен с самого начала.

Если типизация динамическая, то, наоборот, тип объектов контекстного языка неизвестен до момента выполнения, то есть тип функции или чего угодно будет неизвестен до самого конца.

Строгая типизация означает, что если у сущности есть какой-то тип и он известен, то этот тип может заменяться, но у самого объекта тип фиксированный, и он не меняется.

При слабой типизации тип объекта может быть разным в зависимости от контекста и от того, что Вы с ним делаете.

За системой типов языка приходится следить. Из-за неверно заданного типа только одного, не очень заметного символа в начале программы меняется тип всего выражения и поэтому в итоге могут получаться очень странные ошибки.

Следующая важная характеристика языка –

Парадигма языка программирования

• с греческого – шаблон, пример, образец;
• это система идей и понятий, определяющих стиль написания программ на этом языке – то, как язык предполагает написание программ на нем (wiki);
• язык «благоволит» одной или нескольким парадигмам (мультипарадигменность).

Главные парадигмы

• императивная: программа – набор последовательных инструкций, изменяющих внутренне состояние компьютера, данных и т.д. То есть, программа – это инструкция;
• функциональная: программа – набор математических функций. Работа программы – вычисление значения функций;
• объектно-ориентированная: предметная область описывается при помощи объектов со свойствами и методами. Программа – процесс взаимодействия объектов;
• логическая: программа – набор утверждений о предметной области. Работа программы – установление истинности высказываний об этой предметной области.

Часто одну и ту же практическую задачу можно реализовать с помощью любой из парадигм, перечисленных выше.

Еще одной важной частью языка, которую нужно учитывать при использовании языка, является Runtime – то, как язык выполняется.

Runtime – выполнение программы

Программа может выполняться по-разному:

1. самым простым и наивным способом выполнения программы является интерпретация – чтение исходного кода в момент запуска. Так работают легкие, скриптовые языки. Также работает сам программист: когда он написал программу, то смотрит своими глазами на собственную программу и прикидывает, как его программа будет работать и что делать;
2. распространенным способом запуска программ является компиляция в машинный код – отдельный шаг до запуска. Есть отдельный инструмент – компилятор, где читаются исходники программы, что-то с ними делают, преобразуя в машинные коды, которые понятны текущей системе. Потом этот код выполняется непосредственно «железки»;
3. гибридный способ – это байт-компиляция и выполнение в виртуальной машине. Компилятор читает исходный код, после чего производится байт-код, который выполняется в виртуальной машине.

Перечисленные три способы разные и используются для разных целей. Эти техники могут комбинироваться – интерпретатор может компилировать на лету какие-то куски программы, чтобы работало быстрее. Динамически-сгенерированный код может интерпретироваться без компиляции.

Представители языков

Язык C

– один из самых популярных, один из самых важных по физически написанному по нему коду, практически это «наше всё».

Он создан в 1972 году, создатели – Деннис Ритчи (Dennis Ritchie) и коллеги. Д.Ритчи создал также систему Linux и многие другие полезные вещи.

• императивный,
• компилируемый,
• ручное управление памятью (при помощи некоторых операций, встроенных в язык, вам нужно выделить элементы памяти под переменные и затем вы освобождаете их, когда они больше не нужны).

Кстати, С актуален до сих пор, используется для:

• системного программирования (например, ядро Linux написано на C),
• number-crunching (так называемые числа-дробилки, то есть, для больших вычислений, где важно быстродействие),
• программирования микроконтроллеров и встраиваемых систем.

С – низкоуровневый язык, можно сказать, что это Ассемблер с человеческим лицом, ибо почти любую конструкцию C человек может вручную преобразовать в Ассемблер и получатся довольно понятные операции.

Программы на C получаются очень компактные. Они не намного больше, чем если бы аналогичные программы были написаны на Ассемблере. При этом разработка на C проходит намного быстрее, чем на Ассемблере.

Поэтому C сейчас используется для таких задач, где требуется быстродействие, очень важно управление памятью и большое значение имеет компактный объем самой программы. Если у Вас маленький микроконтроллер, который встраивается в какое-то устройство, то программа для него, скорее всего, будет написана либо на Ассемблере, либо на C.

Рис. 11. Пример простой программы на C.

Java

• Создан в 1995 году,
• создатели – Джеймс Гослинг (James Gosling) и Sun Microsystems (в этой компании работал Гослинг).
• Объектно-ориентированный, императивный (C императивный, но НЕ объектно-ориентированный),
• строго- и статически-типизированный,
• байт-компилируемый с виртуальной машиной,
• нет доступа к памяти, автоматическая сборка мусора (последняя работает хорошо, если имеется треть или четверть свободной памяти).

В 90-ых годах JAVA получила большую популярность как мультиплатформенный язык. Один раз написав виртуальную машину для какой-то платформы, допустим для Windows или для Linux или для Mac, можно любые программы на JAVA запускать на ней без перекомпиляции. Поэтому язык был популярен в эпоху веба, когда было разных платформ (разные версии Windows, разные Маки). Программы на JAVA работали быстро и довольно хорошо на разных платформах.

Используется для:

• прикладного программирования, в том числе для веб-программирования,
• встраиваемых систем (если С используется для микроконтроллеров, то JAVA – для мобильных телефонов, терминалов и т.п.),
• высоконагруженных систем с большим количеством пользователей (банковские программы, системы управления воздушным движением и т.п.).

Следует отличать спецификации языка Java и различные реализации JVM:

• Sun JDK (от компании Sun, ныне это Oracle),
• IBM JDK (продается за деньги),
• OpenJDK (абсолютно свободная)
• и т.п.

Рис. 12. Пример простой программы на JAVA.

Как видно на рис. 12, приходится писать много букв, чтобы выполнить простые действия. Java часто называют новым Коболом, так как она содержит те же негативные свойства, которые когда-то сделали Кобол плохим языком.

Тем не менее JAVA очень популярна, в частности, на ней написана клиентская часть операционной системы .

Lisp

• Он действительно завершает Lis t P rocessor (LisP);
• создан в 1958 году;
• создатели – Джон Маккарти;
• чистый функциональный язык, несмотря на довольно странный синтаксис;
• строго- и динамически- типизированный;
• как правило, интерпретируемый;
• нет доступа к памяти, автоматическая сборка мусора, которая ложится на интерпретатор, а не на виртуальную машину.

Используется для:

• научного программирования и исследований;
• искусственный интеллект – Lisp был создан в самом начале по поиску с интеллектом. В конце 1950-ых – начале 1960-ых в научных кругах было сильное ощущение, что вот-вот будет создан искусственный интеллект. Тогда считалось, что ключевыми особенностями искусственного интеллекта будет возможность оперировать естественным языком, текстом, читать, говорить и делать какие-то разумные вещи. Для обработки смысловых данных из текста был создан Lisp, он позволяет такие вещи делать хорошо;
• всего, чего угодно, но, как правило, используется не очень эффективно.

Язык Lisp, разработанный в 1958 году, претерпел массу изменений.

У него есть множество реализаций и диалектов:

• CommonLisp (создан в 1970-ых) – классическая реализация, которая считается основной;
• Scheme (схема) – упрощенный диалект, который некоторые вещи из CommonLisp выбрасывает и позволяет делать проще;
• Clojure – диалект Lisp в плане языка, но работает поверх JAVA-машины, то есть компилируется в байт-код и исполняется также, как будто это JAVA-программа.

Рис. 13. Программа на LISP: сортировка пузырьком

Python (Питон)

• Назван в честь британского шоу 1970-ых годов Monty Pynton’s Flying Circus (там старые шутки, но смешные)
• создан в 1991 году
• создатель – голландец Guido van Rossum
• мультипарадигменный язык, объектно-ориентированный, императивный, функциональный
• строго- и динамически-типизированный
• интерпретируемый, байт-компилируемый с виртуальной машиной (в зависимости от реализации)

Используется для:

• скриптового программирования
• веб-программирования
• научного программирования (имеются большие, сильные пакеты для работы с моделированием, с вероятностью, со статистикой и в других областях, которые объединяют в себе опыт, накопленный в других областях)

Python – спецификация языка. Существует несколько основных реализаций:

• CPython – основная (reference)
• Jython – поверх JVM
• PyPy – Python in Python («Питон на Питоне» работает быстрее и лучше, чем CPython и Jython)

Рис. 14. Программа на Python: сортировка пузырьком

У Python есть важная особенность – вместо скобочек (круглых, фигурных) для выделения блоков кода и структурных элементов используются отступы с помощью пробелов, что довольно необычно для всех языков. Кроме Python такой особенностью почти никто не обладает.

Выбор языка под задачу

Как выбрать язык под задачу, когда Вы знаете, что Вам нужно сделать, но не знаете на чем?

Важный совет: используйте то, на чем Вы умеете программировать. Это гораздо лучше, чем использовать то, на чем Вы НЕ умеете программировать.

Экосистема

Язык, который Вы хотите взять, не должен быть «голым» языком, у него должна быть экосистема, которая включает:

• средства разработки (удобное IDE)
• готовые библиотеки и фреймворки
• инструменты тестирования для запуска тест-кейсов: тестовые фреймворки и инструменты
• системы пакетирования и развертывания для того, чтобы написанный код можно было упаковать, куда-то выложить, чтобы другие могли легко воспользоваться. У языка Си нет такой возможности, а у языков Руби и Питон есть.
• коммьюнити. Не надо пользоваться мертвыми языками, какими бы классными они не были. Если не у кого спросить, Вы останетесь в полном тупике. Считается, что одни коммьюнити более дружелюбные, другие – менее. Например, коммьюнити Руби классное, а коммьюнити Java ужасное – там даже спрашивать ничего не надо.

Популярность

Сложно найти в команду людей, которые пишут код на редко используемом языке, к примеру на Eiffel. С другой стороны, на вакансию по мега-популярному языку JAVА, в котором порог входа низкий, набежит много народа, но будет непросто подобрать людей, которые пишут на нем действительно хорошо.

Чем популярнее язык, тем больше у него библиотек, коммьюнити, фреймворков и других вещей, которые нарастают сами по себе сверху.

Скорость обучения

Почти никто не знает язык до конца. По мере работы Вам потребуется учиться языку все дальше и дальше. Некоторые языки учатся легко, а какие-то очень плохо.

JAVA – язык простой в изучении и простой по возможностям, а дальше все строится не за счет языка, а за счет инструментов.

С++ выучить до конца невозможно, потому что там есть очень сложные вещи с кодогенерацией.

Нишевость языков

Конкретные языки лучше подходят для решения определенных нишевых задач.

Пример 1: веб приложение, которое

• взаимодействует с базой данных
• внутренний сервис в компании
• нужна быстрая разработка, потому что шеф очень просит.

Для такой задачи, скорее всего, подойдет Python или Ruby. Не надо это делать на JAVA

Пример 2: биллинговая система сотового оператора

• тысячи операций в секунду, масса различных платежей и переводов
• высокая надежность и отказоустойчивость
• гибкость в конфигурации, диагностика проблем

В этом случае наш выбор – Java, С++, Erlang – богатые языки с богатым инструментарием.

Пример 3: код бортовой ЭВМ для спутника

• ограниченные ресурсы (всего мегабайт памяти и очень низкая тактовая частота)
• жесткое реальное время, чтобы спутник не потерял ориентацию, не сломался и не взорвался
• строго известные задачи, нет никакой гибкости и нет настроек
• большое количество вычислений

Наш выбор – С и С-подобные языки (и даже ассемблер), потому что очень мало ресурсов и эти требования надо соблюсти.

Статья основана на видео:

Как правильно выбрать язык программирования – Иван Калинин

Видео снято в декабре 2014 года, тем не менее, вся информация актуальна и не имеет срока давности. Многие материалы с позиции сегодняшних реалий представляют несомненный интерес, например, о том, что ученые еще в конце 1950-ых – начале 1960-ых годов считали, что искусственный интеллект уже на пороге и с его помощью можно будет вот-вот работать на компьютере с естественным, обычным, человеческим языком.

Языки программирования

Язык программирования – формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например, ЭВМ, т.е. компьютера).

Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими данными при различных обстоятельствах.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более 2500 языков программирования. Каждый год их число пополняется новыми.

Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.

Каждый язык программирования может быть представлен в виде набора формальных спецификаций, определяющих его синтаксис и семантику – систему правил истолкования отдельных языковых конструкций.

Эти спецификации обычно включают в себя описание:

типов и структур данных;

операционную семантику (алгоритм вычисления конструкций языка);

семантические конструкции языка;

библиотеки примитивов (например, команды ввода-вывода);

философии, назначения и возможностей языка.

Для многих широко распространённых языков программирования созданы международные комитеты по стандартизации, которые выполняют регулярное обновление и публикацию спецификаций и формальных определений соответствующего языка. В рамках таких комитетов продолжается разработка и модернизация языков программирования и решаются вопросы о расширении или поддержке уже существующих и новых языковых конструкций.

Языки программирования принято делить на низкоуровневые и высокоуровневые . Такое разделение происходит взависимости от степени детализации команд – чем меньше детализация, тем выше уровень языка.

Языки программирования низкого уровня

Низкоуровневый язык программирования – язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах. Низкоуровневые языки, как правило, используют особенности конкретного семейства процессоров.

Низкоуровневым языком является язык ассемблера (от английского assembler - сборщик) - названия транслятора (компилятора) c языка ассемблера. Язык ассемблера, часто для краткости неверно называют "ассемблером".

Команды языка ассемблера один в один соответствуют командам процессора и фактически, представляют собой удобную символьную форму записи команд и аргументов.

Обычно программы или участки кода пишутся на низкоуровневом языке ассемблера в случаях, когда разработчику критически важно оптимизировать такие параметры, как быстродействие (например, при создании драйверов устройств) и размер кода (загрузочные сектора, программное обеспечение различных устройств, вирусы, навесные защиты и т.д.).

Языки программирования высокого уровня

Высокоуровневый язык программирования – язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Термин «высокоуровневый» здесь означает, что язык предназначен для решения абстрактных высокоуровневых задач и оперирует не инструкциями к оборудованию, а логическими понятиями и абстракцией данный. Это позволяет быстрее программировать сложные задачи и обеспечивает относительную независимость от оборудования. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и различным аппаратным оборудованием, в то время как их исходный текст остаётся, в большей части, неизменным.

Высокоуровневый язык не даёт возможности создания точных инструкций оборудованию. Таким образом, программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но гораздо менее эффективны, чем их аналоги, написанные при помощи низкоуровневых языков. В частности, поэтому в большинство профессиональных высокоуровневых языков программирования сегодня встроена поддержка того или иного языка низкого уровня – языка ассемблера.

Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül , разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942–1946 гг. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).

Наиболее распространёнными языками высокого уровня в настоящее время являются С++, Visual Basic, Delphi, Java, Python, Ruby, Perl, PHP.

Большинство современных компиляторов позволяют комбинировать в одной программе, код написанный на разных языках программирования. Это позволяет быстро писать сложные программы, используя высокоуровневый язык, не теряя быстродействия в критических ко времени задачах, используя для них части написанные на языке ассемблера. Комбинирование достигается несколькими приемами:

Вставка фрагментов на языке ассемблера в текст программы (специальными директивами языка) или написание процедур на языке ассемблера. Способ хороший для несложных преобразований данных, но полноценного ассемблерного кода - с данными и подпрограммами, включая подпрограммы с множеством входов и выходов, не поддерживаемых высокоуровневыми языками, с помощью него сделать нельзя.

Модульная компиляция. Большинство современных компиляторов работают в два этапа. На первом этапе каждый файл программы компилируется в объектный модуль. А на втором объектные модули линкуются (связываются) в готовую программу. Прелесть модульной компиляции состоит в том что каждый объектный модуль будущей программы может быть полноценно написан на своем языке программирования и скомпилирован своим компилятором.

Среда визуального программирования Delphi

Бурное развитие вычислительной техники, потребность в эффективных средствах разработки программного обеспечения и языках программирования привели к появлению систем программирования, ориентированных на так называемую "быструю разработку" - RAD-систем (Rapid Application Development).

Среди таких систем быстрой разработки приложений можно выделить Borland Delphi , Borland C Builder и Microsoft Visual Basic. В их основе лежит технология визуального проектирования и событийного программирования, суть которой заключается в том, что среда разработки берет на себя большую часть рутинной работы, оставляя программисту работу по конструированию диалоговых окон и функций обработки событий.

Delphi – это среда быстрой разработки, в которой в качестве языка программирования используется язык объектно-ориентированный язык Object Pascal .

Object Pascal - результат развития языка Turbo Pascal, который, в свою очередь, развился из языка Pascal. Pascal, впервые предложенный швейцарским ученым Н. Виртом еще в 1970г., является полностью процедурным языком, Turbo Pascal начиная с версии 5.5 добавил в Pascal объектно-ориентированные свойства, а Object Pascal - объектно-ориентированный язык программирования с уникальным свойством доступа к метаданным классов (то есть к описанию классов и их членов) в компилируемом коде, также называемом интроспекцией.

Внедрение ЭВМ во все сферы человеческой деятельности требует от специалистов разного профиля овладения навыками использования вычислительной техники. Повышается уровень подготовки студентов вузов, которые уже с первых курсов приобщаются к использованию ЭВМ и простейших численных методов, не говоря уже о том, что при выполнении курсовых и дипломных проектов применение вычислительной техники становится нормой в подавляющем большинстве вузов.

Вычислительная техника используется сейчас не только в инженерных расчетах и экономических науках, но и таких традиционно нематематических специальностях, как медицина, лингвистика, психология. В связи с этим можно констатировать, что применение ЭВМ приобрело массовый характер. Возникла многочисленная категория специалистов - пользователей ЭВМ, которым необходимы знания по применению ЭВМ в своей отрасли - навыки работы с уже имеющимся программным обеспечением, а так же создания своего собственного ПО, приспособленного для решения конкретной задачи. И здесь на помощь пользователю приходят описания языков программирования.

2. Что такое язык программирования

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например, компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, используемых при составлении компьютерной программы. Он позволяет программисту точно определить то, на какие события будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия следует выполнять над этими при различных обстоятельствах.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало уже более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число пополняется новыми. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты иногда применяют в своей работе более десятка разнообразных языков программирования.

Создатели языков по-разному толкуют понятие язык программирования . Среди общиx мест, признаваемых большинством разработчиков, находятся следующие:

· 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.

· Задача: язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для передачи команд и данных от человека компьютеру, в то время как естественные языки используются лишь для общения людей между собой. В принципе, можно обобщить определение "языков программирования" - это способ передачи команд, приказов, чёткого руководства к действию; тогда как человеческие языки служат также для обмена информацией.

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

3. Этапы решения задачи на ЭВМ.

Наиболее эффективное применение ВТ нашла при проведении трудоемких расчетов в научных исследованиях и инженерных расчетах. При решении задачи на ЭВМ основная роль все-таки принадлежит человеку. Машина лишь выполняет его задания по разработанной программе. роль человека и машины легко уяснить, если процесс решения задачи разбить на перечисленные ниже этапы.

Постановка задачи. Этот этап заключается в содержательной (физической) постановке задачи и определении конечных решений.

Построение математической модели. Модель должна правильно (адекватно) описывать основные законы физического процесса. Построение или выбор математической модели из существующих требует глубокого понимания проблемы и знания соответствующих разделов математики.

Разработка ЧМ. Поскольку ЭВМ может выполнять лишь простейшие операции, она «не понимает» постановки задачи, даже в математической формулировке. Для ее решения должен быть найден численный метод, позволяющий свести задачу к некоторому вычислительному алгоритму. В каждом конкретном случае необходимо выбрать подходящее решение из уже разработанных стандартных.

Разработка алгоритма. Процесс решения задачи(вычислительный процесс) записывается в виде последовательности элементарных арифметических и логических операций, приводящей к конечному результату и называемой алгоритмом решения задачи.

Программирование. Алгоритм решения задачи записывается на понятном машине языке в виде точно определенной последовательности операций - программы. Процесс обычно производится с помощью некоторого промежуточного языка, а ее трансляция осуществляется самой машиной и ее системой.

Оладка программы. Составленная программа содержит разного рода ошибки, неточности, описки. Отладка включает контроль программы, диагностику (поиск и определение содержания) ошибок, и их устранение. Программа испытывается на решении контрольных (тестовых) задач для получения уверенности в достоверности результатов.

Проведение расчетов. На этом этапе готовятся исходные данные для расчетов и проводится расчет по отлаженной программе. при этом для уменьшения ручного труда по обработке результатов можно широко использовать удобные формы выдачи результатов в виде текстовой и графической информации, в понятном для человека виде.

Анализ результатов. Результаты расчетов тщательно анализируются, оформляется научно-техническая документация.

4. Для чего нужны языки программирования

Процесс работы компьютера заключается в выполнении программы, то есть набора вполне определённых команд во вполне определённом порядке. Машинный вид команды, состоящий из нулей и единиц, указывает, какое именно действие должен выполнить центральный процессор. Значит, чтобы задать компьютеру последовательность действий, которые он должен выполнить, нужно задать последовательность двоичных кодов соответствующих команд. Программы в машинных кодах состоят из тысячи команд. Писать такие программы – занятие сложное и утомительное. Программист должен помнить комбинацию нулей и единиц двоичного кода каждой программы, а также двоичные коды адресов данных, используемых при её выполнении. Гораздо проще написать программу на каком-нибудь языке, более близком к естественному человеческому языку, а работу по переводу этой программы в машинные коды поручить компьютеру. Так возникли языки, предназначенные специально для написания программ, - языки программирования.

Имеется много различных языков программирования. Вообще-то для решения большинства задач можно использовать любой из них. Опытные программисты знают, какой язык лучше использовать для решения каждой конкретной задачи, так как каждый из языков имеет свои возможности, ориентацию на определённые типы задач, свой способ описания понятий и объектов, используемых при решении задач.

Всё множество языков программирования можно разделить на две группы: языки низкого уровня и языки высокого уровня.

К языкам низкого уровня относятся языки ассемблера (от англ. toassemble – собирать, компоновать). В языке ассемблера используются символьные обозначения команд, которые легко понятны и быстро запоминаются. Вместо последовательности двоичных кодов команд записываются их символьные обозначения, а вместо двоичных адресов данных, используемых при выполнении команды, - символьные имена этих данных, выбранные программистом. Иногда язык ассемблера называют мнемокодом или автокодом.

Большинство программистов пользуются для составления программ языками высокого уровня. Как и обычный человеческий язык, такой язык имеет свой алфавит – множество символов, используемых в языке. Из этих символов составляются так называемые ключевые слова языка. Каждое из ключевых слов выполняет свою функцию, так же как в привычном нам языке нам языке слова, составленные из букв алфавита данного языка, могут выполнять функции разных частей речи. Ключевые слова связываются друг с другом в предложения по определённым синтаксическим правилам языка. Каждое предложение определяет некоторую последовательность действий, которые должен выполнить компьютер.

Язык высокого уровня выполняет роль посредника между человеком и компьютером, позволяя человеку общаться с компьютером более привычным для человека способом. Часто такой язык помогает выбрать правильный метод решения задачи.

Перед тем как писать программу на языке высокого уровня, программист должен составить алгоритм решения задачи, то есть пошаговый план действий, который нужно выполнить для решения этой задачи. Поэтому языки, требующие предварительного составления алгоритма, часто называют алгоритмическими языками.

Когда вы пытаетесь выяснить, какой язык программирования начать изучать, вы, вероятно, столкнетесь с терминами «высокий уровень» и «низкий уровень». Люди постоянно говорят о языках программирования высокого и низкого уровня. Но что именно это означает? И что значит научиться писать код? Начнем с определений каждого.

Языки программирования «Высокого» и «Низкого уровня»

В этой статье я расскажу о языках «высокого» и «низкого уровня». Но особых критериев для определения этого нет. Просто имейте в виду, что это во многом зависит от вашей перспективы. Если вы программист C, Java может показаться довольно высокоуровневым. Если вы привыкли к Ruby, Java может показаться языком низкого уровня.

Машинный код и языки низкого уровня

Независимо от того, считается ли язык высокоуровневым или низкоуровневым (или где-то посередине), речь идет об абстракции. Машинный код не имеет абстракции - он содержит отдельные инструкции, передаваемые на компьютер. И поскольку машины имеют дело только с числами, они представлены в двоичном виде (хотя они иногда записываются в десятичной или шестнадцатеричной нотации).

Вот пример машинного кода:

В машинном коде операции должны быть указаны точно. Например, если часть информации должна быть извлечена из памяти, машинный код должен будет сообщить компьютеру, где в памяти его найти.

Писать непосредственно в машинный код возможно, но очень сложно.

Низкоуровневые языки программирования добавляют немного абстракции к машинным кодам. Эта абстракция скрывает конкретные инструкции машинного кода за декларациями, которые более читабельны для человека. Языки ассемблера являются языками самого низкого уровня рядом с машинным кодом.

В машинный код вы можете написать что-то вроде «10110000 01100001», но язык ассемблера может упростить это как «MOV AL, 61h». Между тем, что написано на языке ассемблера, и инструкциями, переданными машине, по-прежнему существует почти одно-однозначное соответствие.

Перейдя на более популярные языки программирования, вы придете к чему-то вроде C. Хотя этот язык не такого низкого уровня, как язык ассемблера, все еще существует сильное соответствие между тем, что написано на C и машинным кодом. Большинство операций, написанных на C, могут быть заполнены небольшим количеством инструкций машинного кода.

Языки программирования высокого уровня

Как и языки более низкого уровня, более высокие уровни охватывают широкий спектр абстракций. Некоторые языки, такие как Java (многие относят его к языкам программирования среднего уровня), все же дают вам большой контроль над тем, как компьютер управляет памятью и данными.

Другие, такие как Ruby и Python, очень абстрактны. Они дают вам меньше доступа к функциям нижнего уровня, но синтаксис гораздо легче читать и писать. Вы можете группировать вещи в классах, которые наследуют характеристики, поэтому вам нужно только объявить их один раз.

Переменные, объекты, подпрограммы и циклы являются важными частями языков высокого уровня. Эти и другие концепции помогут вам рассказать машине о множестве вещей с короткими, краткими заявлениями.

Если язык ассемблера имеет почти единообразное соответствие между его командами и командами машинного кода, язык более высокого уровня может отправлять десятки команд с помощью одной строки кода.

Важно отметить, что «языки программирования высокого уровня» могут включать в себя все, что более абстрактно, чем язык ассемблера.

Какой язык изучать: низкого или высокого уровня?

Это, безусловно, общий вопрос среди новых и начинающих программистов. Какие языки программирования лучше изучать: высокого или низкого уровня? Как и в случае со многими вопросами программирования, вопрос о языках программирования высокого и низкого уровня не так прост.

Оба типа языков имеют важные преимущества. Низкоуровневые языки, так как они требуют небольшой интерпретации компьютером, обычно работают очень быстро. И они дают программистам большой контроль над хранением, памятью и извлечением данных.

Однако языки высокого уровня интуитивно понятны и позволяют программистам писать код намного эффективнее. Эти языки также считаются «более безопасными», так как есть больше гарантий, которые препятствуют кодеру издавать плохо написанные команды, которые могут нанести ущерб. Но они не дают программистам такого же контроля над процессами низкого уровня.

Помня об этом, вот список популярных языков по шкале от низкого до высокого:

• JavaScript
• Python

Конечно, это отчасти субъективно. И включает только крошечную часть доступных языков.

Но это должно дать вам некоторое представление о том, на каком уровне находятся интересующие вас языки.

Что Вы хотите делать?

При принятии решения о том, какой язык вы будете изучать, ваш первый вопрос должен быть следующим: что вы хотите запрограммировать?

Если вы хотите программировать операционные системы, ядра или что-то, что необходимо для работы на максимальной скорости, язык более низкого уровня может быть хорошим выбором. Большая часть Windows, OS X и Linux написана на языках C и C-производных языках, таких как C ++ и Objective-C.

Многие современные приложения пишутся на языках более высокого уровня или даже на предметно-ориентированных языках. Python и Ruby особенно популярны для веб-приложений, хотя HTML5 становится все более мощным. Языки, такие как Swift, C #, JavaScript и SQL, имеют свои сильные и слабые стороны.

Недавно читал тему на форуме по программированию и наткнулся на интересное предложение: изучите сразу оба уровня. Вы получите более глубокое понимание типов абстракций, которые делают язык более высокого уровня более эффективным.

Конечно, изучение двух языков одновременно непросто, так что вы можете немного растянуть их изучение. И выбор двух языков, которые наиболее похожи, может быть полезным.

Опять же, мы вернемся к тому, о чем я говорил раньше: выберите язык, основанный на том, что вы хотите сделать. Проведите некоторое исследование, чтобы узнать, какие языки люди используют в своей области. Затем используйте эту информацию, чтобы выбрать язык высокого и низкого уровня, и начните изучать их.

Вы скоро увидите параллели, и вы получите гораздо более глубокое понимание того, как работает программирование.

Сосредоточьтесь на цели, а не на средстве

Существует множество критериев, которые вы можете использовать для выбора языка программирования. Одним из критериев является высокий и низкий уровень. Но почти в каждом случае критерии, которые вы должны использовать, - это то, что вы хотите запрограммировать.

Вашему проекту может быть полезен язык низкого уровня. Или это может быть намного более эффективно на высоком уровне. Вы должны сами выбрать правильный инструмент для работы. Сосредоточьтесь на своей цели, и каждый раз выбирайте правильный язык.

У вас есть опыт работы с языками высокого и низкого уровня? Вы предпочитаете одни другим? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!