Понятие о программировании. Языки программирования

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Понятие о программировании. Языки программирования

Выполнил: Молотов Л.А.

Группа110

Проверила: доц. Кодолова И.А.

Казань 2010

Содержание

Введение 3

1. Основные положения о программировании 4

1.1.Понятие программирования 4

1.2.Парадигмы программирования 5

1.3.Инструментарий технологии программирования 8

2. Языки программирования 11

2.1. Понятие языка программирования 11

2.2. Классификация языков программирования 14

2.3. Описание некоторых языков программирования 17

3. Язык программирования Java 22

3.1. Обзор языка Java 22

3.2.Процесс создания Java-программы 23

3.3. Достоинства языка Java 25

Заключение 28

Список использованных источников 29

Введение

Когда изучаешь какой-либо вопрос, считаешь, что знаешь его; когда можешь писать о нем, становишься уверенней в своих знаниях; уверенность возрастает, когда можешь научить этому кого-нибудь другого; и совершенно уверен, когда начинаешь программировать. Алан.Дж.Перлис

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

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

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

На заре компьютеризации, машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки).«Мелкие» (атомарные) операции, выполняемые непосредственно устройствами машины, объединили в более «крупные», высокоуровневые операции и целые конструкции, с которыми человеку куда проще и удобнее работать. Так программирование сделало колоссальный прорыв: новые языки стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера.

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

Основные положения о программировании

Понятие программирования

Терминпрограммирование означаетпроцесс и искусство создания компьютерных программ с помощью специальных языков программирования.

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

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

Программирование включает в себя:

· Анализ

· Проектирование - разработка комплекса алгоритмов

· Кодирование и компиляцию - написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора

· Тестирование и отладку - выявление и устранение ошибок в программах

· Испытания и сдачу программ

· Сопровождение

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

Единственный язык, напрямую выполняемый процессором - это машинный язык (также называемый «машинным кодом»). Как уже было сказано, изначально, все программисты прорабатывали каждую мелочь в машинном коде, но сейчас эта трудная работа уже не делается. Вместо этого, программисты пишут исходный код, и компьютер (используя компилятор, интерпретатор или ассемблер, речь о которых пойдёт чуть позже) транслирует его, в один или несколько этапов, уточняя все детали, в машинный код, готовый к исполнению на целевом процессоре. Однако, в некоторых языках, вместо машинного кода генерируется интерпретируемый двоичный код «виртуальной машины», также называемый байт-кодом (byte-code). Такой подход применяется в Forth, Lisp, Java (данному языку посвящена 3 Глава реферата).

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

Парадигмы программирования

В основе того или иного языка программирования лежит некоторая руководящая идея, оказывающая существенное влияние на стиль соответствующих программ.В зависимости от назначения и/или способа написания программ различают парадигмы (также известные как подходы или технологии ) программирования:

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

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

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

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

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

· Функциональная декомпозиция задачи - разбиение большой задачи на ряд более мелких, функционально самостоятельных подзадач - модулей. Модули связаны между собой только по входным и выходным данным.

· Модуль - основа концепции модульного программирования. Каждый модуль в функциональной декомпозиции представляет собой «черный ящик» с одним входом и одним выходам. Модульный подход позволяет безболезненно производить модернизацию программы в процессе ее эксплуатации и облегчает ее сопровождение. Дополнительно модульный подход позволяет разрабатывать части программ одного проекта на разных языках программирования, после чего с помощью компоновочных средств объединять их в единый загрузочный модуль.

· Реализуемые решения должны быть простыми и ясными. Если назначение модуля непонятно, то это говорит о том, что декомпозиция начальной или промежуточной задачи была проведена недостаточно качественно. В этом случае необходимо еще раз проанализировать задачу и, возможно, провести дополнительное разбиение на подзадачи. При наличии сложных мест в проекте их нужно подробнее документировать с помощью продуманной системы комментариев. Этот процесс нужно продолжать до тех пор, пока вы действительно не добьетесь ясного понимания назначения всех модулей задачи и их оптимального сочетания.

· Назначение всех переменных модуля должно быть описано с помощью комментариев по мере их определения.

Объектно-ориентированное программирование (ООП).Идея ООП заключается в стремлении связать данные с обрабатывающими эти данные процедурами в единое целое - объект. ООП основано на трех важнейших принципах, придающих объектам новые свойства. Этими принципами являются инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

· Инкапсуляция - объединение в единое целое данных и алгоритмов обработки этих данных. В рамках ООП данные называются полями объекта, а алгоритмы - объектными методами.

· Наследование - свойство объектов порождать своих потомков. Объект - потомок автоматически наследует от родителей все поля и методы, может дополнять объекты новыми полями и заменять (перекрывать) методы родителя или дополнять их.

· Полиморфизм - свойство родственных объектов (т.е. объектов, имеющих одного общего родителя) решать схожие по смыслу проблемы разными способами.

Существуют и другие технологии программирования, о которых также следует немного сказать.

Прикладное программирование - разработка и отладка программ для конечных пользователей, например бухгалтерских, обработки текстов и т.п.

Системное программирование - разработка средств общего программного обеспечения, в том числе операционных систем, вспомогательных программ, пакетов программ общесистемного назначения, например: автоматизированных систем управления, систем управления базами данных и т.д.

Декларативное (логическое, продукционное) программирование - метод программирования, предназначенный для решения задач искусственного интеллекта. В указанном контексте программа описывает логическую структуру решения задачи, указывая преимущественно, что нужно сделать, не вдаваясь в детали, как это делается. Используются языки программирования типа Пролог.

Параллельное программирование - разработка программ, обеспечивающих одновременное (параллельное) выполнение операций, связанных с обработкой данных.

Процедурное (процедурно-ориентированное) программирование - метод программирования, в соответствии с которым программы пишутся как перечни последовательно выполняемых команд. При этом используются процедурно-ориентированные языки программирования.

Функциональное программирование- метод программирования, основанный на разбиении алгоритма решения задачи на отдельные функциональные модули, а также описании их связей и характера взаимодействия. Для функционального программирования наиболее широко используются языки НОРЕ и ML. Элементы функционального программирования реализуются также другими языками, например Си.

Эвристическое программирование - метод программирования, основанный на моделировании мыслительной деятельности человека. Используется для решения задач, не имеющих строго формализованного алгоритма или связанных с неполнотой исходных данных.

Языки программирования

Язык программирования Java

Обзор языка Java

Данная часть работы посвящена одному из самых перспективных на сегодняшний день языков программирования - языку Java. Технологию по имени Java можно без преувеличения назвать революционной в индустрии разработки программного обеспечения. В чём же перспективность и революционность этой технологии?

Сегодня создание программного обеспечения представляет собой чрезвычайно тяжелое занятие. Трудности связаны с разнообразием архитектур машин, операционных систем, графических оболочек и т. д. Стремительный рост технологий, связанных с сетью Internet, дополнительно усложняет эту задачу. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - IBM PC, Macintosh, рабочие станции Sun и другие. Все эти системы образуют единую сеть, которая должна работать как одно целое, обеспечивая при этом высокий уровень безопасности информации.

Таким образом, современные приложения должны быть безопасны, высокопроизводительны, работать в распределенной среде, быть нейтральны к архитектуре. Созданная компанией Sun Microsystems система разработки Java удовлетворяет всем этим требованиям. Java - объектно-ориентированный язык, удобный и надёжный в эксплуатации благодаря таким своим достоинствам, как многозадачность, поддержка протоколов Internet и многоплатформенность.

Язык Java поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, предоставляя в распоряжение программиста мощные средстварешения распространенных задач.

Программы, разработанные на языке программирования Java, можно разделить по своему назначению и функциональности на две большие группы:

· Самостоятельные программы (назовём их приложения Java), работающие независимо на локальном компьютере

· Апплеты (applets), работающие в Internet

В настоящее время работа Java поддерживается всеми основными компьютерными платформами. Самостоятельное приложение, предназначенное для автономной работы, компилируется и выполняется на локальной машине под управлением системы времени выполнения Java.

Апплеты, которые обеспечивают языку его популярность, представляют собой разновидность приложений Java, которые интерпретируются Виртуальной Машиной Java, встроенной практически во все современные браузеры.

Каждый апплет - это небольшая программа, динамически загружаемая по сети с Web сервера при открытии в браузере HTML страницы, в которой имеется ссылка на апплет - точно так же, как картинка, звуковой файл или элемент мультипликации. Главная особенность апплетов заключается в том, что они являются настоящими программами, а не очередным форматом файлов для хранения мультфильмов или какой-либо другой информации. Апплет не просто проигрывает один и тот же сценарий, а реагирует на действия пользователя и может динамически менять свое поведение. С помощью апплетов вы можете сделать страницы сервера Web динамичными и интерактивными. Апплеты позволяют выполнять сложную локальную обработку данных, полученных от сервера Web или введенных пользователем с клавиатуры. Из соображений безопасности апплеты (в отличие от обычных приложений Java) не имеют никакого доступа к файловой системе локального компьютера. Все данные для обработки они могут получить только от сервера Web.

Достоинства языка Java

Язык должен был воплощать следующие качества: простоту и мощь, безопасность, объектную ориентированность, надежность, интерактивность, архитектурную независимость, возможность интерпретации, высокую производительность и легкость в изучении. Даже если вы никогда не напишете ни одной строки на языке Java, знать о его возможностях весьма полезно, поскольку именно перечисленные выше свойства языка и являются определяющими в его выборе.

Безопасность.В популярной литературе наших дней, особенно если речь заходит об Internet, стало модной темой обсуждение вопросов безопасности. Люди уверены, что использование Internet в коммерческой деятельности равносильно написанию номера своей кредитной карточки на стенке телефонной будки. Один из ключевых принципов разработки языка Java заключался в обеспечении защиты от несанкционированного доступа. Программы на Java не могут вызывать глобальные функции и получать доступ к произвольным системным ресурсам, что обеспечивает в Java уровень безопасности, недоступный для других языков.

Надежность.Java ограничивает вас в нескольких ключевых областях и таким образом способствует обнаружению ошибок на ранних стадиях разработки программы. В то же время в ней отсутствуют многие источники ошибок, свойственных другим языкам программирования. В традиционных средах программирования распределение памяти является довольно нудным занятием - программисту приходится самому следить за всей используемой в программе памятью, не забывая освобождать ее по мере того, как потребность в ней отпадает. Зачастую программисты забывают освобождать захваченную ими память или, что еще хуже, освобождают ту память, которая все еще используется какой-либо частью программы. Исключительные ситуации в традиционных средах программирования часто возникают в таких, например, случаях, как деление на нуль или попытка открыть несуществующий файл, и их приходится обрабатывать с помощью неуклюжих и нечитабельных конструкций. Java фактически снимает обе эти проблемы, используя сборщик мусора для освобождения незанятой памяти и встроенные объектно-ориентированные средства для обработки исключительных ситуаций.

Специальный процесс сборки мусора - это одна из интереснейших особенностей языка программирования Java и среды выполнения приложений Java, предназначенная для удаления ненужных объектов из памяти. Эта система избавляет программиста от необходимости внимательно следить за использованием памяти, освобождая ненужные более области явным образом.

Интерактивность.Java создавалась как средство, которое должно удовлетворить насущную потребность в создании интерактивных сетевых программ. В Java реализовано несколько интересных решений, позволяющих писать код, который выполняет одновременно массу различных функций и не забывает при этом следить за тем, что и когда должно произойти. В языке Java для решения проблемы синхронизации процессов применен наиболее элегантный из всех когда-либо изобретенных методов, который позволяет конструировать прекрасные интерактивные системы. Простые в обращении изящные подпроцессы Java дают возможность реализации в программе конкретного поведения, не отвлекаясь при этом на встраивание глобальной циклической обработки событий.

Независимость от архитектуры ЭВМ.Вопрос о долговечности и переносимости кода важнее религиозных войн между ПК и Макинтошами. Создатели Java наложили на язык и на среду времени выполнения несколько жестких требований, которые на деле, а не на словах позволяют, однажды написав, всегда запускать программу в любом месте и в любое время.

Интерпретация плюс высокая производительность. Необычайная способность Java исполнять свой код на любой из поддерживаемых платформ достигается тем, что ее программы транслируются в некое промежуточное представление, называемое байт-кодом, который, в свою очередь, может интерпретироваться в любой системе, в которой есть среда времени выполнения Java. Большинство ранних систем, в которых пытались обеспечить независимость от платформы, обладало огромным недостатком - потерей производительности (Basic, Perl). Несмотря на то, что в Java используется интерпретатор, байт-код легко переводится непосредственно в «родные» машинные коды (Just In Time compilers) «на лету». При этом достигается очень высокая производительность (Symantec JIT встроен в Netscape Navigator).

Простота изучения. Язык Java, хотя и более сложный чем языки командных интерпретаторов, все же неизмеримо проще для изучения, чем другие языки программирования, например C++. Java отличен от С++ облегченным восприятием синтаксиса Java.

Заключение

Изобретение языка программирования высшего уровня позволило нам общаться с машиной, похоже, даже понимать её. Действительно, если мы обратим внимание на темпы роста и развития новейших технологий в области программирования, то можно предположить, что в ближайшем будущем, человеческие познания в этой сфере, помогут произвести на свет языки, умеющие принимать, обрабатывать и передавать информации в виде мысли, слова, звука или жеста. Такие языки могут по праву носить имя «высочайших». Возможно, концепция решения этого вопроса проста, а ближайшее будущее этого проекта уже не за горами, и в этот момент, где-нибудь горбится молодой, никем не признанный специалист и разрабатывает новейшую систему искусственного интеллекта, которая наконец-то позволит человеку, с помощью своих машинных языков, вести диалог с компьютером на ТЫ.

Быть может именно язык программирования Java, очень элегантный и красивый язык, станет основой программирования будущего. Ведь именно Java оснащён богатейшей библиотекой классов и в то же время довольно прост для освоения. Необходимо также отметить, что цикл разработки приложений сокращен за счет того, что система построена на основе интерпретатора. Приложение получается автоматически переносимым между множеством платформ и операционных систем. За счет встроенной системы сборки мусора программист освобождается от необходимости явного управления памятью. Приложение легко сопровождается и модифицируется, т.к. модули могут быть загружены с сети. Встроенная система безопасности, не допускает незаконного доступа и проникновения вирусов. Все эти качества, я считаю, позволят Javaзанять лидирующее место среди языков программирования.

Завершая свой труд на такой оптимистичной ноте, хочется сказать, что прогресс науки и техники, высоко-компьютеризированное будущее человечества, как единственного существа на планете, пусть и не использующего один, определенный разговорный язык, но способного так быстро прогрессировать и развивать свой интеллект, позволит в скором времени перейти от многоязыковой системы к всеобщему пониманию.