Языки программирования

8 июня 2006 СПбГПУ, каф. "Прикладня математика" 1/30

Языки Программирования

Обзорная экскурсия


Программа

греч. πρόγραμμα – объявление, распоряжение, указ

«упорядоченная последовательность действий для ЭВМ, реализующая алгоритм решения некоторой задачи» (БСЭ) не для всех языков верно


Язык программирования «Язык программирования –

формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя»(Wikipedia)

«Языки программирования – это выразительное средство в искусстве компьютерного программирования»(Mitchel)


История Программы для машин

разностная машина (Дж.Мюллер, 1786) ткацкий станок (Жаккар, 1801) аналитическая машина (Бэббидж, 1833)

Теоретические языки λ-исчисление (1936) машина Тьюринга (1936)

1GL – машинные коды (1940-ые) 2GL – языки ассемблера (1952)


Последующие поколения

3GL – универсальные и удобные FORTRAN (1954), Algol, BASIC, Pascal, C

4GL – спец. область применения FOCUS (1975), SQL, PostScript, GUI

5GL – искусственный интеллект Prolog (1972), Mercury

Скриптовые языки Perl, Python, Lua, Tcl/Tk


Слепой робот в лабиринте

Иллюстрация поколений языков программирования


Алгоритм Проехать вперед

на пять клеток, затем повернуть направо, вперед на две клетки, повернуть направо и опять проехать пять клеток, повернуть налево, проехать четыре клетки.


Программа для робота (1GL) 0001 0101 0011

0001 0010 0011 0001 0101 0010 0001 0100 0000


Программа для робота (2GL) ШАГ 5

ПРВШАГ 2ПРВШАГ 5ЛЕВШАГ 4СТП


Программа для робота (3GL) Программа Выход

Вперед на 5; Повернуть направо; Вперед на 2; Повернуть направо; Вперед на 5; Повернуть налево; Вперед на 4;Конец Программы.


Программа для робота (5GL) Дано: робот в (2,6)

Цель: робот в (8,6)Правила: налево, направо, вперед.Ограничения: ...стены...


Сложение чисел от 1 до N

Варианты решений на различных языках программирования


Задача: Сумма от 1 до N (>0) 1+2+…+N = (…(((0+1)+2)+3)+…)

+N

S 0i 1повторить N раз S S + i i i + 1конец повтора


Сумма от 1 до N: Примеры (1)

Машинный код

8B C8 33 DB 03 D9 E0 FC

00 80 10 2124 84 FF FF14 80 FF FE00 44 10 21

Ассемблер

MOV CX, AX XOR BX, BXA: ADD BX, CX LOOPNZ A

addu v0, a0, $0B: addiu a0, a0, -1 bne a0, $0, B addu v0, v0, a0



FORTRAN 77

SUM = 0 DO 10 I = 1,N SUM = SUM + I10 CONTINUE

Pascal

sum := 0; for i := 1 to n do sum := sum + i;

BASIC

10 SUM = 020 FOR I = 1 TO N30 SUM = SUM + I40 NEXT I

C, С++, Java

sum = 0;for (i = 1; i <= n; i++) sum += i;



Perl

$sum = 0;foreach $i (1..$n) { $sum += $i;}

Lua

sum = 0for i = 1, n do sum = sum + iend

Python

sum = 0for i in range(1, n+1): sum += i

Ruby

sum = 0for i in (1..n) sum += iend



SmallTalk

sum := 0.1 to: n do: [:i | sum := sum + i ].

Forth

: sum ( n -- sum ) 0 swap 1+ 0 do i + loop ;



Lisp

(defun sum (n) (if (= n 0) 0 (+ n (sum (- n 1)))))

Haskell

sum’ 0 = 0sum’ n = n + sum’ (n-1)

sum’’ n = foldl (+) 0 [1..n]



Prolog

sum(0, 0).sum(N, S) :- N > 0, N1 is N - 1, sum(N1, S1), S is N + S1.

Mercury

sum(N) = S :- (N = 0 -> S = 0; S = N + sum(N-1)).


Многообразие языков

Как же выбрать из имеющегося инструментария?


Парадигмы программирования Императивные языки

Процедурные FORTRAN, ALGOL, BASIC, PL/I, Pascal, C, Ada.

Объектно-ориентированные Simula, SmallTalk, C++, Eiffel, Java, C#.

Декларативные яыки Функциональные

Lisp, Logo, Scheme, ML, Miranda, Haskell. Логические

PLANNER, Prolog, Fril, Mercury.


Язык ассемблера

A-0 (1952) Минусы

сложный в использовании многословный

Плюсы близкий к аппаратуре быстрый код


FORTRAN

FORTRAN I (1954) ... Fortran 2003 The IBM Mathematical FORmula TRANslating System

Плюсы высокая точность математики огромная база кода

Минусы архаичен


C

C (1972), ANSI C (1989), C99 Плюсы

близкий к аппаратуре широко использующийся

Минусы не прощает ошибок позволяет слишком многое


С++

C++(1983), ANSI C++ (1998),C++ TR1 (2005)

Плюсы объектно-ориентированный совместимый с С

Минусы плохая поддержка компиляторами мешанина стилей


C#

С# 1.0 (2000) … C# 3.0 (2005) Плюсы

простота создания win-приложений Минусы

низкая скорость выполнения непортируемость


Perl

Perl 1.0 (1987) … Perl 5.8.8 (2006) Плюсы

высокоуровневый язык простота обработки текста

#!perl –pi.bak s/\b(\d+\.\d+)\b/$1f/g;

Минусы “write-only” (сложность восприятия) интерпретируемый


Forth

Forth (1971), ANSI Forth (1994) Плюсы

простота реализации компилятора мощный язык

Минусы обратная польская запись непонятна

2 2 * 4 = . против print(2 * 2 = 4) близок к ассемблеру


Haskell

Haskell (1987), Haskell 98 Плюсы

математичен работает с бесконечными объектами

let evens = map (*2) [1..] take 10 evens

Минусы непривычная парадигма (функц.) небыстрый, требует много памяти


Prolog

Prolog (1972) PROgrammation en LOGique

Плюсы язык искусственного интеллекта

Минусы непривычная парадигма (логич.) ограниченные возможности

Языки программирования

Education