Языки программирования. Системы программирования. Среды визуального проектирования

Лекция 11. Языки программирования. Системы программирования. Среды визуального проектирования

Обзор языков программирования

Управляющие команды и данные, поступающие в процессор по его шинам, представляются в виде машинного кода.

Машинный код - это двоичный код, т. е. совокупность нулей и единиц в виде электрических сигналов.

Управление компьютером производится по определенному алгоритму.

Алгоритм - это точно определенное описание способа решения задачи в виде конечной по времени последовательности действий (элементарных операций или операторов). Такое описание называется формальным.

Для представления алгоритма в виде, понятном PC, служат языки программирования. Сначала всегда разрабатывается алгоритм действий, который записывается на одном из таких языков.

Полученное с помощью языка программирования описание алгоритма переводится специальными служебными программами - трансляторами - в машинный код для исполнения.

Языки программирования используют для записи каждой команды (оператора) в программе свой синтаксис (совокупность требований к записи операторов) и семантику (отражение смысла команды). Нарушение формы записи команды в программе приводит к непониманию ее транслятором или к синтаксической ошибке.

Правильно записанная, но не отвечающая алгоритму программы команда, приводит к семантической (или логической) ошибке.

Процесс поиска ошибок в программе - это тестирование программы, а процесс их устранения - отладка программы.

Различают два вида программ-трансляторов:

• интерпретатор, который одновременно и транслирует и выполняет заданную команду, делая это покомандно или пооператорно;
• компилятор, который преобразует программу, составленную на языке высокого уровня, в программу на машинном языке или на языке, близком к машинному, не участвуя в её выполнении.

Для непосредственного выполнения процессором команд, записанных в языке программирования, используется программа-интерпретатор. Ее можно представить в виде виртуальной вычислительной машины, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора (т. е. команды в машинном коде), а операторы языка программирования. Каждый оператор программы-интерпретатора последовательно анализирует так, как если бы встретил его впервые, что сильно замедляет работу PC при выполнении большого объема повторяющихся команд.

Программа-компилятор полностью обрабатывает весь текст программы высокого уровня. При этом выполняется оптимизация, позволяющая повысить быстродействие программы. В результате программа получается компактной, эффективной и работает в сотни раз быстрее программы выполняемой с помощью интерпретатора.

Недостаток компиляторов – трудность трансляции языков, ориентированных на обработку данных сложной структуры, т. е. программы, часто заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы.

На практике применяется как тот, так и другой вид программ-трансляторов, т. е. и программы-интерпретаторы, и программы-компиляторы.

Уровни языков программирования

Язык программирования, ориентированный на определенный тип процессора - это язык низкого уровня. Это не значит - "плохой", а только то, что язык конкретен и близок к машинному языку PC (например, язык "Ассемблер").

С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, т. к. разработчик получает доступ ко всем возможностям PC. Но они специализированы и не могут быть перенесены на PC с другим типом процессора.

Языки программирования высокого уровня понятней человеку, чем PC, они легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. В них легче избежать ошибок программирования.

Рождение языков высокого уровня 5-го поколения произошло в середине 90-х годов.

Fortran - первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы, но модификации 2000 года (HPF — High Perfomance Fortran) используются и сейчас в статистических комплексах и даже в системах управления спутниками.

Cobol — это компилируемый язык для применения в экономике и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Имеет много приложений, используется и сейчас (в США наибольшую зарплату получают программисты, работающие на Cobol).

Algol - компилируемый язык, созданный в 1960 году. Предполагалось, что он заменит Fortran, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения.

Pascal - создан в конце 70-х годов, во многом напоминает Algol, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программ, что позволяет успешно применять его при создании крупных проектов.

Basic - язык, имеющий и компиляторы, и интерпретаторы, по популярности он занимает первое место в мире. Он был создан в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.

С (Си) - планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. На этом языке написано в 70е годы множество системных и прикладных программ и ряд операционных систем (в частности, ОС Unix).

C++ (Си++) - это объектно-ориентированное расширение языка Си, разработанное в 1980 году. Обеспечивает высокую производительность, но требует от разработчиков высокого уровня профессионализма.

Java - этот язык создан в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него низкоуровневых возможностей. Обеспечивает компиляцию не в машинный код, а в платформенно-независимый объектный код, который может выполняться с помощью интерпретатора - виртуальной Java-машины (Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ.

Этот язык занимает по популярности второе место после Basic. Основной его недостаток - невысокое быстродействие, т. к. он интерпретируемый.

Языки программирования баз данных (БД)

БД - это файл или группа файлов, представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). БД может состоять из одной таблицы или ряда взаимосвязанных таблиц.

Для управления большими БД и эффективной обработки данных разработаны системы управления базами данных (СУБД). Для обработки данных в базах данных был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language).

Практически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется также свой уникальный язык, ориентированный на особенности только этой СУБД.

В настоящее время насчитывается несколько ведущих производителей СУБД. Среди них такие, как:

- Microsoft Access;

- Oracle;

- Informix и т. п.

СУБД этих фирм ориентированы на работу одновременной работы в сети тысяч пользователей, а БД могут храниться в распределённом виде на нескольких серверах.

Языки программирования для Internet

Все эти языки интерпретируемые, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы - в исходных текстах (скриптах). Такие языки называют скрипт-языками.

• Наиболее известные из скрипт-языков:
• HTML, XML - общеизвестные языки разметки гипертекста, предназначенные для описания структуры и содержания WEB-документов;
• JavaScript – язык программирования сценариев или скриптов (планов работы программ по взаимодействию с пользователем), встроенных в тело WEB-страницы;
• Perl – язык программирования, используемый для создания сценариев и динамически генерируемых Web-страниц, превосходящий по мощности языки типа Си.

Системы программирования

Для создания программы на выбранном языке нужно иметь компоненты:

- текстовый редактор (лучше использовать специализированный, ориентированный на конкретный язык программирования и позволяют выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами);

• программу-компилятор, с помощью которой текст может быть переведен непосредственно в машинный код, но так как в программе часто не хватает некоторых компонентов, компилятор может выдавать промежуточный объектный код с расширением .obj;
• библиотеки функций. Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, но, кроме того, к ним может быть добавлен машинный код подпрограмм, реализующих стандартные математические функции (например, sin, In), которые поставляются с компилятором. Эти подпрограммы находятся в библиотеках функций (файлах с расширением .lib);
• редактор связей. Объектный код модуля обрабатывается специальной программой-редактором связей или сборщиком (компоновщиком), который связывает объектный код и машинный код стандартных функций и формирует на выходе работоспособное приложение, т. е. исполнимый код для конкретной системной платформы;
• исполнимый код - это законченная программа, которую можно запустить на любом PC с той ОС, для которой эта программа создавалась. Она имеет расширения: .ехе или .com.

Современные системы программирования имеют ещё один компонент – отладчик, - который позволяет анализировать выполнение программы в целом и по шагам, т. е. отслеживать работу каждого оператора.

Среды визуального проектирования

В настоящее время в программировании совершенствуется визуальный подход. Раньше серьезным препятствием для разработки графических приложений была сложность создания различных визуальных элементов приложения и их контроль. Например, для программы сложения 2-х чисел требуется всего один оператор или одна строка исходного текста, а для создания кнопки и двух полей ввода чисел (подготовки к работе в - Windows) — сотни строк кода.

Процесс графического программирования был автоматизирован в средах быстрого проектирования RAD (Rapid Application Development). Все необходимые элементы оформления и управления (компоненты) создаются с помощью готовых визуальных компонентов, которые с помощью мыши вводятся в проектируемое окно, при этом вспомогательный исходный текст для этих объектов генерируется средой автоматически, что позволяет сосредоточиться на логике решаемой задачи. В результате программирование заменяется на проектирование или называется визуальным проектированием.

Компоненты для известных RAD-сред (кнопки, переключатели, списки, флажки и т. д.) объединяются в библиотеки - объектные репозитории. Такой компонентный подход к созданию программ очень перспективен.

В настоящее время наиболее популярны следующие среды визуального программирования для языков:

- Basic: Microsoft Visual Basic;

- Pascal: Borland Delphi;

- C++: Borland C++ Builder;

- Java: Symantec Cafe.

Microsoft Visual Basic

Язык BASIC (Beginner's All Purpose Symbolic Instruction Code) был модифицирован в GWBASIC (Graphics Workshop), который был доступен для первых PC.

В конце 80-х годов разработан QuickBasic, который в 1992 году заменил Visual Basic for Windows.

В середине 1998 года разработана шестая, наиболее зрелая версия Microsoft Visual Basic (MS VB 6), которая долгое время была основной учебной версией.

Данная версия являлась основной средой разработки приложений под Windows от Microsoft, до появления принципиально новой платформы .NET Framework.

После этого фирма Microsoft резко изменила политику в отношении языков семейства Basic. Вместо развития Visual Basic, был создан абсолютно новый язык Visual Basic.NET, первая версия которого появилась в 2001 г. Это принципиально новый язык, имеющий, помимо синтаксиса, очень мало схожего с VB 6.0, и достаточно сильно отличающийся от него.

VB.NET сразу же занял прочное место VB в языковом комплексе Visual Studio, и на этом развитие классического языка Visual Basic остановилось.

В 2005 году вышла новая версия Visual Basic 2005, в комплекте Visual Studio. Она имела новый интерфейс и большие возможности. Язык был основан на Visual Basic.NET.

В конце 2007 фирма Microsoft выпустила новую версию Visual Basic — Visual Basic 2008, которая также была основана на Visual Basic.NET.

В 2010 году в составе Visual Studio 2010 была выпущена версия Visual Basic 2010 и её несколько упрощённый вариант Visual Basic 2010 Express, который ориентирован на широкое использование и предлагается бесплатно.

Вычислительной средой для визуального языка программирования Visual Basic 2010 является платформа Microsoft .NET Framework 4.0 (Microsoft dot NET Framework 4.0), являющаяся неотъемлемым компонентом Windows.

В настоящее время версия Visual Basic 2010 является основной, от поддержки и сопровождения всех предыдущих разработок Visual Basic фирма Microsoft отказалась.

Чтобы избежать изучения нового языка для каждого из продуктов Microsoft начала включать элементы BASIC в макроязыки продуктов.

В результате была создана версия языка Visual Basic, названная Visual Basic for Applications (VBA), которая реализуется во всех приложениях MSO 2003 и MSO 2007 (Word, Excel, PowerPoint и др.), в частности, для создания макросов.

PAGE 5

Языки программирования. Системы программирования. Среды визуального проектирования