И.Г. Головин, И.А. Волкова - Языки и методы программирования

Высшее профессиональное образованиеБАКАЛАВРИАТИ.Г.ГОЛОВИН, И.А.ВОЛКОВАЯЗЫКИ И МЕТОДЫПРОГРАММИРОВАНИЯУЧЕБНИКДопущеноУчебно-методическим объединениемпо классическому университетскому образованиюв качестве учебника для студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлениям 010400 «Прикладная математикаи информатика» и 010300 «Фундаментальная информатикаи информационные технологии»academ'aМоскваИздательский центр «Академия»2012УДК 004.43(075.8)ББК 32.973-018.1я73Г611Р с ц с п ie in 1.1:доктор физико-математических наук, п р оф ессор Л. II. Гладкий',доктор физико-математических наук, п р оф ессор ll.li, СеменовГ611Головин И. Г .Языки и методы программировании : учебник для студ.учреждений высш. проф.

образования / И. I I олоиип, И.А.Вол­кова. — М. : Издательский центр «Академия», 2012, — 304 с. —(Сер. Бакалавриат).ISBN 978-5-7695-7973-8У чебник создан в соответстви и с Ф едеральны м государственны м о б р а ­зовательны м стандартом н о н апр авлен и ю подготовки 010400 «П рикладнаяматематика и информатика» (квалификации «бакалавр»),Рассмотрены основны е парадигмы программирования: процедурная,объектно-ориентированная, функциональная.

О собое внимание уделено се­мантике и прагматике языковых понятий, их связи с методами и технологиейпрограммирования. Материал представлен на примере современных языковиндустриального программирования: (ч -+ , С #, Java. Отражены теоретическиеи практические вопросы реализации языков программирования.Для студентов учреждений высшею профессионального образования.УДК 004.43(075.8)ББК 32.973-018.1я73Учебное изданиеГоловин Игорь Геннадьевич, Волкова Ирина АнатольевнаЯ ш к и и м етоды п рограм м ировани яУчебиикР едактор Н. / / .

Махона. Тсчип'кч кпп ргдпкю р О. //. К райноваК омпью терная неречка: / ’ К). Никитина. К орректор А. П. СизоваИзд. № 101115871. П одп исано н печам. 28.10.2011. Ф орма! ы> • 90/16. Гарнитур» '-Ньютон». Бумагаоф сетная № I. П ечать оф сетная. Уел. м е ч и . 19,0. Т ираж НИМ) ж i. {акал N<> 30О О О «.'Издательский центр «Академии», www.acaileinia mnscow.ni125252, М осква, ул. Зорге, д.

15, корп. 1,пом.26(>.А дрес для кор р есп о н ден ц и и : 129085, М оскна. мр г М ира, 101 И, п р . 1, а/я 48.Т ел./ф акс: (495) 648-0507, 616-00-29.С ан и тарн о -эп и дем и о ло ги ч еско е чаключсиис N<> Р ()(’( К1). АГ51. II 14964 от 21.12.2010.О тпечатано с эл ек тр о н н ы х носителей ичдатсльстна.ОАО «Тверской п о ли гр аф и ческий комбинат», 170024, i. Titepi., up г Л енина, 5.Телефон: (4822) 4 4 -5 2 -0 3 , 44-50-34. Т елеф оп/ф акс: (4822) 44 '12 15.H om e page — w w w .tverpk.ru Электронная почта (Г-mail)salos«"lvcrpk.niОригинал-макет данного издании наляетсн собственностьюИздательского центра «Академии », и его носирои шедепие любым способом без согласияправообладатели шпрещаетсиIS B N 9 7 8 -5 -7 6 9 5 -7 9 7 3 -8© Головин И.

Г., Волкона И. Д ., 2012© Обраюнателыю-и здательский цен'гр «Академия», 2012© Оформление. И щательский центр «Академия», 2012ПРЕДИСЛОВИЕНеоднократные попытки создания универсального языка про­граммирования не привели к успеху: люди не только продолжаютиспользовать старые языки, но и постоянно придумывают новые.Поэтому изучать приходится несколько языков программирования.При этом набор постоянно используемых языков со временем из­меняется: сначала нельзя было обойтись без знания Фортрана, затемнеобходим был ТурбоПаскаль, сейчас трудно обойтись без знанияC++.

Что будет завтра? Авторы затрудняются ответить на этот вопрос,но уверены в том, что «фаворит» снова поменяется.Перед вами учебник, который, как надеятся авторы, поможетвойти в сложный, но необычайно интересный мир языков програм­мирования.Данный учебник основан на курсах «Языки программирования» и«Системы программирования», читаемых студентам факультета ВМКМГУ им. М. В. Ломоносова. Цель учебника — объяснить основныепонятия, конструкции, принципы разработки и реализации совре­менных языков индустриального программирования.В учебнике представлен сравнительный анализ основных понятийи возможностей современных языков.

Понимание фундаментальныхконцепций поможет вам не только лучше использовать знакомыйязык программирования, но и быстрее и легче освоить новый (что,по мнению авторов, рано или поздно будет необходимо).Первые две части учебника посвящены введению в основныеконцепции современных языков программирования. В качестве при­меров рассмотрены языки C++, Java и С#. Такой выбор обусловлен,во-первых, популярностью этих языков, во-вторых, доступностьюреализаций на популярных платформах, а в-третьих, тем, что онидемонстрируют основные направления развития современных языковпрограммирования.Третья часть учебника посвящена основному механизму описанияформальных языков — формальным грамматикам, а также основнымприемам, методам и алгоритмам создания программ — анализаторовформальных языков.

Формальные языки — это не только языкипрограммирования, но и любые искусственные языки, имеющиекакую-либо внутреннюю структуру (например, язык алгебры). Зна­3ние теории и практики реализации формальных языков должнобыть неотъемлемой частью фундаментального образования любогопрофессионального программиста. Сведения, представленные вучебнике, помогут грамотно и эффективно решать разнообразныезадачи, связанные с обработкой любых формальных языков.Авторы глубоко признательны Вылитку Алексею Александровичуза ряд ценных замечаний по третьей части учебника.ЧАСТЬIОСНОВЫ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯГлава 1ПОНЯТИЕ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ1.1. Определение языка программированияОдно из наиболее общих определений языка программированиядано в [18]: язык программирования — это инструмент для плани­рования поведения некоторого устройства-исполнителя.

Под такоеочень общее (хотя и полезное) определение подходят, например, каксредства составления программ для жаккардовых ткацких станков(XVIII в.) и калькулятора Ч. Бэббиджа (XIX в.), так и системы про­граммирования современных компьютеров. Исходя из целей курсаограничим это определение: в качестве управляемого устройствабудем рассматривать только компьютеры (вычислительные систе­мы). Планы, управляющие поведением компьютеров, называютсякомпьютерными программами. Тогда уточненное определение будетвыглядеть так: язык программирования — это нотация для записикомпьютерных программ [6].Однако области применения современных компьютеров на­столько обширны и разнообразны, что существует большое числоспециализированных языков, подпадающих под наше определение.Например, это язык программирования баз данных SQL [12].

Ис­полнителем для этого языка является система управления базамиданных (СУБД). Данный язык позволяет описывать и создаватьструктуры баз данных, манипулировать данными (добавлять, мо­дифицировать и удалять данные из базы), составлять запросы навыборку данных.Другой пример специализированного языка — язык разметкигипертекста HTML [19].

Тексты на HTML управляют отображениемгипертекста на экране компьютера. В данном случае исполнителемявляется программа-обозреватель (веб-браузер). Вообще можно ска­зать, что любая прикладная программа с нетривиальным форматом5обрабатываемых ею данных определяет некоторый узкоспециализи­рованный язык.Конечно, мы не будем рассматривать весь спектр специализи­рованных языков, а ограничимся универсальными языками про­граммирования. Отличие универсальных языков — алгоритмическаяполнота, т.е. возможность описания на таком языке любого вычис­ления (алгоритма).

Кроме того, на универсальных языках можнопрограммировать широкий класс прикладных задач (теоретически —все возможные), решаемых на компьютере. Ни SQL, ни HTML неявляются универсальными, тогда как на универсальном языке про­граммирования (например, Java или C++) можно реализовать какпрограмму просмотра гипертекста, так и СУБД.Отметим, что многие понятия и концепции, рассматриваемые вкурсе, применимы при анализе и изучении любых языков програм­мирования: и универсальных, и специализированных.