Р.У. Себеста - Основные копцепции языков программирования (2001) (1160794), страница 11
Текст из файла (страница 11)
К концу 1998 гола этот процесс еше не был завершен. 40 Глава1. Вводные замечания Еше два критерия оценки языка — универсальность (применимость к широкому кругу задач) и четкость (полнота и точность официального описания языка). Большинство критериев, в частности читабельность. легкость создания и належность, не являются ни строго определенными. ни точно измеримыми. Тем не менее.
эти концепции полезны и дают ценную возможность выявить суть стрултуры и оценки языков программирования. Последнее замечание: критерии разработки языка имеют разный вес при рассмотрении с разных точек зрения. Разработчиков систем реализации языков в основном интересует сложность реализации конструкций и свойств языка. Пользователей языка в первую очередь волнует легкость создания. а во вторую — читабельность, Разработчики языков программирования придают особое значение элегантности и возможности широкого использования языка. Кроме того, указанные характеристики иногда противоречат олна другой.
1.4. Факторы, влияющие на разработку языка Кроме характеристик, описанных в разделе 1.3. существует еше несколько факторов, влияющих на разработку языка программирования. Важнейшие из них — архитектура компьютера и методологии программирования. 1.4Л. Архитектура компьютера Базовая архитектура компьютера оказывает решающее влияние на разработку языка. Большинство популярных языков последних 35 лет разрабатывались на основе сложившейся архитектуры компьютера, названной по имени одного из ее авторов — Джона фон Неймана ()опп чоп Хецшапп) — неймановской архитектурой. Эти языки программирования называются нмперативными.
В компьютере Неймана ланные и программы хранятся в одной и той же памяти. Центральный процессор (СР() — сепгга! ргосеааог цп~), выполняющий команды. от памяти отделен. Слеловательно, команды и данные должны направляться. или передаваться, процессору из памяти. Результаты операций, выполненных процессором, должны возвращаться в память. На неймановской архитектуре компьютера основаны практически все цифровые вычислительные машины, созланные после 1940-х годов.
Общая структура компьютера Неймана показана на рис. 1.1. Главными элементами императивных языков программирования, основанных на неймановской архитектуре компьютера. являются переменные, которые моделируют ячейки памяти; операторы присваивания. основанные на операции пересылки ланных; а также итеративная форма повторений, являющаяся наиболее эффективным метолом в этой архитектуре. Операнлы выражений передаются из памяти в процессор, а результат вычисления выражения возвращается в ячейку памяти, представляемую левой частью оператора присваивания. Поскольку команды хранятся в соседних ячейках памяти, то итерации на компьютере Неймана выполняются быстро.
Эта эффективность не способствует использованию рекурсий лля повторения операций. хотя применение рекурсии часто более естественно. 1.4. Факторы, влияющие иа разработку языка Устройства ввода-вывода Цстовльный ооочмсоо Рис. 1.1. Архитектура компьютера па Нейыан» Как указывалось ранее, в функциональных, нли прикладных, языках программирования вычисления в основном производятся посредством применения функций к заданным параметрам. Программирование на функциональном языке может осуществляться без тех видов переменных, которые используются в императивных языках программирования, без операторов присваивания и без итераций. Хотя многие ученые в области компьютерных наук привалят миллионы доводов в пользу таких функциональных языков программирования, как 1.1ЬР, не похоже, что эти языки заменят императивные языки программирования.
по крайней мере, до тех пор, пока не будет разработан компьютер с архитектурой, отличной от неймановской, эффективно выполняющий программы, написанные на функциональных языках программирования. Срели людей, недовольных этим фалтом, выделяется Джон Бэкус. главный разработчик исходной версии языка РОКТКАХ (Вас)сцз, 1978). Машины с параллельной архитектурой, появившиеся за последние 15 лет, дают надежду, что программы, написанные на функциональных языках, будут выполняться быстрее, но этого совершенно недостаточно для того, чтобы сделать нх конкурентоспособными по сравнению с программами, написанными на императивных языках программирования. Действительно, несмотря на то что существуют элегантные способы использования параллельной архитектуры для выполнения программ на функциональных языках программирования, большинство машин с параллельной архитектурой используется для выполнения программ, написанных на императивных языках, в частности программ, написанных на диалектах языка РОКТКА)9.
1.4.2. Мвт<щологии программирования В конце 19бО-х-начале 1970-х годов началось интенсивное изучение структурного программирования и его применения для разработки программного обеспечения и языков просралвмирования. Важной причиной этих исследований было смешение основных статей расходов с аппаратного на программное обеспечение, произошедшее вследствие 42 Главп1. Вводныв зпмвчпиня уменьшения стоимости микросхем и увеличения стоимости программ.
Увеличение производительности работы программистов было относительно небольшим. Кроме того, с помощью компьютеров решались все большие и сложные задачи. Программы писались не только для простого решения систем уравнений, моделирующих траектории спутников, как в начале 1960-х годов. ио и для таких задач, как управление большими нефтеперегонными заводами и всемирная система бронирования авиабилетов. Новые методологии разработки программного обеспечения, возникшие в результате исследований. проведенных в 1970-х годах, были названы нисходящим проектированием и пошаговым уточнением.
Основными обнаруженными недостатками языков программирования были неполная проверка типов и нехватка управляющих операторов (приводившая к широкому использованию операторов доко). В конце 1970-х голов началось смешение центра внимания от процедурно-ориентированных к информационно-ориентированным методологиям разработки программ. Проще говоря, информационно-ориентированные методы придавали особое значение структуре данных. сосредоточившись на использовании абстрактных типов данных для решения проблем. Для того чтобы эффективно использовать абстракцию данных при разработке программного обеспечения, нужно было обеспечить ее поддержку языками программирования. Первым языком, прелназначенным для ограниченной поддержки абстракции данных, был язык Б! М()ЕА 67 (В(пич(з11е ез а1., 1973), хотя это и не принесло ему популярности.
Преимущества абстракции данных начали осознаваться только в начале 1970-х годов. Тем не менее, большинство языков, созданных с конца 1970-х годов, имеют эту возможность. Подробно абстракция данных рассматривается в главе 10. Последним этапом эволюции информационно-ориентированного программного обеспечения, начавшимся в начале 1980-х, стало возникновение объектно-ориентированной методологии разработки языков. Объектно-ориентированная методология состоит из трех основных частей: абстракции данных, инкапсулирующей в одном объекте данные вместе с методами их обработки и скрывающей доступ к данным, а также наследования и динамического связывания.
Наследование — это мощная концепция, значительно усилившая возможность многократно использовать существующее программное обеспечение и. соответственно, резко повысившая производительность труда при разработке программ. Наследование — это важный фактор увеличения популярности объектно-ориентированных языков программирования.
Более гибко использовать наследование позволяет динамическое связывание, осуществляемое в ходе выполнения программы. Объектно-ориентированное программирование развивалось одновременно с языком Бша1йабг (Оо14Ьег8 апд КоЬзоп, 1983), поддерживающим его концепцюо. Несмотря на то что язык Бша)йа(К не получил такого распространения, как некоторые другие языки. поддержка объектно-ориентированного программирования теперь включена в популярнейшие императивные языки программирования, к которым относятся языки Ада95 (ААКМ, 1995), Зата и С++.
Концепции объектно-ориентированного про~раммирования также нашли свое применение в функциональном программировании — в языке СКОБ (ВоЬгож, 1988) и в логическом программировании — в языке Рго!об++. Языковая поддержка объектноориентированного программирования подробно рассматривается в главе 11. Процедурно-ориентированное программирование в некотором смысле является противоположностью информационно-ориентированного программирования. Метолы последнего сейчас преобладаот в разработке программного обеспечения, но и методы процедурно-ориентированного программирования еще не забыты. Наоборот, в последние 1.4.
Факторы, влияющие на разработку языка годы значительная часть исследований ведется именно в области процедурно-ориентированного программирования, особенно это относится к области параллельного выполнения программ. В результате этих научно-исследовательских работ возникла необхолимость разработать языковые средства. позволяющие создавать параллельные программные модули и управлять ими. Такими свойствами обладают языки Ада и Зача.
Таким образом. развитие программирования снова требует от языков новых возможностей. Более подробно вопросы, связанные с параллельностью. рассматриваются в главе 12. 1.5. Категории языков Часто языки программирования лелят на четыре типа: императивные, функциональные, логические и объектно-ориентированные. Мы уже обсуждали характеристики императивных и функциональных языков программирования. Кроме того. выше описано, как наиболее популярные объектно-ориентированные языки программирования произошли от императивных. Несмотря на то что парадигма разработки объектно-ориентированного программного обеспечения значительно отличается от процедурноорнентированной парадигмы, обычно используемой в императивных языках программирования, вполне возможно расширить возможности императивных языков за счет объектно-ориентированных свойств. Например.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
