И.Г. Головин - Конспект лекций по курсу Языки программирования (1161120), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для этого языка существует исполнитель – браузер. Однако в нем неталгоритмической полноты.Заметим, что язык включает в себя символьную нотацию и удовлетворяет законамсимвольных систем. Изучением символьных систем занимается наука семиотика.ПАРАДИГМА ПРОГРАММИРОВАНИЯОпределение (Парадигма программирования)Парадигма программирования – это набор способов, методов, нотаций, использующийсяпри данном стиле программирования.Парадигма программирования – это неформальное понятие.4Пример (Smalltalk)Язык Smalltalk воплощает объектно-ориентированную парадигмупрограммирования.Таким образом, парадигма программирования связана с языком программирования.ИМПЕРАТИВНАЯ ПАРАДИГМАИмперативная парадигма является основной парадигмой программирования, так как наимперативной парадигме основаны все вычислительные системы.Рассмотрим несколько упрощенный вариант архитектуры фон Неймана.ОПЦПУстройстваввода-выводаИмперативная парадигма, базирующаяся на архитектуре фон Неймана, включает в себяследующие понятия:1.
Переменная – абстракция ячейки памяти2. Оператор – действие, которое меняет состояние вычислительной машиныОсновные операторы: оператор присваивания (он напрямую меняет состояние ЭВМ); оператор ввода-вывода; оператор управления.Остальные операторы являются группировкойОператоры могут обладать побочными эффектами.Пример (FORTRAN)IF (E) M1, M2, M3DOCALL PОстальные операторы – операторы перехода.Заметим, что IBM 709, на которой первоначально работал FORTRAN,была трехадресной.53.
ВыражениеОперация – служит для вычисления значения.Пример: операция сложения.Выражение – конструкция, в которой можно группировать несколько операций.Пример (С)Классический процедурный язык.Будем сопровождать лекцию примерами программ, написанных на различных языкахпрограммирования. Для наглядности будем рассматривать одну и ту же программу, котораясчитывает последовательность символов со стандартного ввода и выводит их настандартный вывод в обратном порядке. Будем называть этот пример «стандартнымпримером».Пример (С)#define MAX_INP 4096char Buffer[MAX_INP];int main() {int index = 0;int curch;int i;while((curch = getchar()) != EOF) {if(index == MAX_INP) {fprintf(stderr, “Input is too long\n”);exit(1);}Buffer[index++] = curch;}for(i = index – 1; i >= 0; --i)putchar(Buffer[i]);return 0;}Характерное свойство процедурных языков: при изменении входных данных задачизначительно изменяется программа. Однако, для каждой конкретной программы можнонаписать оптимальное решение.ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ ПАРАДИГМАКак следует из названия, ключевым понятием для этой парадигмы является понятиеобъекта.Объект можно определить как некую сущность, которая обладает определеннымиповедением и состоянием.6В объектно-ориентированных языках понятию объекта отвечает конструкция языка,называемая класс.Пример (JavaScript)В языке JavaScript нет классов.
Он является прототипным языком. Впрототипных языках отсутствует понятие класса, а повторноеиспользование (наследование) производится путём клонированиясуществующего экземпляра объекта — прототипа. Его такжеотносят к объектно-ориентированным языкам.Рассмотрим наш стандартный пример на объектно-ориентированном языке C#.Пример (C#)public class Program {public static void Main(string[] args) {var s = System.Console.In.ReadToEnd();for(int i = s.Length – 1; i >= 0; --i)System.Console.Write(s[i]);/* другой вариант (вместо цикла)char[] arr = s.ToCharArray();System.Console.Write(arr.Reverse());*/}}В ООП применяются объекты, а также методы объектов.Одновременно с объектно-ориентированными языками появились RAD – среды быстрогопрограммирования.
Самая популярная среда разработки, использующая RAD – Visual Basic,особенно она популярна в Америке. Другой популярной средой разработки, использующейRAD, является Delphi.Самой популярной архитектурой современных компьютеров является Intel. Однако, для ниххарактерно большое энергопотребление.Для мобильных устройств применяется архитектура ARM.
Она отличается меньшимэнергопотреблением, но машинный язык не совместим с архитектурой Intel.Первые Macintosh работали на архитектуре Motorola.Motorola была лучшей архитектурой, но со временем Intel вытеснили ее с рынка.Парадигма обобщенного программирования является разновидностью объектноориентированного программирования.
Она включает в себя статическую параметризацию.В чистой объектно-ориентированной парадигме существуют абстрактные классы имеханизм наследования. Они позволяют уточнять поведение производных классов.7Пример (C#)sealed – ключевое слово, означает запечатанный класс: класс, откоторого нельзя наследовать.Определение (Абстрактные иерархии классов)Абстрактные иерархии классов – иерархии классов, которые служат лишь для возможностинаследования от них.В обобщенном программировании существуют обобщения (generic).Для иллюстрации различий между этими подходами рассмотри пример вызова функции. Впроцедурной и чистой объектно-ориентированной парадигме связывание формальных ифактических параметров при вызове функции осуществляется на этапе компиляции.Обобщения связываются до начала выполнения, на этапе компиляции.Пример (C++)STL – «бескомпромиссное стремление к эффективности».Пример кода на STL:copy(from, to, where)где from, to – входные итераторы, where – output-итератор.STL включает в себя множество контейнеров – специальных классов,предназначенных для хранения объектов и работы с ними.Контейнер-список:list<char>Стандартные потоки ввода-вывода – тоже контейнеры:ostream_iterator<char>Синтаксис STL во многом схож с указателями C:*where++ =*from; // копированиеИтератор inserter вставляет в конец, back_inserter – в начало(возможно, со сдвигом)Рассмотрим наш стандартный пример на языке C++.int main() {list<char> c;copy(isteam_iterator<char>(cin),istream_iterator<char>(),back_inserter(c));8copy(c.begin(),c.end(),ostream_iterator(cout));}Сопровождение грамотно спроектированных программ становится легким.С точки зрения парадигмы не существует чистых объектно-ориентированных языковпрограммирования.Первым объектно-ориентированным языком программирования был язык Simula 67(расширение языка Алгол 60).Автор объектно-ориентированного языка C++ – Бьярн Страуструп.
Он его разрабатывал дляимитации моделирования телефонных систем.Существует несколько других модификаций языка C.Язык Objective-C – тоже настройка над C, объектно-ориентированное расширениеязыка C. Используется в операционных системах Apple.C++/CLI – .NET версия языка C++ от компании Microsoft. CLI расшифровывается какCommon Language Interface.С# – тоже .NET язык, отдельные его части взяты из C++, другие из .NET.Основная проблема программирования на C++ – сложность языка. Объясняется она тем, чтоязык C++ развивался достаточно долго, и все это время он расширялся.
Необходимо былоподдерживать обратную совместимость со старыми программами. В результате языкоказался переполнен возможностями и стал слишком сложным. Полностью новый язык могбы быть более прост и эффективен.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПАРАДИГМАРассмотрим основные особенности функциональной парадигмы на нескольких примерах.В качестве первого примера рассмотрим наш стандартный пример на языке Lisp.Пример (Lisp)Рассматриваемый нами стандартный пример на Lisp выглядитособенно кратко:(print(reverse(read)))На примере Lisp можно понять многие особенности функциональных языковпрограммирования.Пример (Lisp)Lisp является мультипарадигменным языком, но чистый Lispвоплощает функциональную парадигму.Любая сущность в языке Lisp является списком.9Существуют так называемые «атомы»: целое (123), символ (+,Коля), пустой список( (), nil).Списки могут быть вложенными:(a (b c ) x)Глубина вложенности не ограничена.Lisp поддерживает иерархические списки.Основной операцией в Lisp является применение функций к списку.Если список рассматривается как функция, то первый символ в списке– это имя функции.
Пример:(+ 2 3)Результат:(5)Разберем подробнее наш стандартный пример.read – встроенная функция, считывает символ из входного потока.Результат выполнения функции – список атомов из входного потока.(print(reverse(read)))В языке Lisp есть конструкция eval:(eval s)– вычисление функции S.Это означает, что в Lisp встроен интерпретатор.Стандартный Lisp получил название Common Lisp.В него входит множество стандартных функций, а стандарт языказанимает 15000 страниц.Рассмотрим еще один пример: функцию, прибавляющую единицу к ееаргументу.Синтаксис функции в Lisp задается следующим образом:(defun имя (список переменных-параметров) тело)Тогда функция, прибавляющая единицу к ее аргументу, будетвыглядеть так:(defun plus1(x) (+ x 1))В общем случае она ничего не знает о типе x.
Подразумевается лишь,что к x применима операция сложения.Переменную также называют place holder.Рассмотрим «наивную» функцию reverse на Lisp(defun reverse1 (x)(defun reverse1(x)(cond(if (NULL x) ()( (null x) () )true (append (reverse1) cdr x)( T (append (reverse1 (cdr x))cons(car x) ()))(cons (car x) ()) ))10))))Её сложность O(n2).Рассмотрим еще несколько важных функций работы со списками.Функция append создает новый список.(append s1 s2)(append (1 2 3) (4 5)) = (1 2 3 4 5)Функции car и cdr очень важны для работы с списками. car l не создает список,создает список, состоящий из первого элемента списка l. cdr l просто первый элем.создает список, состоящий из всех элементов списка l, кроме первого.Пример:l = (a b c)car l = (a) = acdr l = (b c)Заметим, что функции car и cdr не изменяют тот список, ккоторому применяются.Функция cons формирует список(cons (1 2 3) (4 5)) = ((1 2 3) 4 5)(cons s1 s2)= (s1 s2)Для того, чтобы сформировать список из атома, нужно добавить ()(cons 5 ()) = (5)Заметим, что большинство стандартных функций Lisp можнонаписать на Lisp, однако функцию cons – нельзя.Раньше Lisp был одним из основных языков для создания AI (ArtificialIntelligence, искусственный интеллект).У языка Lisp существует множество диалектов, один из которых – язык PLANNER.Пример (PLANNER)Язык Planner – это расширение языка Lisp.
служил для передачиинформации от человека к человеку.На этом языке можно было описывать невычислимые вещи.Пленэр – это урезанная версия PLANNER.В 1978 году Джон Бэкус, руководивший разработкой FORTRAN, получил премию Тьюринга.На вручении этой премии он прочитал свою знаменитую лекцию, которую озаглавил«Можно ли освободить программиста от фон-неймановского стиля? Функциональный стильи определяемая им алгебра программ».В этой лекции Джон Бэкус говорил о том, что стиль императивных программ «однаоперация в один момент времени» примитивен. Он назвал языки программирования,11базирующиеся на фон-неймановской модели вычислителя, «машинами с операциейприсваивания» и указал, что в операции присваивания кроется несовершенство из-заразделения вычислений на математически чистую абстрактную часть (функции) и"приземленную" часть присваиваний, которая необходима из-за особенностей аппаратныхсредств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
