40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Вид материала

Содержание

Декларативная программа
Императивная программа
Состав языков программирования
Проверяет некоторое условие и в зависимости от истинности или ложности его выполняет те или иные операторы.
Выполняет заданные операторы до тех пор, пока истинно заданное условие, причем условие проверяется перед выполнением операторов.
A: array (1..100) of integer
Переставить(i,j); //2,1,3
Абстрактный тип данных
Запись определения нового типа
Проблемы слабо типизированных языков
С: character
Epsilon —
Буквы, цифры, спец_сиmb)
FIRST — минимальное значение указанного типа имя_типа' LAST
Рабочие дни
Ключевые слова
Список ключевых слов
Примеры констант
Описание функции
Класс памяти
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

Надъязыковый подход к изучению языков программирования

5 причин необходимости изучения концепций языков программирования

Больше возможности для выражения идей
Более обоснованный выбор подходящего языка
Повышение способности к изучению новых языков
Углубление понимания важности реализации
Повышение способности к разработке новых языков

Области применения программирования

Научные приложения
Коммерческие приложения
Искусственный интеллект
Системное программирование
Языки подготовки сценариев
Специализированные языки программирования

Категории языков программирования

Императивные
Декларативные
Объектно-ориентированные

История развития языков программирования

40гг. – первые цифровые компьютеры – программирование путем коммутации проводов.
программирование на машинном языке
появление ассемблеров – машинные команды получают мнемонические имена (LOAD, STORE, ADD, …)
конец 50х – создание первого компилятора для языка FORTRAN (FORmula TRANslator – транслятор формул)
- более удобное средство для написания формул, чем ассемблер
- переносимость кода

Исторические требования к ЯП

Архитектура языков программирования должна быть максимально приближена к архитектуре компьютеров для наиболее эффективного использования его ресурсов.
Компьютер состоит из процессора и памяти – значит программа должна состоять из последовательности инструкций, выполняемых процессором и модифицирующих память.

Парадигма языка программирования

Компьютер представляется в виде туповатого исполнителя, тем не менее поддающегося обучению.
Исполнитель может исполнять некоторые простейшие команды.
Обучение происходит путем формирования процедур из команд и использования их в дальнейшем вместо повторения последовательности команд.
Программа описывает процесс последовательного, пошагового решения задачи.

Наклонения предложений в грамматике

изъявительное (повествовательные)
вопросительное
повелительное (императивное)

Исторически первыми сформировались императивные

(директивные, процедурные) языки программирования

Программирование в повествовательном наклонении

Стиль программирования, в котором программа представляется в как совокупность утверждений получил название декларативный.
Программа на императивном языке программирования предписывает, как достичь требуемую цель; декларативная программа заявляет (декларирует), что должно быть достигнуто в качестве цели.

Предположим, требуется пройти в городе из пункта А в пункт Б.

Декларативная программа - это план города, в котором указаны оба пункта, плюс правила уличного движения. Руководствуясь этими правилами и планом города, курьер сам найдет путь от пункта А к пункту Б.
Императивная программа - это список команд примерно такого рода: от пункта А по ул. Садовой на север до площади Славы, оттуда по ул. Пушкина два квартала, потом повернуть направо и идти до Театрального переулка, по этому переулку налево по правой стороне до дома 20, который и есть пункт Б.

Характеристики и свойства языков программирования

Характеристики
- Мощность
- Уровень
- Концептуальная целостность
  - Экономия понятий
  - Ортогональность понятий
  - Единообразие понятий
Универсальные и специализированные языки
Свойства
- Надежность
- Удобочитаемость
- Полнота
- Гибкость
- Простота
- Мобильность
- Эффективность

Характеристики, свойства и требования

Методы реализации

Компиляция
Интерпретация
Смешанные системы реализации

Этапы разработки программ

Технический взгляд
- Определение требований
- Проектирование
- Кодирование
- Тестирование
- Отладка
- Документирование
Психологические этапы
- Смятение
- Понимание сути
- Понимание способа реализации
- Реализация основной функции
- Реализация всех функций
- Подготовка к отчуждению
- Подготовка документации

Основные понятия ЯП

Базовые определения
Объекты данных
Типы данных
Выражения и операторы
Блоки и подпрограммы
Абстрактные типы данных
Дополнительные возможности

Базовые определения

Язык программирования – множество текстов (последовательностей символов) некоторого алфавита, удовлетворяющих правилам синтаксиса и задающих порядок вычисления в соответствии с правилами семантики.
Алфавит ЯП – набор символов, включающий буквы, цифры и специальные знаки (пунктуации, операций и т.д.).
Синтаксис ЯП – совокупность правил записи, которым должна удовлетворять любая программа.
Семантика ЯП – правила, определяющие, какие операции и в какой последовательности должна выполнить ЭВМ, работая по программе.

Состав языков программирования

Базовые определения

Язык программирования – множество текстов (последовательностей символов) некоторого алфавита, удовлетворяющих правилам синтаксиса и задающих порядок вычисления в соответствии с правилами семантики.
Алфавит ЯП – набор символов, включающий буквы, цифры и специальные знаки (пунктуации, операций и т.д.).
Синтаксис ЯП – совокупность правил записи, которым должна удовлетворять любая программа.
Семантика ЯП – правила, определяющие, какие операции и в какой последовательности должна выполнить ЭВМ, работая по программе.

Семантика ЯП

Семантика ЯП задается определением средств описания данных и действий.

Типы данных

Ранние языки

Вспомогательный прием для облегчения работы компилятора

Современные языки

Выражение задачи с большей ясностью
Обеспечение высокой надежности

Типичные классы ошибок

Объектам данных могут присваиваться логически некорректные значения
К объекту данных может быть применена логически некорректная операция

Типы данных

Простые

Целые
Действительные
Символьные
Логические

Структурные

Массивы
Записи
Объединения

Пример описания переменных и записи операция над данными различных типов

I: integer := 1;

С: character := '1';

В: boolean := true;

1+1

1<=2

С > 'А‘

В and false

В or true

Пример использования массива и записи

A: array (1..5) of integer;

R: record

I: integer;

C: character;

B: boolean;

end record;

U: union

integer;

character;

boolean;

end union;

A(4) – обращение к 4-му элементу массива А
R. В – обращение к переменной B записи R
U := ‘A’ присваивание переменной U символьного значения

Массив

Запись

Объединение

Требования к средствам описания действий

Должны быть надежны (минимум ошибок при написании программы)
Смысл должен быть очевиден и однозначен (чтобы можно было легко понять общую структуру программы)
Должны обеспечивать достаточную гибкость (чтобы программист мог выразить свой алгоритм просто и эффективно)

Требования противоречивы – при разработке языков пытаются достичь компромисса

Выражение и присваивание

Виражение — это формула для вычисления значения некоторого типа. В общем случае выражение представляет собой один или несколько операндов, разделенных знаками операций

Оператор присваивания “:=“ Слева от знака оператора указывается тот объект данных, которому в качестве значения присваивается значение стоящего справа выражения

I,J: integer;

PI: constant real := 3.1415926536;

В: boolean;

A: array (1..5) of real;

R: record

K: integer;

D: character;

end record;

I:=I+J*2;

J:=3*(I-J)+R.K;

B:=B and (A(3)

A(5):=PI**2+A(5);

Операторы управления

Оператор «if» - условное выполнение операторов.

Проверяет некоторое условие и в зависимости от истинности или ложности его выполняет те или иные операторы.

Оператор «while» - циклическое выполнение операторов.

Выполняет заданные операторы до тех пор, пока истинно заданное условие, причем условие проверяется перед выполнением операторов.

Подсчет суммы положительных элементов массива

A: array (1..100) of integer;

SUM: integer;

I: integer;

SUM:=0;

while I<= 100 do

if A(I)>0 then

SUM:=SUM+A(I);

end if;

J:=I+1;

end do;

Необходимость структурирования программы

Выделение логических единиц

Освобождение памяти от ненужных переменных

Управление областью видимости имен

Приближение места описания переменных к месту использования

Повторное использование кода

Решение проблем – введение в язык понятий блока и подпрограммы

Блок

Программная единица состоящая из:

описания всех локальных (или внутренних) объектов данных и
глобальных (или внешних) объектов данных

описания действий, которые должен выполнить блок

block

TEMP: integer;

use I,J: in out integer;

begin

TEMP:=I;

I:=J;

J:=TEMP;

end block;

Процедуры

Процедура – описание действий, которые необходимо выполнить в какой-то момент выполнения программы

Для выполнения действий, описанных в процедуре используется вызов процедуры

block

I,J: integer;

procedure ПЕРЕСТАВИТЬ is

TEMP: integer;

begin

TEMP:=I;

I:=J;

J:=TEMP;

end procedure;

begin

I:=l;

J:=2;

ПЕРЕСТАВИТЬ;

ПЕРЕСТАВИТЬ;

end block;

Использование процедур с параметрами

Параметры процедуры – специальная конструкция языка, позволяющая указывать переменные, которые должны обрабатываться в функции

block

I,J,K: integer;

procedure ПЕРЕСТАВИТЬ

(М,N: in out integer)is

TEMP: integer;

begin;

TEMP:=M;M=N;N:=TEMP;

end procedure;

begin

I:=1; J:=2; K:=3;

ПЕРЕСТАВИТЬ(I,J); //2,1,3

ПЕРЕСТАВИТЬ(J,К); //2,3,1 ПЕРЕСТАВИТЬ(К,I); //1,3,2

end block;

Функции

Функция — это специальная форма процедуры, предназначенная для вычисления одного значения.

block

I,J,K: integer;

МАХ2: integer;

function MAX

(PAR1,PAR2: in integer)

return(REZ:out,integer) is

begin

if PAR1 > PAR2 then

REZ:=PAR1;

else

REZ:=PAR2;

end if;

end function;

begin

…

MAX2 := 2*MAX(K,MAX(I,J));

…

end block;

Пакеты

Пакет – средство языка программирования для представления совокупности логически связанных вычислительных ресурсов

Пакеты могут объединять как подпрограммы, так и объекты данных и даже типы данных.

Абстрактные типы данных

Абстрактный тип данных представляет собой описание множества значений и набора операций, с помощью которых (и только с их помощью) можно обрабатывать эти значения.

Дополнительные возможности

Обработка файлов

Обработка исключений

Параллельная обработка

Макрообработка

.

Типизация языков программирования

Основные вопросы

Понятие типа

Определение типа

Способы контроля типов

Виды и уровни типизации

Эквивалентность типов

Поколения языков программирования

Понятие типа

Первоначально:

Тип предназначался для выбора компилятором наиболее эффективное представление для объекта.

С машинной точки зрения тип объекта — это форма представления его значений в памяти и определяемый этой формой способ доступа.

Современные языки:

Эффективность реализации как функция механизма типов отодвинута на второй план.

Большее значение:

возможность выбирать естественные структуры данных

делать программу более понятной

менее подверженной ошибкам

легче проверяемой (в т.ч. компилятором) и исправляемой

Предшествующие определения типа

Как множество значений, которые могут принимать объекты данного типа.

Недостаточно точно – не дает однозначного пути для построения типов

аггау(1. . 10) of integer и

array(1. . 11) of integer (различны или нет?)

Множество значений и набор операций, выполняемых над этими значениями и обладающих некоторыми свойствами.

Не решается проблема однозначности:

Различны или нет типы двух списков, если их определения налагают разные ограничения на максимальное число элементов?

Определение типа

Тип данных - множество с операциями (алгебра), учитывающая следующее:

если дан новый тип, то можно описывать и инициализировать переменные этого типа;

если дана переменная некоторого типа, то можно определить и изменить ее текущее значение;

если даны два значения определенного типа, то можно сравнить их, по крайней мере на равенство или неравенство;

описание типа дает некоторую интерпретацию определяемым синтаксисом языка символам, которые вводятся для обозначения констант.

Если два типа отличаются по любым из перечисленных факторов, то такие типы считаются разными

Запись определения нового типа

type имя_типа is описание_типа;

Контроль типов

Контроль типов - определение типов выражений и их согласованности с типами, которые требуются по правилам языка в данном контексте программы

(например, согласованности типов аргументов и параметров процедур)

Синтаксически правильная программа

Программа называется синтаксически правильной, если она удовлетворяет правилам синтаксиса языка, т.е. не содержит синтаксических ошибок.

Определение синтаксической правильности программ производится на этапе компиляции.

Обозначим множество программ этого класса через Ls.

Типово-правильная программа

Программа называется типово-правильной, если она удовлетворяет правилам типизации языка.

Правила типизации

приписывание типов переменным и константам,

определение типов выражений по типам их частей

согласование типов частей языковых конструкций (например, операторов присваивания)

…

Определение типовой правильности программ также производится на этапе компиляции.

Обозначим множество программ этого класса через Lt

Lt – подмножество Ls.

Если Lt не определено – язык не типизированный, иначе – типизированный.

Типовые ошибки

Программа называется программой без типовой ошибки, если при ее выполнении не возникает типовой ошибки

Обозначим множество программ этого класса через Le.

Le входит в Lt

Программа называется программой с выловленными типовыми ошибками, если все возникающие при ее выполнении типовые ошибки обнаруживаются при контроле типов.

Обозначим множество программ этого класса через Ld.

Ld  Lt \ Le

Классификация языков по способу контроля типов

Если Lt = Le , т.е. типово-правильные программы не могут содержать типовых ошибок, то язык называется языком с полным статическим контролем типов.

Если Ls=Lt, т.е. правила типизации языка очень слабые или их нет совсем (все синтаксически правильные программы являются типово-правильными), и, следовательно, вся работа по контролю типов производится во время выполнения программ, то язык называется языком с динамическим контролем типов.

Если при этом Ld = Lt \ Le, т.е. все типовые ошибки обнаруживаются при динамическом контроле типов, то язык называется языком с полным динамическим контролем типов.

Если Le  Lt  Ls, т.е. не все синтаксически правильные программы являются типово-правильными и типово-правильные программы могут содержать типовые ошибки, то язык называется языком со смешанным контролем типов.

Если при этом Ld = Lt \ Le, то язык называется языком с полным смешанным контролем типов.

Классификация ЯП по способу определения семантики языковых конструкций

Если семантика каждой языковой конструкции (например, операций) определяется по тексту программы, а не во время ее выполнения, т.е. статически, язык называется статически типизированным, в противном случае — динамически типизированным.

Статически типизированные языки:

слабо типизированный, если информация о типе используется только для обеспечения корректности программы на машинном уровне;

сильно типизированный, если осуществляется полный контроль типов (статический, динамический или смешанный);

защитно типизированный, если программы, содержащие конструкции с возможными типовыми ошибками, считаются недопустимыми, даже если эти ошибки никогда не могут возникнуть.

Проблемы слабо типизированных языков

Операция, которая может восприниматься машиной как корректная, может быть некорректной на абстрактном уровне программы

Blog

40гг первые цифровые компьютеры программирование путем коммутации проводов

Содержание