учебники, программирование, основы, введение в,

 

Вводная лекция

Введение
Программирование на языках появилось одновременно с вычислительными машинами. Конрад фон Цузе, построивший первую в мире серию программно-управляемых вычислительных машин (Германия, 1938-1944 г.), создал язык Plankalkul для записи программ. Квалифицированные сотрудники писали программы на этом языке, а техники затем вручную переводили их в машинные коды.
Сейчас наиболее широко используются традиционные языки. В их число входят FORTRAN, Pascal, C/C++, Ada, Java и т. п.
Эта совокупность традиционных языков создает ошибочное впечатление о том, что на всех языках программирование почти одинаково. Развеять его поможет данный курс, который посвящен прежде всего нетрадиционным языкам и нетрадиционным парадигмам в программировании.
Но сначала необходимо привести в порядок уже имеющиеся у Вас знания и навыки программирования.
Назначение данной лекции - ввести обучающегося в зоопарк систем и понятий программирования. Практическая цель обучающегося приобрести умение даже без предварительного изучения языка традиционного типа, видеть в нем общие конструкции и, соответственно, понимать программы, написанные на нем.
Задание 0. Перепишите написанную Вами ранее программу размером от 100 до 200 строк на неизвестный Вам традиционный язык (выбрать первый доступный из списка неизвестных: Ada, Modula-2, Алгол 68, Simula, FORTRAN). При этом запрещается детально изучать язык. Просмотрите описание и примеры, пользуйтесь прежде всего системой помощи транслятора.
Сравнение программ на разных языках
Начнем с рассмотрения примера. Всем данным текстам программ при исполнении соответствует действие, состоящее в распечатке строки "Прювет Волку!".
/*Язык C.*/
#include <stdio.h>
int main(void)
{printf("Прювет Волку!");
return 0;}
Пример 1.1.
//Java
public class HelloWorld {
public static void main (
String[] args) {
System.out.println(
"Прювет Волку!");
}}
Пример 1.2.
(*Паскаль*)
program First (Output);
begin
writeln('Прювет Волку!')
end.
Пример 1.3.
comment Algol 68 comment
begin
println('Прювет Волку!')
end
коммент Русский Алгол 68 коммент
начало
печатать('Прювет Волку!')
конец
comment Еще два представления comment
(println('Прювет Волку!'))
(печатать('Прювет Волку!'))
Пример 1.4.
Лисп (режим исполнения файла программы):
( Print "Прювет Волку!" )
Пример 1.5.
Лисп (диалоговый режим):
[1]> (progn (setq x "Прювет Волку!" ) x)
Пример 1.6.
Рефал
$ENTRY GO{=<Prout 'Прювет Волку!'>;}
Пример 1.7.
Prolog
:-Print('Прювет Волку!').
Пример 1.8.
Сравним все эти программы. Что в них общего?

  1. Все они представлены в виде текстов: последовательностей символов, размещенных на нескольких строчках.
  2. В каждом языке имеется понятие строки (последовательности символов нефиксированной длины). Строки оформляются во всех языках примерно одинаково: с использованием кавычек как обрамляющих символов. Правда, вид кавычек меняется от языка к языку.
  3. Каждая из этих программ имеет конструкцию, выполнение которой приводит к распечатке строки.
  4. Все они при их выполнении делают одно и то же: печатают строку "Прювет Волку!".

В чем же их отличия? В записи, а также в правилах построения. Таким образом, напрашивается вывод, что, освоив один язык программирования, можно понимать тексты программ на большинстве других языков практически так же легко, как образованный русский человек может читать украинский либо польский (это чуть труднее) текст.
Казалось бы, что все эти программы, естественно, после преобразования каждого текста в исполняемый кодприводят к одной и той же машинной программе, исполняемой компьютером. Но действительная ситуация немного иная.

Работа программной системы над текстом программ

Теперь разберем по очереди, как подготавливается к исполнению и исполняется каждый текст программ, рассмотренных в предыдущем параграфе.
Пояснение к.

/* Язык C:*/
#include <stdio.h>
int main(void)
  {printf("Прювет Волку!");
   return 0;}

Строка

#include <stdio.h>

отражает то, что написанный текст программы должен быть расширен путем вставки вместо этой строки текста, именуемого stdio.h, и уже такой расширенный текст подается транслятору (одно из правил формирования текстов программ на языке С). Таким образом, stdio.h является библиотекой периода трансляции. Фактически stdio.h содержит все то, что нужно для организации ввода и вывода данных, описывая компоненты библиотеки периода исполнения.
Текст после #include <stdio.h> - это описание функции без параметров, которая вырабатывает целое (ее заголовок - int main (void)), и печатает строку:

printf ("Прювет Волку!");.

После обработки этого текста транслятором, в частности, подключается библиотечная функция периода исполнения printf, описание которой взято из stdio.h.
Пояснение к.

//  Java:
public class HelloWorld {
  public static void main (
   String[] args) {
    System.out.println(
     "Прювет Волку!");
             }}

Строка

public class HelloWorld

Текст на языке Java указывает на то, что программа является публичным (доступным всем) классом, который именуется HelloWorld. К этому классу можно будет обращаться для исполнения содержащихся в нем действий. Внутри класса HelloWorld определяется функция static void main, с которой начинаются вычисления. А внутри нее происходит обращение к системным средствам вывода строк, содержащимся в классе System.out:

System.out.println("Прювет Волку!");

Это обращение делается из объявляемой функции main.
Пояснение к.

(*  Pascal:*)
program First (Output);
begin
writeln('Прювет Волку!')
end.
(*PASCAL*)
PROGRAM FIRST (OUTPUT);
BEGIN
WRITELN('Прювет Волку!')
END.

Последние два текста на стандартном языке Pascal, даже с точки зрения синтаксиса,- одна и та же программа. Из этого видно, что в языке не различаются заглавные и строчные буквы. Эта особенность восходит к использованию примитивных печатающих устройств, для которых не было такого различия.
Возможность печатать что-либо для языка Pascal обусловлена указанием Output в заголовке программы, который подключает соответствующую библиотеку периода исполнения и инициализирует ее.
Пояснение к.

Алгол 68: 
begin
println(`Прювет Волку!')
end
comment  Русский Алгол 68 comment
начало 
    печатать(`Прювет Волку!')
конец
comment  Еще два представления comment
(println(`Прювет Волку!'))
(печатать(`Прювет Волку!'))

Алгол 68 демонстрирует четыре текста одной и той же программы. В языке предусмотрены и варианты нотации для национальных алфавитов (сравните первый и второй тексты), и возможности скорописи (сравните первый и третий тексты).
Для этого языка постулируется существование стандартного вступления и заключения, которые окружают написанный текст. Считается, что исходным текстом для трансляции является то, что получится в результате соединения текста вступления, текста, написанного программистом, и текста заключения. Здесь прослеживается аналогия с #include языка С, но название файла, который должен расширять написанный текст, явно не задается.
Пояснение к.

( PRINT "Прювет Волку!")

Программа на языке Lisp представляет собой функцию PRINT с аргументом "Прювет Волку!". Вычисление этой функции - так называемое S-выражение, представляющее аргумент самой функции. В данном случае это "Прювет Волку!". При вычислении PRINT возникает побочный эффект, действие, которое сопровождает получение значения. В данном случае это печать аргумента функции, т. е. требуемое действие. Приведенная программа распечатает строку дважды: первый раз, когда выполняется указанный побочный эффект, второй - из-за следующей причины. Лисп-программа всегда завершает свои вычисления распечаткой значения функции, полученного в качестве результата. S-выражение "Прювет Волку!" и есть тот самый результат.
Пояснение к.

$ENTRY GO{=<Prout 'Прювет Волку!'>};

Программа на Рефале представляет из себя функцию Go. Эта функция работает с полем зрения, которое уже не может быть прямо представлено как совокупность ячеек вычислителя. Она проверяет, что поле зрения пусто, и подставляет вместо пустого выражения то, что идет справа от знака равенства: вызов стандартной функции, печатающей строку и опять очищающей поле зрения. В поле зрения функций больше не осталось, программа заканчивает работу, а поскольку поле зрения пусто, больше ничего не печатается.
Пояснение к.

:-Print('Прювет Волку!');

Программа на языке Prolog представляет собой цель, которая должна быть достигнута. В типичной ситуации в поле зрения имеются также данные, необходимые для достижения цели, в простейшем случае таких данных не нужно. Вызывается стандартная функция, которая печатает строку и исчезает. Недостигнутых целей более не остается, программа завершает работу.
На этом примере можно заметить общие черты языков Prolog и Рефал. Оба они имеют дело сразу со сложными данными и не связаны напрямую с физическим строением машинной памяти.
Мы видим, что действия, предписываемые языком, совершенно по-разному достигают одних и тех же целей. С чем это связано? Каждый язык определяет свою модель вычислений. Иногда эти модели довольно близки, несмотря на существенные различия в изобразительных средствах языков. Для таких языков программист, по существу, пишет одно и то же, и функции систем программирования близки. Различия в оформлении связаны, в частности, с тем, как соотносится программа с ее окружением и как задаются общие для всех программ действия. Именно поэтому мы внесли наиболее распространенные языки, имеющих близкие модели вычислений, в список традиционных языков.
Существенные различия моделей вычислений возникают в случае разного устройства данных, с которыми работают программы (сравните, например, C и Рефал). Но стоит помнить, что одна и та же модель вычислений на разных вычислительных машинах и в разных операционных средах реализуется по-разному. Могут быть различны разрядные сетки, способы представления чисел и способы вызова процедур. Пожалуй, учет операционной среды для переносимости программного обеспечения осуществлен лишь в языке Ada, который является стандартом для Министерства обороны США.

 

 
На главную | Содержание | < Назад....Вперёд >
С вопросами и предложениями можно обращаться по nicivas@bk.ru. 2013 г.Яндекс.Метрика