Сучасна мова програмування високого рівня: приклади та порівняння

Написання більшості сучасних комп'ютерних програм здійснюється при залученні мов високого рівня. Примітно, що багато з них були розроблені ще в 60 і 70-х роках, але актуальні і досі. Які ще факти про високорівневих мовах ми можемо відзначити? Які найбільш поширені різновиди відповідних рішень?

Сутність високорівневих мов написання програм

Мова програмування високого рівня — інструмент, який відноситься до категорії машинно-незалежних. Що це означає? Справа в тому, що мови програмування діляться на кілька категорій. Є машинний код: набір алгоритмів, що призначені для управління користувачем безпосередньо апаратними елементами комп'ютера. Їх сутність буде повністю машинно-залежної: для конкретних типів ПК підійдуть тільки певні алгоритми. Є мови асемблера. По суті справи, вони є надбудовою над тими, що призначені для низькорівневого керування апаратними компонентами ПК за допомогою машинного коду. Але за багатьма ознаками мови асемблера також прийнято відносити до машинно-залежною. Як правило, вони адаптовані до конкретної різновиди апаратного компонентів ПК. Їх основне завдання — спростити користувачеві управління комп'ютером за допомогою відповідних низькорівневих комунікацій.




У свою чергу, мова програмування високого рівня дозволяє користувачеві здійснювати взаємодію з ПК незалежно від того, яке конкретно обладнання встановлено на комп'ютері. Тому його слід відносити до машинно-незалежних. При написанні операційних систем найчастіше використовується мова програмування високого рівня. Але є ОС, що написані на асемблері. Мови програмування низького і високого рівня можуть використовуватися одночасно. Людина, віддаючи ПК високорівневі команди, повинен, так чи інакше, доносити їх до конкретних апаратних компонентів, і ця функція може бути реалізована при використанні мов асемблера одночасно з високорівневими, що задіяні в структурі операційної системи.

Транслятори

Найважливіші елементи, що входять до мови програмування високого рівня, — транслятори. Їх функція може бути різною. У числі ключових областей застосування трансляторів — «переклад» команд, сформованих на мові програмування високого рівня, в машинний код, зрозумілий конкретного апаратного компоненту ПК, наприклад, процесора. Транслятори, виконують дану функцію, іменуються також компіляторами. Є інша різновид відповідних компонентів — інтерпретатори. Вони призначені, в свою чергу, для «перекладу» високорівневих команд в ті, що зрозумілі операційній системі або якою-небудь програмою.

Класифікація високорівневих мов

Високорівневі мови програмування можуть бути класифіковані за різними підставами. Поширена схема, за якою вони поділяються на такі основні різновиди: - процедурно-орієнтовані (задіюються в якості інструменту при обробці інформації на будь-якому етапі обчислень); - проблемно-орієнтовані (використовуються як засіб вирішення галузевих і прикладних задач, що формуються за розширення областей застосування ПК); - об'єктно-орієнтовані (можуть бути приватними випадками мов перших двох типів, однак, адаптуються до користування широким колом розробників з різним рівнем підготовки, наприклад, у вигляді рішення з візуальним інтерфейсом). Розглянемо тепер деякі історичні та сучасні мови програмування високого рівня, що відповідають даній класифікації.

Процедурно-орієнтовані мови

До таких можна віднести Фортран. Він вважається першою мовою програмування високого рівня, створеним для широкого застосування. Характеризується простою структурою. До процедурно-орієнтованим мовам також відноситься Бейсік. Вважається одним з найбільш часто використовуваних при навчанні програмуванню. Приклад іншого процедурно-орієнтованої мови — СІ. Спочатку він створювався для ОС UNIX. На його основі згодом було створено мову C++, доповнений інструментами об'єктно-орієнтованого програмування. Ще одна мова, що відноситься до даної категорії — Паскаль. Часто також задіюється при навчанні програмування. Можливості цієї мови дозволяють його використовувати як дуже потужний інструмент розробки професійних видів.

Проблемно-орієнтовані мови

До таких можна віднести Лисп, Пролог. Перший язик був розроблений в 1962 році — через кілька років після створення Фортрану. Розглядається, таким чином, як другий в історії. Активно задіювався в якості інструменту роботи програмістів з рядками символів. На практиці Лисп використовувався в системах, що класифікуються як експертні, а також ті, що призначалися для аналітичних обчислень. Пролог знайшов широке застосування в області логічного програмування. На практиці найчастіше використовується в управлінні алгоритмами штучного інтелекту у відповідних системах.

Об'єктно-орієнтовані мови

Тепер вивчимо приклади мов програмування високого рівня, які належать до категорії об'єктно-орієнтованих. У числі таких — Visual Basic, Delphi, Visual Fortran, зазначений вище C++, а також Prolog ++. Фактично всі вони в своїй основі вміщують процедурно-орієнтовані мови. Однак передбачається суттєве доповнення візуальними елементами управління з метою подальшого освоєння необхідних алгоритмів розробниками, звиклими до інших інструментів. Так, перша мова програмування високого рівня — Фортран — може бути в оперативні терміни вивчений IT-спеціалістами за допомогою можливостей Visual Fortran. Аналогічним методом можна швидко освоїти Бейсік чи Пролог. Здійснюється, в свою чергу, при використанні Delphi програмування на мові високого рівня Object Pascal. Існує велика кількість інших середовищ розробки, які класифікуються як об'єктно-орієнтована мова. Дана сфера технологій розробки ПЗ активно розвивається.

Фортран і Лисп — перший і другий високорівневі мови

Докладніше вивчимо те, як з'явився перший мова програмування високого рівня — Фортран, а також Лисп, вважається другим. У 1954 році розробники з компанії IBM, очолювані Джоном Бэкусом, створили мову, за допомогою якого програмісти отримали можливість значно полегшити взаємодію з ПК, яке до того моменту здійснювалося за допомогою машинних команд асемблера. Він отримав назву Fortran і незабаром став відомий і в СРСР під русифікованим найменуванням. Фортран став популярним інструментом для наукових обчислень. Основним революційним елементом, запропонованим фахівцями IBM спільноти, став, власне, той самий компілятор, покликаний бути альтернативою асемблера. У перші роки практики написання програм при використанні Фортран багато розробники вважали компілятор не цілком вдалим рішенням, насамперед, з точки зору трудовитрат. Багато машинні коди, дійсно, складалися простіше, ніж при залученні транслятора. Однак у міру стрімкого збільшення продуктивності комп'ютерів програмісти починали усвідомлювати, що без використання компілятора ефективне ПЗ, яке буде повністю задіяти обчислювальні потужності ПК, створювати вкрай проблематично. Так, починання розробників з IBM отримали подальший розвиток. Основні синтаксичні конструкції мови програмування високого рівня Фортран у багатьох випадках стали задейстоваться в якості базових при створенні нових рішень. Прикладом досягнення практичних результатів у сфері розвитку концепцій, закладених в Фортран, можна вважати створення Лисп. Ця мова був розроблений у 1958 році, однак, широку популярність він придбав дещо пізніше — у 1960-м. Лисп був розроблений Джоном Маккарті і опублікований в одному з популярних журналів для IT-фахівців. Основне призначення розглянутого мови — обробка списків. Лисп став популярний в середовищі розробників систем штучного інтелекту. На його основі були створені такі мови, як Planner, Scheme, а також Common Lisp. Також Лисп справив значний вплив на багато сучасні інструменти розробки ПО. Структура мов програмування високого рівня, популярних сьогодні, в значній мірі базується на алгоритмах Фортран і Лисп. Цікаво буде, однак, розглянути інші підходи до класифікації розглянутих інструментів розробки засобів.

Універсальні високорівневі мови

Так, сучасні експерти виділяють універсальні високорівневі мови. До них належать, зокрема, ті, що були розроблені в 60-ті роки. Ключові характеристики: - орієнтація на широкий спектр завдань (насамперед, належать до обчислювальним); - велика кількість мовних конструкцій та алгоритмів; - значимість не тільки для свого часу, але і для сучасного етапу розвитку комп'ютерної техніки; - підтримка у відповідних мовах імперативною методології. Універсальні мови — основоположні у відповідній галузі IT-розробки. Можна відзначити, що досі вони не мають прямих аналогів у частині внутрішньої структури. Власне, це багато в чому пояснює актуальність залучення відповідних мов в сучасних об'єктно-орієнтованих інтерфейсах. Також загальне в зазначених мовах — тип даних. Цей фактор значною мірою зумовлює їх універсальність. У числі найбільш примітних властивостей мов, що належать до категорії універсальних — спадкоємність. Так, історично більш пізні мови, як правило, базувалися на концепціях попередників.

Унікальні мови

Деякі IT-експерти виділяють в самостійну категорію «унікальні мови». У числі таких: APL, Cobol, Forth, SETL, а також CLU. Яка їхня специфіка? Найважливіший аспект APL — задіяння масивів (векторів та матриць) в якості ключового структурного типу. Специфіка мови Cobol — в орієнтованості на комерційну сферу. Так, його доцільно задіяти при вирішенні завдань, пов'язаних зі стандартним форматом представлення результатів. Мова Forth характеризується використанням постфиксной запису програм, а також задіянням стекової нотації. У мові SETL застосовуються сукупності значень в якості одного з ключових типів даних. Мовою програмування високого рівня є також CLU. Його основна особливість — задіяння концепції роботи з абстрактними типами даних. Багато IT-фахівці бачать логічним поява нових рішень, що базуються на унікальних мовах — таких як, наприклад, Object-Oriented Cobol.

Засоби паралельного програмування

Дана категорія може містити величезну кількість рішень. У свою чергу, мови паралельного програмування можуть мати велику кількість підстав для класифікації. Наприклад, метод організації процесів. Ця підстава передбачає класифікацію засобів паралельного програмування виходячи з наявності в них: - сопрограмм; - розгалужень; - об'єднань; - паралельних дужок; - алгоритмів роботи з процесами. Інша підстава для класифікації мов розглянутого типу — методи синхронізації процесів. Відповідні рішення можуть, таким чином, включати: - семафори; - монітори; - «рандеву»; - критичні ділянки; - дистанційний виклик процедур; - транзакції, що відносяться до категорії атомарних. До мов розглянутого типу відносяться Modula-2 BLISS, Concurrent Pascal, DP, Argus.

Сімейство мов C

Вище ми розглянули в якості прикладу мови високорівневого програмування таке рішення, як C. По суті справи, воно формує ціле сімейство. Мови, що належать до нього, є приватними конструкціями C. Так, його доповнення різними об'єктно-орієнтованими компонентами призвело до розробки C++. Після суттєвої фільтрації ряду конструкцій C з'явився мова Java. Можна відзначити, що Java створювався багато в чому під впливом концепцій проекту Oberon, яким керує Ніклаус Вірт, творець мови Паскаль. Належить до високорівневих javascript? Безумовно, так, незважаючи на вузькість застосування — в якості інструменту розробки веб-сторінок. Але до мов програмування високого рівня не відносяться, зокрема, HTML, XML та SGML. Вони класифікуються як інструменти розмітки гіпертексту.

Сімейство мов Pascal

Мови програмування високого рівня Pascal також утворюють окреме сімейство. На базі Паскаль був, власне, створений Oberon, класифікується як мова об'єктно-орієнтованого типу. Ключова особливість Oberon — в можливості забезпечення безпеки типів. Не рахуючи Oberon, до мов сімейства Pascal можна віднести Modula-2 а також Component Pascal.

Сімейство мов Ada

Основоположний у відповідній категорії мов — замовлений під потреби Міністерства оборони США Ada. Він був створений в кінці 70-х — початку 80-х років. Характеризується великою кількістю функцій, універсальністю. Сімейство мов Ada включає такі рішення, як Cedar, Modula 3.

Сімейство мов Simula

Мова Simula поширений у галузях програмування, зв'язаних з імітаційним моделюванням. Специфіка відповідних рішень — у залученні специфічного ядра. Його використання дозволяє застосовувати різні розширення, адаптовані до тих чи інших сфер застосування. На основі Simula були створені об'єктно-орієнтована мова Smalltalk, а також BETA, що характеризується здатністю об'єднати в рамках єдиної абстракції алгоритми, які відображають роботу з даними, процедурами, а також управління. Об'єкти BETA можуть розглядатися в різному контексті, наприклад, в якості змінних, функцій або паралельних систем.