Языки программирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. История развития языков программирования

Одной из самых революционных идей приведших к созданию автоматических цифровых вычислительных машин, была высказанная в 20-х годах 19 века Чарльзом Бебиджем мысль о предварительной записи порядка действия машины для последующей автоматической реализации вычислений - программе. И, хотя использованная Бебиджем запись программы на перфокартах, придуманная для управления такими станками французским изобретателем Жозефом Мари Жаккаром, технически не имеет ничего общего с современными приемами хранения программ в ПК, принцип здесь по существу один. С этого момента начинается история программирования.

Аду Левлейс, современницу Бебиджа, называют первым в мире программистом. Она теоретически разработала некоторые приемы управления последовательностью вычислений, которые используются в программировании и сейчас. Ею же была описана и одна из важнейших конструкций практически любого современного языка программирования - цикл.

Революционным моментом в истории языков программирования стало появление системы кодирования машинных команд с помощью специальных символов, предложенной Джоном Моучли. Система кодирования, предложенная им, вдохновила одну из его сотрудниц Грейс Мюррей Хоппер. При работе на компьютере «Марк-1» ей и ее группе пришлось столкнуться со многими проблемами и все, что ими придумано, было впервые. В частности они придумали подпрограммы. И еще одно фундаментальное понятие техники программирования впервые ввели Хоппер и ее группа - «отладка».

В конце 40-х годов Дж. Моучли создал систему под названием «Short Code», которая являлась примитивным языком программирования высокого уровня. В ней программист записывал решаемую задачу в виде математических формул, а затем, используя специальную таблицу, переводил символ за символом, преобразовывал эти формулы в двухлитерные коды. В дальнейшем специальная программа компьютера превращала эти коды в двоичный машинный код. Система, разработанная Дж. Моучли, считается одним из первых примитивных интерпретаторов.

Уже в 1951 г. Хоппер создала первый в мире компилятор и ею же был введен сам этот термин. Компилятор Хоппер осуществлял функцию объединения команд и в ходе трансляции производил организацию подпрограмм, выделение памяти компьютера, преобразование команд высокого уровня (в то время псевдокодов) в машинные команды. «Подпрограммы находятся в библиотеке (компьютера), а когда вы подбираете материал из библиотеки - это называется компиляцией» - так она объясняла происхождение введенного ею термина.

Разработки в этом направлении привели к созданию языка Кобол (COBOL - Common Business Oriented Language). Он был создан в 1960 году. В этом языке по сравнению с Фортраном и Алголом, слабее развиты математические средства, но зато хорошо развиты средства обработки текстов, организация вывода данных в форме требуемого документа. Он задумывался как основной язык для массовой обработки данных в сферах управления и бизнеса.

Середина 50-х годов характеризуется стремительным прогрессом в области программирования. Роль программирования в машинных командах стала уменьшаться. Стали появляться языки программирования нового типа, выступающие в роли посредника между машинами и программистами. Первым и одним из наиболее распространенных был Фортран (FORTRAN, от FORmula TRANslator - переводчик формул), разработанный группой программистов фирмы IBM в 1954 году (первая версия). Этот язык был ориентирован на научно-технические расчеты математического характера и является классическим языком программирования при решении на ПК математических и инженерных задач.

Для первых языков программирования высокого уровня предметная ориентация языков была характерной чертой.

Особое место среди языков программирования занимает Алгол, первая версия которого появилась в 1958 году. Одним из разработчиков Алгола был «отец» Фортрана Джон Бэкус. Название языка ALGOrithmic Language подчеркивает то обстоятельство, что он предназначен для записи алгоритмов. Благодаря четкой логической структуре Алгол стал стандартным средством записи алгоритмов в научной и технической литературе.

В середине 60-х годов Томас Курц и Джон Камени (сотрудники математического факультета Дартмунтского колледжа) создали специализированный язык программирования, который состоял из простых слов английского языка. Новый язык назвали «универсальным символическим кодом для начинающих» (Beginner All-Purpose Symbolic Instruction Code, или, сокращенно, BASIC). Годом рождения нового языка можно считать 1964. Сегодня универсальный язык Бейсик (имеющий множество версий) приобрел большую популярность и получил широкое распространение среди пользователей ПК различных категорий во всем мире. В значительно мере этому способствовало то, что Бейсик начали использовать как встроенный язык персональных компьютеров, широкое распространение которых началось в конце 70-х годов. Однако Бейсик неструктурный язык, и поэтому он плохо подходит для обучения качественному программированию. Справедливости ради следует заметить, что последние версии Бейсика для ПК (например, QBasic) стали более структурными и по своим изобразительным возможностям приближаются к таким языкам, как Паскаль.

Язык ЛИСП появился в 1965 году. Основным в нем служит понятие рекурсивно определенных функций. Поскольку доказано, что любой алгоритм может быть описан с помощью некоторого набора рекурсивных функций, то ЛИСП по сути является универсальным языком. С его помощью ПК может моделировать достаточно сложные процессы, в частности - интеллектуальную деятельность людей.

Пролог разработан во Франции в 1972 году для решения проблем «искусственного интеллекта». Пролог позволяет в формальном виде описывать различные утверждения, логику рассуждений и заставляет ПК давать ответы на заданные вопросы.

Значительным событием в истории языков программирования стало создание в 1971 году языка Паскаль. Его автор - швейцарский ученый Никлаус Вирт. Вирт назвал его в честь великого французского математика и религиозного философа XVII века Блеза Паскаля, который изобрел первое суммирующее устройство, именно поэтому новому языку было присвоено его имя. Этот язык первоначально разрабатывался как учебный язык структурного программирования, и, действительно, сейчас он является одним из основных языков обучения программированию в школах и вузах.

В 1975 году два события стали вехами в истории программирования - Билл Гейтс и Пол Аллен заявили о себе, разработав свою версию Бейсика, а Вирт и Йенсен выпустили классическое описание языка «Pascal User Manual and Report».

Не менее впечатляющей, в том числе и финансовой, удачи добился Филип Кан, француз, разработавший в 1983 году систему Турбо-Паскаль. Суть его идеи состояла в объединении последовательных этапов обработки программы - компиляции, редактирования связей, отладки и диагностики ошибок - в едином интерфейсе. Турбо-Паскаль - это не только язык и транслятор с него, но еще и операционная оболочка, позволяющая пользователю удобно работать на Паскале. Этот язык вышел за рамки учебного предназначения и стал языком профессионального программирования с универсальными возможностями. В силу названных достоинств Паскаль стал источником многих современных языков программирования. С тех пор появилось несколько версий Турбо-Паскаля, последняя - седьмая.

Фирма Borland/Inprise завершила линию продуктов Турбо-Паскаль и перешла к выпуску системы визуальной разработки для Windows - Delphi.

Большой отпечаток на современное программирование наложил язык Си (первая версия - 1972 год), являющийся очень популярным в середе разработчиков систем программного обеспечения (включая операционные системы). Этот язык создавался как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Си сочетает в себе как черты языка высокого уровня, так и машинно-ориентированного языка, допуская программиста ко всем машинным ресурсам, чего не обеспечивают такие языки как Бейсик и Паскаль.

Период с конца 60-х до начала 80-х годов характеризуется бурным ростом числа различных языков программирования, сопровождавшим кризис программного обеспечения.

В течение многих лет программное обеспечение строилось на основе операционных и процедурных языков, таких как Фортран, Бейсик, Паскаль, Ада, Си. По мере эволюции языков программирования получили широкое распространение и другие, принципиально иные, подходы к созданию программ.

Классификация ЯП. Языки программирования-это формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя.

язык программирование delphi

Классификация языков программирования№1

Классификация языков программирования№2.

- языки первого поколения: машинно-ориентированные с ручным управлением памяти на компьютерах первого поколения.

- языки второго поколения: с мнемоническим представлением команд, так называемые автокоды.

- языки третьего поколения: общего назначения, используемые для создания прикладных программ любого типа. Например, Бейсик, Кобол, Си и Паскаль.

- языки четвертого поколения: усовершенствованные, разработанные для создания специальных прикладных программ, для управления базами данных.

- языки программирования пятого поколения: языки декларативные, объектно-ориентированные и визуальные. Например, Пролог, ЛИСП (используется для построения программ с использованием методов искусственного интеллекта), Си++, Visual Basic, Delphi.

Классификация языков программирования№3.

· Процедурные (императивные)

· Непроцедурные (декларативные)

В процедурных языках программа явно описывает действия, которые необходимо выполнить, а результат задается только способом получения его при помощи некоторой процедуры, которая представляет собой определенную последовательность действий.

Среди процедурных языков выделяют в свою очередь структурные и операционные языки. В структурных языках одним оператором записываются целые алгоритмические структуры: ветвления, циклы и т.д. В операционных языках для этого используются несколько операций. Широко распространены следующие структурные языки: Паскаль, Си, Ада, ПЛ/1. Среди операционных известны Фортран, Бейсик, Фокал.

Непроцедурное (декларативное) программирование появилось в начале 70-х годов 20 века, К непроцедурному программированию относятся функциональные и логические языки.

В функциональных языках программа описывает вычисление некоторой функции. Обычно эта функция задается как композиция других, более простых, те в свою очередь делятся на еще более простые задачи и т.д. Один из основных элементов функциональных языков - рекурсия. Оператора присваивания и циклов в классических функциональных языках нет.

В логических языках программа вообще не описывает действий. Она задает данные и соотношения между ними. После этого системе можно задавать вопросы. Машина перебирает известные и заданные в программе данные и находит ответ на вопрос. Порядок перебора не описывается в программе, а неявно задается самим языком. Классическим языком логического программирования считается Пролог. Программа на Прологе содержит, набор предикатов-утверждений, которые образуют проблемно-ориентированную базу данных и правила, имеющие вид условий.

Можно выделить еще один класс языков программирования - объектно-ориентированные языки высокого уровня. На таких языках не описывают подробной последовательности действий для решения задачи, хотя они содержат элементы процедурного программирования. Объектно-ориентированные языки, благодаря богатому пользовательскому интерфейсу, предлагают человеку решить задачу в удобной для него форме.

2. Объектно-ориентированное программирование. Инкапсуляция, наследование, полиморфизм. Основные типы данных в Delphi

Объектно-ориентированные подход к программированию - это подход к разработке программного обеспечения, основанный на объектах, а не на процедурах.

Java, Си, Visual Basic

Объект - это базовое понятие ООП. Любой объект принадлежит одному или нескольким классам, которые в свою очередь определяют, описывают поведение объекта.

Примеры классов: "Гном", "Хоббит", "Маг".

Примеры объектов: "хоббит по имени Фродо Бэггинс", "маг по имени Гэндальф".

Каждый объект характеризуется свойствами, методами и событиями.

Свойства - описание объекта. Примеры атрибутов: "имя", "рост". Набор конкретных значений определяет текущее состояние объекта.

Метод - это действие объекта, изменяющее его состояние или реализующее другое его поведение. Пример методов: "назвать свое имя", "стать невидимым".

Рассмотрим ситуацию из обыденной жизни. Например, Вам надо сообщить поздравить своего родственника, живущего в другом городе с днем рождения. Для это Вы идете на почту и посылаете телеграмму. Вы сообщаете оператору, что хотите переслать данный текст по некоторому адресу. И Вы можете быть уверены, что ваше поздравление попадет по нужному адресу.

Итак, для решения своей проблемы Вы нашли объект (почту) и передали ему сообщение, содержащее запрос. Обязанностью почты (или работников почты) будет удовлетворить Ваш запрос любым известным только им способом. Вас совершенно не интересует каким именно. Имеется некий метод - т.е. алгоритм, или последовательность операций, которые используют почтовые работники для выполнения запроса. Вам не надо знать какой конкретно метод используется.

Итак, действие в ООП инициируется посредством передачи сообщений объекту, ответственному за действия. Сообщение содержит запрос на осуществление действия и сопровождается дополнительной информацией (аргументами), необходимой для его выполнения.

События (Events). Событие представляет собой действие, распознаваемое объектом. Событие может создаваться пользователем (например, щелчок мышью или нажатие клавиши) или быть результатом воздействия других программных объектов. В качестве реакции на события вызывается определенная процедура, которая может изменять свойства объекта, вызывать его методы и т.д.

К концепции ООП относится:

Полиморфизм - это взаимозаменяемость объектов с одинаковым интерфейсом. Кратко смысл полиморфизма можно выразить фразой: «Один интерфейс, множество методов». В зависимости от типа объекта одно и то же сообщение может соответствовать различным действиям - методам для достижения требуемого результата.

Пример полиморфизма: в ответ на призыв "К оружию! Защищайся!" гном схватит боевой топор, эльф приготовит лук и стрелы, а хоббит спрячется за дерево (у него нет метода, для выполнения требуемых действий). Объекты реагируют на одно и тоже сообщение строго специфичным для них образом.

Пример с почтой: Вы можете попросить своего товарища, летящего в город, где живут ваши родственники, поздравить их, и метод, который он изберет для решения этого запроса будет отличаться от того, который использовали на почте. Хотя родственники будут поздравлены. Если же Вы попросите коменданта общежития поздравить Ваших родственников, то у нее вероятно вообще не найдется метода для решения этой задачи, а если она и примет сообщение, то выдаст диагностическое сообщение об ошибке.

Наследование - возможность порождать один класс от другого с сохранением всех свойств и методов класса-предка (иногда его называют суперклассом) и добавляя, при необходимости, новые свойства и методы. Наследование призвано отобразить такое свойство реального мира, как иерархичность.

Пример наследования: на основании класса "Личность" создаются его подклассы "Хоббит", "Маг", "Эльф" и "Человек", каждый из которых обладает свойствами и поведением "Личности", но добавляет собственные свойства и меняет поведение.

Инкапсуляция -- это принцип, согласно которому любой класс должен рассматриваться как чёрный ящик -- пользователь класса должен видеть и использовать только интерфейс (от английского interface -- внешнее лицо, т. е. список декларируемых свойств и методов) класса и не вникать в его внутреннюю реализацию.

Основные типы данных Delphi. Функции преобразования типов данных.

Типы данных в Delphi можно разделить на предопределенные в языке (встроенные) типы и типы, определяемые пользователем. К предопределенным относятся типы целые, действительные, символы, строки, указатели, булевые, variant.

Ниже приведена классификация типов Delphi, учитывающая некоторые общие свойства различных типов:

Целые типы данных в Pascal (Delphi)

Вещественные типы данных в Pascal (Delphi)

3. Этапы разработки программ

* Постановка задачи:

· сбор информации о задаче;

· фоpмулиpовка условия задачи;

· определение конечных целей решения задачи;

· определение формы выдачи результатов;

· описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т.п. ).

* Анализ и исследование задачи, модели:

· * анализ существующих аналогов;

· * анализ технических и программных средств;

· * pазpаботка математической модели;

· * разработка структур данных.

* Разработка алгоритма:

· * выбор метода проектирования алгоритма;

· * выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.);

· * выбор тестов и метода тестирования;

· * проектирование алгоритма.

* Пpогpаммиpование:

· * выбор языка программирования;

· * уточнение способов организации данных;

· * запись алгоритма на выбранном языке пpогpаммиpования.

* Тестирование и отладка:

· * синтаксическая отладка;

· * отладка семантики и логической стpуктуpы;

· * тестовые расчеты и анализ результатов тестирования;

· * совершенствование пpогpаммы.

* Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2 -- 5.

Для чего нужны отладка и тестирование?

Тестирование (англ. test -- испытание) -- это испытание, проверка правильности работы программы в целом, либо её составных частей.

Отладка и тестирование -- это два четко различимых и непохожих друг на друга этапа:

· при отладке происходит локализация и устранение синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования;

· в процессе же тестирования проверяется работоспособность программы, не содержащей явных ошибок.

Тестирование устанавливает факт наличия ошибок, а отладка выясняет ее причину.

Английский термин debugging ("отладка") буквально означает "вылавливание жучков". Термин появился в 1945 г., когда один из первых компьютеров -- "Марк-1" прекратил работу из-за того, что в его электрические цепи попал мотылек и заблокировал своими останками одно из тысяч реле машины.

Какими должны быть тестовые данные?

Тестовые данные должны обеспечить проверку всех возможных условий возникновения ошибок:

· должна быть испытана каждая ветвь алгоритма;

· очередной тестовый прогон должен контролировать нечто такое, что еще не было проверено на предыдущих прогонах;

· первый тест должен быть максимально прост, чтобы проверить, работает ли программа вообще;

· арифметические операции в тестах должны предельно упрощаться для уменьшения объема вычислений;

· количества элементов последовательностей, точность для итерационных вычислений, количество проходов цикла в тестовых примерах должны задаваться из соображений сокращения объема вычислений;

· минимизация вычислений не должна снижать надежности контроля;

· тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, так как случайный выбор исходных данных привел бы к трудностям в определении ручным способом ожидаемых результатов; кроме того, при случайном выборе тестовых данных могут оказаться непроверенными многие ситуации;

· усложнение тестовых данных должно происходить постепенно.

4. Свойства и методы объектов в Delphi

Объекты (Objects). Основной единицей в объектно-ориентированном программировании является программный объект, который объединяет в себе как описывающие его данные (свойства), так и средства обработки этих данных (методы). Если говорить образно, то объекты - это существительные, свойства объекта - это прилагательные, а методы объекта - это глаголы.

Программные объекты обладают свойствами, могут использовать методы и реагируют на события.

Классы объектов являются «шаблонами», определяющими наборы свойств, методов и событий по которым создаются объекты. Основными классами объектов являются объекты, реализующие графический интерфейс проектов.

Объект, созданный по «шаблону» класса объектов, является экземпляром класса и наследует весь набор свойств, методов и событий данного класса. Каждый экземпляр класса имеет уникальное для данного класса имя. Различные экземпляры класса обладают одинаковым набором свойств, однако значения свойств у них могут отличаться.

Свойства объектов (Properties). Каждый объект обладает определенным набором свойств, первоначальные значения которых можно установить с использованием диалогового окна системы программирования.

Значения свойств объектов можно изменять в программном коде. Для присвоения свойству объекта нового значения в левой части строки программного кода необходимо указать имя объекта и затем название свойства, которые в соответствие с правилами точечной нотации между собой разделяются точкой. В правой части строки необходимо записать конкретное значение свойства:

Объект.Свойство = ЗначениеСвойства

Методы объектов (Methods). Для того чтобы объект выполнил какую-либо операцию, необходимо применить метод, которым он обладает. Многие методы имеют аргументы, которые позволяют задать параметры выполняемых действий. Для присваивания аргументам конкретных значений используется двоеточие и знак равенства, а между собой аргументы отделяются запятой.

Обратиться к методу объекта можно также с использованием точечной нотации. Чтобы определить, для какого объекта вызывается метод, перед именем метода указывается имя объекта, отделенное точкой

Объект.Метод арг1:=значение, арг2:=значение

Размещено на Allbest.ru