Особенности процедурных языков

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Факультет физико-математический

Кафедра информатики и вычислительной техники

Реферат по дисциплине

«Программирование»

Тема: «ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕДУРНЫХ ЯЗЫКОВ»

Выполнила __________________________________________ А. А. Куманькина

Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование

Профиль Математика. Информатика

Проверила

канд. физ.мат. наук, доцент____________________________ Т. В. Кормилицына

Саранск 2021

Основные сведения

Процедурное (императивное) программирование является отражением архитектуры традиционных ЭВМ, которая была предложена фон Нейманом в 1940-х годах. Теоретической моделью процедурного программирования служит алгоритмическая система под названием Машина Тьюринга.

Машина Тьюринга (МТ) – абстрактный исполнитель (абстрактная вычислительная машина). Была предложена Аланом Тьюрингом в 1936 году для формализации понятия алгоритма.

Машина Тьюринга является расширением конечного автомата и, согласно тезису Чёрча – Тьюринга, способна имитировать все другие исполнители (с помощью задания правил перехода), каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг вычисления достаточно элементарен.

Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих процедуру решения задачи. Основным является оператор присваивания, служащий для изменения содержимого областей памяти. Концепция памяти как хранилища значений, содержимое которого может обновляться операторами программы, является фундаментальной в императивном программировании.

Выполнение программы сводится к последовательному выполнению операторов с целью преобразования исходного состояния памяти, то есть значений исходных данных, в заключительное, то есть в результаты. Таким образом, с точки зрения программиста имеются программа и память, причем первая последовательно обновляет содержимое последней.

Процедурный язык программирования предоставляет возможность программисту определять каждый шаг в процессе решения задачи. Особенность таких языков программирования состоит в том, что задачи разбиваются на шаги и решаются шаг за шагом. Используя процедурный язык, программист определяет языковые конструкции для выполнения последовательности алгоритмических шагов.

Краткая история и классификация языков программирования

Первые языки программирования были очень примитивными и мало чем отличались от формализованных упорядоченных последовательностей единиц и нулей, понятных компьютеру. Использование таких языков было крайне неудобно с точки зрения программиста, так как он должен был знать числовые коды всех машинных команд, должен был сам распределять память под команды программы и данные.

Для того, чтобы облегчить общение человека с ЭВМ были созданы языки программирования типа Ассемблер. Переменные величины стали изображаться символическими именами. Числовые коды операций заменились на мнемонические обозначения, которые легче запомнить. Язык программирования приблизился к человеческому языку, и отдалился от языка машинных команд.

Один из первых языков программирования - Фортран (Formula Translation) был создан в середине 50-х годов. Благодаря своей простоте и тому, что на этом языке накоплены большие библиотеки программ Фортран и в наши дни остается одним из самых распространенных. Он используется для инженерных и научных расчетов, для решения задач физики и других наук с развитым математическим аппаратом.

Для решения экономических задач был создан язык программирования – Кобол.

Расширение областей применения ЭВМ влечет за собой создание языков, ориентированных на новые сферы применения: Снобол – алгоритмический язык для обработки текстовой информации, Лисп – алгоритмический язык для обработки символов. Лисп находит широкое применение в исследованиях по созданию искусственного интеллекта.

В 1968 г. был объявлен конкурс на лучший язык программирования для обучения студентов. Победителем стал язык Алгол-68, но широкого распространения не получил. Для этого конкурса Никлаус Вирт создал язык Паскаль, достаточно простой, удобный, с наличием мощных средств структурирования данных. Хотя Паскаль был разработан как язык для обучения программированию, он впоследствии получил широкое развитие и в настоящее время считается одним из самых используемых языков. Для обучения младших школьников Самуэлем Пайпертом был разработан язык Лого. Он отличается простотой и богатыми возможностями.

Широкое распространение в школах в качестве обучающего языка получил язык Бейсик, позволяющий взаимодействовать с ЭВМ в режиме непосредственного диалога. Спустя много лет после изобретения Бейсика, он и сегодня самый простой для освоения из десятков языков общецелевого программирования.

Необходимость разработки больших программ, управляющих работой ЭВМ, потребовала создания специального языка программирования СИ в начале 70-х г. Он является одним из универсальных языков программирования. В отличии от Паскаля, в нем заложены возможности непосредственного обращения к некоторым машинным командам и к определенным участкам памяти компьютера. Си широко используется как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Си - это язык программирования общего назначения, хорошо известный своей эффективностью, экономичностью, и переносимостью. Во многих случаях программы, написанные на Си, сравнимы по скорости с программами, написанными на языке Ассемблера. При этом они имеют лучшую наглядность и их более просто сопровождать. Си сочетает эффективность и мощность в относительно малом по размеру языке.

Появление функционального программирования привело к созданию языка Пролог. Этот язык программирования разрабатывался для задач анализа и понимания естественных языков на основе языка формальной логики и методов автоматического доказательства теорем.

В 80-х г. 20 века был создан язык Ада. Этот язык в дополнение к классическим свойствам, обеспечивает программирование задач реального времени и моделирования параллельного решения задач.

Существуют различные классификации языков программирования. По наиболее распространенной классификации все языки программирования делят на языки низкого, высокого и сверхвысокого уровня.

В группу языков низкого уровня входят машинные языки и языки символического кодирования: (Автокод, Ассемблер). Операторы этого языка – это те же машинные команды, но записанные мнемоническими кодами, а в качестве операндов используются не конкретные адреса, а символические имена. Все языки низкого уровня ориентированы на определенный тип компьютера, т. е. являются машинно-зависимыми. Машинно-ориентированные языки - это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.).

Следующую, существенно более многочисленную группу составляют языки программирования высокого уровня. Это Фортран, Алгол, Кобол, Паскаль, Бейсик, Си, Пролог и т.д. Эти языки машинно-независимы, т.к. они ориентированы не на систему команд той или иной ЭВМ, а на систему операндов, характерных для записи определенного класса алгоритмов. Однако программы, написанные на языках высокого уровня, занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках.

К языкам сверхвысокого уровня можно отнести лишь Алгол-68 и APL. Повышение уровня этих языков произошло за счет введения сверхмощных операций и операторов.

Другая классификация делит языки на вычислительные и языки символьной обработки. К первому типу относят Фортран, Паскаль, Алгол, Бейсик, Си, ко второму типу – Лисп, Пролог, Снобол и др.

В современной информатике можно выделить два основных направления развития языков программирования: процедурное и непроцедурное.

Процедурное программирование возникло на заре вычислительной техники и получило широкое распространение. 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.

Непроцедрное (декларативное) программирование появилось в начале 70-х годов 20 века, но стремительное его развитие началось в 80-е годы, когда был разработан японский проект создания ЭВМ пятого поколения, целью которого явилась подготовка почвы для создания интеллектуальных машин. 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 разлагаются на еще более простые и т.д. Один из основных элементов в функциональных языках - рекурсия, то есть вычисление значения функции через значение этой же функции от других элементов. 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. Построение логической программы вообще не требует алгоритмического мышления, программа описывает статические отношения объектов, а динамика находится в механизме перебора и скрыта от программиста.

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. Примером такого языка может служить язык программирования визуального общения Object Pascal.

Языки описания сценариев, такие как Perl, Python, Rexx, Tcl и языки оболочек UNIX, предполагают стиль программирования, весьма отличный от характерного для языков системного уровня. Они предназначаются не для написания приложения с нуля, а для комбинирования компонентов, набор которых создается заранее при помощи других языков. Развитие и рост популярности Internet также способствовали распространению языков описания сценариев. Так, для написания сценариев широко употребляется язык Perl, а среди разработчиков Web-страниц популярен JavaScript.

Описание процедурных языков программирования

Амда (Ada) – язык программирования, созданный в 1979–1980 годах в результате проекта, предпринятого Министерством обороны США с целью разработать единый язык программирования для встраиваемых систем (то есть систем управления автоматизированными комплексами, работающими в реальном времени). Имелись в виду, прежде всего, бортовые системы управления военными объектами (кораблями, самолётами, танками, ракетами, снарядами и т. п.). Перед разработчиками не стояло задачи создать универсальный язык, поэтому решения, принятые авторами Ады, нужно воспринимать в контексте особенностей выбранной предметной области. Язык назван в честь Ады Лавлэйс.

Бемйсик (от BASIC, сокращение от англ. Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code – универсальный код символических инструкций для начинающих; англ. basic – основной, базовый) – семейство высокоуровневых языков программирования.

Был разработан в 1963 году профессорами Дартмутского колледжа Томасом Куртом (Thomas E. Kurtz) и Джоном Кемени (John G. Kemeny).

Язык предназначался для обучения программированию и получил широкое распространение в виде различных диалектов, прежде всего, как язык для домашних микрокомпьютеров.

Си (англ. C) – стандартизированный процедурный язык программирования, разработанный в начале 1970-х годов сотрудниками Bell Labs Кеном Томпсоном и Денисом Ритчи как развитие языка Би. Си был создан для использования в операционной системе UNIX. С тех пор он был портирован на многие другие операционные системы и стал одним из самых используемых языков программирования. Си ценят за его эффективность; он является самым популярным языком для создания системного программного обеспечения. Его также часто используют для создания прикладных программ. Несмотря на то, что Си не разрабатывался для новичков, он активно используется для обучения программированию. В дальнейшем синтаксис языка Си стал основой для многих других языков (см.: Си-подобный синтаксис).

Для языка Си характерны лаконичность, современный набор конструкций управления потоком выполнения, структур данных и обширный набор операций.

Кобомл (COBOL, COmmon Business Oriented Language), язык программирования третьего поколения (первая версия в 1959), предназначенный, в первую очередь, для разработки бизнес-приложений.

Разработчиком первого единого стандарта Кобола являлась Грейс Хоппер (бабушка Кобола).

Фортрамн (Fortran) – первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор. Создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM. (Язык Планкалкюль, претендующий на пальму первенства, был изобретён ещё в 1945 году, но не был реализован вплоть до 2000 года.) Название Fortran является аббревиатурой от FORmula TRANslator, то есть, переводчик формул. Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана – большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм.[1] Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений, и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавались на протяжении десятилетий и популярны (главным образом в научной среде) по сей день.

Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.

Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003) приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых вычислительных архитектур; позволяет применять современные технологии программирования, в частности, ООП.

Модула-2 (Modula-2) – язык программирования общего назначения, разработанный Никлаусом Виртом в 1978 году.

Паскаль (англ. Pascal) – высокоуровневый язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1968/9 годах (опубликован в 1970-м) после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68.

ПЛ/1 (PL/I, Programming Language I – «Язык программирования номер один», в русском языке произносится «пиэмль одимн») – разработанный в 1964 году язык программирования, созданный для научных, инженерных и бизнес-ориентированных вычислений. Он содержит такой широкий набор синтаксических конструкций и встроенных функций, что, вероятно, не существует ни одного компилятора, поддерживающего все возможности языка ПЛ/1. ПЛ/1 поддерживает рекурсию и структурное программирование, и его основная область применения – обработка данных.

РАПИРА – Расширенный Адаптированный Поплан-Интерпретатор, Редактор, Архив – процедурный язык программирования. Разработан в начале 80-х годов в СССР в качестве средства перехода от более простых языков (в частности, учебного языка Робик) к языкам высокого уровня. Синтаксис построен на основе русской лексики. Язык использовался в школах для изучения информатики. Преподавание на Рапире велось в «Заочной школе программирования» в журнале «Квант» с начала 1980 г.

Как видно из расшифровки названия языка, концепция языка РАПИРА опиралась на опыт разработки системы ПОПЛАН – интерпретатора языка POP-2 для БЭСМ-6. Некоторые синтаксические конструкции были перенесены из языка Сетл.

Язык Рапира был реализован для БЭСМ-6, а затем для первого советского персонального компьютера (ПЭВМ) «Агат» в начале 80-х годов силами нескольких студентов и выпускников Новосибирского государственного университета под началом Г. А. Звенигородского, при участии школьников, в том числе на Всесоюзных летних школах юных программистов (ВЛШЮП, 1982 г.). По своим возможностям язык не уступал другим известным на то время учебным языкам. Однако спустя несколько лет в стране появились импортные машины, более мощные и совершенные, чем «Агат». В результате постепенно было прекращено использование и «Агата» и, вместе с ним, Рапиры.

Существовали также реализации языка Рапира для КУВТ УКНЦ и Ямаха КУВТ, а также для ЕС ЭВМ (1982 г., руководитель разработки на алголе-68 – проф. А. Н. Терехов).

REXX (REstructured eXtended eXecutor) или Rexx (рекс) – интерпретируемый язык программирования, разработанный фирмой IBM. Существуют как коммерческие, так и свободно распространяемые реализации данного языка.

Пик своего распространения REXX получил в середине 1990-х вместе с популярностью операционной системы OS/2. Это связано с тем, что интерпретатор REXX'а мог вызываться как из командного процессора, который в результате мог исполнять скрипты, состоящие из операторов командной строки (аналогично bash в GNU), так и из любого приложения.

В том случае, когда интерпретатор REXX вызывается из cmd.exe (или 4os2.exe) он исполняет командный файл. Если он вызывается из почтового редактора FleetStreet – он исполняет командный файл FleetStreet. Сам по себе REXX не привязан к конкретной части системы и может использоваться любой программой как «свой» язык, при этом каждая из использующих REXX программ может добавить к нему свои функции и операторы, которые будут доступны только при работе REXX'а в контексте этой программы. Например, электронная таблица mesa/2 добавляют в REXX команду, которая позволяет считывать и записывать содержимое ячеек таблиц и т. п.

С тех пор язык получил развитие далеко за пределами OS/2, но традиционно его свойствами остались удобный доступ к командам операционой системы, мощные операции со строками, упрощённая обработка ошибок и встроенный отладчик.

Изначально REXX не был обьектно-ориентированным, хотя в настоящее время существуют и такие версии языка (например, Open Object REXX). Синтаксически язык слегка напоминает упрощённый ПЛ/1. Переменные в REXX не типизированы и не требуют декларации.

Из особенностей языка следует отметить мощный и удобный оператор PARSE для разбора строк (похожий на «=~ m/» в Perl, но более простой). Его синтаксис:

parse [upper] ''исходник шаблон''

позволяет писать легко читаемые конструкции вроде

MyVar = "Вася Иванов"

parse var MyVar FirstName LastName

say "Имя:" FirstName

say "Фамилия:" LastName или, к примеру, если имя написано через запятую, можно указать это в шаблоне

MyVar = "Иванов, Вася"

parse var MyVar LastName "," FirstName

say "Имя:" FirstName

say "Фамилия:" LastName

а также можно пользоваться прямой индексацией столбцов:

MyVar = "(202) 123–1234"

parse var MyVar 2 AreaCode 5 7 SubNumber

say "Код города:" AreaCode

say "Телефон:" SubNumber

выведет следующие строки на экран:

Код города: 202

Телефон: 123–1234

Список использованных источников

1. В. В. Кручинин «Процедурно - ориентированное программирование» (Томск 2006)

2. Борковский А.Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике (с толкованиями). – М.: Моск. Междунар. шк. переводчиков, 1992. – 335 с.

3. Краткое методическое пособие по разработке и упорядочению научно-технической терминологии / АН СССР. Ком. науч.-техн. термин. Сост. С.И. Коршунов, Г.Г. Сабурова. – М.: Наука, 1979. – 126 с.

4. Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика. Мультимедийный электронный учебник