Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

ОБЗОР ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ (Язык программирования. История, понятие)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня категория «информация» нередко определяется как нечто, дающее нам представление об окружающем мире и его составляющих. К таким составляющим относятся различные явления и предметы, другие люди, представители флоры и фауны и вообще все, что мы можем ощутить при помощи органов чувств.

Не так давно информация перешла в новый для человечества формат – в электронный формат. И это стало одновременно и спасением, и проклятием. Так, с одной стороны, человечество сделало несравненно значительный шаг вперед, получив возможность обрабатывать информацию в миллионы раз быстрее, чем раньше – мы можем узнать практически все за считанные секунды, можем общаться с людьми, находящимися на другом конце света. Новые информационные технологии перевернули также представление о медицине, науке и технике, и вообще во многих сферах жизни общества сегодня мы можем делать то, о чем раньше и не мечтали. С другой же стороны, мы получили еще одну уязвимую сторону жизни. Информация, хранящаяся в электронном виде, подвержена значительному числу угроз. Частная жизнь может стать достоянием общественности, корпоративная и даже государственная тайна могут быть раскрыты в считанные минуты, что приведет к непредсказуемым последствиям.

Можно сказать, что неотъемлемой частью современного общества являются электронно–вычислительные машины самых различных форм и конфигураций, которые, в свою очередь, обязательно включают некоторые системы логического, аппаратного и программного обеспечения. Программное обеспечение разрабатывается и совершенствуется при помощи языков программирования, которых на сегодняшний день известно целое множество. Появление персонального компьютера и операционных систем с пользовательским интерфейсом привело и к развитию языков программирования. Так, сегодня наиболее часто для создания новых программных продуктов используются языки программирования высокого уровня.

Цель работы – осуществить обзор языков программирования высокого уровня.

Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:

рассмотреть понятие и историю развития языков программирования;
классифицировать языки программирования;
осуществить обзор наиболее распространенных языков программирования высокого уровня: C++, Python и Delphi;
подвести итоги исследования.

Объектом исследования выступают языки программирования, а предметом – особенности языков программирования высокого уровня C++, Python и Delphi.

Методологической основой исследования выступили научные труды таких отечественных исследователей проблемы, как Герман О., Павловская Т. А., Хабибуллин И. и др. Структура работы содержит две главы, каждая из которых, в свою очередь, включает два и три параграфа соответственно. В исследование также включены такие структурные элементы, как введение, заключение и список использованных источников. Общий объем работы составляет 31 страницу.

1. Языки программирования

1.1. Язык программирования. История, понятие

Язык программирования – искусственный (формальный) язык, предназначенный для записи программ для исполнителя (например, компьютера или станка с числовым управлением). Язык программирования задается своим описанием. Описание языка программирования – это документ, специфицирующий возможности алгоритмического языка [4]. Обычно описание содержит:

алфавит допустимых символов и служебных (ключевых) слов;
синтаксические правила построения из алфавита допустимых конструкций языка;
семантику, объясняющую смысл и назначение конструкций языка [4].

Языки программирования служат для представления решения задач в такой форме, чтобы они могли быть выполнены на ЭВМ.

Машинный язык, который состоит из команд процессора ЭВМ, также является языком программирования. Но алгоритмы, записанные на машинном языке, трудны для чтения даже программисту–разработчику, кроме того, работа с таким языком требует знания архитектуры конкретного компьютера, поэтому в программировании, как правило, используют языки более высокого уровня, чем машинные языки. Язык высокого уровня – это язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком и не зависят от конкретного компьютера, на котором будет выполняться программа.

Первые программы писались на машинном языке, т.к. для ЭВМ того времени еще не существовало развитого программного обеспечения, а машинный язык – это единственный способ взаимодействия с аппаратным обеспечением компьютера, так называемым «железом». Каждую команду машинного языка напрямую выполняет то или иное электронное устройство. Данные и команды записывали в цифровом виде (например, в шестнадцатеричной или двоичной системах счисления). Понять программу на таком языке очень сложно; кроме того, даже небольшая программа получалась состоящей из множества строк кода. Ситуация осложнялась еще и тем, что каждая вычислительная машина понимает лишь свой машинный язык [11].

Людям, в отличие от машин, более понятны слова, чем наборы цифр. Стремление человека оперировать словами, а не цифрами привело к появлению ассемблеров. Это языки, в которых вместо численного обозначения команд и областей памяти используются словесно–буквенные.

При этом появляется проблема: машина не в состоянии понимать слова. Необходим какой–нибудь переводчик на ее родной машинный язык. Поэтому, начиная со времен ассемблеров, под каждый язык программирования создаются трансляторы – специальные программы, преобразующие программный код с языка программирования в машинный код. Ассемблеры на сегодняшний день продолжают использовать. В системном программировании с их помощью создаются низкоуровневые интерфейсы операционных систем, компоненты драйверов.

После ассемблеров наступил рассвет языков так называемого высокого уровня. Для этих языков потребовалось разрабатывать более сложные трансляторы, т. к. языки высокого уровня куда больше удобны для человека, чем для вычислительной машины. В отличие от ассемблеров, которые остаются привязанными к своим типам машин, языки высоко уровня обладают переносимостью. Это значит, что, написав один раз программу на языке программирования высокого уровня, программист может выполнить ее на любом компьютере, если на нем установлен соответствующий ему транслятор [11].

Следующим значимым шагом было появление объектно–ориентированных языков программирования, что, в первую очередь, было связано с усложнением разрабатываемых программ. С помощью таких языков программист как бы управляет виртуальными объектами, что в определенном смысле сближает программу с реальностью. На сегодняшний день в большинстве случаев реализация больших и сложных проектов осуществляется с помощью объектно–ориентированных возможностей языков. Хотя существуют и другие современные парадигмы программирования, поддерживаемые другими или теми же языками.

В настоящее время существует множество различающихся и похожих между собой языков программирования. Причина такого явления становится понятна, если представить то количество и разнообразие задач, которые на сегодняшний день решается с помощью вычислительной техники. Для решения разных задач требуются разные инструменты, т. е. разные языки и парадигмы программирования.

Многие программисты старались в прошлом и возможно пытаются сейчас придумать свой язык программирования, обладающий теми или иными преимуществами. Хотя подавляющее большинство в настоящее время тратят огромное количество времени на изучение уже существующего арсенала инструментов, поддержку и развитие имеющихся языков [4].

1.2. Классификация языков программирования

За 60 с лишним лет развития ЭВМ были разработаны сотни языков программирования, многие из которых используются и сейчас (например Бейсик и Фортран были впервые применены уже в конце 1950–х годов), ежегодно появляется несколько новых языков промышленного применения (не считая десятков экспериментальных). Для того чтобы разобраться в них, языки классифицируют по важнейшим признакам:

эволюционным – поколения языков (1GL, 2GL, 3GL, 4GL, 5GL...);
функциональным – по назначению, исполняемым функциям (описательные, логические, математические);
уровню языка – то есть уровню обобщения в словах–операторах языка (низкого, среднего, высокого...);
области применения – то есть где применяется язык (системные, сетевые, встроенные и пр.

Все типы классификаций естественным образом пересекаются, гармонируют между собой, что мы увидим при рассмотрении этих классификаций, что при понимании этого позволит легко разобраться в любом новом языке – его назначении, возможностях, технике освоения.

Рассмотрим классификацию относительно поколений языков программирования

Поколение 1GL.

Машинные языки, языки низкого уровня – двоичные языки процессоров, представляющие собой набор (алфавит) команд, записанных в двоичном коде (0,1), которые данный процессор может выполнить непосредственно, если эти команды ввести в его память в виде последовательности или сразу подать в арифметическо–логическое устройство процессора. Примеры: язык процессора IBM–PC, язык ARM–процессора [19].

Поколение 2GL.

Ассемблеры, автокоды, системные языки, языки среднего уровня – текстовые языки, понятные человеку и однозначно переводимые (транслируемые) в языки низкого уровня, то есть машинный двоичный код. Программирование на 2GL на порядок производительнее, чем на 1GL, так как более удобны для человеческого восприятия. Примеры: Макроссемблер, С, PL/1.

Поколение 3GL.

Языки высокого уровня – текстовые языки, приближенные по словарю и синтаксису к человеческому языку (обычно утрированному английскому, пиндосу), позволяющие записывать программные конструкции в форме, удобной для человеческого мышления и подобные обычному тексту – конспекту, стенограмме. Программирование на 3GL на порядок производительнее, чем на 2GL, так как более удобны для человеческого восприятия и на порядок короче ассемблерных. Примеры: бейсик, фортран, PHP и практически все сетевые языки.

Поколение 4GL.

Языки визуального программирования – языки блок–схем, позволяющие отображать алгоритмы в программных проектах, что облегчает создание и анализ алгоритмов. Программирование на 4GL на порядок производительнее, чем на 3GL. Примеры: RAD–системы, CAD–пакеты, OLAP–системы.

Поколение 5GL.

Интеллектуальные языки программирования – позволяют передать функцию создания алгоритмов компьютеру, а за человеком оставить лишь постановку задачи. Программирование на 5GL на порядок производительнее, чем на 4GL. Примеры: система MatCAD, экспертные системы [19].

Заметим, что увеличение производительности труда программиста оборачивается увеличением нагрузки на процессор и память, то есть компьютерная программа, полученная средствами каждого следующего поколения имеет на порядок большую длину исполняемого кода, а значит, расхода вычислительных ресурсов и памяти компьютера, то есть выполняется намного медленнее на том же самом компьютере или требует намного более быстрого процессора.

Хотя поколения языков, естественно, сложились исторически, это не означает, что ранние поколения себя изжили. Они применяются в своих нишах, например, для программирования простейших устройств, имеющих минимум памяти, типа банковских карт, микроконтроллеров бытовых и промышленных устройств применим только машинный код, ибо языкам высоких уровней там «не развернуться». В системном программировании наилучшие результаты дают языки 2GL, ибо в этой сфере важна скорость выполнения и компактность кода. Для обработки текста и сетевых задач оптимальными являются языки 3GL.

Также в рамках данной работы целесообразно рассмотреть функциональную классификацию языков программирования. Существующие языки программирования классифицируют по четырём основным функциональным группам: процедурные, объектно–ориентированные, функциональные и логические. Дадим краткие определения каждого подхода.

Процедурное программирование – такое программирование, когда программа отделена от данных и состоит из последовательности команд, обрабатывающих данные. Данные как правило хранятся в виде переменных. Весь процесс вычисления сводится к изменению их содержимого [22].

Декларативные языки программирования – это языки объявлений и построения структур. К ним относятся функциональные и логические языки программирования. В этих языках не производится алгоритмических действий явно, то есть алгоритм не задается прграммистом, а строится самой программой. В декларативных языках задается, производится построение какой–либо структуры или системы, то есть декларируются (объявляются) какие–то свойства создаваемого объекта. Эти языки получили широкое применение в системах автоматизированного проектирования (САПР), в так называемых CAD–пакетах, в моделировнии, системах исккусственного интеллекта [16].

Объектно–ориентированное программирование – в этих языках переменные и функции группируются в так называемые классы (шаблоны). Благодаря этому достигается более высокий уровень структуризации программы. Объекты, порождённые от классов вызывают методы (функции или процедуры) друг друга и меняют таким образом состояние свойств (переменных). С формально–математической стороны объектно ориентированный способ написания программ базируется на процедурной модели программирования, но с содержательной стороны ООП базируется не на функции, а на объекте, как целостной системе, имеющей стандартный автоматический межобъектный интерфейс [16].

Сетевые языки – языки, предназначенные для организации взаимодействия удаленных компьютеров в интенсивном интерактивном режиме, а поэтому они построены на принципах интерпретации, то есть построчной, интерактивной обработки строк программного кода, описывающего некоторый сценарий (скрипт) сетевого взаимодействия компьютеров, поэтому часто они называются скриптовыми языками, хотя скриптовые языки не обязательно являются сетевыми, к примеру, пакетные командные языки различных операционных сред [7].

Машинно – ориентированные языки – это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно –ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности Машинно – зависимых языков. Машинно–ориентированные языки по степени автоматического программирования подразделяются на классы [1].

Машинный язык

Отдельный компьютер имеет свой определенный Машинный язык (далее МЯ), ему предписывают выполнение указываемых операций над определяемыми ими операндами, поэтому МЯ является командным. Однако, некоторые семейства ЭВМ (например, ЕС ЭВМ, IBM–370 и др.) имеют единый МЯ для ЭВМ разной мощности. В команде любого из них сообщается информация о местонахождении операндов и типе выполняемой операции. В новых моделях ЭВМ намечается тенденция к повышению внутренних языков машинно – аппаратным путем реализовывать более сложные команды, приближающиеся по своим функциональным действиям к операторам алгоритмических языков программирования [1].

Языки Символического Кодирования (далее ЯСК), так же, как и МЯ, являются командными. Однако коды операций и адреса в машинных командах, представляющие собой последовательность двоичных (во внутреннем коде) или восьмеричных (часто используемых при написании программ) цифр, в ЯСК заменены на символы (идентификаторы), форма написания которых помогает программисту легче запоминать смысловое содержание операции. Это обеспечивает существенное уменьшение числа ошибок при составлении программ.

Использование символических адресов – первый шаг к созданию ЯСК. Команды ЭВМ вместо истинных (физических) адресов содержат символические адреса. По результатам составленной программы определяется требуемое количество ячеек для хранения исходных промежуточных и результирующих значений. Назначение адресов, выполняемое отдельно от составления программы в символических адресах, может проводиться менее квалифицированным программистом или специальной программой, что в значительной степени облегчает труд программиста [1].

Автокоды

Есть также языки, включающие в себя все возможности ЯСК, посредством расширенного введения макрокоманд – они называются Автокоды. В различных программах встречаются некоторые достаточно часто использующиеся командные последовательности, которые соответствуют определенным процедурам преобразования информации. Эффективная реализация таких процедур обеспечивается оформлением их в виде специальных макрокоманд и включением последних в язык программирования, доступный программисту. Макрокоманды переводятся в машинные команды двумя путями – расстановкой и генерированием. В постановочной системе содержатся «остовы» – серии команд, реализующих требуемую функцию, обозначенную макрокомандой. Макрокоманды обеспечивают передачу фактических параметров, которые в процессе трансляции вставляются в «остов» программы, превращая её в реальную машинную программу.

В системе с генерацией имеются специальные программы, анализирующие макрокоманду, которые определяют, какую функцию необходимо выполнить и формируют необходимую последовательность команд, реализующих данную функцию. Обе указанных системы используют трансляторы с ЯСК и набор макрокоманд, которые также являются операторами автокода. Развитые автокоды получили название Ассемблеры. Сервисные программы и пр., как правило, составлены на языках типа Ассемблер [20].

Макрос

Язык, являющийся средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму – называется Макрос (средство замены). В основном, Макрос предназначен для того, чтобы сократить запись исходной программы. Компонент программного обеспечения, обеспечивающий функционирование макросов, называется макропроцессором. На макропроцессор поступает макроопределяющий и исходный текст. Реакция макропроцессора на вызов–выдача выходного текста. Макрос одинаково может работать, как с программами, так и с данными [20].

Машинно – независимые языки – это средство описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке. Они удобны в использовании для широкого круга пользователей и не требуют от них знания особенностей организации функционирования ЭВМ и ВС.

Подобные языки получили название высокоуровневых языков программирования. Программы, составляемые на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные согласно правилам рассматривания языка (задачи, сегменты, блоки и т.д.). Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на МЯ.

Таким образом, командные последовательности (процедуры, подпрограммы), часто используемые в машинных программах, представлены в высокоуровневых языках отдельными операторами. Программист получил возможность не расписывать в деталях вычислительный процесс на уровне машинных команд, а сосредоточиться на основных особенностях алгоритма [23].

Проблемно – ориентированные языки

С расширением областей применения вычислительной техники возникла необходимость формализовать представление постановки и решение новых классов задач. Необходимо было создать такие языки программирования, которые, используя в данной области обозначения и терминологию, позволили бы описывать требуемые алгоритмы решения для поставленных задач, ими стали проблемно – ориентированные языки. Эти языки, ориентированные на решение определенных проблем, должны обеспечить программиста средствами, позволяющими коротко и четко формулировать задачу и получать результаты в требуемой форме.

Проблемных языков очень много, например:

Фортран, Алгол – языки, созданные для решения математических задач;
Simula, Слэнг – для моделирования;
Лисп, Снобол – для работы со списочными структурами [23].

Универсальные языки были созданы для широкого круга задач: коммерческих, научных, моделирования и т.д. Первый универсальный язык был разработан фирмой IBM, ставший в последовательности языков Пл/1. Второй по мощности универсальный язык называется Алгол–68. Он позволяет работать с символами, разрядами, числами с фиксированной и плавающей запятой. Пл/1 имеет развитую систему операторов для управления форматами, для работы с полями переменной длины, с данными организованными в сложные структуры, и для эффективного использования каналов связи. Язык учитывает включенные во многие машины возможности прерывания и имеет соответствующие операторы. Предусмотрена возможность параллельного выполнение участков программ. Программы в Пл/1 компилируются с помощью автоматических процедур. Язык использует многие свойства Фортрана, Алгола, Кобола. Однако он допускает не только динамическое, но и управляемое и статистическое распределения памяти [23].

Диалоговые языки

Появление новых технических возможностей поставило задачу перед системными программистами – создать программные средства, обеспечивающие оперативное взаимодействие человека с ЭВМ их назвали диалоговыми языками. Эти работы велись в двух направлениях. Создавались специальные управляющие языки для обеспечения оперативного воздействия на прохождение задач, которые составлялись на любых раннее неразработанных (не диалоговых) языках. Разрабатывались также языки, которые кроме целей управления обеспечивали бы описание алгоритмов решения задач.

Необходимость обеспечения оперативного взаимодействия с пользователем потребовала сохранения в памяти ЭВМ копии исходной программы даже после получения объектной программы в машинных кодах. При внесении изменений в программу с использованием диалогового языка система программирования с помощью специальных таблиц устанавливает взаимосвязь структур исходной и объектной программ. Это позволяет осуществить требуемые редакционные изменения в объектной программе.

Непроцедурные языки составляют группу языков, описывающих организацию данных, обрабатываемых по фиксированным алгоритмам (табличные языки и генераторы отчетов), и языков связи с операционными системами [11].

Позволяя четко описывать как задачу, так и необходимые для её решения действия, таблицы решений дают возможность в наглядной форме определить, какие условия должны быть выполнены прежде чем переходить к какому–либо действию. Одна таблица решений, описывающая некоторую ситуацию, содержит все возможные блок–схемы реализаций алгоритмов решения. Табличные методы легко осваиваются специалистами любых профессий. Программы, составленные на табличном языке, удобно описывают сложные ситуации, возникающие при системном анализе [11].

В первой главе работы рассмотрено понятие языка программирования. Определено, что язык программирования представляет собой специализированное средство, позволяющее реализовывать различные программные продукты. Из рассмотренной истории языков программирования можно сделать вывод, что они развивались достаточно стремительно, благодаря чему за относительно короткий срок (от изобретения вычислительной машины Беббиджа и до сегодняшних дней) человечество получило внушительное разнообразие языков программирования. В подтверждение этому – рассмотренные классификации. Языки программирования действительно очень многообразны, в связи с чем классифицируются по самым разным признакам – начиная от иерархической временной шкалы и до функциональности. Подобный ассортимент языков сегодня позволяет создавать наиболее функциональные, интересные и удобные для пользователя программные продукты. Далее рассмотрим подробнее языки программирования высокого уровня – наиболее востребованные в современном мире программирования.

2. Языки программирования высокого уровня

2.1. Обзор C++

С++ является расширением языка С. С представляет собой гибкий и мощный язык программирования, использовавшийся для разработки наиболее важных программных продуктов в течение прошедших лет. Однако, как только проект превышает определенные размеры, возможности применения языка С достигают своих границ. В зависимости от проекта, программы размером от 25000 до 100000 строк оказываются трудными для разработки и управления потому, что их трудно охватить целиком. Работая в Bell Laboratories в Murray Hill, штат Нью–Джерси, Бьярн Страуструп (Bjarne Stroustrup) добавил к языку С несколько расширений с целью решить эту проблему. Первоначально язык назывался «С с классами». Это название было заменено на С++ в 1983 году [14].

Большинство сделанных Страуструпом добавлений к С поддерживают объектно–ориентированное программирование (далее – ООП), которое иногда сокращенно называют ООП. В следующем разделе будут кратко изложены основные концепции объектно–ориентированного программирования. Как отмечает Страуструп, целый ряд объектно–ориентированных концепций был добавлен в С++, основываясь на языке Симула–67. Поэтому С++ представляет собой смесь двух мощных программных методов.

С момента своего возникновения С++ подвергался серьезным ревизиям трижды, первый раз в 1985 году, второй – в 1989 году. Третий пересмотр языка произошел в связи с работой над стандартом ANSI для С++. Первая версия предложенного стандарта была создана к 25 января 1994 года. Комитет ANSI по языку С++ практически сохранил все черты языка, определенные Страуструпом, и добавил несколько новых. Процесс стандартизации обычно является достаточно медленным, и стандартизация С++ не является исключением.

Изобретая С++ путем добавления к языку С поддержки объектно–ориентированного программирования, Страуструп представлял всю важность сохранения философии языка С, включая его эффективность, гибкость и то, что именно программист, а не язык отвечает за разрабатываемое программное обеспечение. Как будет видно, справиться с этой задачей было нелегко. С++ обеспечивает всю свободу языка С одновременно с мощью объектов. Как отмечал Страуструп, С++ позволяет добиться ясности, расширяемости и легкости сопровождения за счет структуризации причем без потери эффективности [14].

Хотя первоначально С++ был нацелен на работу с очень большими программами, это не ограничивает его применение. Фактически объектно–ориентированные атрибуты языка С++ могут быть эффективно применены фактически к любой задаче программирования. Этот язык часто используется для таких проектов, как создание редакторов, баз данных, персональных систем работы с файлами и коммуникационных программ. Благодаря тому, что С++ унаследовал эффективность языка С, с его помощью разрабатывается высокопроизводительное программное обеспечение.

Поскольку С++ является надмножеством С, то большинство программ на языке С являются также программами и на языке С++. (Имеется несколько небольших различий между С и С++, благодаря которым некоторые типы программ на языке С не будут компилироваться компилятором языка С++. Можно писать программы на С++, которые выглядят в точности как программы на языке С, но в таком случае не будут использоваться преимущества, предоставляемые С++ – программистам. Кроме того, большинство программистов, пишущих на языке С++, используют стиль и некоторые особенности написания программ, которые присущи только С++ [21].

C++ – компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает такие парадигмы программирования как процедурное программирование, объектно–ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником – языком C, – наибольшее внимание уделено поддержке объектно–ориентированного и обобщённого программирования.

C++ широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений. Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ [14].

C++ добавляет к C объектно–ориентированные возможности. Он вводит классы, которые обеспечивают три самых важных свойства ООП: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.

Методы класса – это функции, которые смогут применяться к экземплярам класса. Грубо говоря, метод – это функция объявленная внутри класса и предназначенная для работы с его объектами. Методы объявляются в теле класса. Описываться могут там же, но могут и за пределами класса (внутри класса в таком случае достаточно представить прототип метода, а за пределами класса определять метод поставив перед его именем – имя класса и оператор ::). Методы и поля входящие в состав класса называются членами класса. При этом методы часто называют функциями–членами класса.

Наследование

В C++ при наследовании одного класса от другого наследуется реализация класса, плюс класс–наследник может добавлять свои поля и функции или переопределять функции базового класса. Множественное наследование разрешено.

Конструктор наследника вызывает конструкторы базовых классов, а затем конструкторы нестатических членов–данных, являющихся экземплярами классов. Деструктор работает в обратном порядке.

Наследование бывает публичным, защищённым и закрытым.

Полиморфизм

Целью полиморфизма, применительно к объектно–ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных.

Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование того же интерфейса для задания единого класса действий. Выбор же конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор. Полиморфизм может применяться также и к операторам [21].

Инкапсуляция

Основным способом организации информации в C++ являются классы. В отличие от структуры (struct) языка C, которая может состоять только из полей и вложенных типов, класс (class) C++ может состоять из полей, вложенных типов и функций–членов. Инкапсуляция в С++ реализуется через указание уровня доступа к членам класса: они бывают публичными (public), защищёнными (protected) и закрытыми (private). В C++ структуры отличаются от классов тем, что по умолчанию члены и базовые классы у структуры публичные, а у класса – собственные.

С++ – язык, складывающийся эволюционно. Каждый элемент С++ заимствовался из других языков отдельно и независимо от остальных элементов (ничто из предложенного С++ за всю историю его развития не было новшеством в Computer Science), что сделало язык чрезвычайно сложным, со множеством дублирующихся и взаимно противоречивых элементов, блоки которых основаны на разных формальных базах [21].

Критики С++ не противопоставляют ему какой–либо конкретный язык, а наоборот, утверждают, что для всякого случая применения С++ всегда существует альтернативный инструментарий, позволяющий решить ту же задачу более эффективно и качественно. В свою очередь, сторонники С++ считают некорректным сравнивать различные аспекты С++ с совершенно различными языками, так как общий набор средств и возможностей С++ существенно шире, чем в большинстве языков, с которыми проводится сравнение, и сама по себе широта возможностей, на их взгляд, является веским оправданием несовершенства каждой отдельно взятой возможности. Более того, по их мнению, высокая совместимость с Си является одной из принципиальных черт языка, и потому все недостатки С++ оправданы преимуществами, предоставляемыми этой совместимостью [21].

Достоинства:

высокая совместимость с языком С;
вычислительная производительность;
поддержка различных стилей программирования: структурное, объектно–ориентированное, обобщённое программирование, функциональное программирование, порождающее метапрограммирование;
автоматический вызов деструкторов объектов (в порядке обратном вызову конструкторов) упрощает и повышает надёжность управления памятью и другими ресурсами (открытыми файлами, сетевыми соединениями, т. п.);
перегрузка операторов;
шаблоны (дают возможность построения обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных);
возможность расширения языка для поддержки парадигм, которые не поддерживаются компиляторами напрямую;
доступность. Для С++ существует огромное количество учебной литературы, переведённой на всевозможные языки.

Недостатки:

плохо продуманный синтаксис сужает спектр применимости языка;
язык не содержит многих важных возможностей;
язык содержит опасные возможности;
производительность труда программистов на языке оказывается неоправданно низка;
громоздкость синтаксиса;
тяжелое наследие;
необходимость следить за памятью [21].

В целом С++ является достаточно удобным инструментом реализации целей программирования, показывающим высокую эффективность и функциональность готовых программных продуктов.

2.2 Обзор Python

Python – это универсальный современный язык программирования высокого уровня, к преимуществам которого относят высокую производительность программных решений и структурированный, хорошо читаемый код. Синтаксис Питона максимально облегчен, что позволяет выучить его за сравнительно короткое время. Ядро имеет очень удобную структуру, а широкий перечень встроенных библиотек позволяет применять внушительный набор полезных функций и возможностей. ЯП может использоваться для написания прикладных приложений, а также разработки WEB–сервисов [18].

Python может поддерживать широкий перечень стилей разработки приложений, в том числе, очень удобен для работы с ООП и функционального программирования. Один из самых популярных интерпретаторов языка – CPython, написанный на Си. Распространяется эта среда разработки бесплатно по свободной лицензии. Интерпретатор поддерживает большинство популярных платформ.

Питон активно развивается. Примерно раз в 2 года выходят обновления. Важной особенностью языка является отсутствие таких стандартов кодировки как ANSI, ISO и некоторых других, они работают благодаря интерпретатору.

Язык начал разрабатываться во второй половине 80–х г.г. прошлого века. Автором Питона стал программист из Нидерландов по имени Гвидо ван Россум. Изначально язык должен был стать объектно–ориентированным. Фактически, это был язык сценариев, т.е. скриптовый язык. В феврале 1991 года ван Россум опубликовал исходный код языка в одной из новостных групп.

Основными факторами успеха Python стали удачный выбор места презентации в популярном и массовом профессиональном сообществе в сочетании с действительно простым кодом и широкими возможностями. Впоследствии Гвидо создал специализированный портал PEP, где идет регулярное обсуждение по развитию и улучшению продукта [18].

В 2008 года появилось большое обновление языка – Python 3.0. Версия продукта известна так же под названием Py3k. В этой версии были устранены многие ключевые недоработки в архитектуре ядра. Что было важно – новая версия продукта сохранила полную совместимость с более старыми вариантами. Сегодня разработчиками поддерживается две линии – Python 3.x и 2.x

Питон – не самый «молодой» язык программирования, но и не слишком старый. К моменту его создания уже существовали такие «монстры», как Pascal или С. А потому при создании ЯП авторы старались взять лучшее из различных платформ для разработчиков. Фактически Python представляет из себя своеобразный «микс» удачных решений более чем из 8 различных языков. К примеру, байт компиляция появилась еще до создания Питона, но была очень удачна в него интегрирована.

Питон поддерживает практически все распространенные операционные системы. Он может прекрасно работать на карманных компьютерах, так и на больших серверах. В случае если платформа значительно устаревает, она исключается из поддержки ядра. К примеру, версии языка, начиная от 2.6, уже не работают с платформами Windows 95, 98 и ME. В случае необходимости можно воспользоваться более старыми версиями, отказавшись от применения современных инструментов языка. И тогда приложение будет работать в том числе с этими ОС. Для старых версий периодически выходят патчи. Язык также может поддерживать работу с виртуальной машиной Java.

Язык программирования имеет четко структурированное семантическое ядро и достаточно простой синтаксис. Все, что пишется на этом языке, всегда легко читаемо [18].

Набор операторов в языке вполне стандартен. Удобная особенность синтаксиса – это форматирование текста кода при помощи разбивки их на блоки с помощью отступов, которые создают нажатием клавиш «Space» и «Tab». В синтаксисе отсутствуют фигурные или операторные скобки, обозначающие начало и конец блока. Такое решение заметно сокращает количество строк тела программы и приучает программиста соблюдать хороший стиль и аккуратность при написании кода.

В 2018 году в Питоне были изменены некоторые ключевые термины, но это скорее упростило понимание. А потому проблем у разработчиков при изучении документации не возникает.

Питон – это высокоуровневый язык, который можно применять и для создания прикладных программ, и для WEB разработки. Производительность платформы весьма высока, код отличается простой и читабельностью.

Иногда его сравнивают с такими популярными платформами как Ruby, но, в отличие от него, Python требует меньше оперативной памяти, быстрее взаимодействует с процессором.

Краткий перечень возможностей:

любой описанный класс единовременно представляет из себя и объект;
функция множественного наследования;
поддержка виртуальных функций;
возможность легко управлять именами скрывать их особыми метками;
возможность жизнью объекта и распределение памяти;
управление работы операторов как символьных, так и логических;
возможность имитировать поле;
управление полями – как прямой, так и частичный доступ;
контроль над самыми распространенными операциями. от глубокого до итерации по объекту;
возможность создавать триггеры и классы [18].

2.3 Обзор Delphi

Delphi является языком программирования и средой разработки программного обеспечения. Он разработан Borland (ранее известный как Inprise). Язык программирования Делфи, ранее известный как Object Pascal (Pascal с объектно–ориентированными расширениями), первоначально ориентированный только на Microsoft Windows, но в настоящее время позволяет строить собственные приложения для Linux и Microsoft. NET Framework, и других.

Наиболее популярное использование – разработка настольных приложений и баз данных предприятия, а как инструмент язык программирования Делфи может использоваться и для большинства типов развивающихся проектов. Это был один из первых языков, который стал известным как инструмент RAD (быстрая разработка приложений), когда вышел в 1995 году. Delphi 2, вышедший год спустя, поддерживал 32–разрядную среду Windows , и а только несколько лет спустя вышли C, C + + Builder. В 2001 году стала доступна версия под ОС Linux известная как Kylix (классическая греческая урна). Каждый год выходило по одной новой версии, в 2002 году продукт стал известен как Delphi 7 Studio, язык стал официально называться язык программирования Delphi, а не Object Pascal, а также была добавлена поддержка Linux (через Kylix) и. NET (через Предварительный компилятор). Полная поддержка. NET запланирована на предстоящий Delphi 8. Программирование для чайников [15].

Основные компоненты Delphi и Kylix: язык Delphi (ранее официально известный как языка Object Pascal), ВК / CLX (Visual Component Library), сильные связи с базами данных, в сочетании с мощной IDE (Integrated Development Environment) и дополнительными инструментами поддержки.

Особенности языка Delphi включают:

прозрачная обработка объектов через ссылки или указатели;
свойства как часть языка, вкупе с функциями Get и Set, которые являются прозрачной инкапсуляцией доступа к членам полям;
свойства индекса и свойствами по умолчанию, которые обеспечивают доступ к коллекции удобным и прозрачным способом;
делегаты или по–другому методы указателей безопасного типа, которые используются для приведения в действие события вызванных компонентами;
делегирование реализации интерфейса в поле или свойство класса;
простота внедрения обработчики Windows сообщение, отметь метод класса с числом / имя окна сообщений для обработки;
большинство функций, перечисленных выше, были введены в Delphi первой и адаптированы на других языках позже [3].

Главным архитектором Delphi, и его предшественника Turbo Pascal, был Андерс Хейлсбергом, пока он не перешел в Microsoft в 1996 году посвятил свое дело основам программирования.

Продукт Delphi распространяется в различных комплектах, каждый из которых предлагает большую функциональность по сравнению с другими:

персональный;
профессиональный;
предприятие;
архитектор.

Веские причины для использования Delphi:

очень информативные и полезные сообществу новости;
может компилировать в один исполняемый, упрощая распределение и сокращение вопросов с разными DLL;
VCL и сторонние компоненты, как правило, доступны с полным исходным кодом;
мощный и быстрый оптимизирующий компилятор;
из одного исходного кода получаются отличные машинные коды для разных ОС;
поддержка новейших технологий и стандартов;
клоны и альтернативы [3].

Во второй главе подробным образом рассмотрены языки программирования высокого уровня, которые являются наиболее востребованными у современных программистов, а именно – C++, Python и Delphi. Несомненно, каждый из рассмотренных языков обладает определенным перечнем достоинств и недостатков, который делает каждый язык уникальным и неповторимым. При этом важно, что в большинстве своем языки программирования высокого уровня обладают схожей структурой и синтаксисом. Это позволяет программистам быстрее осваивать новые языки программирования после изучения одного, выбранного основным. Следует отметить, тем не менее, что каждый из языков программирования высокого уровня, в том числе, рассмотренные в данной работе, обладают своими индивидуальными особенностями, характерными только данному конкретному языку.

Как бы то ни было, современные языки программирования предлагают очень широкий перечень функциональных возможностей, они также позволяют создавать универсальные программные продукты с по-настоящему дружественным интерфейсом – такие программы, которыми сможет пользоваться даже человек с очень низким уровнем компьютерной грамотности. В любом случае, выбор того или иного языка осуществляется исходя из ряда факторов, в том числе – квалификация программиста, ресурсы на разработку, необходимый функционал и проч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведения исследования была достигнута цель работы – осуществлен обзор языков программирования высокого уровня.

Для достижения цели были выполнены следующие задачи:

рассмотрены понятие и история языков программирования;
классифицированы языки программирования;
осуществлен обзор наиболее распространенных языков программирования высокого уровня: C++, Python и Delphi.

Обзор наиболее распространенных языков программирования показал, что каждый из них обладает относительно тождественным числом преимуществ и недостатков, что говорит о субъективности применимости того или иного языка. Так, в зависимости от целей и задач разработки, может выбран любой из рассмотренных языков программирования. В то же время определено, что, несмотря на продолжение развития, Delphi в некоторой степени отстает от своих «Старших братьев» C++ и Python, предлагающих программисту больше свободы и средств для достижения целей программирования. Несмотря на это, есть то, что объединяет все языки программирования высокого уровня – это высокие требования к программисту, его навыкам и знаниям. Так, для продуктивной работы с языками высокого уровня обязательно наличие опыта и навыков работы с более примитивными языками низкого уровня.

Технологии совершенствуются и усложняются буквально каждый день, в связи с чем проблему, изучаемую в настоящем исследовании, нельзя назвать окончательно раскрытой. Текст данной работы может быть дополнен и использован в качестве теоретической базы для дальнейших научных изысканий, которые непременно потребуются с течением времени и появлением новых языков программирования высокого уровня.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Биллиг, В. А. Основы объектного программирования на C# (C# 3.0, Visual Studio 2008) / В. А. Биллиг. – М.: Интернет–университет информационных технологий, Бином. Лаборатория знаний, 2016. – 584 c.
Буховец, А. Г. Алгоритмы вычислительной статистики в системе R. Учебное пособие / А. Г. Буховец, П. В. Москалев. – М.: Лань, 2015. – 160 c.
Васильев, П. П. Турбо Паскаль в примерах и задачах / П. П. Васильев. – М.: Финансы и статистика, 2016. – 496 c.
Гавриков, М. М. Теоретические основы разработки и реализации языков программирования / М. М. Гавриков, А. Н. Иванченко, Д. В. Гринченков. – М.: КноРус, 2014. – 184 c.
Гергель, В. П. Современные языки и технологии параллельного программирования / В. П. Гергель. – М.: Издательство МГУ, 2016. – 408 c.
Герман, О. Программирование на Java и C# для студента / О. Герман, Ю. Герман. – М.: БХВ–Петербург, 2014. – 512 c.
Истомин, Е. П. Информатика и программирование / Е. П. Истомин, A. M. Власовец. – М.: Андреевский Издательский дом, 2015. – 294 c.
Зыков, С. В. Введение в теорию программирования. Курс лекций. Учебное пособие / С. В. Зыков. – М.: Интернет–университет информационных технологий, 2017. – 400 c.
Ишкова, Э. А. C#. Начала программирования / Э. А. Ишкова. – М.: Бином–Пресс, 2016. – 334 c.
Кетков, Ю. Л. Свободное программное обеспечение. FREE PASCAL для студентов и школьников (+ CD) / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 376 c.
Культин, Н. Visual Basic для студентов и школьников / Н. Культин. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 354 c.
Медведик, В. И. Практика программирования на Паскаль. Задачи и решения. Учебное пособие / В. И. Медведик. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 590 c.
Опалева, Э. А. Языки программирования и методы трансляции / Э. А. Опалева, В. П. Самойленко. – М.: БХВ–Петербург, 2015. – 480 c.
Павловская, Т. А. C/C++. Программирование на языке высокого уровня / Т. А. Павловская. – М.: Питер, 2016. – 464 c.
Павловская, Т. А. C/C++. Процедурное и объектно–ориентированное программирование. Учебник / Т. А. Павловская. – М.: Питер, 2015. – 496 c.
Рапаков, Г. Г. Turbo Pascal для студентов и школьников / Г. Г. Рапаков, С. Ю. Ржеуцкая. – М.: БХВ–Петербург, 2017. – 352 c.
Санников, Е. В. Курс практического программирования в Delphi. Объектно–ориентированное программирование / Е. В. Санников. – М.: Солон–Пресс, 2015. – 188 c.
Семакин, И. Г. Основы программирования и баз данных. Учебник / И. Г. Семакин. – М.: Academia, 2016. – 224 c.
Финогенов, К. Г. Использование языка Ассемблера. Учебное пособие / К. Г. Финогенов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2017. – 440 c.
Финогенов, К. Основы языка Ассемблера / К. Финогенов. – М.: Горячая Линия – Телеком, Радио и связь, 2017. – 963 c.
Хабибуллин, И. Программирование на языке высокого уровня. C/C++ / И. Хабибуллин. – М.: БХВ–Петербург, 2016. – 512 c.
Хорев, П. Б. Объектно–ориентированное программирование с примерами на С#. Учебное пособие / П. Б. Хорев. – М.: Форум, Инфра–М, 2016. – 200 c.
Черпаков, И. В. Основы программирования. Учебник и практикум / И. В. Черпаков. – М.: Юрайт, 2016. – 220 c.