Общие характеристики языков высокого уровня

Языки программирования высокого уровня (в дальнейшем язык) были названы так, потому что в отличие от машино - ориентированных языков оперировали ограниченным набором операторов, с помощью которых можно было реализовать любой алгоритм. В общем, каждый из существующих языков имеет следующие группы операторов:

· описания типов данных

· присваивания

· условные операторы

· операторы цикла

· операторы ввода – вывода

· механизм использования подпрограмм и функций

Для реализации всего многообразия возможностей языка используются подпрограммы и функции организованные в библиотеки программ. Отличие языков только в синтаксисе и количестве и разнообразии программ в библиотеках. Есть и другие различия, но они влияют только на удобство программирования. За всю историю языков программирования их существовало несколько десятков. Начиная с языка Fortran, Cobol ¹, которые использовались на в 60 – 70 –х годах прошлого столетия, и до современных языков менялись не только сами языки, но и способы их использования. (Здесь и далее понятия, помеченные верхними индексами, подробно описаны в приложении). Сам язык и соответствующую ему программную среду стали называть системой программирования. Системы программирования менялись в зависимости от предметной области, для которой разрабатывалась программа, уровня разработчика программных средств. Так язык Fortran использовался для решения математических и инженерных задач, Cobol – для экономических задач и т.д. Обобщённо систему программирования с использованием языков высокого уровня можно отобразить следующей схемой.

Программа на языке высокого уровня

Компилятор

Библиотека программ

Объектный модуль

Редактирование связей

Исполняемый модуль

Интерпретатор

Выполнение программы операционной системой

Исполнение программы в режиме компиляции требует больше времени на подготовку программы к исполнению, но затем программа (исполняемый модуль) может многократно выполняться с очень большой скоростью. Важной особенностью в этой цепочке является подключение заранее подготовленных проверенных фрагментов программ, реализующих разнообразные функции и хранящихся в библиотеке программ, к объектному модулю. Богатство библиотеки программ определяет мощность системы программирования для того или иного языка.

В режиме интерпретации каждый оператор исходной программы переводится на машинный язык, при необходимости из библиотеки программ извлекается подпрограмма и запускается процесс её выполнения. Результаты сохраняются и используются при выполнении следующего оператора.

Долгое время системы программирования ориентировались на технологию программирования называемую процедурной. Схема разработки программы состояла из следующих этапов:

1. Постановка задачи

2. Разработка алгоритма

3. Кодирование программы

4. Подготовка тестовых примеров

5. Трансляция (компиляция или интерпретация) программы

6. Отладка программы

7. Анализ ошибок и повторение процесса в зависимости от их типа с пунктов 3,2 или 1

8. Документирование программы

9. Релиз (выпуск программного продукта)

В такой программе все действия описывались последовательным выполнением операторов программы. При этом характер этих действий можно разделить на две группы: действия связанные с расчётным алгоритмом и отображение интерфейса с пользователем на экране монитора. В дальнейшем это обстоятельство подготовило почву для объектно - ориентированного программирования.

Процедурно ориентированный подход был связан с большой трудоёмкостью и необходимостью исправлять большое число ошибок. Попытки сделать структуру программы такой, чтобы снизить количество ошибок, связанных с невнимательностью или забывчивостью программиста, привели к созданию структурного программирования. Примером языка, реализующим эти принципы, является Pascal.

В настоящее время наиболее распространёнными языками программирования являются

· Visual Basic ²

· С, С++ ³

· Java ⁴

· C# ⁵

Использование этих языков программирования связано с объектными технологиями программирования ⁷. В дальнейшем все вопросы связанные с программированием мы будем рассматривать с позиций объектно ориентированного подхода.

Системы программирования и связанные с ними технологии исторически использовались для разработки программ, которые функционировали на компьютерах и использовали данные размещённые на том же компьютере или в пределах доступной ему сети. При этом основной формой хранения данных являются базы данных, организующих хранение данных на центральном узле или в распределённой среде. Базы данных хранят данные во внутренних форматах и программы, использующие их, «понимают» эти форматы. С появлением такой информационной среды как интернет⁸ появилась необходимость представлять данные в универсальном формате, основной задачей которого было представлять любые типы данных в виде последовательности символов. Поэтому сначала возникает язык HTML, позволяющий отображать на экране различные визуальные объекты: тексты и изображения. Затем для представления данных в универсальном символьном формате создан язык XML. Создаваемые на их основе WEB формы или сайты позволяли на конечных узлах отображать информацию предоставляемую сервером. С течением времени этого становится недостаточно. Появляется необходимость сделать так, чтобы сайты функционировали как полновесные приложения, то есть работали в интерактивном режиме, позволяя формировать и исполнять запросы по требованию пользователя. Таким образом, к HTML были добавлены возможности включения в WEB формы фрагментов программных кодов на одном из языков программирования. Так, язык Java был специально разработан для этих целей ⁴. Язык HTML с такими возможностями стали называть динамическим HTML.

Такой широкий спектр требований к создаваемым программным продуктам обусловил появление универсальных систем программирования. К таким системам можно отнести Delphi фирмы Borland и Visual Studio фирмы Microsoft.

Поскольку в дальнейшем все практические примеры программирования будут рассматриваться на программных продуктах фирмы Microsoft, рассмотрим более подробно среду программирования Visual Studio. В основе этой среды лежит анонсированная в 2000 году.Net (читается Dot Net) стратегия ⁶. Её идея, вкратце, заключается в следующем. Была разработана огромная структурированная библиотека программ (платформа) Framework (в настоящее время доступна версия 4.0). Каждый из модулей библиотеки описывает класс объектов ⁷, и может быть использован программами практически на любом из широко распространённых языков. Более полно система рассмотрена в приложении 9.