Как выучить язык программирования. Языки программирования Виды программирования и их характеристика

Настройки

Программирование - это целая наука, позволяющая создавать компьютерные программы. Она включает в себя огромное количество различных операций и алгоритмов, которые образуют единый язык программирования. Итак, что же это такое и какими бывают языки программирования? В статье даны ответы, а также приведен обзорный список языков программирования.

Историю возникновения и изменения программных языков следует изучать наравне с историей развития компьютерных технологий, ведь эти понятия связаны между собой напрямую. Без языков программирования невозможно было бы создать никакую программу для работы компьютера, а значит, создание вычислительных машин стало бы бессмысленным занятием.

Первый машинный язык был придуман в 1941 году Конрадом Цузе, который является изобретателем аналитической машины. Чуть позже, в 1943 г., Говард Эйкен создал машину "Марк-1", способную считывать инструкцию на уровне машинного кода.

В 1950-х годах начался активный спрос на разработку программного обеспечения, а машинный язык не выдерживал большие объемы кода, поэтому был создан новый способ общения с компьютерами. "Ассемблер" является первым мнемоническим языком, заменившим машинные команды. С годами список языков программирования только увеличивается, ведь область применения компьютерных технологий становится обширнее.

Классификация языков программирования

На данный момент существует более 300 языков программирования. Каждый из них имеет свои особенности и подходит для одной определенной задачи. Все языки программирования можно условно разделить на несколько групп:

Аспектно-ориентированные (основная идея - разделение функциональности для увеличения эффективности программных модулей).
Структурные (в основе лежит идея создания иерархической структуры отдельных блоков программы).
Логические (в основе лежит теория аппарата математической логики и правил резолюции).
Объектно-ориентированные (в таком программировании используются уже не алгоритмы, а объекты, которые принадлежат определенному классу).
Мультипарадигмальные (сочетают в себе несколько парадигм, и программист сам решает, каким языком воспользоваться в том или ином случае).
Функциональные (в качестве основных элементов выступают функции, которые меняют значение в зависимости от результатов вычислений исходных данных).

Программирование для начинающих

Многие задаются вопросом, что же такое программирование? По сути, это способ общения с компьютером. Благодаря языкам программирования мы можем ставить перед различными устройствами определенные задачи, создавая специальные приложения или программы. При изучении данной науки на начальном этапе самое главное - это выбрать подходящие (интересные для вас) языки программирования. Список для начинающих приведен ниже:

Basic придуман в 1964 году, относится к семейству высокоуровневых языков и используется для написания прикладных программ.
Python ("Питон") довольно легко выучить благодаря простому читаемому синтаксису, преимущество же в том, что на нем можно создавать как обычные десктопные программы, так и веб-приложения.
Pascal ("Паскаль") - один из древнейших языков (1969 г.), созданных для обучения студентов. Его современная модификация имеет строгую типизацию и структурированность, однако "Паскаль" - вполне логичный язык, который понятен на интуитивном уровне.

Это не полный список языков программирования для начинающих. Существует огромное количество синтаксисов, которые доступны для понимания, и обязательно будут востребованы в ближайшие годы. Каждый вправе самостоятельно выбрать то направление, которое будет интересным для него.

Новички имеют возможность ускорить изучение программирования и его основ благодаря специальным инструментам. Основной помощник - это интегрированная среда разработки программ и приложений Visual Basic («Визуал Бейсик» одновременно является и языком программирования, который унаследовал стиль языка Basic 1970-х годов).

Уровни языков программирования

Все формализованные языки, предназначенные для создания, описания программ и алгоритмов для решения задач на компьютерах, делятся на две основных категории: языки программирования низкого уровня (список приведен ниже) и высокого уровня. Поговорим о каждом из них отдельно.

Низкоуровневые языки предназначены для создания машинных команд для процессоров. Главное их преимущество в том, что они используют мнемонические обозначения, т. е. вместо последовательности нулей и единиц (из двоичной системы счисления) компьютер запоминает осмысленное сокращенное слово из английского языка. Самые известные языки низкого уровня - это "Ассемблер" (существует несколько подвидов этого языка, каждый из которых имеет много общего, а отличается лишь набором дополнительных директив и макросов), CIL (доступен в платформе.Net) и Байт-код JAVA.

Языки программирования высокого уровня: список

Высокоуровневые языки созданы для удобства и большей эффективности приложений, они являются полной противоположностью низкоуровневых языков. Их отличительная черта - наличие смысловых конструкций, которые емко и кратко описывают структуры и алгоритмы работы программ. В языках низкого уровня их описание на машинном коде было бы слишком длинным и непонятным. Языки же высокого уровня обладают независимостью от платформы. Вместо них функцию транслятора совершают компиляторы: они переводят текст программы в элементарные машинные команды.

Следующий список языков программирования: C ("Си"), C# ("Си-шарп"), "Фортран", "Паскаль", Java ("Ява") - входит в число самых используемых высокоуровневых синтаксисов. Он обладает следующими свойствами: эти языки работают с комплексными структурами, поддерживают строковые типы данных и операции с файлами ввода-вывода информации, а также имеют преимущество - с ними гораздо проще работать благодаря читабельности и понятному синтаксису.

Самые используемые языки программирования

В принципе, написать программу можно на любом языке. Вопрос в том, будет ли она работать эффективно и без сбоев? Вот почему для решения различных задач следует выбирать наиболее подходящие языки программирования. Список по популярности можно охарактеризовать так:

языки ООП: Java, C++, Python, PHP, VisualBasic и JavaScript;
группа структурных языков: Basic, Fortran и Pascal;
мультипарадигмальные: C#, Delphi, Curry и Scala.

Область применения программ и приложений

Выбор языка, на котором написана та или иная программа, во многом зависит от области ее применения. Так, например, для работы с самим "железом" компьютера (написания драйверов и поддерживающих программ) лучшим вариантом станет C ("Си") или С++, которые входят в основные языки программирования (список смотрите выше). А для разработки мобильных приложений, в том числе игр, следует выбрать Java или С# ("Си-шарп").

Если вы еще не определились, в каком направлении работать, то рекомендуем начать изучение с языков C или C++. Они имеют весьма понятный синтаксис, четкое структурное разделение на классы и функции. К тому же, зная C или С++, можно с легкостью выучить любой другой язык программирования.

Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.

Высокоуровневый язык программирования - язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков - это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) - язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора. Для обозначения машинных команд обычно применяется мнемоническое обозначение. Это позволяет запоминать команды не в виде последовательности двоичных нулей и единиц, а в виде осмысленных сокращений слов человеческого языка (обычно английских).

Языки программирования низкого уровня

Первым компьютерам приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом - достаточно трудоемкая и сложная задача. Для упрощения этой задачи стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в более понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы - трансляторы.

Рис.1. Пример машинного кода и представления его на ассемблере

Трансляторы делятся на:

компиляторы - превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и затем использовать уже без компилятора (примером являются исполняемые файлы с расширением *. exe);

интерпретаторы - превращают часть программы в машинный код, выполняют и после этого переходят к следующей части. При этом каждый раз при выполнении программы используется интерпретатор.

Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия имеются и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт, телефонов содержат существенные различия.

Преимущества

С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Недостатки

Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство микропроцессорной системы, для которой создается программа. Так, если программа создается для компьютера, нужно знать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора;

результирующая программа не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора;

значительное время разработки больших и сложных программ.

Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам.

Ассемблер - язык низкого уровня, что широко применяется до сих пор.

Классификация языков программирования

Аспектно-ориентированные (основная идея - разделение функциональности для увеличения эффективности программных модулей).
Структурные (в основе лежит идея создания иерархической структуры отдельных блоков программы).
Логические (в основе лежит теория аппарата математической логики и правил резолюции).
Объектно-ориентированные (в таком программировании используются уже не алгоритмы, а объекты, которые принадлежат определенному классу).
Мультипарадигмальные (сочетают в себе несколько парадигм, и программист сам решает, каким языком воспользоваться в том или ином случае).
Функциональные (в качестве основных элементов выступают функции, которые меняют значение в зависимости от результатов вычислений исходных данных).

Программирование для начинающих

Basic придуман в 1964 году, относится к семейству высокоуровневых языков и используется для написания прикладных программ.
Python ("Питон") довольно легко выучить благодаря простому читаемому синтаксису, преимущество же в том, что на нем можно создавать как обычные десктопные программы, так и веб-приложения.
Pascal ("Паскаль") - один из древнейших языков (1969 г.), созданных для обучения студентов. Его современная модификация имеет строгую типизацию и структурированность, однако "Паскаль" - вполне логичный язык, который понятен на интуитивном уровне.

Уровни языков программирования

Языки программирования высокого уровня: список

Самые используемые языки программирования

языки ООП: Java, C++, Python, PHP, VisualBasic и JavaScript;
группа структурных языков: Basic, Fortran и Pascal;
мультипарадигмальные: C#, Delphi, Curry и Scala.

Область применения программ и приложений

Практически каждый день мы используем компьютерные технологии в нашей повседневной жизни. Даже если вы не пользуетесь Интернетом или мобильными гаджетами, различные компьютерные программы окружают вас повсюду — на кассе в магазине, на перекрестке со светофором, в банкоматах и во многих других ежедневных делах, когда мы даже не задумываемся об этом. Вот так вот совершенно незаметно современные технологии стали частью нашей жизни. А уж если вы часто пользуетесь компьютером или же являетесь обладателем смартфона, то тем более прекрасно знаете, что везде и всюду используются различные программы или приложения для совершенно разных нужд современного человека.

Возможно, вы никогда не задумывались, что программы эти тоже создаются людьми — программистами, и пишутся они на специальном языке. Причем важно отметить, что языков программирования сегодня существует великое множество. Это то же самое, как в каждой стране говорят на своем языке, так и в компьютерных технологиях в разных местах используется свой язык — для мобильных приложений под Андроид один язык, а для Айфона уже другой, для создания веб-сайтов третий язык, а для компьютерных игр четвертый и так далее.

«Зачем они нужны?» — спросите вы. Все очень просто. Языки программирования содержат в себе команды, отдаваемые компьютеру, чтобы он выполнял те или иные функции. Видите ли, у вычислительных машин тоже есть свой особый язык, или по-другому код, на котором с ними приходится общаться. Чтобы попросить компьютер что-либо сделать, ему надо написать соответствующую команду, после чего он ее обработает и выдаст результат. Вот так вот все одновременно просто и сложно.

Один из самых базовых языков называется С++, свою историю он ведет еще с 80-х годов. На заре создания компьютеров каждый разработчик создавал свою собственную операционную систему и язык программирования под нее. С ростом различных компаний и их разработок стало ясно, что пора ввести какие-то единые стандарты, т.к. все больше стало возникать проблем совместимости оборудования и программного обеспечения. Так первой общей операционной системой стала Unix, и к ней первый язык программирования C++.

С тех пор прошло много времени, новые языки появлялись и исчезали (совсем не все широко использовались), и другим популярным языком стал Java, имеющий некие общие черты с C++, но по сути являющийся совершенно иным. Язык Ява (или Джава) сегодня особенно используется в разработке самых различных веб-приложений, начиная от простых функций сайтов, заканчивая сложными веб-интерфейсами. Несмотря на то, что в последние годы появилось огромное количество пособий о том, как научиться программировать, все-таки специалисты рекомендуют заканчивать профильные ВУЗы. Или хотя бы посетить специализированные курсы.

Но «пожилые» языки программирования все чаще и чаще критикуются за сложность и громоздкость. Опыт последнего десятилетия и бум новых устройств показал, что команды для компьютеров могут быть гораздо проще и короче. Поэтому процесс развития новых языков не стоит на месте. В последние несколько лет появились такие языки программирования как Скратч (Scratch) и Питон (Python), на которых учатся «кодить» даже дети. Например, Скратч в зарубежных школах начинают изучать с начальных классов. А Питон позволяет ученикам средней школы самостоятельно создавать различные новые функции для известной игры Майн Крафт. Простота новых языков и увлекательный формат подачи привлекают все больше и больше школьников к такой сложной науке как программирование.

В Интернете все чаще появляются пособия для изучения различных компьютерных языков, потому любой желающий может найти что-то свое и начать пробовать свои силы, создавая для начала простые приложения или игры. Только не стоит забывать, что перед запуском своей новой программы необходимо ее протестировать. Для этих целей есть специально обученные люди, которых называют тестировщиками. Они проверяют работоспособность всех функций приложения и выявляют имеющиеся ошибки, которые неизбежно появляются на первых шагах разработчика.

После проверки можно смело размещать свои программы в сети Интернет. Причем как для бесплатного скачивания, так и для получения дохода. Хотя на начальном этапе, конечно, не стоит грезить о большой прибыли, а вот со временем накопленный опыт позволит создавать действительно крупные уникальные программные продукты, которые будут пользоваться спросом и покупаться заинтересованными людьми. Но все-таки главное в программистах — это энтузиазм. Ведь именно благодаря ему рождаются необычайные идеи, обретающие новую жизнь в виртуальном мире, оказывая влияние и на реальный. А потому программированием стоит заниматься только тем людям, которые действительно любят созидать и мечтают сделать мир будущего лучше и интереснее.

Компьютеры появились достаточно давно. Первые из них были ламповыми и занимали очень много места. Для того чтобы управлять такой машиной требовалось много обслуживающего персонала. Со временем лампы были вытеснены электронными компонентами, и компьютеры стали значительно меньше. Сейчас системные блоки компьютеров занимают совсем мало места,а их производительность стала значительно выше.

Однако основные принципы работы компьютера, заложенные во времена их рождения, действуют до сих пор. Данные пере даются с помощью сигнала методом "имеется сигнал или нет". Так появился "бит" . Бит - это единица информации, которая может принимать значение 0 или 1. Восемь бит объединяются в байт, один байт равен 8 битам. Число 8 появилось из-за того что первые компьютеры были восьмиразрядными и могли работать одновременно только с 8 разрядами, например, 01011001. Первые нули можно убирать.

В один байт можно записать любое число от 0 до 255. Указанный диапазон чисел очень мал, поэтому чаще используют более крупные диапазоны: два байта = слово, два слова = двойное слово.

Компьютер стал работать в двоичной системе счисления. Любое десятичное число можно записать как двоичное. Подробное преобразование рассматривать не будем, если кому-то интересно, пишите в комментариях – расскажу.

В компьютере принято вести расчет в двоичной или шестнадцатеричной системе. Вторая стала использоваться, когда компьютеры стали 16-разрядными. При написании программ на Delphi будем использовать привычную десятичную систему, потому что компилятор сам переведет все числа в нужный процессору вид, но понимать, с какими числами работает процессор, очень важно.

Шестнадцатеричная система выглядит по-другому. Каждый разряд содержит шестнадцать состояний. Поэтому один разряд может принимать значения: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D , Е, F . Буква "А" соответствует цифре 10 в десятичной системе, "В" - 11 и т. д.

Например, число 1 B в шестнадцатеричной системе равно 27 в десятичной.

На протяжении всех материалов мы будем иногда встречаться с шестнадцатеричной системой исчисления. В этом случае, чтобы отличать шестнадцатеричное число от десятичного, перед ним будет стоять знак #, например, #25, так принято в Delphi .

С числами с плавающей точкой работа идёт совершенно не так, рассматривать это мы не будем.

Теперь разберемся отрицательными числами. Если заранее предусмотрено, что число может быть отрицательным, то его длина сокращается на один бит, который отводится под знак числа. Если первый бит равен 1, то число отрицательное, иначе положительное.

В дробных числах один байт может быть отведен для целой части и один для дробной. За счет этого дробные числа всегда будут занимать больше памяти, и операции с ними будут проходить дольше.

1.2. Машинный язык

Все данные на диске, в том числе и текстовые файлы, хранятся в двоичном виде. Точно так же выглядит и любая программа, только ее называют машинным кодом. Рассмотрим его подробнее.

Любая программа – это последовательность команд, которые называются процессорными инструкциями. Во время запуска программы компьютер загружает ее машинный код в оперативную память и начинает выполнять команду за командой. Задача программиста – написать эти инструкции так, чтобы компьютер понял, что от него хотят.

Реальная программа, которую выполняет компьютер, представляет собой последовательность единиц и нулей. Такую последовательность называют машинным языком.

Например, команда сложения двух регистров в шестнадцатеричной системе выглядит так: $03С3. Это мало о чем говорит, и запомнить такую команду очень тяжело. Намного проще написать "сложить число 1 и число 2".

Сначала программисты писали программы в машинных кодах, затем появился первый компилятор - программа, которая переводила текст программ в машинный код. Таким образом, пользователи стали писать программы более осмысленно, а всю рутинную работу по переводу текста программы в машинный байт-код стал выполнять сам компьютер.

1.3. История языков программирования

Язык, на котором пишется программа, называется языком программирования.

Первым компилятором был Assembler (переводится как "сборщик"). Писать на нем почти так же сложно, как и в машинных кодах, но теперь уже использовались не числа, а понятные человеку слова .

Текст на рисунке можно разделить на три колонки:

· адрес инструкции;

· машинный код инструкции;

· код на языке Ассемблера.

Например, команда копирования регистров выглядела так: mov еах, ebx . В данном случае mov - это команда языка программирования, еах и ebx - имена регистров.

На языке Assembler программу писать легче, но программа, написанная в машинных кодах, работала быстрее и более гибко. При написании программы в машинных кодах программист ничем не ограничен, а при работе с ассемблером есть ограничения. Не всегда возможно повлиять на результат.

После создания ассемблера языки программирования стали появляться один за другим. Так появились С, ADA , FoxPro , Fortran , Basic , Pascal и др. Некоторые из них были предназначены только для обучения, другие были ориентированы на профессиональных программистов.

Язык Assembler в настоящее время в основном используется только в качестве вставок для языков высокого уровня, а машинные коды используются для написания того, что не может сделать компилятор.

Затем получило развитие объектно-ориентированное программирование. Язык С превратился в C++, Pascal в Object Pascal и т. д.

Последней крупной революцией, происходящей в программировании, считается переход на визуальное программирование. Этот переход происходит в настоящее время. Визуальность дает еще более удобные средства разработки для быстрого написания кода, но проигрывает ООП по быстроте работы. Одни из часто используемых языков, поддерживающих визуальное программирование, являются Delphi и C #, хотя прогресс не стоит на месте и визуальные компоненты появляются для многих других языков.

Выбрать лучший язык невозможно. Каждый из них подходит для определённого круга задач, и программист должен сам выбрать наиболее удобный для себя язык.

1.4. Исполнение машинных команд

Кроме байта существуют и другие размерности:

· 1 килобайт = 1024 байт;

· 1 мегабайт = 1024 килобайт;

· 1 гигабайт = 1024 мегабайт.

· 1 терабайт = 1024 гигабайт.

· и т.д.

В компьютере большинство значений являются степенью числа 2, потому что компьютер оперирует двоичной системой, и таким образом можно максимально эффективно использовать его возможности. Именно из-за этого при расчёте размерностей используется 1024 (2 в степени 10).

Рассмотрим некоторые понятия.

Сегмент - это область внутренней памяти компьютера.

Когда операционные системы были 16-битными, процессор не мог работать с памятью размером более 64 килобайт, потому что это максимальный размер области памяти, который можно адресовать, используя в этих целях адрес длиной в два байта. Поэтому память делилась на сегменты по размеру и по назначению. В данный момент используются 32-разрядныю ОС, которая может адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти и 64-разрядные ОС. Поэтому можно сказать, что память стала сплошной. Однако деление ее по назначению все-таки осталось.

Существуют следующие сегмент s ы памяти:

· сегмент кода - область памяти, в которую загружается машинный код, который будет потом выполняться процессором;

· сегмент данных - область памяти для хранения данных;

· сегмент стека - область памяти для хранения временных данных и адресов возврата из процедур.

Каждой запущенной программе отводится свой сегмент кода, данных и стека. Поэтому данные одной программы не могут пересекаться с данными или кодом другой программы.

Регистр - ячейка памяти в процессоре. Её размер зависит от разрядности. В 32-разрядных процессорах ячейки 32-битные, но есть и 64-битные. Таких регистров у процессора несколько, и каждый из них предназначен для определенных целей. Существуют также регистры общего значения, которые программа может использовать на свое усмотрение.