Класифікація мов програмування

Мова програмування

Цей термін має також інші значення..

 

Зображення «Вавилонської вежі» з обкладинки книги Джін Семміт «Мови програмування» (1969 р.), яка містила огляд мов програмування того часу

Мо́ва програмува́ння (англ. Programming language) — це штучна мова, створена для передачі команд машинам, зокрема комп'ютерам. Мови програмування використовуються для створення програм, котрі контролюють поведінку машин, та запису алгоритмів.

Більш строге визначення: мова програмування — це система позначень для опису алгоритмів та структур даних^[1], певна штучна формальна система, засобами якої можна виражати алгоритми^[2]. Мову програмування визначає набір лексичних, синтаксичних і семантичних правил, що задають зовнішній вигляд програми і дії, які виконує виконавець (комп'ютер) під її управлінням.

З часу створення перших програмованих машин було створено понад дві з половиною тисячі мов програмування.^[3] Щороку їх кількість поповнюється новими. Деякими мовами вміє користуватись тільки невелике число їх власних розробників, інші стають відомі мільйонам людей. Професійні програмісти зазвичай застосовують в своїй роботі декілька мов програмування.

Історія

 

Підручники мов програмування

Власне перші мови програмування з'явилися задовго до появи перших комп'ютерів. Ще в 19-му столітті існували «програмовані» ткацькі верстати та піаніно-програвачі, спосіб програмування нагадує так звані предметно-орієнтовані мови програмування. На початку 20-го століття починають використовуватись перфокарти, та механічна обробка даних. В 1930 −1940 рр. виникає лямбда-числення та машина Тюринга, які застосовували математичну абстракцію для опису алгоритмів. Лямбда-числення згодом здійснило вплив на проектування мов програмування.^[4]

В 1940 роках створюються перші електричні, двійкові комп'ютери. Вважається, що першу мову програмування високого рівня — Планкалькюль (нім. Plankalkül) розробив німець Конрад Цузе в період 1943–1945 років, але в той час вона не була реалізована і не одержала уваги. Реалізацією мови зайнялися і здійснили лише в 1998—2000 роках^[5].

У кінці 40-их — початку 50-их застосовувалися інтерпретовані системи кодування, коли певні команди мови програмування кодувалися числами, які вже інтерпретувалися машинним кодом. Ці системи називалися «автоматичним програмуванням» і були простішими для програмування, ніж машинні коди, але могли мати значно меншу (до 50 разів) швидкодію, через що часто надавали перевагу машинним кодам. До таких систем належали — Short Code для BINAC (1949) і UNIVAC I (1952), Speedcoding для IBM 701, розроблена Джоном Бекусом у 1954.

Першою широковживаною компільованою мовою став розроблений групою Джона Бекуса Фортран, анонсований у 1954 році і випущений у 1957 для IBM 704. Основним призначенням Фортрану були швидкі наукові обчислення, оголошувалося, що швидкодія згенерованого компілятором коду майже не відрізнятиметься від написаного вручну машинного коду. Уже у квітні 1958 близько половини програм для IBM 704 були написані на Фортрані. Випущений у 1958 році Фортран II дозволяв незалежну компіляцію підпрограм, що дозволило створювати більші програми, оскільки низька надійність IBM 704 не дозволяла скомпілювати без збоїв велику програму (понад 300—400 рядків) одразу. Розроблений у 1960–1962 роках Фортран IV був однією з найпоширеніших мов того часу і лишався стандартною версією Фортрану до появи у 1978році Фортрану 77.

У 1958 році у MIT розробили LISP — першу функційну мову, яка понад чверть століття домінувала у програмуванні задач штучного інтелекту.

У кінці 1950-их почали розроблятися різні мови програмування. У 1958 році декілька значних груп комп'ютерних користувачів у США, включаючи SHARE — групу науковців-користувачів IBM і USE (UNIVAC Scientific Exchange, група науковців-користувачів UNIVAC) запропонували ACM заснувати робочу групу зі створення універсальної мови програмування. Також ще у 1955 році німецьке Товариство прикладної математики і механіки (GAMM) заснувало комітет зі створення універсальної мови програмування. У кінці травня 1958 року було проведено зустріч у Цюриху між ACM і GAMM, на матеріалах якої у грудні опубліковано «ALGOL 58 Report». На його основі було створено 3 значні реалізації — MAD (1961), NELIAC (1963), JOVIAL (1963). З них лише JOVIAL отримав поширення, ставши на чверть століття офіційною мовою програмування у Військово-морських силах США. SHARE і IBM почали створення власної реалізації ALGOL, але припинили, врахувавши витрати на створення і просування Фортрану.

Впродовж 1959 року ALGOL 58 широко обговорювався, була запропонована нотація для опису синтаксису мов програмування — форма Бекуса-Наура. У 1960 проведено чергову зустріч і опубліковано ALGOL 60 Report. ALGOL вплинув на багато мов програмування і став стандарною мовою для публікації алгоритмів, але через ряд причин не одержав широкого поширення — він був заскладним, і не було реалізацій, які підтримували його повністю, відсутність стандартного введення-виведення привела до появи різних несумісних реалізацій, деякі неоднозначності опису мови так і не були розв'язані. Також широкого вжитку уже набув Фортран, і IBM не підтримала ALGOL.

У 1959 році була проведена зустріч у Пентагоні для створення мови CBL (Common Business Language), засновано комітет з його створення, і у 1960 опубліковано початкову специфікацію COBOL 60, який невдовзі став першою мовою прийнятою у Міністерстві оборони США. У 1968 році COBOL було стандартизовано ANSI.

У 1964 році було створено спрощену мову BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code) для навчання програмуванню студентів, які переважно спеціалізувалися у вільних мистецтвах, а не технічних науках.

Тоді як науковці переважно використовували Фортран, а бізнес — COBOL, у 1963 році в IBM вирішили створити універсальні платформу IBM/360 і мову програмування. У стислі терміни до 1965 року було розроблено мову PL/I, яка поєднувала можливості Фортран, ALGOL і COBOL, і виявилась заскладною, хоча і була у широкому вжитку у 1970-их у наукових і бізнес задачах, також її підмножини (PL/C, PL/CS) використовувалися для навчання програмуванню.

На початку 1960-их було створено перші мови із динамічною типізацією — APL і SNOBOL.

SIMULA 67 була першою об'єктно-орієнтованою мовою програмування.

У 1965 році Ніклаус Вірт і Тоні Гоар запронували комітету з розвитку мови ALGOL свою версію, яку згодом назвали ALGOL-W і застосовували для навчання в деяких університетах. Пропозиція була відхилена через незначну кількість змін на користь значно складнішого ALGOL 68. У ALGOL 68 з'явилися визначення структур данних і динамічні масиви. ALGOL 68 став першою мовою із формальною специфікацією, яка однак була складною для розуміння.

У 1971 році Вірт опублікував опис мови Pascal, яка у 70-их стала загальновживаною для навчання студентів.

У 1972 році Деніс Річі розробив у Bell Labs мову C. Тоді ж у Марселі створено інтерпретатор мови Пролог — першої і найвідомішої мови логічного програмування. Алан Кей у Xerox PARC розробив першу широко вживану об'єктно-орієнтовану мову — Smalltalk.

у 1973 Робін Мілнер в Единбурзькому університеті створив ML.

У 1975 році в Массачусетському технологічному інституті описано спрощений діалект мови Лісп — Scheme.

У 1976 випущено мову для статистичного програмування S, на базі якої в 1993 році створено R.

У 1977 році випущено Bourne shell.

У 1975 Міністерство оборони США утворило міжнародну групу для створення нової мови програмування для власних потреб, конкурс у 1979 виграла мова Ада.

У 1981 випущено dBASE II.

У 1984 році з метою об'єднання різних діалектів Ліспу створено Common Lisp. Випущено MATLAB

У 1985 році Б'ярн Страуструп опублікував реалізацію мови C++. Тоді ж випущено AWK.

У 1986 році опублікована мова Objective-C і створено Erlang. Тоді ж Borland і Apple незалежно створили об'єктно-орієнтоване розширення мови Pascal — Object Pascal.

У 1987 році створено Perl.

У 1990 році опубліковано Standard ML і Haskell.

У 1991 році створено Visual Basic і опубліковано Python.

У 1992 випущено Oracle 7 з підтримкою PL/SQL

У 1993 році створено Lua.

У 1995 році Sun Microsystems випустила Java, Netscape — JavaScript, тоді ж створено PHP і Ruby.

У 1996 році створено OCaml.

У 2001 році створено C#.

У 2002 році створено F#. У 2003 році створено Scala.

Елементи[ред. • ред. код]

Синтаксис[ред. • ред. код]

Синтаксис мови програмування визначає те, як буде виглядати програма на цій мові, зокрема, як пишуться оператори, оголошення і інші мовні конструкції^[6]. Наприклад, оголошення масиву V з десяти цілочислових елементів в мові С буде виглядати так:

int V[10];

На мові Pascal:

V: array [0..9] of integer;

Типи даних

Область зберігання даних в апаратній частині комп'ютера (пам'ять, регістри і зовнішні запам'ятовуючі пристрої) зазвичай мають доволі просту структуру в вигляді послідовності бітів, згрупованих в байти або слова. Проте в віртуальному комп'ютері, як правило, організовано складнішим чином — в різні моменти виконання програми використовуються такі форми зберігання даних, як стеки, масиви, числа, символьні рядки та інші. Один або декілька однотипних елементів даних, об'єднаних в одне ціле в віртуальному комп'ютері в певний момент виконання програми, прийнято називати об'єктом даних. При виконанні програми існує багато об'єктів даних різних типів. Тип даних — це деякий клас об'єктів даних разом з набором операцій для створення і роботи з ним^[7]. В кожній мові програмування є певний набір вбудованих примітивних типів даних. Додатково в мові можуть бути передбачені засоби, що дозволяють програмісту визначати нові типи даних.

Класифікація мов програмування

Мови класифікують за такими критеріями:

Рівень абстракції

Мови програмування високого рівня оперують сутностями ближчими людині, такими як об'єкти, змінні, функції. Мови програмування нижчого рівня оперують сутностями ближчими машині: байти, адреси, інструкції. Текст програми на мові високого рівня зазвичай набагато коротший ніж текст такої самої програми на мові низького рівня, проте програма має більший розмір.

Область застосування

Універсальні та спеціалізовані. Спеціалізовані мови теж бувають Тьюрінг-повні, та все ж їх область застосування обмежена, як наприклад у мови shell.