Языки программирования
Компиляторы и интерпретаторы
Введение
В первом семестре рассматриваются основные конструкции языка Си и базовая технология программирования (структурное программирование).
Структурное программирование – это технология создания программ, позволяющая путем соблюдения определенных правил уменьшить время разработки и количество ошибок, а также облегчить возможность модификации программы.
С помощью языка программирования создается текст, описывающий ранее составленный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст перевести в последовательность команд процессора, что выполняется при помощи специальных программ, которые называются трансляторами.
Трансляторы бывают двух видов:
- компиляторы;
- интерпретаторы.
Компилятор транслирует текст исходного модуля в машинный код, который называется объектным модулем за один непрерывный процесс. При этом сначала он просматривает исходный текст программы в поисках синтаксических ошибок.
Интерпретатор выполняет исходный модуль программы в режиме оператор за оператором, по ходу работы, переводя каждый оператор на машинный язык.
Разные типы процессоров имеют разный набор команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода в виде специальных символьных обозначений, которые называются мнемониками. С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, т .к разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. Т .к. наборы инструкций для разных моделей процессоров тоже разные, то каждой модели процессора соответствует свой язык ассемблера, и написанная на нем программа может быть использована только в этой среде. Подобные языки применяют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств и т. п..
Языки программирования высокого уровня не учитывают особенности конкретных компьютерных архитектур, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносятся на другие платформы, если для них созданы соответствующие трансляторы. Разработка программ на языках высокого уровня гораздо проще, чем на машинных языках.
Языками высокого уровня являются:
1. Фортран – первый компилируемый язык, созданный в 50-е годы 20 века. В нем были реализован ряд важнейших понятий программирования. Для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и заканчивая управлением спутниками, поэтому он продолжает использоваться во многих организациях.
2. Кобол – компилируемый язык для экономических расчетов и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящихся на внешних носителях.
3. Паскаль – создан в конце 70-х годов швейцарским математиком Николаусом Виртом специально для обучению программированию. Он позволяет выработать алгоритмическое мышление, строить короткую, хорошо читаемую программу, демонстрировать основные приемы алгоритмизации, он также хорошо подходит для реализации крупных проектов.
4. Бейсик – создавался в 60-х годах также для обучения программированию. Для него имеются и компиляторы и интерпретаторы, является одним из самых популярных языков программирования.
5. Си – был создан в 70- е годы первоначально не рассматривался как массовый язык программирования. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать такие же эффективные и короткие программы, но не зависеть от конкретного процессора. Он во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные возможности для работы с памятью. На нем написано много прикладных и системных программ, а также операционная система Unix.
6. Си++ - объектно-ориентированное расширение языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980г.
7. Java – язык, который был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на СИ++ путем исключения из него низкоуровневых возможностей. Главная особенность языка – это то, что он компилируется не в машинный код, а в платформно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот код может выполняться с помощью интерпретатора – виртуальной Java-машины (JVM).
2. Структура программы на Си++
Программа на языке Си имеет следующую структуру:
#директивы препроцессора
. . . . . . . . .
#директивы препроцессора
функция а ( )
операторы
функция в ( )
операторы
void main ( ) //функция, с которой начинается выполнение программы
операторы
описания
присваивания
функция
пустой оператор
составной
выбора
циклов
перехода
Директивы препроцессора - управляют преобразованием текста программы до ее компиляции. Исходная программа, подготовленная на СИ в виде текстового файла, проходит 3 этапа обработки:
1) препроцессорное преобразование текста ;
2) компиляция;
3) компоновка (редактирование связей или сборка).
После этих трех этапов формируется исполняемый код программы. Задача препроцессора - преобразование текста программы до ее компиляции. Правила препроцессорной обработки определяет программист с помощью директив препроцессора. Директива начинается с #. Например,
1) #define - указывает правила замены в тексте.
#define ZERO 0.0
Означает, что каждое использование в программе имени ZERO будет заменяться на 0.0.
2) #include< имя заголовочного файла> - предназначена для включения в текст программы текста из каталога «Заголовочных файлов», поставляемых вместе со стандартными библиотеками. Каждая библиотечная функция Си имеет соответствующее описание в одном из заголовочных файлов. Список заголовочных файлов определен стандартом языка. Употребление директивы include не подключает соответствующую стандартную библиотеку, а только позволяют вставить в текст программы описания из указанного заголовочного файла. Подключение кодов библиотеки осуществляется на этапе компоновки, т. е. после компиляции. Хотя в заголовочных файлах содержатся все описания стандартных функций, в код программы включаются только те функции, которые используются в программе.
После выполнения препроцессорной обработки в тексте программы не остается ни одной препроцессорной директивы.
Программа представляет собой набор описаний и определений, и состоит из набора функций. Среди этих функций всегда должна быть функция с именем main. Без нее программа не может быть выполнена. Перед именем функции помещаются сведения о типе возвращаемого функцией значения ( тип результата). Если функция ничего не возвращает, то указывается тип void: void main ( ). Каждая функция, в том числе и main должна иметь набор параметров, он может быть пустым, тогда в скобках указывается (void).
За заголовком функции размещается тело функции. Тело функции - это последовательность определений, описаний и исполняемых операторов, заключенных в фигурные скобки. Каждое определение, описание или оператор заканчивается точкой с запятой.
Определения - вводят объекты (объект - это именованная область памяти, частный случай объекта - переменная), необходимые для представления в программе обрабатываемых данных. Примером являются
int y = 10 ; //именованная константа
float x; //переменная
Описания - уведомляют компилятор о свойствах и именах объектов и функций, описанных в других частях программы.
Операторы - определяют действия программы на каждом шаге ее исполнения.
Пример программы на Си:
#include <stdio.h> //препроцессорная директива
void main() //функция
{ //начало
printf(“Hello! “); //печать
} //конец
Контрольные вопросы
1. Из каких частей состоит программа на С++?
2. Чем определение отличается от объявления?
3. Перечислить этапы создания исполняемой программы на языке С++.
4. Что такое препроцессор?
5. Что такое директива препроцессора? Привести примеры директив препроцессора.
6. Составить программу, которая печатает текст «Моя первая программа на С++»
2. Базовые средства языка СИ++