Ing. Marek Běhálek Katedra informatiky FEI VŠB …wiki.cs.vsb.cz/images/5/5e/Progjaz-2006.pdfzMatematické formule zElektrotechnická schémata zVyznačují se velkou přesností

Programovací jazykyIng. Marek Běhálek

Katedra informatiky FEI VŠB-TUOA-1018 / 597 324 251

http://www.cs.vsb.cz/[email protected]

http://www.cs.vsb.cz/behalek

ZPP - Programovací jazyky 2

Obsah

Co je to programovací jazykPřeklad a zpracování programuNástroje pro tvorbu programůMetody popisu programovacích jazykůTypy programovacích jazykůVývoj programovacích jazykůStudijní program „Informační technologie“


Programovací jazyk

Popis výpočtů, obvykle ve tvaru, jenžumožňuje provedení elektronickým počítačem (program)Standardizovaný nástroj pro komunikaci s počítačem

S jakými daty má počítač pracovat?Jak se tato data budou ukládat a přenášet?Které akce a kdy se mají provést?


Proč používáme programovací jazyky?

Zjednodušují přenos určitého typu informaceNoty v hudběMatematické formuleElektrotechnická schémata

Vyznačují se velkou přesností vyjádřeníPřirozené jazyky – vynechávání, gramatické chyby, víceznačnost

Jsou obvykle proveditelné na počítačiZnačkovací jazyky (HTML) – data, ne programSpecifikační jazyky (λ-kalkul) – teoretický výzkum


Životní cyklus softwarového produktu

Rozhodnutí o vytvoření produktuSpecifikace požadavkůAnalýza a návrh aplikaceImplementaceTestování a laděníDokumentaceInstalaceMarketing, prodej a podporaÚdržbaUkončení prodeje a podpory


Překlad a zpracování programu

Zdrojový text programu

Překlad asestavení Testování

Chyby při překladu

Neúspěšné testy

Provoz

Chyby za provozu

Ladění


Nástroje pro tvorbu programůEditorPřekladač / interpret x zpětný překladačSpojovací programSpráva verzíNástroje pro sestavení projektuTestovací nástroje, generátory testůLadicí programyNástroje pro ladění výkonuNástroje pro tvorbu dokumentaceTvorba instalačních balíkůDalší nástroje:

Internacionalizace (i18n)...


Integrovaná vývojováprostředí (IDE)

Poskytují více uvedených funkcí současně

Prostředí orientovaná na určitý jazykBorland Pascal, C++, JBuilder, C#BuilderSharpDeveloper, JCreator, NetBeans

Univerzální prostředíEclipse (Java, C++, C#, …)MS Visual Studio (C++, C#, Jscript, VB, …)


Eclipse


JBuilder


MS VisualStudio


Překladač

Analýza zdrojového textu, vyhledání chybZákladní stavební prvky – identifikátory, čísla, řetězce, operátory, oddělovače, …Programové konstrukce – deklarace, příkazy, výrazyKontextové vazby – definice/užití, datové typy

Syntéza cílového programu / InterpretaceStrojový jazyk (nebo JSI)Jazyk virtuálního procesoru (JVM, CLR)


Typy překladače

Kompilační překladač

Interpretační překladač


PřekladačInkrementální překlad

Umožňuje po drobné opravě přeložit jen změněnou částMožnost provádění drobných změn během laděníprogramu

Just-in-time překladGenerování instrukcí virtuálního procesoru (Java VM - .class, .NET CLR – jazyk IL)Překlad až v okamžiku volání podprogramuOptimalizace podle konkrétního procesoru


Překlad C++


Popis programovacího jazyka

Syntaxe - struktura jazykových konstrukcíTextové jazyky (C, Pascal, Java)Grafické jazyky (vývojové diagramy, UML)

a > 10

x := x + 5

if a > 10 then beginx := x + 5;

end

ano

ne


Popis programovacího jazykaSémantika – význam jazykových konstrukcí

Statická sémantika – v době překladuDynamická sémantika – v době běhu

Příklad: Co znamená X + 1 ?X je celé číslo: Přičti k hodnotě proměnné X jedničku.X je řetězec: Převeď konstantu 1 na řetězec a připoj na konec řetězce uloženého v proměnné X.X je objekt: Zavolej metodu "operator +“s parametrem 1.X je reálné číslo: Převeď 1 na reálné číslo 1.0 a přičti k hodnotě proměnné X.


Metody popisu syntaxe

Syntaktický diagram

Gramatikapříkaz → if podmínka then příkaz zbytekzbytek → else příkaz

| ε

if podmínka then příkaz else příkaz


Metody popisu sémantikySlovní popis

Nepřesný

Formální popisOperační sémantika

Význam konstrukce popíšeme pomocí jednodušších operací

Denotační sémantikaVýznam konstrukce popíšeme pomocí funkcí

Axiomatická sémantika


Typy programovacích jazykůImperativní jazyky

Posloupnost příkazů měnících stav výpočtuMožnost opakovaného přiřazení do proměnné

Deklarativní jazykyPosloupnost podmínekPočítač musí najít postup, jak je dodržet

Funkcionální jazyky – ML, Haskell, LISPLogické jazyky – PROLOG, CLP, Gödel, MercuryDotazovací jazyky - SQL


Vývoj programovacích jazykůStrojové jazyky

Posloupnost instrukcí v číselném tvaruJazyky symbolických instrukcí / adres

Pojmenované instrukcePojmenované adresy – proměnné, návěští skokůMakrodefinice

AutokódySložitější příkazyPříklad: MAT (Minsk autokód – CTI, PIS, JDI NA, …)

Vyšší programovací jazyky


Vývoj přístupů k tvorběprogramů (1)

Monolitické programyupřednostnění úspornosti kódu na úkor srozumitelnosti a přehlednosti

Strukturované metodyhierarchie, abstrakcedynamické knihovny (DLL)vzdálené volání procedur (RPC)modulární programování (Modula-2)


Vývoj přístupů k tvorběprogramů (2)

Objektově orientované technologiezapouzdření – „černá skříňka“děděnípolymorfismusznovupoužitelnost

Komponentní technologierozhranístandardy


První programovací jazykykolem 1946 Konrad Zuse – Plankalkul

použit také pro šachyrukopis publikován až v roce 1972, nebyl nikdy implementován

1949 John Mauchly - Short Codeprvní počítačový jazyk skutečně použitý na elektronickém zařízeníurčen pro zadávání rovnic"ručně kompilovaný" jazyk

1951 Grace Murray Hopperprosazovala vytvoření vyšších jazykůpracovala na návrhu prvního překladačezavedla pojem "počítačový virus"


FORTRAN (1954-57)FORmula TRANslator - John Backus, IBM

problémově orientovaný, strojově značně nezávislý, optimalizace (nutná v konkurenci s JSI)realizace překladače si vyžádala 18 člověkoroků -jeden z největších projektů v té době

V současnosti stále nejpoužívanější jazyk v oblasti vědeckotechnických výpočtů! (ISO: 1997)


FORTRANCC Vypocet funkce faktorialC

INTEGER FUNCTION FACT(N)IMPLICIT NONEINTEGER N, I, FF = 1DO 10 I = 1,N

F = F * I10 CONTINUE

FACT = FEND

PROGRAM P1IMPLICIT NONEINTEGER N, F, FACTREAD(*,*) NF = FACT(N)WRITE(*,*) "Fact = ", FEND


LISP (1958-59)

LISt Processing - John McCarthy, M. I. T.první funkcionální jazyk - implementace lambda-kalkulumožnost imperativního stylu programování

dosud se používá i jako skriptovací jazyk v aplikacích (AutoCAD, emacs, …)


LISP(defun quicksort (vec l r)(let ((i l)

(j r)(p (svref vec (round (+ l r) 2))))

(while (<= i j)(while (< (svref vec i) p) (incf i))(while (> (svref vec j) p) (decf j))(when (<= i j)(rotatef (svref vec i) (svref vec j))(incf i)(decf j)))

(if (> (- j l) 1) (quicksort vec l j))(if (> (- r i) 1) (quicksort vec i r)))

vec)


Algol 60 (1958-60)

Algorithmic Language - J. Backus, P. Naurbloková struktura, složené příkazy, rekurzesyntax poprvé popsána formálně gramatikou(BNF)koncem 60. let se stal nejpopulárnějším jazykem v Evropě – např. i ve výuce

základ mnoha dalších programovacích jazyků


ALGOL 60begin

integer N;ReadInt(N);

beginreal array Data[1:N];real sum, avg;integer i;sum:=0;for i:=1 step 1 until N dobegin real val;

ReadReal(val);Data[i]:=if val<0 then -val else val

end;for i:=1 step 1 until N do

sum:=sum + Data[i];avg:=sum/N;PrintReal(avg)

endend


COBOL (1960)COmmon Business Oriented Language

pro vytváření rozsáhlých programů k vládním a obchodním účelůmformalizovaný anglický text, čitelný pro manažeryzavedl propracované záznamové strukturyvytvořen konferencí CODASYL (Conference of Data Systems and Languages)

Dosud se používá zejména ve finančních institucích (ISO:2002, XML 2006)


COBOLIDENTIFICATION DIVISION.PROGRAM-ID. Iter.AUTHOR. Michael Coughlan.

DATA DIVISION.WORKING-STORAGE SECTION.01 Num1 PIC 9 VALUE ZEROS.01 Num2 PIC 9 VALUE ZEROS.01 Result PIC 99 VALUE ZEROS.01 Operator PIC X VALUE SPACE.

PROCEDURE DIVISION. Calculator.PERFORM 3 TIMES

DISPLAY "Enter First Number : "ACCEPT Num1DISPLAY "Enter Second Number : "ACCEPT Num2DISPLAY "Enter operator (+ or *) : "ACCEPT OperatorIF Operator = "+" THEN

ADD Num1, Num2 GIVING ResultEND-IFIF Operator = "*" THEN

MULTIPLY Num1 BY Num2 GIVING ResultEND-IFDISPLAY "Result is = ", Result

END-PERFORM.STOP RUN.


BASIC (1964)Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code

John G. Kemeny, Thomas E. Kurz, DartmouthUniversityprvní implementace je kompilátor (1. 5. 1964 04:00)1975 Tiny BASIC běží na mikropočítači s 2KB RAM1977 Bill Gates, Paul Allen – Altair BASIC

1991 - VisualBasic, VBA, VBScript2003 - VB.NET


Pascal (1968-71)Niklaus Wirth, ETH Zurichjednoduchý jazyk, určen pro výuku programováníP-kód – instrukce virtuálního procesoru, specializované procesory pro P-kód

Borland Turbo Pascal (Anders Hejlsberg)Borland Delphi -> Kylix


Další jazyky

1980-83 Ada1972 C1972 Smalltalk1982-85 C++1994-95 Java2000-02 C#


C#using System; using System.Windows.Forms; using System.Drawing;public class Sample : Form {

[STAThread]public static int Main(string[] args) {

Application.Run(new Sample());return 0;

}public Sample() {

Button btn = new Button();btn.Text = "OK";Controls.Add(btn);

}}


Skriptovací jazyky

Slouží obvykle k rozšíření nějaké aplikace

Operační systém – sh, command.com

WWW server – Perl, PHP

WWW prohlížeč – JavaScript, VBScript


PHP// připojení k serveru a výběr databázemysql_connect("localhost","uzivatel","heslo");mysql_select_db("databaze");

// dotaz$h = mysql_query("SELECT * FROM uzivatele

WHERE jmeno='$jmeno'");

// vytvoření objektu z výsledného řádku$uz = mysql_fetch_object($h);if( !$uz )

die "Uživatel neexistuje";if( $uz->heslo != $heslo )

die "Špatné heslo";


Studijní program „Informační technologie“

Úvod do programování (Java)Programování v C/C++Programování v C#Programovací technikyProgramovací jazyky a překladačeSeminář z programování

Funkcionální a logické programování

Documents

Ing. Marek Běhálek Katedra informatiky FEI VŠB …wiki.cs.vsb.cz/images/5/5e/Progjaz-2006.pdfzMatematické formule zElektrotechnická schémata zVyznačují se velkou přesností