Jezyki i paradygmaty programowania - Instytut Teleinformatykimars.iti.pk.edu.pl/~chmaj/CC++/w01.pdf · elementy C++ - rozszerzenia C, podstawy podejscia´ obiektowego Literatura zalecana

StartJezyki programowania

Okreslenie jezyka programowaniaParadygmaty programowania

Jezyki i paradygmaty programowania

Tadeusz Chmaj

Instytut TeleinformatykiITI PK Kraków

marzec 2012

Tadeusz Chmaj Wykład I



Sprawy Organizacyjne

Dane kontaktowe: Tadeusz Chmaj

e-mail: [email protected]: wtorki – 14:45 – 15:45budynek „Houston”, p.102, Instytut Teleinformatyki

Organizacja kursu:

dwusemestralny kurs, wykład+lab.semestr I - zaliczenie na podst. oceny z laboratoriumsemestr II - zaliczenie + egzamin pisemnymozliwosc zwolnienia z egzaminu dla osób, które uzyskajazaliczenie na:

conajmniej 4.5 w tym semestrze5.0 w nastepnym semestrze

obecnosc na wykładach - zalecana




Zakres wykładu - I semestr

Plan wykładu - I semestrprzeglad jezyków i paradygmatów programowaniajezyk C - przykład jezyka imperatywnego – dokładneomówienieelementy C++ - rozszerzenia C, podstawy podejsciaobiektowego

Literatura zalecana - I semestr

B. Kernighan, D. Ritchie, Jezyk ANSI CJ.Grebosz, Symfonia C++S. Prata, Szkoła programowania, jezyk C++




Spis rzeczy

1 Start

2 Jezyki programowaniaDefinicja, historiaKomputery programowalneJezyki niskiego i wysokiego poziomu

3 Okreslenie jezyka programowaniaJak okreslamy jezyk?SkładniaPopularnosc jezyków programowania

4 Paradygmaty programowaniaCo to jest paradygmat programowaniaGłówne paradygmaty programowania




Definicja, historiaKomputery programowalneJezyki niskiego i wysokiego poziomu

Co to jest jezyk programowania?

jezyk programowania – sztuczny jezyk, zaprojektowanytak, by sterowac maszyna, w szczególnosci komputerempierwsze takie jezyki - wczesniejsze niz komputery –sterowanie krosien Jacquarda lub pianoli;rok 1833 - Charles Babbage - projekt maszynyanalitycznej, wykorzystanie rozwiazania JackardaAda Lovelace - pierwsze programy na maszyne Babbige’apierwsze elektroniczne maszyny obliczeniowe (MARK I,ENIAC) - nie były w pełni programowalne; algorytmrealizowany przez odpowiednia konfiguracje sprzetowa(system połaczen)rok 1945 - John von Neumann, First Draft, raport IAS,propozycja nowej architektury komputera





Architektura von Neumanna

cel: programowalna maszyna uniwersalnaczesci składowe maszyny:

jednostka centralna, procesor (CPU),pamiec,urzadzenia wejscia i wyjscia (input/output)systemu połaczen wyzej wymienionych podukładów(magistrala)





Zasada działania

procesor wyposazony w zdolnosc wykonywania pewnejilosci elementarnych rozkazóworganizacja procesora:

sterowanie wykonanie rozkazów – jednostka sterujaca(control unit)operacje arytmetyczno-logiczne: jednostkaartytmmetyczno-logiczna (ALU)podukład pamieci przechowujacej dane dla ALU orazwyniki obliczen: rejestry

główna cecha modelu von Neumanna – pomysł programu:program - ciag rozkazów opisujacych kroki jakie trzebawykonackluczowy punkt

program wraz z danymi przechowywany w pamieciwykonywany sekwencyjnie rozkaz po rozkaziemoze modyfikowac pamiec





Wykonanie progamu

Model pamieci

pamiec – ciag ponumerowanych komórek, z których kazdamoze przechowac dane lub rozkazynumer komórki(adres) - jednoznacznie ja okresla

prosty program - komórki 0, 1, 2, 3 - rozkazy; 4, 5. 6 - daneTadeusz Chmaj Wykład I




Jezyki niskiego poziomu

move czy add – mnemoniki rozkazów maszynowych(rozumianych i wykonywanych bezposrednio przezprocesor)programowanie w takim stylu - wymaga znajomosciarchitektury maszyny (listy rozkazów, rodzaju iprzeznaczenia rejestrów, rozkładu pamieci, sposóbu jejadresowaniataki rodzaj programowania – programowanie w jezykuniskiego poziomu (w asemblerze)asembler - silnie powiazany ze sprzetem





Jezyki wysokiego poziomu

zwykle – uzywamy jezyka wysokiego poziomu (Fortran,Basic, Pascal, C); główne powody:

prosty i łatwo interpretowany przez człowieka kod, np.:suma := a+bnie odnosi sie bezposrednio do sprzetu (a raczej dopewnych abstrakcji z niego wywiedzionych)pozwala skupic sie na rozwiazaniu problemu a nie nadopasowywaniu do wymagan sprzetuproblem – taki kod nie jest rozumiany przez procesor

dla jezyków wysokiego poziomu – przed wykonaniemkoniecznosc przekształcenia (translacji) kodu na ciagrozkazów maszynowychmozliwe sposoby transkacji: kompilacja lub interpretacjatranslator - zalezny od sprzetu - jego wykonanie to czescimplementacji jezyka




Jak okreslamy jezyk?SkładniaPopularnosc jezyków programowania

Jezyk programowania - definicja formalna

w teorii jezyków formalnych: A- alfabet (niepusty zbiórdopuszczalnych symboli)A∗ zbiór wszystkich mozliwych napisów jaki moznautworzyc z symboli wzietych z Ajezyk L - dowolny podzbiór zbioru wszystkich napisów A∗,L ⊂ A∗;wiekszosc tak okreslonych jezyków na ogół jest zupełnienieinteresujacapotrzeba bardziej konstruktywnego podejsciaodbywa sie to poprzez okreslenie składni i semantykijezyka





Opis jezyka

składnia (syntax) – zbiór reguł okreslajacych kombinacjesymboli uwazanych za poprawne w danym jezyku (“jakajest dozwolona form”),czyli okreslajacych:

jak zapisujemy deklaracjejak tworzymy poleceniajak wygladaja struktury sterujace (np. instrukcjewarunkowe, petle) itp.

semantyka – okresla znaczenie tych dopuszczalnychprzez składnie form (“co one robia”)

Przykład: okreslenie prostej instrukcji warunkowej w C

składnia: if “(” wyrazenie “)” instrukcjasemantyka: oblicz wyrazenie i jezeli reprezentuje prawde,wykonaj instrukcje





Opis składni

mozliwy scisły, formalny opis składnietap pierwszy - ustalenie zbioru dostepnych symbolietap drugi - okreslenie zbioru poprawnych leksemów(leksem - najmniejsza czesc jezyka programowania, któralogicznie nie moze byc podzielona na mniejsze kawałki -np. identyfikatory, słowa kluczowe, operatory)etap trzeci - okreslenie reguł tworzenia poprawnychskładniowo składowych jezyka (deklaracji, wyrazen,instrukcji, programów)do opisu składni jezyków programowania czesto uzywa sienotacji BNF (Backus-Naur Form)

składnia - zbiór reguł postaci:<symbol> ::= <definicja symbolu>symbole, które moga byc po lewej - symbole nieterminalnesymbole tylko po prawej - symbole terminalne





Notacja BNF

Dodatkowe symbole i konwencje, upraszczajace zapis:





Notacja BNF - przykład





Jak mierzyc popularnosc jezyka?

Istnieja setki jezyków programowaniaKtórych warto sie uczyc?Jedna z przesłanek - popularnosc jezykaStosowane kryteria pomiaru popularnosci:

Analiza ofert pracy dla programistówIlosc ksiazek wydawanych dotyczacych danego jezykaOszacowanie ilosci linii kodu napisanego w danym jezykuZliczanie odwołan do nazwy jezyka znalezionych przezprzegladarki

Trudnosci w realizacji takich pomiarów:niejednoznacznosc kryteriówefekty historyczne - legacy software - Gartner Group data

w 1997 80 % swiatowego bussinesu uzywałooprogramowania w COBOLU;szacowany rozmiar tego oprogramowania 200 mld linii





Wyniki pomiarów - TIOBE index





Wyniki pomiarów - SourceForge index

Wnioski - kazdy wyciaga sam ...




Co to jest paradygmat programowaniaGłówne paradygmaty programowania

Paradygmat - co to takiego?

paradygmat - modne słowo pochodzenia greckiego(πα%εδειγµα);

podstawowe znaczenie: wzorzec, przykład na cos;znaczenie szersze: ogólny sposób działania, rozumowania,pojmowania rzeczy w danej dziedzinie

paradygmat programowania: zestaw typowych dla danejgrupy jezyków mechanizmów udostepnionychprogramiscie oraz zbiór sposobów interpretacji tychmechanizmów przez semantyke jezykaparadygmat programowania - ogół oczekiwanprogramistywobec jezyka programowania i komputera, na którymbedzie działał programsposób postrzegania rzeczywistosci (tak maszyny i jejdziałania, jak tez swiata zewnetrznego) okreslony przezdany jezyk programowania





Z punktu widzenia maszyny

mamy stan maszyny okreslony przez zawartosc pamieci istan procesora (rejestry, liczniki rozkazów)program - zapisany w pamieci wraz z danymi ciagrozkazówmaszyna wykonuje kolejne rozkazy, stan maszyny ulegazmianomkoniec, gdy stan maszyny osiaga zakładana postactakie podejscie do programowania - paradygmatimperatywny - naturalny sposób podejscia dla jezykówniskiego poziomu





Z punktu widzenia człowieka - programisty

dla człowieka wygodniejsze inne podejscie:nie wdajemy sie w szczegóły wykonaniapodajemy, co chcemy osiagnacnie okreslamy dokładnie jak

takie podejscie - paradygmat deklaratywnyparadygmaty imperatywny vs. deklaratywny – główna ospodział w podejsciu do programowaniarózne jezyki programowania pozwalaja na realizacjeróznych rozwiazan posrednich





Paradygmat imperatywny

pierwotne podejscie do programowania realizowany wsposób czysty przez jezyki niskiego poziomujezyki wysokiego poziomu (Fortran, Pascal, C) - uzywajapewnych abstrakcji ale ciagle odpowiadaja paradygmatowiimperatywnemuprzykład programu:

program pierwszy;var i, n, s: integer;beginread(n);s := 1;for i := 2 to n dos := s * i;

write(s)end.





Paradygmat imperatywny - warianty

paradygmat programowania strukturalnego- zaleca hierarchiczne dzielenie kodu na bloki strukturalne,z jednym punktem wejscia i jednym lub wieloma punktamiwyjscianieuzywanie (lub ograniczenie) instrukcji skoku (goto)własciwe struktury: instrukcja warunkowe (if, if...else), petle(while, repeat), instrukcje wyboru (if...else if ...else)

paradygmat programowania proceduralnegpdzielimy program na oddzielne elementy kodu - procedury(podprogramy, funkcje)moga one byc wielokrotnie wywoływane z róznymiparammetramimozliwe wywołania rekursywne





Paradygmat objektowy

program - zbiór porozumiewajacych sie obiektówobiekty - kontenery zawierajace dane oraz funkcje(metody) do ich przekształcaniakluczowe cechy tego podejscia:

enkapsulacja - selektywne udostepnienie elementówskładowych obiektów swiatu zewnetrznemudziedziczenie - mozliwosc tworzenia obiektów bardziejskomplikowane na bazie prostszych oraz tworzeniahierarchii powiazanych klaspolimorfizm - umozliwia wybór sposobu działania odaktualnego typu obiektu

public class Hello {public static void main(String[] args) {

System.out.println("Hello, I am James B.");}

}





Paradygmat programowania funkcyjnego

rodzaj programowania deklaratywnegoopis rzeczywistosci, program - funkcje (“wszystko jestfunkcja”)brak zmiennych (nie ma efektów ubocznych), tradycyjnierozumianych petliprogram powstaje jako złozenie funkcji, wazna rola rekursjitworzenie funkcji wyzszego rzedu (których argumentami iwynikiem moga byc inne funkcje

(DEFINE (suma m n)(IF (> m n)0(+ m (suma (+ m 1) n))

))





Paradygmat programowania w logice

rodzaj programowania deklaratywnego – nie “wydajemyrozkazów”, tylko opisujemy, co wiemy i co chcemy uzyskacprogram = zbiór zaleznosci (przesłanki) i pewnestwierdzenie (cel)wykonanie programu – próba udowodnienia celu w oparciuo podane przesłankiobliczenia – efekt uboczny dowodu

ojciec(jan, jerzy).ojciec(jerzy, janusz).ojciec(jerzy, józef).dziadek(X, Z) :- ojciec(X, Y), ojciec(Y, Z).?- dziadek(X, janusz).





Jezyki – paradygmaty

Popularne jezyki i realizowane przez nie paradygmaty:


Documents

Jezyki i paradygmaty programowania - Instytut Teleinformatykimars.iti.pk.edu.pl/~chmaj/CC++/w01.pdf · elementy C++ - rozszerzenia C, podstawy podejscia´ obiektowego Literatura zalecana