Zalina 13 января 2016 в 15:42

Разные языки программирования и их области применения. Лекция в Яндексе

• Блог компании Яндекс ,
• Разработка веб-сайтов ,
• Программирование ,
• Промышленное программирование

Наш первый пост в этом году мы решили посвятить очень базовой теме, лекция на которую была прочитана в Малом ШАДе. Занимаются в нём старшеклассники, которым интересны технологии, отсюда специфичность изложения - лекция будет особенно интересна тем, кто только начинает программировать и задумывается о том, в каком направлении развиваться. Для них же у Яндекса есть курс «Введение в программирование (С++)» , который можно пройти на платформе Stepic.org.

Лектор Михаил Густокашин - куратор академических программ Яндекса, директор центра студенческих олимпиад факультета компьютерных наук ВШЭ. Михаил подготовил десятки победителей и призёров Всероссийских олимпиад по программированию.

В рамках лекции рассказывается о том, какие бывают языки программирования, чем они отличаются, как они появились и какие из них лучше, а какие - хуже. В начале речь немного пойдет об истории языков - как они появились, как люди начали программировать, как все развивалось, что сейчас происходит. Во второй части будет затронуто то, для каких задач какой язык подходит, как «выбрать себе любимый язык и получать удовольствие от жизни». Лектор также немного расскажет о том, как, по его мнению, всему этому научиться и потом устроиться на работу.

Как всегда, под катом - подробная расшифровка лекции, чтобы вы могли сориентироваться в ее содержании.

История языков программирования

Давайте начнём с самого начала. В самом начале у компьютеров не было даже клавиатуры! То есть всё было очень плохо - у них не было ни клавиатуры, ни экрана, были перфокарты (это такие штучечки с дырочками или с отсутствием дырочек). Соответственно, то ли штырьки туда засовывали, то ли там светом светили. Если есть дырочка (или наоборот нет) - это означало нолик или единичку. И программы в то время писали с помощью машинных кодов - у каждой операции в компьютере (сложение, вычитание, какие-то более сложные операции) был какой-то код машинный. Люди сами по табличке выбирали этот код, всякие адреса в памяти, всё это выбивали руками и засовывали в считыватель - и оно всё считалось. Конечно, работа программиста была, наверное, тогда не особо интересной - проделывать дырочки - и с развитием науки и техники, конечно, начали придумывать всякие, более «интересные» штуки. Например, ассемблер (Assembler), который уже несколько облегчал жизнь.

Ну, как он облегчал жизнь? Вместо запоминания того, что там какой-то «волшебный» код у команды, использовались всякие слова, похожие на «человеческий» английский язык - какие-нибудь add или mov - ну и затем перечислялись регистры или области памяти, переменные, с которыми нужно эти операции производить. Но понятное дело, что это в общем-то тоже требовало достаточно большого напряжения ума, чтобы держать у себя в голове, в каком регистре у нас что лежит, где какие переменные и что вообще происходит. Почему так происходило? Потому что компьютеры были «глупые» и ничего более «умного» понять не могли. Вообще-то и собрать из ассемблера машинный код тоже требует времени, памяти (по тем временам было конечно мало её).

Постепенно, становилось понятно, что разрабатывать так большие сложные программы очень сложно. Производительность программиста в этих командах была предельно низкой - то есть он писал несколько строк в день (осмысленных), и каждая строка ничего особо и не делала - какие-нибудь простые арифметические действия. И людям хотелось сделать языки гораздо более похожими на человеческий язык, на английский в частности, чтобы писать программы было легче и удобнее. И пошло-поехало!

Старые и мертвые языки

Одним из первых языков стал Fortran . Кстати, его тоже ещё выбивали на перфокартах - были специальные перфокарты для выбивания программ на Fortran’е. Но если вы сейчас возьмёте этот Fortran - по-моему, он даже где-то между 50-60 гг. появился - и попытаетесь на нём что-то написать, то вам будет очень неприятно, я вам гарантирую! Современный Fortran до сих пор живой, но уже довольно сильно отличается от того, что было раньше.

Другие языки - сейчас напишу одну штуку, о которой наверное вы если и слышали, то только на всяких мероприятиях, где рассказывают про историю программирование - это COBOL . Это был язык для написания бизнес-приложений. Что такое бизнес-приложения? Какие-нибудь транзакции в банках, еще что-то, всё это писали на Коболе. У нас, понятное дело, не очень популярен. Я думаю, программиста на Коболе, в Москве, вы найдёте с большим трудом. А где-нибудь не в Москве -- с ещё большим трудом. Но, что удивительно, ещё 10 лет назад больше половины всего кода, написанного человечеством, было написано на Коболе. И до сих пор, значительная часть всяких банковских транзакций идёт с помощью программ, написанных на нём (COBOL), и до сих пор люди на нём что-то пишут.

Есть ещё «забавный» язык, он назывался Алгол (68-я версия, что характеризует год его создания). Это алгоритмический язык. В общем, они что-то там умели, но нам сейчас не очень интересно, что они умеют. И на этом наш экскурс в древность и в относительно неиспользуемые языки можно закончить и перейти к тому, что живо до сих пор (и активно живёт).

Старые, но живые языки

Алгол придумали в Европе, а Фортраном пользовались в основном в Штатах - больших отличий нет. Какая тенденция заметна? Сначала всё было сложно и чтобы писать нужно было быть чуть ли не инженером, электротехником, понимать, где какие контакты замыкаются и ещё что-то для программирования. Потом тоже нужно было сидеть с листочками и считать память, смотреть за ней. И постепенно всё становилось проще, проще, проще и дальше ещё проще для программиста - как можно меньше думать человеку, как можно больше делать автоматически. Примерно в конце вот этого периода (лектор указывает на Алгол и Кобол) начинают появляться языки, которые в каком-то смысле «дожили» до наших дней.

BASIC . Возможно, до сих пор некоторые люди на нём что-то пишут, по крайней мере я видел, что в некоторых заведениях учат на QBasic ’е - такое синее окошко, где написано «1989». В общем, «вовсю» живёт! Он придумывался как язык для не программистов. В то время программист была такая очень специализированная профессия. А здесь тебе говорят: «Вот у нас есть классный язык Basic, и любой разумный человек возьмёт и напишет программу на нём - легко». Опять же тот Бейсик и современный Бейсик - это огромная разница. Всякие вот эти строки с нумерацией через 10, всякие GOTO и прочий ужас - они к современному Бейсику уже не имеют никакого отношения и даже к Бейсику 89-го года они имеют мало отношения.

Ещё одна забавная история - язык Паскаль , широко известный в вузовских кругах, в основном в России и в странах бывшего Советского Союза. Он использовался и продолжает использоваться на удивление как учебный язык. Во всём остальном мире он поменьше распространён, но тоже живёт и здравствует. Есть такой человек Вирт - вот он учёный, теоретик. Он участвовал в обсуждении Алгола, ему не понравилось то, что получилось, и он придумал свой язык - Pascal. А потом фирма Borland (и до этого многие другие фирмы - Apple занималась, в частности) взяли и всё испортили. У него была красивая теория, стройная - «всё будет хорошо», - а они взяли и напихали туда того, что людям нужно для работы. Ну, и получилось не так красиво, как он хотел.

И, наконец, . Си придумали инженеры. Если Паскаль придумал учёный, то Си придумали Керниган и Ритчи , они работали инженерами в Bell. Как это произошло? В то время на этих языках (лектор указывает на Fortran, COBOL, Algol) ничего системного написать было нельзя. Что такое «системное»? Например, операционную систему, драйвера какие-нибудь, ещё что-то. Эти языки предназначались для математических расчётов, для бизнес-расчётов, для всего такого. А всё остальное писали на Ассемблере . Были какие-то языки, они сейчас умерли, то есть язык Си появился не сразу от Ассемблера, а через какие-то промежуточные вещи.

Суть в чем? Керниган и Ритчи любили играть в игрушку Asteroids - летает космический корабль, и тут есть астероиды, он в них стреляет, и они разваливаются на части. У них был сервер, на котором они играли, но там было много народу, и игрушка тормозила. И они обнаружили у себя где-то в кабинете, что у них стоит какой-то компьютер, которым никто не пользуется. Но было проблема - он другой архитектуры был, а игра была написана на Ассемблере.

Они её переписали, конечно, даже впилили фичи какие-то, чтобы играть на нём. Но это навело их на мысль, что переписывать под новую архитектуру каждый раз - это не очень умно. И они решили написать такой язык высокого уровня, который будет подходить для системного программирования, то есть, в котором можно будет управлять памятью, в котором можно будет понимать где-что лежит и как обращаться к этим кусочкам памяти. И так появился язык Си, который оказал огромное влияние на всё дальнейшее. Они все (лектор показывает на Алгол, Фортран и прочие упомянутые языки) оказали большое влияние, но вот Си - прямо да…

Соответственно, это был основной язык в Unix - операционной системе, которая в то время была ещё популярнее, чем сейчас. И примерно к 80-м годам ситуация была какая-то вот такая (лектор показывает на Basic, C и прочие упомянутые языки). Допустим, что всё это у нас уже потихоньку умерло (лектор стирает упоминания об Ассемблере, Фортране и Алголе)… И в 80-е годы компьютеры стали меньше, умнее, дешевле, и людям захотелось всяких странностей, чтобы жить стало ещё лучше, жить стало ещё веселее.

Языки родом из 80-х

Одна из первых странностей - это был язык C++ . Язык C имеет огромное количество недостатков (ну просто вообще огромное) - на нём можно делать вообще всё, в том числе стрелять себе в ногу, стрелять себе в ногу с выдумкой, в другую ногу, одной ногой стрелять в другую ногу, в общем - что угодно делать. Но при этом некоторые архитектурные вещи там делаются довольно сложно - опять же, как и в Ассемблере, нам приходится всё время следить, где мы, чего и какую память выделили; она там всё время «течёт» куда-то эта память -- то есть мы выделили, забыли удалить, удалили не то, вылезли за пределы памяти, в общем - огребли кучу проблем.

C++ создавался сначала как набор дополнений к языку C, который облегчит разработку. В то время стало модно объектно-ориентированное программирование и люди решили, что всё можно описать в виде иерархии, то есть - есть у вас мячик (абстрактный), вы от него наследуете футбольный мяч, волейбольный мяч, ещё один абстрактный мяч. Тогда было модно, что «мы сейчас пишем всё в виде какой-то иерархии, и всё будет хорошо, жизнь наладится, всё станет прекрасно и всё». C++ в каком-то смысле реализовывал этот объектный подход - это не был первый язык объектно-ориентированного программирования, но он стал достаточно популярным и в нём начали появляться всякие фичи. При этом C++ сохранял почти полную совместимость (на тот момент) с языком C, программа написанная на Си в 99% случаев успешной компилировалась как C++-ная и даже работала также. Это было задумано, чтобы с Си было легко перейти на C++.

Помимо объектного подхода (в C++) достаточно быстро появилась стандартная библиотека шаблонов (STL). Я думаю, что в школе те, кто ещё учил Паскаль, обнаруживали, что у вас там, во-первых, нет встроенной сортировки (в древнем, синем Борланд Паскале, сейчас она уже есть в современных версиях) - там есть пример (исходник) сортировки, его можно скопировать и вставить. Но если вы хотите здесь отсортировать целые числа, здесь хотите вещественные числа, а здесь строки, которые можно между собой сравнивать, вам приходилось писать три разные сортировки, которые делают абсолютно одно и тоже, просто у них разные типы данных. Вот это не очень хорошо и шаблоны, которые не сразу появились в C++, эту проблему здорово облегчили. То есть, у вас была абстрактная программа, которая что-то, что может между собой сравниваться, успешно сортировала.

Скриптовые языки из 90-x

Но время не стояло на месте, в 80-е годы ещё много чего интересного происходило. Но где-то на рубеже 80-х и 90-х компьютеры стали настолько хороши, что можно уже было делать совсем странные и очень неэффективные вещи. В частности, это были скриптовые языки, которые не компилировались в машинный код, а интерпретировались. Бейсик тоже в какое-то время интерпретировался, но эти скриптовые языки были предназначены в основном для обработки текстов - это, например, Perl , Python (он был тогда не очень знаменит), PHP , Ruby - вот те скриптовые языки, которые в той или иной степени живут до сих пор (они все успели появиться до 2000 года, даже сильно раньше).

Давайте немного по ним пройдёмся, потому что это специфичные вещи и сейчас много где используются. Идея заключается в чём? Если мы не компилируем, то можно позволить намного больше всего. Например, программа может смотреть на свой код и как-то пользоваться этим; она знает, что в ней происходит и за счёт этого можно много чего интересного делать.

Perl был предназначен для обработки текстов - в те времена уже памяти стало настолько много в компьютерах, что туда можно было запихнуть какой-то текст и с этим текстом что-то полезное делать (например, считать слова, поиск какой-то). Но, на мой взгляд, его проектировали люди, которые были немного не в себе, потому что про него шутка такая есть: «Любой набор символов, написанный, является корректной программой на Перле». На мой взгляд, на нём можно только писать, читать его нельзя. Когда я смотрю на код на Перле и пытаюсь что-то понять, я ничего не понимаю. Может быть, если бы я знал его лучше, я бы что-то понимал, но как я слышал от тех людей, которые всё таки умеют, - они говорят, что легче переписать заново. То есть, программки получаются коротки и реально проще переписать заново, чем разобраться с тем, что там есть и исправить.

Примерно в то время, в середине 90-х, появился интернет. Сначала это были почта, сайтики со статичным HTML, но людям захотелось добавить туда какую-то динамику, чтобы у нас всё происходило динамично, формочки какие-то можно было заполнять, гостевые книги делать, ещё что-то. Соответственно это требовало какого-то взаимодействия, придумали протокол, как это взаимодействует, и, самое главное, генерацию этих статических (условно) страниц, которые будут «выплёвываться» пользователю в ответ на его запрос.

В общем, ничего кроме Перла на тот момент не подходило. Писать на чистом Си или на C++ обработчик было плохой идеей. И от неимения лучшего в то время (и достаточно долго) Перл был популярным языком для веб-разработки. Конечно, масштабы не сравнятся с тем, что сейчас происходит.

PHP появился как… случайно. Один человек довольно быстро перестал заниматься этим - делал свою страничку какую-то, была у него гостевая книга какая-то, ещё что-то, какие-то штуки. И он написал набор макросов каких-то для Перла, которые были похожи на Си, потому что он на Си умел, просто потому что ему было так удобно. И назвал это Personal HomePage. Расшарил и говорит: «Люди, смотрите какую штуку я написал, здесь всё намного понятнее, чем на Перле и можно править». И людям это понравилось.

Потом он это дело бросил. В общем, в итоге этот PHP стал жить и стал со временем гораздо популярнее, чем Perl. Но вот эта его «родовая травма» (задумка как набор макросов для Перла) с ним сыграла довольно злую шутку. Язык получился странный. То есть он развивался сам по себе, его никто не проектировал, никто не администрировал процесс развития (ни компания, ни какой-то человек), а было много группок, каждая из которых пилила то, что им нравится. В итоге там функции называются по-разному, даже стиля нет, всё через подчёркивания, в общем как попало, настройки лежат здесь и там, и как всё это будет работать не очень понятно. Зато можно сесть и через два часа писать на PHP, потому что он так задумывался.

Python и Ruby: Ruby сейчас менее популярен, Python как-то лучше «выструган», давайте о нём потом поговорим. Понятное дело, что в те времена это были (лектор указывает на Perl, Python, Ruby, PHP) сильно специализированные языки для сильно специализированных целей. В общем случае никакого системного программирования, никакой бизнес-логики никто на них не писал в то время и сейчас не очень много это делает.

Компилируемые языки из 90-х

Мы пойдём примерно в те же времена, но в другую сторону. У нас на тот момент C++ применялся практически для всего, что нужно было писать не для веба, не для обработки текста, а для просто приложений, для операционных систем, для игрушек - в общем, для чего угодно. Но C++ - это жуткий язык на самом деле. Почему? Потому что, во-первых, он наследовал из-за обратной совместимости все проблемы Си. Там можно было по-прежнему убиться миллионом разных способов, тех же самых, что были в Си (естественно, добавились и новые способы в C++). При этом, если писать всё хорошо и правильно, как было задумано авторами C++, то, конечно, старыми сишными способами уже убиться было нельзя, и вроде как их стало поменьше. Тем не менее, у него была очень странная объектная модель своеобразная. Разбиение программы на модули, на кусочки какие-то вообще пришло из Си (если include вы умеете писать на Си или на C++ - фактически это было задумано как просто вставить текст библиотеки в вашу программу, в итоге, когда вы пишите кучу инклюдов у вас всё - если «примитивно», как это было в самом начале - у вас всё вставляется в один файлик и потом всё это жутко долго компилируется, потому что по несколько раз ходит. Тот же Паскаль, Виртовский, был в этом плане намного продуманнее, более поздние версии стали ещё лучше.

В общем, недостатков у C++ очень много. Квалификация у программиста должна была быть высокая, чтобы писать на C++, и стоили такие программисты дорого (и подготовка, и ещё чего-то, то есть найти на рынке программистов сложно, платить им нужно много, ну и вообще это не дело...). А компьютеры у нас всё быстрее и быстрее считают, становятся всё дешевле, люди покупают себе новые компьютеры и хотят больше приложений, больше игрушек для телефона, в общем - больше радости.

Так и появилась Java (Ява). Там тоже связана довольно забавная история, как название появилось у этого языка. Там программисты, они всё время пьют кофе и в то время было модным пить кофе, который на острове Ява рос. Язык задумывался как язык для встраиваемых приборов, в частности для кофе-машины. Вот так и получилось название…
Что вообще началось с неё, что в ней было хорошее и почему же она завоевала большую популярность? Во-первых, они избавились от наследия Сишного, полностью. Никаких указателей, гораздно меньше способов отстрелить себе какую-нибудь часть тела и всё сломать. Во-вторых, они внедрили гораздо более свежие идеи в плане объектной модели - то есть C++ появился значительно раньше, чем Java и использовал более архаичную, «дикую» модель объектную. Ну а здесь (лектор указывает на Java) она была уже более продуманной тогда уже, и в теории люди думали, и на практике применяли и сделали всё намного круче.

И наконец, третье. У нас программки на Джаве собирались не в машинный код, а в код для виртуальной машины. То есть, у вас жила виртуальная машина (VM) JVM - Javовская. Ваши программки собирались в какое-то промежуточное представление и затем, с помощью это машины уже выполнялись. Что это дало? Во-первых, оно тормозило, во-вторых, оно жрало память со страшной силой, в третьих оно было переносимо куда угодно (теоретически) - хоть на кофеварку, хоть на кофемолку, хоть на компьютер, хоть на телефон мобильный. Это, с одной стороны хорошо, то есть вы написали просто реализацию виртуальной машины, потом свои джавовские программы запускаете везде. Но, с другой стороны, плохо, что на том же телефоне тогда было мало памяти, была низкая производительность и всё это ещё дополнительно начинало тупить и тормозить.

Но даже не это главное, для чего вообще язык придумывался. Язык Джава придумывался чтобы снизить требования к квалификации программистов. То есть более плохие программисты могут писать хорошие программы на Java, потому что она не позволяет писать плохие программы - там нет средств, чтобы писать программы плохо. Там можно писать только хорошо, программы. Хорошо, в понимании создателей языка.

То есть, если на Си, на C++, на Питоне, на чём угодно мы можем развести из своего проекта жуткую помойку какую-то, где у нас всё лежит вперемешку, собирается часами и там ещё чего-то. То в Java помойку развести тоже можно, но для этого уже надо приложить какие-то усилия. То есть, по умолчанию, там получается не “помойка”, получаются другие проблемы, что там что-то пронаследовали-пронаследовали - в общем на одну осмысленную строку получается десять не очень осмысленных. Зато, может такой, средней квалификации, программист писать довольно качественный код.
Мы почти пришли к концу. У нас, следующее, что появилось - это.Net (дотнет), ну и в частности нас интересует C# (почти то же самое [лектор указывает на Java], то есть там различия в деталях, если будете выбирать между ними - смотрите, где денег больше платят).

И ещё одна штука - JavaScript. Не имеет никакого отношения к языку Java, появился в том же году - слово было модное, они лицензировали торговую марку, чтобы использовать.

На что, главное, нужно обратить внимание? (Лектор рисует стрелки от C++ к Java, .Net, C#, JavaScript и PHP). Чтобы написать простенькую программку на одном из этих языков, да и на многих других - если вы знаете C++, вам в общем-то ничего больше знать не надо - вы берете и пишете на C++, а потом добавляете доллары в начале, ещё что-то делаете по мелочи и у вас она начинает работать на чём угодно (лектор показывает на языки, к которым были отведены стрелочки от C++). То есть они предельно похожи в каких-то простых вещах. Если вы решаете какие-то школьные задачи, учебные задачи, ещё что-то (не проектируете большой проект - у вас один файлик, который читает числа, выводит числа в консоли, ещё чего-то делает), то разницы почти никакой нет между этими языками. Понятно, что JavaScript и PHP они специализированные, у них всё немножко по другому. А вот здесь (лектор указывает на Java и C#) вообще предельно мало разницы.

С тех пор появляются всякие другие интересные вещи, но непонятно - будут они жить или успешно умрут. Чем сейчас, для каких задач пользуются?

Выбор языка в зависимости от задачи

Допустим, перед вами стоит задача написать драйвер для видеокарты. Каким языком вы будете пользоваться сегодня? (Выкрик из зала: Java!) А чего… Джава - отлично, но чего не на Руби или на PHP? (Лектор говорит с сарказмом.)

Низкоуровневое программирование

Если вы пишете чего-то низкоуровневое, то лучший выбор - это Си, но вообще-то я чего-то слышал (но не видел), что C++ применяют для этого. Но я слабо верю в это, потому что в Си можно четко контролировать - раз вы дали столько-то байт памяти, значит столько-то и будет. А в C++ (STL) как реализована строка? Ну, как-то реализована. И мы в итоге не знаем, как и что там происходит, может у нас память кончится на нашей видеокарте или ещё что-то произойдёт. Поэтому Си до сих пор живёт и не умирает, такие задачи системного программирования по прежнему есть - написать операционную систему, написать драйвера, написать ещё чего-нибудь - Си отлично подходит для этого. Кроме того, сейчас появляются всякие устройства, (интернет вещей обещают, что он вот-вот наступит) которые живут от батарейки (и, естественно, их будут миллионы, всё будет обвешано этим интернетом вещей), они должны быть очень дешёвыми и очень мало электричества потреблять. Соответственно, там будет 2 Кб памяти, процессор на 5 кГц, ну и понятное дело, что вкрутить какую-то виртуальную машину или скриптовый язык в ближайшее время не получится -- значит, придётся писать что-то на Си. Да и сейчас, например, вычисления на видеокарте (OpenCL или ещё какая-нибудь технология) - там не придумывают новый язык, чтобы писать для них программ - там делают Си с каким-то большими ограничениями. Просто потому что люди уже умеют, зачем учить чего-то новое? Формально это, наверное, тоже, в каком-то смысле Си.

Веб-программирование

Допустим, вы хотите написать новый Facebook (социальную сеть). На чем вы будете это писать? (Из зала говорят про HTML и CSS.) HTML, CSS - это дизайн, а мы хотим, чтобы там можно было фотографии добавлять, друзей, комментарии оставлять.

Для скриптовой части - то есть то, что будет происходит на стороне клиента, - это JavaScript. Причем иногда JavaScript генерируется на другом языке и высылается (так бывает, что скрипт генерируется…, потому что так проще иногда бывает обрабатывать какие-то изменения в логике).

На удивление, он написан на PHP - и Facebook, и многие другие большие проекты. Пришлось, конечно, написать свои какие-то вещи, чтобы это всё-таки работало нормально, а не так как «тяп-ляп» было сделано, но они справились. В принципе, более менее всё равно, на чём вы будете писать, но не советую Perl. Здесь и сейчас, понятное дело, с нуля уже для веба никто ничего не пишет. Все пишут какой-нибудь фреймворк или ещё чего-то. Интернет-магазин? Скачали фреймворк для интернет-магазина - ну и всё, написали интернет-магазин.

Программирование для бизнеса

Дальше вы хотите написать какое-нибудь скучное приложение для банка. Или, например, есть ли у вас кто-нибудь, кто продаёт симки? Возможно, вы когда-нибудь покупали телефон или ещё что-то и вам говорили: «Вот система висит, мы ничего не можем сделать». На чём вы будете писать такое приложение? (Выкрик из зала про Python) На Питоне такое нельзя писать, вы что?! Ничего для бизнеса не стоит писать на Питоне. Почему? Потому что когда вы пишете что-то на Питоне, у вас в процессе написания невозможно обнаружить значительно количество багов. Питон всячески динамически типизированный, и вообще там можно так спрятать баг, что он всплывёт в такой ситуации, что вы даже понять не сможете, что там сделали вот эти криворукие пользователи, что у вас всё сломалось. То есть на Питоне лучше писать для себя, маленькие скрипты - вы понимаете, что там происходит и что делается. Ну или что-нибудь, что не жалко выкинуть: вы хотите раньше конкурентов что-то выкатить, ну и что, что оно через раз будет ломаться. Вы написали на Питоне и всё - вы захватили рынок. А если вы пишите что-то надолго, например банковское приложение какое-то (чтобы оно кредиты одобряло, ещё что-нибудь) - вы пишете это на Java. Потому что там дело серьезное, бумажки, деньги, документы, ещё чего-то, а в ней так накосячить нельзя, что всё сломается, а то люди обидятся - у них деньги ушли и никуда не дошли, потому что у вас в какой-то момент строка превратилась в число или наоборот. Итак, значит, методично на Java берёте и пишете, пишете… Ну или на.Net, тоже такие ситуации, в принципе, бывают. Там, конечно, тоже можно нарваться на проблемы, но всё таки вероятность этого несколько ниже.

Программирование для армии, аэрокосмической отрасли

А теперь представьте, что вас решили отправить на Луну на ракете. На чём бы вы предпочли, чтобы был написать код, который управляет двигателями ракеты? Давайте посмотрим. Вот это, наверное (лектор показывает на Perl, Python, PHP, Ruby), не стоит - оно тормозит, ещё чего-то происходит, ну и вообще я бы не согласился лететь на такой ракете. На C++? Я бы тоже, честно говоря, не доверил, потому что на C++ слишком много способов убиться. Когда ты там где-то в космосе, это не очень хорошо.

Может быть на Java? Вроде там довольно надёжно всё и архитектура хороша, никаких диких типов, никаких выходов за пределы памяти лишних. Допустим, наступил самый ответственный момент, а наша Java решила собрать мусор за нас. Нам нужно приземляться, тормозить, а она такая: «Нет, garbage собирается». В общем, тоже не очень.

Честно говоря, я бы предпочел, чтобы на Паскале писали эту программу. Я, конечно, не очень люблю Паскаль, но как-то в таких вопросах, было бы очень здорово.

Использование сразу нескольких языков для разработки ПО

Ну и что нужно вообще сказать о современных языках. Сейчас многие проекты не живут каким-то одним языком, то есть у них часть какая-то живет на одном языке, часть - на другом, ещё какая-то часть - на третьем. Например, если у вас какое-то веб-приложение, которое обрабатывает дикие объемы информации, обращения к дискам (даже не к базам данных, они настолько огромны, что там даже база данных не тянет какая-то уже написанная) наверняка написаны на каком-то низкоуровневом Си, чтобы дико быстро писать на диск и всё такое. Естественно, писать весь проект на Си не стоит. Может быть, там какая-то промежуточная логика, написанная на Java, которая обращается к Сишным функциям для быстрых обращений. Ну а фронтенд (то на что смотрит пользователь), конечно, уже написан на чём-нибудь, на каких-то скриптах, на том, что непосредственно выполняется браузером (JavaScript). И всё это живет вместе и успешно взаимодействует.

В разработке каких-то приложений, даже больших, иногда люди что делают? Они берут и на Питоне пишут прототип (как оно всё будет работать), набрасывают, какую-то архитектуру продумывают. Писать на нём реально очень быстро - они накидали прототип, поэкспериментировали с ним и сказали: «Во! Вот так круто!» И полностью переписали. Казалось бы, они два раза сделали работу, от этого в два раза больше времени ушло (ну, в полтора). Но нет! Часто оказывается, что такой способ неплох, потому что, если вы напишете сразу на чем-то, например на Java, а потом решите: «Нет, давайте рефакторинг, меняем архитектуру полностью и всё такое,» - то потратите в 10 раз больше времени. Такие вещи тоже существуют и живут.

Условия успеха какого-либо языка программирования

Теперь поговорим о том, почему некоторые хорошие на вид языки не выжили, ну или живут в очень ограниченном пространстве. Когда Вирт увидел, что сделали с его Паскалем нехорошие фирмы Applе, Borland и всё такое, он придумал язык ещё лучше - Oberon. Он только был дико минималистичный - то есть, там было очень мало команд (Строки? Зачем нам строки? Мы сделаем массив символов!). Ну и чего-то не пошло у него, в той степени, как могло бы пойти.

Ещё одна штука. Американские военные попросили разработать им тоже крутой язык, на котором всё работает и всё можно написать. В результате получился довольно монструозный язык Ada, на котором, правда, до сих пор что-то пишут, но опять же - для военных только.

В чём проблема? Почему некоторые языки вроде Python, который никакая компания его не поддерживала вначале, захватили рынок. PHP, который ещё и плохо спроектирован, тоже сам по себе взял и захватил рынок (большую часть). А всякие миллиарды долларов вложены (лектор показывает на Ada) и никуда не пошли, ничего не произошло. С чем это связано? Это связано с тем, что нет инфраструктуры вокруг этих языков. То есть язык может быть отличный, но пока нет документации, пока нет сообщества, которое умеет отвечать на вопросы (на Stack Overflow) и, наконец, самое главное, пока нет большого количества библиотек, язык не выстреливает. То есть, вы, например, захотели на Обероне написать сайт. А что такого, почему бы и нет? И начинается морока… Веб-сервер вы не можете поднять свой на Обероне, чтобы потестировать легонько, какие-нибудь библиотеки вы подключить не можете, потому что их на Обероне нет. И всё это через какие-то костыли делается, силы уходят, и в общем вы плюете и пишете на чистом Си свой сайт вместо Оберона. А живут хорошо те языки, которые умеют пользоваться библиотеками от других языков. Тот же Питон в тех местах, где он тормозит. Ну и вообще всякие стандартные вещи типа сортировки и ещё чего-то написаны на Си, и он (Python) умеет с ними взаимодействовать.

У Java тоже есть Java Native Interface. Это по сути Си, то есть там (по-моему, всё время хотят запретить, но кажется ещё не запретили) эти языки могут взаимодействовать с уже существующими библиотеками (в основном Сишными). И за счёт этого берут и работают. Понятна идея, которую я пытаюсь до вас донести, да? Не пишите на тех языках, которые не умеют подключать Сишную библиотеку. Ну, если вы хотите пользоваться чем-то классным. Ну, и постепенно они (языки) обрастают своей какой-то инфраструктурой. И живут как-то хорошо.

Язык программирования и профориентация

Теперь поговорим о том, как понять, чего вы хотите в жизни. Что бывает из прикольных вещей? Вы можете заниматься каким-нибудь системным программированием, да? У вас там классно считать эти байтики, вы хотите запускать квадрокоптеры, камеры какие-то, ещё чего-то делать. Тогда, наверное, Си - ваш выбор.

Если вы хотите писать, может быть, не самые интересные в жизни приложения, но вам круто их проектировать, думать об этом всём и зарабатывать кучу денег, за то, что вы сидите и скучаете большую часть времени (за это надо платить, если вы качественно скучаете), вот они - Java, .Net. Вы идёте работать в какой-нибудь банк, пишете, ходите к девяти на работу в белой рубашечке, получаете хорошую зарплату и пишете согласно рекомендациям лучших Java-водов, .Net-овцев и всё такое…

Если вы хотите писать какие-нибудь приложения, браузер какой-нибудь, игрушки какие-нибудь, ещё что-то, то C++ отлично подходит. Если вы хотите писать сайтики, то вот они, языки на ваш выбор (лектор показывает на Perl, Python, PHP, Ruby), большой разницы нет. Единственное - PHP умрёт раньше, чем Python, поэтому если вы ленитесь учиться новому, то учитесь Питону. Большой разницы не заметите, но подольше протянете.

Что происходит с Ruby, тоже непонятно. Ну, можете и PHP, если уже выучили, благо они такие простые, что там переучиваться не так долго.

И, наконец, есть ещё одна область применения языков программирования - это когда не программист ими пользуется. Допустим, вы математик, физик, химик, аналитик, кто угодно, и вам нужно быстро что-то посчитать, какие-нибудь данные проанализировать (биологам, например, сколько песцов живёт на Командорских островах). Вы можете в табличку в Excel’е вбить всё это или проанализировать чем-нибудь. Тоже Питон хорошо подходить для этого, с текстом умеет работать и библиотек полно всяких, статистических и всего такого. Если хотите делать какой-нибудь Machine Learning, какие-нибудь данные обрабатывать, прогнозировать, то тоже на Питоне это сейчас делается быстрее всего. Правда, надо заметить, что задачи бывают очень разные. Например, если вы хотите торговать на бирже моментально в условиях, когда котировки меняются всё время, то какой бы вы классный Machine Learning не написали на Питоне, люди, у которых это написано на чём-то более быстром, успеют всё скупить раньше, пока у вас всё досчитается, даже если у них алгоритмы хуже. Поэтому даже эти задачи машинного обучения (некоторые из них) требуют высокой производительности (причём экстремально высокой), и соответственно других языков.

Единственный способ понять, чего вам хочется - это всё попробовать. Сейчас я скажу как одно из видений того, как можно всё попробовать. Как стать программистом, причём счастливым? Итак. С чистого листа начинаем. Вот вы учитесь в школе своей математике, русскому языку и другим обязательным и необязательным предметам, и ваши знания в области программирования отражены на доске (лектор показывает на пустую доску) на данный момент. И вы хотите стать счастливым человеком, заниматься любимым делом, зарабатывать много денег и ни в чём себе не отказывать и радоваться.

Один из способов этого добиться. Есть, конечно, всякие вдохновляющие истории о людях, которые вообще не поступали в университеты, или бросили их и стали миллиардерами, владельцами компаний и так далее. Но надо отметить, что большинство людей, которые может быть и не стали миллиардерами, но тоже неплохо живут, всё-таки университет в какой-то момент закончили.

Какая у нас ситуация с поступлением в университет (сейчас вы в школе учитесь)? Пока вы учитесь в школе, нужно понять что следующий шаг - поступить и позаботиться об этом. Сдать ЕГЭ или победить в олимпиаде. На ЕГЭ можно пользоваться Паскалем, C++ (включая чистый Си), Питоном (не буду их дальше упоминать). На олимпиаде - тот же Паскаль, тот же C++, тот же Питон (мы поговорим сейчас о его проблемах) и, чаще всего, есть Java. Там ещё всякое бывает в зависимости от олимпиады, но не суть.

Как выглядит график распределения языков на Всероссийской олимпиаде по информатике? Люди, которые участвуют во всероссийской, самой крутой олимпиаде, на чём они пишут? Выглядит он вот так (здесь значит Паскаль, а здесь примерно 2000 год, а здесь примерно ноль, здесь C++, а здесь 2015 год).

В 2000 году на C++ почти никто не писал. Прошло 15 лет, и на Паскале почти никто не пишет, несмотря на то, что Паскаль современный. Это язык, который умеет почти всё то же самое. Просто чего-то всем стало лень этому учиться, всяким новым веянием, и всё продолжают писать на Borland Pascal’е, который конечно ничего не умеет. На C++ люди пишут какие-нибудь алгоритмы (STL) посортировать - отлично, написали sort() и всё. На Паскале, на обычном, на старом - это проблема. Написали какой-нибудь set (понадобился) - отлично, на C++ написали, на Паскале опять мучение сплошное. На новых Паскалях, понятное дело, можно это делать, но они денег стоят вообще-то. Возможно, вы не замечали этого, но это так.

Есть Java ещё, но в Java очень много букв. Она для больших проектов, а для маленьких одноразовых программок она получается совсем плохая, потому что много лишних букв. Но тоже какие-то люди пишут, можно научиться писать на ней. Но на ЕГЭ её нет и ЕГЭ всё равно сдавать придётся в большинстве своём.

Что лучше всего для ЕГЭ? Для ЕГЭ лучше всего (если вы ничего не знаете и в школе вас ничему не учат) выучить Питон. Некоторые задачи экзамена отлично решаются на нём. На олимпиаде, в общем-то, получается что (используется) C++, потому что Питон очень медленный, там не всё решается на нём.

Таким образом, вы изучили некоторое небольшое подмножество языка и какие-то алгоритмы (возможно) и много задачек порешали для того, чтобы получить диплом своей олимпиады и поступить в университет, чтобы получать высшее образование.

Я сейчас расскажу о том, как мы в Вышке выстраиваем курс, в каком порядке языки идут, как изучаются на прикладной математике и информатике факультета прикладных наук, которые мы с Яндексом делаем. В первом семестре - Питон (не в полном объёме, примерно как вы в школе должны учить) и С++ (уже шире, значительно шире, чем его обычно учат в школах). Давайте сразу скажу, чтобы вы не пугались, если вы вдруг захотите поступать, скажете: «Чего, я уже всё это знаю, зачем я пойду куда-то учиться? Лучше я пойду в другое место». Для тех, кто уже умеет программировать хорошо, там есть возможность сразу перейти к изучению алгоритмов, причем в довольно теоретической подготовке. Мы сейчас на них не смотрим, это (показывает на доску) для тех кто программирует средне или вообще никак.

В первом семестре изучаются основы Питона, просто чтобы люди научились программировать и чтобы никому особо не было обидно. Питону мало где учат в школах, в основном люди приходит со знанием Паскаля или C++. В основном даже Паскаля, если это массовая школа. Ну и чтобы никому не было обидно, все учат новый язык (как бы в равных условиях находятся). И C++ просто потому, что от C++ потом можно перейти куда угодно.

Затем идёт курс «Алгоритмы» и отдельный курсовой проект. Классические алгоритмы с реализацией. Не то, что в теории мы чего-то взяли, посчитали сложность. На лекции мы взяли, посчитали сложность, на семинаре - взяли, реализовали алгоритм. Проект - это студенты делают нечто законченное. Например, один из проектов был: посчитать… Допустим у вас много квартир в Москве и вы понимаете: «О, чего-то у меня много лишних, я сдам какую-нибудь. И выставили какую-то цену, и никто чего-то не хочет у вас квартиру снимать - наверное, слишком дорого. Или выставили какую-то цену, у вас тут же сняли и вы думаете: «Ой, наверное, я дёшево сдал» - и тоже расстраиваетесь. То есть надо было посчитать, сколько стоит аренда квартиры? Вы вбиваете данные - оно вам строит оценку. Такой сайтик, который состоял из нескольких вещей: взять предложения, попарсить, применить какой-то алгоритм обучения машинного (наверное) простенький и сделать красивую веб-морду, в которой можно что-то выбрать, что-то вбить, какие-нибудь метры, какие-нибудь количества комнат, количество саун, количество джакузи в вашей квартире и примерно оценить стоимость. То есть какая-то законченная, не очень сложная вещь. Здесь значит (лектор показывает на курс по алгоритмам) такой ядрёный C++, с консольным вводом-выводом. Ну, а здесь (лектор показывает на надпись «проект») нечто под руководством ментора, возможно с базами данных, возможно с парсингом текстов и с чем-то ещё.
Затем, идёт третий семестр - это курс, который называется “Компьютерные системы”. Там совсем немножко ассемблера для понимания (очень мало) и затем, нечто похожее на чистый Си и взаимодействие с операционными системами, системное программирование по сути. И проект на семинар - тоже нечто на тему всяких сетевых взаимодействий, достаточно низкоуровневых: разработать какую-нибудь утилиту, например rsync (синхронизация, возможно вы знаете. На чистом Си, более менее, написать аналог rsync’а, который по сети будет у вас синхронизировать папочки со всеми доступами к файлам и так далее).

И наконец, четвёртый. Я даже не знаю, как это назвать, это такой винегрет технологий, необходимых для реальной разработки, например для веб-разработки. То есть это практическое применение баз данных, опять же нечто похожее на то, что делалось в проекте (лектор показывает на проект 2 курса) но уже более углубленное. То есть такие более-менее конкретные вещи уже, практическое программирование. Параллельно с этим идёт всякая теория, ну и тут наукой занимаются ещё.

И после двух курсов люди расходятся заниматься, чем им интересно, потому что эта штука охватывает достаточно широко такие основы программирования и люди к этому моменту уже понимают, что они не хотят заниматься компьютерными системами ни в коем случае (системное программирование им, например, не понравилось), а хотят заниматься какими-нибудь теоретическими алгоритмами, сложности считать, придумывать новые какие-то штуки, распределённые или ещё что-то. Или наоборот думают, что тут у них не очень (лектор указывает на строчку первого курса с Питоном и C++ ) пошло, потом (лектор указывает на строку третьего курса, с системным программированием ) - как не нравится, считать байтики и выставлять всякие ограничения на чтение-запись, делать потоки, треды и ещё что-нибудь. И в соответствии с этим люди выбирают какое-то направление и учатся. То есть, в принципе, чтобы у вас не развился «синдром утёнка» - вы первым увидели свой Паскаль и теперь говорите «Паскаль - сила»; или более продвинутое - вы увидели C++ и начали про всех говорить, что C++ сила, а всё остальное там не очень.

Вот надо посмотреть на это (лектор показывает на список курсов на доске) шире - это один из способов, который был выбран, в частности в Вышке (недавно появился, так что он достаточно современный). Есть и другие способы познакомиться. В других хороших университетах немножко в другом порядке и другие акценты расставлены. Но тоже стараются людей со всем познакомить, что имеют.

Как программисту искать работу

Вы это (лектор показывает на список курсов ) сделали всё, научились в университете, ещё чем-то два года позанимались более продуктивно и вам нужно идти работать. Как выбрать себе что-нибудь для работы? Во-первых, вы со всем познакомились, углубились куда-то и знаете уже, что вы любите. Надо выбирать то, что вы любите, естественно. Потому что если вы любите, будете вкладывать силы, у вас будет мотивация и вообще всё будет хорошо. Потому что там дело не только в деньгах, дело в том, чтобы вам было интересно и приятно. Ну, и вы хотите попасть в крутую компанию, устроиться на работу. Какого человека вот лично я хотел бы видеть? Ко мне приходит, допустим, сто студентов - я должен взять двоих на работу или одного. Чего они приходят, я вообще не понимаю, кто они, что они, как они? В лучшем случае они мне покажут диплом, который получили в университете, и я скажу: «Во! Это крутой диплом, а это не такой крутой!» И могу ошибиться, кстати. Может, у человека было много свободного времени, и он научился гораздо лучше.

Что было бы здорово? Во-первых, какой-нибудь опенсорс-проект, который вы от начала и до конца написали. Желательно, если я делаю какую-нибудь инфраструктуру, чтобы данные быстро считались, ещё что-то, то, конечно, мне было бы интересно, чтобы мне написали чего-нибудь опенсорсное. Не сайтик какой-то сделали, а чего-нибудь по теме. Почему мне это интересно? Могу посмотреть на ваш код, я могу посмотреть как часто вы коммитили, могу посмотреть как вы реагировали на баги от пользователей, баги от разработчиков, которые это используют - всё записано, я всё смотрю и думаю: «Во, тут баг два года уже не закрывали, тут вы невежливо ответили пользователю, тут ещё чего-то - не беру». То есть это ваш личный проект.

Дальше, что ещё было бы классно? Я хотел бы посмотреть, как вы сделали командную работу. То есть вы приходите ко мне на собеседование и говорите: «Мы с ребятами из универа запилили какое-то приложение хорошее. Я вот там делал базу данных, они там делали какое-то мобильное приложение, и ещё у нас там парниша работал, девочка-дизайнер, мальчик на техподдержке. Нас было пять человек, и мы сделали классный проект». Ну я смотрю, что действительно ваш проект, говорю: «Что ваше?» Смотрю ещё раз код и понимаю, что вы умеете работать в команде с людьми.

Программист - это не тот кто сидит один (инди такой) в гараже, где-то с выключенным светом, ни с кем не разговаривает, обрастает бородой и пишет. Всё равно какое-то взаимодействие с людьми есть. С начальником, например, который на вас возможно ругается иногда (начальники, они бывают такими, не всегда добрыми). И я вижу, что вы умеете работать с людьми и меня это радует, если у вас хорошая команда какая-то. Даже если не хорошая, это лучше чем её отсутствие.

Чего ещё лично мне бы понравилось? Если бы вы проявили себя в больших проектах. Например, закоммитили что-то в ядро Линукса, если вы системным программированием занимаетесь, поправили какой-то баг. То есть показали, что вы умеете читать чужой код и умеете какие-то изменения в него вносить. Я смотрю: «О, действительно, вы разобрались в чём-то сложном и какие-то баги поправили!» И я начинаю от этого очень радоваться. Потому что у меня есть … ну не знаю… вот мой программист уволился, потому что конкуренты предложили ему больше зарплату, и мне нужно срочно кого-то затыкать его место - вами. Я такой смотрю, что вы только с нуля писали, а чужой код не умеете читать и править, и расстраиваюсь.

Ну и наконец, в зависимости от конкретной должности бывают разные другие вещи. Если вы устраиваетесь аналитиком, я бы хотел, чтобы вы на Kaggle порешали задачи на анализ данных. Если вы устраиваетесь на какие-то алгоритмические вещи, я бы хотел чтобы вы в спортивном программировании какие-то алгоритмы поделали. И наконец, если вы задумывались о профессии, читали как интервью проходят, - встречали, что там некоторые люди выражают большое недовольство: «Я пришёл, а у меня спрашивают, какое у меня хобби. Я сижу как сыч и не отвечаю, потому что у меня нет хобби,» - и думают, что HR’ы делают такое. На самом деле, они пытаются понять, насколько вы доброжелательны и адекватны. Если вы недоброжелательны и неадекватны, то каким бы вы ни были там гением и трудоголиком, крутым специалистом с большими знаниями, коллективу будет с вами сложно работать, а в одиночку вы проект не вытяните. Кроме того, даже если вытяните, то представляете, какая для компании нагрузка. А что вы завтра придёте и скажете: «Увеличьте мне зарплату в 10 раз, а то я от вас уйду». Понятное дело, компании не хотят попадать в такую ситуацию. Поэтому воспитание в себе адекватности и доброжелательности настолько же важно (как минимум) как развитие каких-то профессиональных навыков.

Подводя итог, что можно сказать? Какие языки хорошие, а какие плохие? Ну внутри какой-то группы языков, например между Ruby, Python и PHP, что выбрать? Конечно, правильный ответ Питон, но на самом деле разница между ними в количестве багов допускаемых, в количестве ещё чего-то - 5%, ну, может 10%. То есть, если у вас уже готовый проект на PHP написан, то никто в здравом уме не будет говорить: «Давайте перепишем всё на Python». Скажут: «Давайте наймём ещё PHP-разработчиков и будем дальше писать на PHP». Отлично, это неплохой выбор. Понятное дело, если вы вдруг затеете писать какой-то проект, то возможно разумно сейчас выбрать Питон. Хотя, это тоже зависит. Может, у вас на рынке куча дешёвых PHP-разработчиков, а питоновские дорогие, и вы думаете: «Да, технология более прикольная, но я сэкономлю деньги на уже готовых разработчиках». И всё, отлично, вы уже приходите и работаете там.
Как выбрать между Java и C++? Да то же самое примерно происходит. Я думаю, что к тому моменту, когда вы будете решать, на каком языке вам начинать новый большой проект, вы наберёте знаний именно в вашей профессиональной области и сможете сделать правильный выбор. Сейчас вам пока что не нужно делать такой выбор, и поэтому я вам советую делать то, что нравится.

Основы, как я уже говорил, самые-самые основы программирования (что такое функция, что такое if’ики, for’ики, массивчики, ещё что-то) можно выучить более-менее на любом языке. Например на C++, поскольку на него много чего похоже, и специфики в нём (на таком уровне) меньше всего, и буковок лишних писать меньше всего. Ну а потом, когда будете какие-то сложные архитектурные вещи учить, научитесь и переживать сильно не надо по этому поводу. То есть, главное --пробуйте, ищите то, что нравится и, когда вы поймёте, что сейчас уже 4 часа утра, а вы for fun сидите и пишете, потому что вам нравится - наверное, в этот момент понятно, что вы нашли своё.

Для решения вычислительных задач сейчас все активнее используются графические процессоры, но до сих пор открыт вопрос: как писать эффективные программы под соответствующие конфигурации?

15.06.2011 Андрей Адинец

Для решения вычислительных задач сейчас все активнее используются графические процессоры, но до сих пор открыт вопрос: как писать эффективные программы под соответствующие конфигурации? Стандартное решение - связка CUDA или OpenCL - позволяет сравнительно быстро реализовать алгоритм, однако создать оптимизированную под конкретную конфигурацию версию с их помощью сложно. Требуются инструменты для программирования графических процессоров более высокого уровня, которые могут быть созданы, например, при помощи расширяемых языков.

Еще три года назад графические процессорные устройства (Graphical Processing Unit, GPU) рассматривались лишь как видеокарты для ПК, то сейчас отношение к ним изменилось - появились специальные серверные модели GPU, ориентированные на решение вычислительных задач, увеличилась производительность на вычислениях с двойной точностью, возникли системы рекордной производительности, занимающие высшие строки в Top500 . А как писать эффективные программы под такие машины? Стандартный ответ - связка CUDA или OpenCL для программирования GPU и MPI на уровне кластера. Эти инструменты доступны, активно поддерживаются производителями оборудования, под них уже написано много программ, однако есть и недостатки.

CUDA и OpenCL - расширения языка Си, они не сложны для изучения, хотя и являются достаточно низкуровневыми инструментами. С их помощью можно сравнительно быстро реализовать алгоритм для GPU, однако создать оптимизированную под конкретное приложение и конфигурацию версию оказывается значительно сложнее. Все оптимизации потребуется выполнять вручную, что приведет к увеличению размера кода и ухудшению его читаемости. И хотя программы, созданные при помощи OpenCL, будут переносимыми между широким спектром архитектур, производительность при таком переносе не сохранится. Требуются инструменты для программирования GPU более высокого уровня.

Создавать такие инструменты можно разными путями: вводить новый язык программирования; добавлять директивы в уже существующий язык, как делается в модели PGI Accelerator или CAPS HMPP; воспользоваться расширяемыми языками. Расширяемые языки - языки программирования, синтаксис и семантика которых не фиксированы, а могут быть изменены в зависимости от потребностей программиста. По сравнению с традиционными, расширяемые языки обладают рядом преимуществ: в них проще добавлять новые возможности; они открыты; изучение новых моделей программирования на основе таких языков проще, поскольку требуется изучить лишь сравнительно небольшие по объему расширения; с помощью таких языков легче выполнять тонкую настройку и оптимизацию программ.

Расширяемые языки

Для того чтобы язык был расширяемым, необходимо чтобы в нем присутствовали:

• механизм расширения без изменения компилятора, одинаково поддерживаемый всеми компиляторами, что означает, в частности, наличие стандартного интерфейса взаимодействия с компиляторами;
• конструкции для расширения и манипуляции с деревом кода, такие как макросы или квазицитирование, для расширения языка;
• мощные средства написания расширений, например сам расширяемый язык, так и другой язык, мощность которого предполагает, что код расширения может делать то же самое, что и любая программа на этом языке.

Оказывается, что языков, удовлетворяющих этим требованиям, сравнительно немного: Lisp, Nemerle , Seed7, xoc и Stratego. При этом xoc, который предназначен для расширения языка Си, использует отдельный язык Zeta для написания расширений, а Stratego - это язык предметной области для создания преобразователей исходного кода. Nemerle - расширяемый язык, использующий среду. Net.

Все расширяемые языки поддерживают механизмы для работы с деревом программ, и прежде всего это конструкция квазицитирования - спецификации объекта, представляющего дерево программы, при помощи самого исходного кода.

В языке Nemerle для этого используется конструкция, например создает дерево, состоящее из объявления переменной i с начальным значением 0. Квазицитирование похоже на создание строковых объектов при строковых константах. На рис. 1 приведен пример квазицитирования. Конструкция интерполяции позволяет подставлять значения переменных в фиксированный шаблон внутри квазицитирования. В Nemerle для этого используются конструкции $(...), если требуется подставить список, например. Также в расширяемых языках присутствуют конструкции разбора дерева программы. В языке Nemerle для этого используется оператор match(...) { ... }, аналог switch из языка Си, в качестве веток которого используются конструкции квазицитирования. При этом интерполяция трактуется как объявление новых переменных, которые в случае успешного сопоставления получают значения соответствующих поддеревьев. Например, для оператора сопоставления match(e) {| => ... }, если e содержит дерево, в переменную a попадет, а в переменную b .

Средства для работы с деревом программы используются в конструкциях расширения языка. В языке Nemerle таковыми являются макросы - специальные функции, выполняемые на этапе компиляции и возвращающие фрагмент дерева программы, который подставляется на место их вызова. При этом макрос принимает фрагменты программы в качестве параметров, и может их преобразовывать. В принципе, вызывать макрос можно точно так же, как и обычную функцию; но более интересной возможностью является привязка вызова макроса к специальному синтаксису. Это позволяет вводить в язык Nemerle новые синтаксические конструкции и таким образом расширять язык.

На рис. 2 приведен пример макроса с синтаксическим расширением, позволяющий объявить многомерный цикл с переменными и количеством итераций по каждому измерению, а на рис. 3 дан пример преобразования программы, которое осуществляет этот макрос. Заметим, что макрос, осуществляющий такое расширение, занимает менее 30 строк исходного кода и при этом включает несколько проверок на ошибки. При традиционном подходе реализация такого расширения потребовала бы значительно большего количества кода и, кроме того, потребовала бы изучения внутреннего устройства компилятора.

Исторически первым появился механизм макросов в Лиспе, программа в котором представляется как обычный список и не требует специальных конструкций для работы с деревом программы, поэтому именно в этом языке расширяемое программирование получило наибольшее распространение. Макросы в Nemerle аналогичны таковым в Лиспе. В системе xoc механизм расширений реализован через расширения грамматики и атрибуты дерева разбора. Любое расширение обязательно задает два атрибута: тип синтаксической конструкции и выражение на базовом языке, в которое она преобразуется.

Для расширяемых языков характерна реализация через макросы многих стандартных конструкций. В языке Nemerle все циклы и условные операторы, кроме match, реализованы через макросы, а в Лиспе макросами являются стандартные конструкции циклов и объявления функций.

Как использовать языки?

Для расширяемого языка программирования можно написать конструкции, позволяющие наиболее удобным способом программировать графические процессоры, что и было сделано в рамках проекта NUDA (Nemerle Unified Device Architecture), целью которого является создание расширений языка Nemerle для программирования GPU. В качестве интерфейса взаимодействия с GPU и целевого языка для представления программы используется OpenCL.

Для начала надо реализовать исполнение на GPU подмножества кода на языке Nemerle. При этом должны поддерживаться привычные операторы языка, такие как циклы и ветвления, а также работа с простыми типами данных, структурами и массивами. Код для GPU выносится в отдельные функции, или в ядра NUDA. Каждое ядро отмечается макросом nukernel, который по коду ядра генерирует код на OpenCL и метод-заглушку для вызова ядра на стороне хоста. Перед генерацией кода производится раскрытие всех макросов, за исключением макросов циклов и ветвления. Если внутри ядра требуется вызвать функцию, эта функция должна быть помечена макросом nucode, который сгенерирует для этой функции код на языке OpenCL. Вызов ядра осуществляется при помощи макроса nucall; помимо параметров ядра, ему передается еще и конфигурация решетки потоков, с которой оно запускается.

Чаще всего в качестве ядра для GPU используется тело цикла, поэтому хотелось бы сразу переносить цикл на GPU. В Nemerle это можно реализовать - соответствующий макрос в NUDA называется nuwork. В качестве обязательных параметров он принимает размер блока потоков и на основании текущего контекста и анализа кода тела цикла определяет набор переменных, которые необходимо передать ядру в качестве параметров. Тело ядра формируется из тела цикла, вычисления индексов цикла через глобальный номер потока, а также условия, позволяющего корректно исполнять цикл даже в том случае, когда глобальный размер сетки не делится на размер группы потоков. На место цикла подставляется вызов макроса nucall, осуществляющий вызов сгенерированного ядра.

В принципе можно разрешить использовать в GPU-программах обычные массивы языка Nemerle, но это приводит к высоким накладным расходам - массив требуется копировать в память GPU при каждом вызове ядра, а затем копировать обратно. Поэтому в программах для GPU используются специальные типы-массивы с ленивой синхронизацией между GPU и CPU. Это позволяет, с одной стороны, не загромождать текст программы командами копирования данных, а с другой - избежать накладных расходов на копирование данных. Для таких массивов, как и для обычных массивов в Nemerle, используется управление памятью при помощи сборки мусора. Для выделения памяти под такие массивы существует макрос nunew, который надо применить к обычному оператору выделения памяти.

На рис. 4 слева приведена обычная программа сложения массивов, а справа - аналогичная программа, но выполняющая вычисления на GPU. Получить GPU-программы из обычной достаточно просто - требуется лишь применить макросы к циклам и операциям выделения памяти, при этом объем кода практически не меняется. Программа, написанная с использованием NUDA, занимает менее 20 строк кода. Аналогичная программа, но на чистом языке Си и OpenCL занимает более 100 строк.

Помимо макросов, облегчающих работу с GPU, система расширений NUDA включает также аннотации для преобразования циклов. Аннотации, по сути, являются специальными макросами. Например, аннотация inline применяется к циклу с фиксированным числом итераций и выполняет его полную развертку. Аннотация dmine выполняет глубокую развертку цикла. “Глубокая развертка” означает, что создание нескольких копий тела цикла и перемешивание выполняются не только для самого преобразуемого цикла, но и для вложенных циклов, если они независимы.

Эффект

Для чего программисту нужно учить новый язык и осваивать новые библиотеки расширяемых языков? Основной ответ - продуктивность. Имея алгоритм из параллельных циклов, работающих с массивами и записанный на языке Nemerle, достаточно добавить несколько аннотаций, чтобы получить программу для GPU. При этом программа будет исполняться на любом устройстве с поддержкой OpenCL, включая графические процессоры nVidia и AMD, а также процессоры x86. Чтобы добиться того же с помощью только технологий OpenCL или CUDA, потребуется затратить значительно больше ресурсов, которые уйдут не только на написание исходного кода, но и на отладку взаимодействия между хостом и GPU.

Другая причина - производительность созданного кода. На CUDA или OpenCL преобразования циклов потребуется выполнять вручную, причем отдельно для каждой архитектуры. Это долгий и чреватый ошибками процесс, а полученный в результате код трудночитаем и неудобен для сопровождения. С NUDA эту работу можно делать при помощи аннотаций. Например для нескольких ядер можно оптимизироватьации операции свертки изображений или умножения матриц при помощи аннотаций inline и dmine. Без увеличения размера исходного кода удается добиться повышения производительности в два–пять раз. При этом, если бы те же самые преобразования выполнялись вручную, это привело бы к увеличению кода в разы, а иногда и на порядок, не говоря уже о затратах времени на отладку и подбор оптимальных параметров развертки. Например, универсальная аннотированная программа из семи строк в NUDA умножения транспонированной матрицы на матрицу с двойной точностью выполняется на nVidia Tesla C2050 лишь на 40% медленнее самой быстрой в настоящий момент реализации (CUBLAS 3.2). Аналогичная программа, написанная вручную, заняла бы 70 строк кода. Естественно, для стандартных задач можно один раз вручную написать код, чтобы повысить производительность, но для специфических задач снижение трудозатрат и повышение продуктивности будет очень кстати. Наконец, повышение продуктивности относится и к созданию самих расширений: создавать их при помощи расширяемых языков проще, чем с помощью традиционных инструментов. Вся система NUDA, несмотря на свою функциональность, занимает всего лишь 12 тыс. строк кода, не считая тестов. Это сравнительно немного, например, компилятор языка Nemerle (сборка 9025) занимает около 130 тыс. строк.

Расширяемый язык - это мощный инструмент, и его использование в параллельных вычислениях находится пока в самом начальном состоянии. В области разработки параллельных языков программирования имеется очень много интересных задач, и любую из них можно решить при помощи сочетания расширений и библиотек. Можно добавить в язык асинхронные блоки кода и параллельные циклы, можно создать удобные конструкции для программирования кластерных систем, такие как распределенные массивы. Наконец, можно при помощи расширений построить полноценный язык параллельного программирования, такой как Chapel или X10.

Андрей Адинец ([email protected]) - м.н.с. НИВЦ МГУ (Москва).

Написание большинства современных компьютерных программ осуществляется при задействовании языков высокого уровня. Примечательно, что многие из них были разработаны еще в 60 и 70-х годах, но актуальны до сих пор. Какие еще факты о высокоуровневых языках мы можем отметить? Каковы наиболее распространенные разновидности соответствующих решений?

Сущность высокоуровневых языков написания программ

Язык программирования высокого уровня — инструмент, относящийся к категории машинно-независимых. Что это означает? Дело в том, что языки программирования делятся на несколько категорий.

Есть машинный код: набор алгоритмов, что предназначены для управления пользователем непосредственно аппаратными элементами компьютера. Их сущность будет полностью машинно-зависимой: для конкретных типов ПК подойдут только определенные алгоритмы.

Есть языки ассемблера. По сути дела, они являются надстройкой над теми, что предназначены для низкоуровневого управления аппаратными компонентами ПК посредством машинного кода. Но по многим признакам языки ассемблера также принято относить к машинно-зависимым. Как правило, они адаптированы к конкретной разновидности аппаратного компонента ПК. Их основная задача — упростить пользователю управление компьютером посредством соответствующих низкоуровневых коммуникаций.

В свою очередь, язык программирования высокого уровня позволяет осуществлять пользователю взаимодействие с ПК вне зависимости от того, какое конкретно оборудование установлено на компьютере. Поэтому его следует относить к машинно-независимым. При написании операционных систем чаще всего задействуется язык программирования высокого уровня. Но есть ОС, что написаны на ассемблере. Языки программирования низкого и высокого уровня могут использоваться одновременно. Человек, отдавая ПК высокоуровневые команды, должен, так или иначе, доносить их до конкретных аппаратных компонентов, и эта функция может быть реализована при использовании языков ассемблера одновременно с высокоуровневыми, что задействованы в структуре операционной системы.

Трансляторы

Важнейшие элементы, что входят в языки программирования высокого уровня, — трансляторы. Их функция может быть разной. В числе ключевых областей применения трансляторов — «перевод» команд, формируемых на языке программирования высокого уровня, в машинный код, понятный конкретному аппаратному компоненту ПК, например, процессору. Трансляторы, выполняющие данную функцию, именуются также компиляторами. Есть другая разновидность соответствующих компонентов — интерпретаторы. Они предназначены, в свою очередь, для «перевода» высокоуровневых команд в те, что понятны операционной системе или какой-либо программе.

Классификация высокоуровневых языков

Высокоуровневые языки программирования могут быть классифицированы по разным основаниям. Распространена схема, по которой они делятся на следующие основные разновидности:

Процедурно-ориентированные (задействуются в качестве инструмента при обработке информации на любом этапе вычислений);

Проблемно-ориентированные (используются как средство решения отраслевых и прикладных задач, формируемых при расширении областей применения ПК);

Объектно-ориентированные (могут быть частными случаями языков первых двух типов, однако, адаптируются к пользованию широким кругом разработчиков с разным уровнем подготовки, например, в виде решения с визуальным интерфейсом).

Рассмотрим теперь некоторые исторические и современные языки программирования высокого уровня, соответствующие данной классификации.

Процедурно-ориентированные языки

К таковым можно отнести Фортран. Он считается первым языком программирования высокого уровня, созданным для широкого применения. Характеризуется простой структурой. К процедурно-ориентированным языкам также относится Бейсик. Считается одним из самых часто используемых при обучении программированию. Пример другого процедурно-ориентированного языка — СИ. Изначально он создавался для ОС UNIX. На его основе впоследствии был создан язык C++, дополненный инструментами объектно-ориентированного программирования. Еще один язык, относящийся к рассматриваемой категории — Паскаль. Часто также задействуется при обучении программированию. Возможности данного языка позволяют его использовать как очень мощный инструмент разработки профессиональных видов ПО.

Проблемно-ориентированные языки

К таковым можно отнести Лисп, Пролог. Первый язык был разработан в 1962 году — спустя несколько лет после создания Фортрана. Рассматривается, таким образом, как второй в истории. Активно задействовался в качестве инструмента работы программистов со строками символов. На практике Лисп использовался в системах, классифицируемых как экспертные, а также те, что предназначались для аналитических вычислений. Пролог нашел широкое применение в области логического программирования. На практике чаще всего задействуется в управлении алгоритмами искусственного интеллекта в соответствующих системах.

Объектно-ориентированные языки

Изучим теперь примеры языков программирования высокого уровня, которые относятся к категории объектно-ориентированных. В числе таковых — Visual Basic, Delphi, Visual Fortran, отмеченный выше C++, а также Prolog ++. Фактически все они в своей основе содержат процедурно-ориентированные языки. Однако предполагается существенное их дополнение визуальными элементами управления с целью последующего освоения необходимых алгоритмов разработчиками, привыкшими к другим инструментам. Так, первый язык программирования высокого уровня — Фортран — может быть в оперативные сроки изучен IT-специалистами посредством возможностей Visual Fortran. Аналогичным методом можно быстро освоить Бейсик или Пролог.

Осуществляется, в свою очередь, при использовании Delphi программирование на языке высокого уровня Object Pascal. Существует большое количество иных сред разработки ПО, классифицируемых как объектно-ориентированный язык. Данная сфера технологий разработки ПО активно развивается.

Фортран и Лисп — первый и второй высокоуровневые языки

Изучим подробнее то, как появился первый язык программирования высокого уровня — Фортран, а также Лисп, считающийся вторым. В 1954 году разработчики из компании IBM, возглавляемые Джоном Бэкусом, создали язык, посредством которого программисты получили возможность значительно облегчить взаимодействие с ПК, которое до того момента осуществлялось посредством машинных команд либо ассемблера. Он получил название Fortran и вскоре стал известен и в СССР под русифицированным наименованием. Фортран стал популярным инструментом для научных вычислений.

Основным революционным элементом, предложенным специалистами IBM сообществу, стал, собственно, тот самый компилятор, призванный быть альтернативой ассемблеру. В первые годы практики написания программ при использовании Фортран многие разработчики считали компилятор не вполне удачным решением, прежде всего, с точки зрения трудозатрат. Многие машинные коды, действительно, составлялись проще, чем при задействовании транслятора. Однако по мере стремительного увеличения производительности компьютеров программисты начинали осознавать, что без использования компилятора эффективное ПО, которое будет полностью задействовать вычислительные мощности ПК, создавать крайне проблематично. Так, начинания разработчиков из IBM получили дальнейшее развитие. Основные синтаксические конструкции языка программирования высокого уровня Фортран во многих случаях стали задейстоваться в качестве базовых при создании новых решений.

Примером достижения практических результатов в области развития концепций, заложенных в Фортран, можно считать создание Лисп. Данный язык был разработан в 1958 году, однако, широкую известность он приобрел несколько позже — в 1960-м. Лисп был разработан Джоном Маккарти и опубликован в одном из популярных журналов для IT-специалистов. Основное предназначение рассматриваемого языка — обработка списков. Лисп стал популярен в среде разработчиков систем искусственного интеллекта. На его основе были созданы такие языки, как Planner, Scheme, а также Common Lisp. Также Лисп оказал значительное влияние на многие современные инструменты разработки ПО. Структура языков программирования высокого уровня, популярных сегодня, в значительной степени базируется на алгоритмах Фортран и Лисп.

Интересно будет, однако, рассмотреть иные подходы к классификации рассматриваемых инструментов разработки средств ПО.

Универсальные высокоуровневые языки

Так, современные эксперты выделяют универсальные высокоуровневые языки. К ним относятся, в частности, те, что были разработаны в 60-е годы. Ключевые их характеристики:

Ориентация на широкий спектр задач (прежде всего, относящихся к вычислительным);

Большое количество языковых конструкций и алгоритмов;

Значимость не только для своего времени, но и для современного этапа развития компьютерной техники;

Поддержка в соответствующих языках императивной методологии.

Универсальные языки — основополагающие в соответствующей отрасли IT-разработки. Можно отметить, что до сих пор они не имеют прямых аналогов в части внутренней структуры. Собственно, это во многом объясняет актуальность задействования соответствующих языков в современных объектно ориентированных интерфейсах. Также общее в отмеченных языках — тип данных. Этот фактор в значительной степени предопределяет их универсальность. В числе наиболее примечательных свойств языков, относящихся к категории универсальных — преемственность. Так, исторически более поздние языки, как правило, базировались на концепциях предшественников.

Уникальные языки

Некоторые IT-эксперты выделяют в самостоятельную категорию «уникальные языки». В числе таковых: APL, Cobol, Forth, SETL, а также CLU. Какова их специфика?

Важнейший аспект APL — задействование массивов (векторов и матриц) в качестве ключевого структурного типа. Специфика языка Cobol — в ориентированности на коммерческую сферу. Так, его целесообразно задействовать при решении задач, связанных со стандартизированным форматом представления результатов. Язык Forth характеризуется использованием постфиксной записи программ, а также задействованием стековой нотации. В языке SETL применяются совокупности значений в качестве одного из ключевых типов данных. Языком программирования высокого уровня является также CLU. Его основная особенность — задействование концепции работы с абстрактными типами данных. Многие IT-специалисты видят логичным появление новых решений, базирующихся на уникальных языках — таких как, например, Object-Oriented Cobol.

Средства параллельного программирования

Данная категория может включать огромное количество решений. В свою очередь, языки параллельного программирования могут иметь большое количество оснований для классификации. Например, метод организации процессов. Данное основание предполагает классификацию средств параллельного программирования исходя из наличия в них:

Сопрограмм;

Разветвлений;

Объединений;

Параллельных скобок;

Алгоритмов работы с процессами.

Другое основание для классификации языков рассматриваемого типа — методы синхронизации процессов. Соответствующие решения могут, таким образом, включать:

Семафоры;

Мониторы;

- «рандеву»;

Критические участки;

Дистанционный вызов процедур;

Транзакции, относящиеся к категории атомарных.

К языкам рассматриваемого типа относятся Modula-2, BLISS, Concurrent Pascal, DP, Argus.

Семейство языков C

Выше мы рассмотрели в качестве примера языка высокоуровневого программирования такое решение, как C. По сути дела, оно формирует целое семейство. Языки, принадлежащие к нему, являются частными конструкциями C. Так, его дополнение различными объектно-ориентированными компонентами привело к разработке C++. После существенной фильтрации ряда конструкций C появился язык Java. Можно отметить, что Java создавался во многом под влиянием концепций проекта Oberon, которым руководит Никлаус Вирт, создатель языка Паскаль. Относится ли к высокоуровневым JavaScript? Безусловно, да, несмотря на узость применения — в качестве инструмента разработки веб-страниц. Но к языкам программирования высокого уровня не относятся, в частности, HTML, XML и SGML. Они классифицируются как инструменты разметки гипертекста.

Семейство языков Pascal

Языки программирования высокого уровня Pascal также образуют отдельное семейство. На базе Паскаль был, собственно, создан Oberon, классифицируемый как язык объектно-ориентированного типа. Ключевая особенность Oberon — в возможности обеспечения безопасности типов. Не считая Oberon, к языкам семейства Pascal можно отнести Modula-2, а также Component Pascal.

Семейство языков Ada

Основополагающий в соответствующей категории языков — заказанный под нужды Министерства обороны США Ada. Он был создан в конце 70-х — начале 80-х годов. Характеризуется большим количеством функций, возможностей, универсальностью. Семейство языков Ada включает такие решения, как Cedar, Modula 3.

Семейство языков Simula

Язык Simula распространен в отраслях программирования, связанных с имитационным моделированием. Специфика соответствующих решений — в задействовании специфического ядра. Его использование позволяет применять различные расширения, адаптированные к тем или иным сферам применения. На основе Simula были созданы объектно-ориентированный язык Smalltalk, а также BETA, характеризующийся способностью комбинировать в рамках единой абстракции алгоритмы, отражающие работу с данными, процедурами, а также управление. Объекты BETA могут рассматриваться в различном контексте, например, в качестве переменных, функций или параллельных систем.

Название доклада

Современные языки программирования и их использование

Автор проекта

Структура проекта

● Схема классификации языков программирования

● Классификация языков программирования

● Обзор языков программирования

● Полезные ресурсы

Схема классификации языков программирования

Классификация языков программирования

Процедурное программирование - есть отражение фон Неймановской архитектуры компьютера. Программа, написанная на процедурном языке, представляет собой последовательность команд, определяющих алгоритм решения задачи. Основная идея процедурного программирования - использование памяти для хранения данных. Основная команда- присвоение, с помощью которой определяется и меняется память компьютера. Программа производит преобразование содержимого памяти, изменяя его от исходного состояния к результирующему.

Различают такие языки процедурного программирования:

 Язык Фортран создан в начале 50-х годов 20-го века для программирования научно-технических задач;

 Кобол – создан в конце 60-х годов 20-го века для решения задач обработки больших объемов данных, хранящихся на различных носителях данных;

 Алгол (1960 год) – это многоцелевой расширенный язык программирования. В нем впервые введены понятия «блочная структура программы» и «динамическое распределение памяти»;

 В середине 60-х годов 20-го века был создан специализированный язык программирования для начинающих – BASIC. Характеризуется простотой освоения и наличием универсальных средств для решения научных, технических и экономических задач, а также задач, например, игровых.

Все перечисленные выше языки были ориентированы на различные классы задач, но они в той или иной мере были привязаны к конкретной архитектуре ЭВМ.

 В 1963-1966гг был создан многоцелевой универсальный язык PL-1. Этот язык хорошо приспособлен для исследования и планирования вычислительных процессов, моделирования, решения логических задач, разработки систем математического обеспечения.

 Язык Паскаль (PASCAL) (1968-1971гг)- язык процедурного программирования наиболее популярный для ПК, который и в настоящее время успешно применяется. В основу языка Pascal положен подход от общей задачи к частным (более простым и меньшим по объему). К основным принципам, которыми обладает Паскаль, можно отнести: а) Структурное программирование, которое основано на использовании подпрограмм и независимых структур данных; б) Программирование «сверху-вниз», когда задача делится на простые, самостоятельно решаемые задачи. Затем выстраивается решение исходной задачи полностью сверху вниз.

 К языкам процедурного программирования можно отнести язык АДА (1979 г) Язык назван в честь первой программистки Ады Лавлейс- дочери Байрона. Его отличает модульность конструкций.

 Язык СИ (начало 70-х годов) также относится к языкам процедурного программирования. Первоначальный его вариант планировался как язык для реализации операционной системы Unix вместо языка Ассемблера. Одной из особенностей языка СИ является то, что различия между выражениями и операторами сглаживаются, что приближает его к функциональным языкам программирования. Кроме того, в языке СИ отсутствует понятие процедуры, а использование подпрограмм основано на понятии функции, которая может сочетать в себе возможности процедуры. С одной стороны, по набору управляющих конструкций и структур данных его можно отнести к языкам высокого уровня, а с другой – он имеет набор средств прямого обращения к функциональным узлам компьютера, а это означает, что его можно использовать как операционный язык.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это метод программирования, при использовании которого главными элементами программ являются объекты. В языках программирования понятие объекта реализовано как совокупность свойств (структур данных, характерных для данного объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения их свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и, которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта. Объединение данных и свойственных им процедур обработки в одном объекте, называется инкапсуляцией и является одним из важнейших принципов ООП.

Другим фундаментальным понятием является класс. Класс это шаблон, на основе которого может быть создан конкретный программный объект, он описывает свойства и методы, определяющие поведение объектов этого класса. Каждый конкретный объект, имеющий структуру этого класса, называется экземпляром класса.

Следующими важнейшими принципами ООП являются наследование и полиморфизм. Наследование предусматривает создание новых классов на базе существующих и позволяет классу потомку иметь (наследовать) все свойства класса – родителя.

Полиморфизм означает, что рожденные объекты обладают информацией о том, какие методы они должны использовать в зависимости от того, в каком месте цепочки они находятся.

Другим важнейшим принципом ООП является модульность – объекты заключают в себе полное определение их характеристик, никакие определения методов и свойств не должны располагаться вне его, это делает возможным свободное копирование и внедрение одного объекта в другие.

Наиболее современными языками программирования являются С++ и Java. С середины 90-х годов многие объектно–ориентированные языки реализуются как системы визуального проектирования, в которых интерфейсная часть программного продукта создается в диалоговом режиме, практически без написания программных операторов. К объектно – ориентированным системам визуального проектирования относятся Visual Basic, Delphi, C++ Builder, Visual C++. Язык VBA (Visual Basic for Application) – язык приложений Microsoft Office (Excel, Word, Power Point и др). VBA соблюдает основной синтаксис языка и правила программирования языков Basic – диалектов, позволяет создавать макросы для автоматизации выполнения некоторых операций и графический интерфейс пользователя, интеграцию между различными программными продуктами.

Декларативные языки программирования

К ним относятся функциональные и логические языки программирования. Функциональное программирование- это способ составления программ, в которых единственным действием является вызов функции. В функциональном программировании не используется память, как место для хранения данных, а, следовательно, не используются промежуточные переменные, операторы присваивания и циклы. Ключевым понятием в функциональных языках является выражение. Программа, написанная на функциональном языке, представляет собой последовательность описания функций и выражений. Выражение вычисляется сведением сложного к простому. Все выражения записываются в виде списков. Первым языком стал язык Лисп (LISP, LIST Processing- обработка списков) создан в 1959г. Этот язык позволяет обрабатывать большие объемы текстовой информации. Логическое программирование- это программирование в терминах логики. В 1973 году был создан язык искусственного интеллекта Пролог (PROLOG) (Programming in Logic). Программа на языке Пролог строится из последовательности фактов и правил, затем формулируется утверждение, которое Пролог пытается доказать с помощью правил. Язык сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления, которые в нем заложены. Логические программы не отличаются высоким быстродействием, так как процесс их выполнения сводится к построению прямых и обратных цепочек рассуждений разнообразными методами поиска.

Обзор языков программирования

Ассемблер

Языки программирования компьютеров делятся на 2 основные группы:

1) языки низкого уровня;

2) языки высокого уровня.

К языкам низкого уровня относятся языки Ассемблера. Свое название они получили от имени системной программы Ассемблер, которая преобразует исходные программы, написанные на таких языках, непосредственно в коды машинных команд. Частями здесь служат операторы, а результатом сборки последовательность машинных команд Язык Ассемблера объединяет в себе достоинства языка машинных команд и некоторые черты языков высокого уровня. Ассемблер обеспечивает возможность применения символических имен в исходной программе и избавляет программиста от утомительного труда (неизбежного при программировании на языке машинных команд) по распределению памяти компьютера для команд, переменных и констант.

Ассемблер позволяет также гибко и полно использовать технические возможности компьютера, как и язык машинных команд. Транслятор исходных программ в Ассемблере проще транслятора, требующегося для языка программирования высокого уровня. На Ассемблере можно написать столь же эффективную по размеру и времени выполнения программу, как и программу на языке машинных команд. Это достоинство отсутствует у языков высокого уровня. Этот язык часто применяют для программирования систем реального времени, технологическими процессами и оборудованием, обеспечение работы информационно-измерительных комплексов. К таким системам обычно предъявляются высокие требования по объему занимаемой машинной памяти. Часто язык Ассемблера дополняется средствами формирования макрокоманд, каждая из которых эквивалентна целой группе машинных команд. Такой язык называют языком макроассемблера. Применение мак "строительных" блоков и приближает язык Ассемблера к языку высокого уровня. Ассемблер машинно-зависимый язык, т. е. он отражает особенности архитектуры конкретного типа компьютера

Паскаль

Язык программирования Паскаль был разработан профессором кафедры вычислительной техники Швейцарского Федерального института технологии Николасом Виртом в 1968 году как альтернатива существующим и все усложняющимся языкам программирования, таким, как PL/1, Algol, Fortran. Интенсивное развитие Паскаля привело к появлению уже в 1973 году его стандарта в виде пересмотренного сообщения, а число трансляторов с этого языка в 1979 году перевалило за 80. В начале 80-х годов Паскаль еще более упрочил свои позиции с появлением трансляторов MS-Pascal и Turbo-Pascal для ПЭВМ. С этого времени Паскаль становится одним из наиболее важных и широко используемых языков программирования. Существенно то, что язык давно вышел за рамки академического и узко профессионального интереса и используется в большинстве университетов высокоразвитых стран не только как рабочий инструмент пользователя. Важнейшей особенностью Паскаля является воплощенная идея структурного программирования. Другой существенной особенностью является концепция структуры данных как одного из фундаментальных понятий.

Основные причины популярности Паскаля заключаются в следующем:

Простота языка позволяет быстро его освоить и создавать алгоритмически сложные программы

Развитые средства представления структур данных обеспечивают удобство работы как с числовой, так и с символьной и битовой информацией

Наличие специальных методик создания трансляторов с Паскаля упростило их разработку и способствовало широкому распространению языка

Оптимизирующие свойства трансляторов с Паскаля позволяют создавать эффективные программы. Это послужило одной из причин использования Паскаля в качестве языка системного программирования

В языке Паскаль реализуются идеи структурного программирования, что делает программу наглядной и дает хорошие возможности для разработки и отладки

Сотрудник фирмы Bell Labs Денис Ритчи создал язык Си в 1972 году во время совместной работы с Кеном Томпсоном, как инструментальное средство для реализации операционной системы Unix, однако популярность этого языка быстро переросла рамки конкретной операционной системы и конкретных задач системного программирования. В настоящее время любая инструментальная и операционная система не может считаться полной если в ее состав не входит компилятор языка Си. Ритчи не выдумывал Си просто из головы – прообразом служил язык Би разработанный Томпсоном. Язык программирования Си был разработан как инструмент для программистов-практиков. В соответствии с этим главной целью его автора было создание удобного и полезного во всех отношениях языка.

Си является орудием системного программиста и позволяет глубоко влезать в самые тонкие механизмы обработки информации на ЭВМ. Хотя язык требует от программиста высокой дисциплины, он не строг в формальных претензиях и допускает краткие формулировки.

Си – современный язык. Он включает в себя те управляющие конструкции, которые рекомендованы теорией и практикой программирования. Его структура побуждает программиста использовать в своей работе нисходящее проектирование, структурное программирование и пошаговую разработку модулей.

Си – мощный и гибкий язык. Большая часть операционной системы Unix, компиляторы и интерпретаторы языков Фортран, Паскаль, Лисп, и Бейсик написаны именно с его помощью.

Си – удобный язык. Он достаточно структурирован, чтобы поддерживать хороший стиль программирования и вместе с тем не связан жесткими ограничениями. В некотором смысле язык Си – самый универсальный, т.к. кроме набора средств, присущих современным языкам программирования высокого уровня (структурность, модульность, определенные типы данных), в него включены средства для программирования практически на уровне ассемблера. Большой набор операторов и средств требуют от программиста осторожности, аккуратности и хорошего знания языка со всеми иго преимуществами и недостатками.

Язык C++ появился в начале 80-х годов. Созданный Бьерном Страуструпом с первоначальной целью избавить себя и своих друзей от программирования на ассемблере, Си или различных других языках высокого уровня.

По мнению автора языка, различие между идеологией Си и C++ заключается примерно в следующем: программа на Си отражает “способ мышления” процессора, а C++ - способ мышления программиста. Отвечая требованиям современного программирования, C++ делает акцент на разработке новых типов данных наиболее полно соответствующих концепциям выбранной области знаний и задачам приложения. Класс является ключевым понятием C++. Описание класса содержит описание данных, требующихся для представления объектов этого типа и набор операций для работы с подобными объектами.

В отличие от традиционных структур Си и Паскаля, членами класса являются не только данные, но и функции. Функции – члены класса имеют привилегированный доступ к данным внутри объектов этого класса и обеспечивают интерфейс между этими объектами и остальной программой. При дальнейшей работе совершенно не обязательно помнить о внутренней структуре класса и механизме работы встроенных функций. В этом смысле класс подобен электрическому прибору – мало кто знает о его устройстве, но все знают, как им пользоваться.

Язык С++ является средством объектного программирования, новейшей методики проектирования и реализации программ, которая в текущем десятилетии, скорее всего, заменит традиционное процедурное программирование. Главной целью создателя языка доктора Бьерна Страустрапа было оснащение языка С++ конструкциями, позволяющими увеличить производительность труда программистов и облегчить процесс овладения большими программными продуктами.

Абстракция, реализация, наследование и полиморфизм являются необходимыми свойствами которыми обладает язык С++, благодаря чему он не только универсален, как и язык Си, но и является объектным языком. Фортран Фортран широко распространенный язык, особенно среди пользователей, которые занимаются численным моделированием. Это объясняется несколькими причинами:

Существованием огромных фондов прикладных программ на Фортране, накопленных за эти годы, а также наличием огромного количества программистов, эффективно использующих этот язык;

Наличием эффективных трансляторов Фортрана на всех типах ЭВМ, причем версии для различных машин достаточно стандартизированы и перенос программ с машины на машину обычно не составляет больших трудностей;

Изначальной направленностью Фортрана на физико-математические и технические приложения; в частности, это проявилось в том, что в течение долгого времени он оставался единственным языком со встроенным комплексным типом переменных и большим набором встроенных функций для работы с такими переменными.

За прошедший период сформировалась новая методология и философия программирования. С начала 70-х годов Фортран подвергался заслуженной критике. В 1977 году был принят новый стандарт языка Фортран-77. На создание нового стандарта ушло много времени, но сейчас уже можно считать, что его разработка завершена и новый стандарт Фортран-90 начал входить в практику пользователей Фортрана. Только на машинах типа IBM PC существует несколько трансляторов например, Watfor, Lap-Fortran и т. д. Но наибольшее распространение на машинах этого типа получили различные версии транслятор Fortran-77. Выпущенный в 1990 году транслятор MS-Fortran 5.0 практически полностью соответствует стандарту Fortran-90. Большинство крупных научно-технических прикладных программ написано на Фортране потому, что он обладает переносимостью и устойчивостью, а также благодаря наличию встроенных математических и тригонометрических функций. Дополнительной, неотъемлемой частью любой прикладной программы на языке Фортран является расширенная графическая библиотека, позволяющая использовать различные графические данные и изображения.

Язык создан в основном в 1975 - 1980 годах в результате грандиозного проекта, предпринятого Министерством Обороны США с целью разработать единый язык программирования для так называемых встроенных систем (т. е. систем управления автоматизированными комплексами, работающими в реальном времени). Имелись в виду прежде всего бортовые системы управления военными объектами (кораблями, самолетами, танками, ракетами, снарядами и т. п.). Поэтому решения, принятые авторами Ады не следует считать универсальными. Их нужно воспринимать в контексте особенностей выбранной предметной области. Язык Ада возник в результате международного конкурса языковых проектов проходящего в 1978-1979 годах. Участники должны были удовлетворить довольно жестким, детально разработанным под эгидой Министерства Обороны США требованиям. Интересно, что все языки, дошедшие до последних туров этого конкурса, были основаны на Паскале. В этой связи Аду можно предварительно охарактеризовать как Паскаль, развитый с учетом перечисленных выше пяти основных требований. При этом авторы пошли в основном по пути расширения Паскаля новыми элементами. В результате получился существенно более сложный язык.

Кобол

Кобол - это сравнительно старый язык, разработанный прежде всего для исследований в экономической сфере. Язык позволяет эффективно работать с большим количеством данных, он насыщен разнообразными возможностями поиска, сортировки и распределения. О программах на Коболе, основанных на широком использовании английского языка, говорят, что они понятны даже тем, кто не владеет Коболом, поскольку тексты на этом языке программирования не нуждаются в каких-либо специальных комментариях. Подобные программы принято называть самодокументирующимися. К числу других плюсов Кобола обычно относят его структурированность. Довольно мощные компиляторы с этого языка разработаны для персональных компьютеров. Некоторые из них столь эффективны, что программу, отлаженную на персональном компьютере, нетрудно перенести на большие ЭВМ.

Перечисляя минусы нельзя не вспомнить о том, что на Коболе можно запрограммировать лишь простейшие алгебраические вычисления. Для инженерных расчетов этот язык не годится. Еще одна причина, которая в какой-то мере сдерживает развитие языка, - это наличие в США специально созданного отраслевого комитета, вырабатывающего стандарты, за соблюдением которых следит правительственная комиссия. Как это всегда бывает в подобных случаях, фирмы, занимающиеся разработкой программного обеспечения, не торопятся подгонять свои заготовки к жестким требованиям комиссии, отсутствует конкуренция версий, а в итоге проигрывает распространение языка

ПЛ/1 разработан в 1964-1965 годах фирмой IBM. ПЛ/1 относится к числу универсальных языков, т. е. позволяет решать задачи из разных областей: численные расчеты, текстовая обработка, экономические задачи и т. д. По своим возможностям он перекрывает такие языки, как Фортран, Алгол-60 (созданный для численных расчетов), Кобол (для экономических задач), хотя в силу ряда причин вытеснить эти языки ПЛ/1 не смог.

ПЛ/1 содержит все основные конструкции, характерные для так называемых языков высокого уровня, а также ряд специфичных средств, удобных для практического программирования. Язык напоминает конструктор с большим числом деталей – пользователю достаточно освоить только те части языка, которые ему практически необходимы. Его операторы довольно емки, что часто позволяет получить запись программы более компактную, чем на других языках. Знающий ПЛ/1 программист без труда осваивает любой другой язык того же или близкого класса.

Вместе с тем, ПЛ/1 имеет и ряд недостатков, затрудняющих изучение и использование языка. Основные из них таковы. Во-первых, имеется много дублирующих друг друга средств их сложно запомнить, не ясно, что когда применять, кроме того, это снижает как скорость трансляции, так и скорость выполнения программ. Во-вторых, программы получаются не совсем машинно-независимыми.

Модула

Можно считать, что история языка Модула начинается в 1980 году, когда Никлаус Вирт, один из выдающихся специалистов по теории информации, известный большинству специалистов по вычислительной технике в основном как создатель языка Паскаль, опубликовал описание нового языка программирования, названного им Модула. В отличие от Паскаля, который был по замыслу языком для обучения программирования, Модула с самого начала представлял собой язык для профессиональных системных программистов, продолжая лучшие традиции своего предшественника и обогащая их новыми идеями, соответствующих таким требованиям к языкам программирования, как структурность, модульность и способность к расширению. Как и множество других языков программирования, Модула подвергалась эволюции, во время которой ее первоначальное название было переделано в имя Модула-2. Одновременно с развитием языка Модула для него создавались новые компиляторы, однако, ни один из них не мог соперничать с лучшими реализациями языков Паскаль и Си, например, разработанных фирмой Борланд. В этот переходный для языка Модула период лучшей считались реализации выполненные фирмой Logitech, которые по своим характеристикам проигрывала Турбо Паскалю и Турбо Си. Только в 1988 году после появления на американском рынке системы Top Speed, Модула-2 заняла достойное место среди процедурных языков, предназначенных для системного программирования. Возраставшей популярности системы Top Speed способствовало несколько факторов: удобное и, кроме того, легко изменяемая по желанию пользователей операционное окружение, быстрый компилятор и селективный редактор связей. Но наиболее существенным оказалось то, что создаваемые программы отличались большим быстродействием и занимали не много места в памяти.

Бейсик

Бейсик (Basic - Beginner’s All-Purpose Symbolic Instruction Code – “универсальный символический код инструкций для начинающих”). Прямой потомок Фортрана и до сих пор самый популярный язык программирования для персональных компьютеров. Появился Бейсик в 1963 году (назвать автора было бы трудно, но основная заслуга в его появлении несомненно принадлежит американцам Джону Кемени и Томасу Курцу). Как и любые преимущества, простота Бейсика оборачивалась, особенно в ранних версиях трудностями структурирования; кроме того, Бейсик не допускал рекурсию – интересный прием, позволяющий составлять эффективные и в то же время короткие программы.

Разработаны мощные компиляторы Бейсика, которые обеспечивают не только богатую лексику и высокое быстродействие, но и возможность структурного программирования. По мнению некоторых программистов, наиболее интересными версиями являются GWBASIC, Turbo-Basic и Quick Basic.

В свое время появление Quick Basic ознаменовало рождение второго поколения систем программирования на языке Бейсик. Он предоставлял возможность модульного и процедурного программирования, создания библиотек, компиляции готовых программ и прочее, что вывело его на уровень таких классических языков программирования, как Си, Паскаль, Фортран и др. Более того, в связи с отсутствием официального стандарта языка Бейсик, его реализация в виде Quick Basic стала фактическим стандартом. Безусловными лидерами среди различных версий Бейсика были Quick Basic 4.5 и PDS 7.1 фирмы Microsoft, появившиеся в конце 80-х годов.

Лисп

Язык Лисп был предложен Дж. Маккарти в работе в 1960 году и ориентирован на разработку программ для решения задач не численного характера. Английское название этого языка – LISP является аббревиатурой выражения LISt Processing (обработка списков) и хорошо подчеркивает основную область его применения. Понятие “список” оказалось очень емким. В виде списков удобно представлять алгебраические выражения, графы, элементы конечных групп, множества, правила вывода и многие другие сложные объекты. Списки являются наиболее гибкой формой представления информации в памяти компьютеров. Неудивительно поэтому, что удобный язык, специально предназначенный для обработки списков, быстро завоевал популярность.

После появления Лиспа различными авторами был предложен целый ряд других алгоритмических языков ориентированных на решение задач в области искусственного интеллекта, среди которых можно отметить Плэнер, Снобол, Рефал, Пролог. Однако это не помешало Лиспу остаться наиболее популярным языком для решения таких задач. На протяжении почти сорокалетней истории его существования появился ряд диалектов этого языка: Common LISP, Mac LISP, Inter LISP, Standard LISP и др. Различия между ними не носят принципиального характера и в основном сводятся к несколько отличающемуся набору встроенных функций и некоторой разнице в форме записи программ. Поэтому программист, научившийся работать на одном из них без труда сможет освоить и любой другой. Большим достоинством Лиспа является его функциональная направленность, т. е. программирование ведется с помощью функций. Причем функция понимается как правило, сопоставляющее элементам некоторого класса соответствующие элементы другого класса. Сам процесс сопоставления не оказывает никакого влияния на работу программы, важен только его результат – значение функции. Это позволяет относительно легко писать и отлаживать большие программные комплексы. Ясность программ, четкое разграничение их функций, отсутствие каверзных побочных эффектов при их выполнении является обязательными требованиями к программированию таких логически сложных задач, каковыми являются задачи искусственного интеллекта. Дисциплина в программировании становится особенно важной, когда над программой работает не один человек, а целая группа программистов.

Язык программирования Лисп предназначен в первую очередь для обработки символьной информации. Поэтому естественно, что в мире Лиспа числа играют далеко не главную роль. Основные типы данных в Лиспе называются “атом” и “точечная пара”.

Пролог

Язык логического программирования предназначен для представления и использования знаний о некоторой предметной области. Программы на этом языке состоят из некоторого множества отношений, а ее выполнение сводится к выводу нового отношения на основе заданных. В Прологе реализован декларативный подход, при котором достаточно описать задачу с помощью правил и утверждений относительно заданных объектов. Если это описание является достаточно точным, то ЭВМ может самостоятельно найти требуемое решение.

Object PAL

Object PAL является мощным языком программирования. Object PAL представляет собой объектно-ориентированный, управляемый по событиям, визуальный язык программирования. На начальном уровне функциональности Object PAL можно осуществлять операции с данными, создавать специальные меню, а также управлять сеансом ввода данных. События в Object PAL порождают команды, которые имитируют эффект использования Paradox в интерактивном режиме. Существует возможность автоматизировать часто выполняемые задания, а также осуществлять над таблицами, формами и отчетами действия, которые были не доступны при интерактивной работе. Также Object PAL предоставляет все средства полнофункционального языка программирования в среде Windows. Можно использовать Object PAL для создания законченных систем, в которых реализованы специальная система меню, справочная система, а также всевозможные проверки данных. В Object PAL можно сохранить свои наработки в динамически компонуемой библиотеке, доступ к которой будут иметь несколько форм. Кроме того, можно установить связь с другими динамическими библиотеками, содержащие прграммы написанные на таких языках как Си, C++ или Паскаль.

Object PAL может быть использован в качестве инструмента для создания автономных программ. Можно написать законченное Windows–приложение и запустить его под Paradox.

Object PAL поддерживает механизм динамического обмена данными в качестве как клиента, так и сервера. Кроме того, Object PAL поддерживает в качестве клиента механизм работы с составными документами. В дополнение к сказанному существует возможность включать в свое приложение мультимедийные средства, снабдив выполняемое приложение звуковыми и анимационными эффектами.

Созданная фирмой Борланд реализация языка dBase представляет собой удачный гибрид объектной ориентации и традиционных способов программирования. Он позволил создавать системы с помощью объектного дизайна и использовать обычные приемы обработки записей. Большим достижением фирмы Борланд явилось то, что она очень удачно совместила объектные и процедурные приемы программирования. Первая версия для Windows давала пользователю самый мощный объектный инструмент на рынке программ баз данных. Она позволяет создавать новые классы объектов, которые обладают свойствами наследования, инкапсуляции и полиморфизма. Она также позволяет программировать эти объекты при помощи традиционных команд dBase, идеально подходящих для управления простыми табличными базами данных. Все это дает неоспоримое преимущество – осуществлять без особого труда переход к приемам объектного программирования, переход столь сложный, например, как в – СУБД Paradox.

Язык Java зародился как часть проекта создания передового программного обеспечения (ПО) для различных бытовых приборов. Реализация проекта была начата на языке С++, но вскоре возник ряд проблем, наилучшим средством борьбы с которыми было изменение самого инструмента - языка программирования. Стало очевидным, что необходим платформо-независимый язык программирования, позволяющий создавать программы, которые не приходилось бы компилировать отдельно для каждой архитектуры и можно было бы использовать на различных процессорах под различными операционными системами. Язык Java потребовался для создания интерактивных продуктов для сети Internet. Фактически, большинство архитектурных решений, принятых при создании Java, было продиктовано желанием предоставить синтаксис, сходный с Си и Cи++. В Java используются практически идентичные соглашения для объявления переменных, передачи параметров, операторов и для управления потоком выполнением кода. В Java добавлены все хорошие черты C++.

Три ключевых элемента объединились в технологии языка Java

Java предоставляет для широкого использования свои апплеты (applets) - небольшие, надежные, динамичные, не зависящие от платформы активные сетевые приложения, встраиваемые в страницы Web. Апплеты Java могут настраиваться и распространяться потребителям с такой же легкостью, как любые документы HTML.

Java высвобождает мощь объектно-ориентированной разработки приложений, сочетая простой и знакомый синтаксис с надежной и удобной в работе средой разработки. Это позволяет широкому кругу программистов быстро создавать новые программы и новые апплеты.

Java предоставляет программисту богатый набор классов объектов для ясного абстрагирования многих системных функций, используемых при работе с окнами, сетью и для ввода-вывода. Ключевая черта этих классов заключается в том, что они обеспечивают создание независимых от используемой платформы абстракций для широкого спектра системных интерфейсов.

Языки программирования для компьютерных сетей

Языки программирования для компьютерных сетей являются интерпретируемыми. Интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы – в исходных текстах. Такие языки называются скрипт – языками.

Perl является интерпретируемым языком, созданным программистом Лари Уоллом для обработки больших текстов и файлов и расшифровывается, как Practical Extraction and Report Language (язык для практического извлечения данных и составления отчетов). С помощью Perl вы, например, можете создать скрипт, который открывает один или несколько файлов, обрабатывает информацию и записывает результаты.

Perl - язык, приспособленный для обработки произвольных текстовых файлов, извлечения из них необходимой информации и выдачи сообщений. Perl также удобен для написания различных системных программ. Этот язык прост в использовании, эффективен, но про него трудно сказать, что он элегантен и компактен. Синтаксис выражений Perl близок к синтаксису Си. Рекурсия может быть произвольной глубины. Хотя Perl приспособлен для сканирования текстовых файлов, он может обрабатывать так же двоичные данные. Perl позволяет использовать регулярные выражения, создавать объекты, вставлять в программу на Си или Си++ куски кода на Perl, а также позволяет осуществлять доступ к базам данных, в том числе Oracle.

С изобретением World Wide Web, Perl оказался прекрасным средством для взаимодействия с web-серверами через Common Gateway Interface (CGI) - общий интерфейс взаимодействия. Команды Perl могут легко получить данные из формы HTML или другого источника и выполнить с ними какое-нибудь действие.

Язык PHP (1995-1997гг) обладает средствами доступа к БД и используется создателями динамических сайтов во всем мире.

Язык Tcl/Tk (конец 80-х годов) состоит из мощных команд, предназначенных для работы с абстрактными нетипизированными объектами и позволяет создавать программы с графическим интерфейсом.

Язык VRML (1994г) создан для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете.

Язык XML . С 1996г идет работа над созданием универсального языка структуры документов. Может стать заменой языка HTML.

Вывод

Полезные ресурсы

Отзыв Айзили

Где доклад?

Отзыв Ранифка

Re: Где доклад?
Все будет:-D

Отзыв Шамагуловой Элиты

Отзыв Мишина Александра

Отличный доклад. Узнал много нового о языках программирования.

Отзыв Морозова Александра

Конечно хотелось бы видеть доклад или хотя бы презентацию в каком либо виде.

Прежде чем вы захотите изучать какой-нибудь язык программирования надо знать немного об их истории и где они применяются.

Я представляю вам краткий обзор 25 известных языков программирования. Начиная с самого известного до менее популярного. Статья сделана для новичков в сфере программирования. Вы можете почитать о каждом языке и выбрать тот который вам больше понравиться для изучения.

Прежде чем приступить к изучению языков программирования рекомендую вам изучить курс по .

1. JavaScript

Прототипно-ориентированный сценарный язык программирования. JavaScript изначально создавался для того, чтобы сделать web-странички «живыми». В браузере они подключаются напрямую к HTML и, как только загружается страничка – тут же выполняются.

Когда создавался язык JavaScript, у него изначально было другое название: «LiveScript». Но тогда был очень популярен язык Java, и маркетологи решили, что схожее название сделает новый язык более популярным.

Планировалось, что JavaScript будет эдаким «младшим братом» Java. Однако, история распорядилась по-своему, JavaScript сильно вырос, и сейчас это совершенно независимый язык, со своей спецификацией и к Java не имеет никакого отношения.

2. Java

Строго типизированный объектно-ориентированный язык программирования. Приложения Java обычно транслируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой компьютерной архитектуре, с помощью виртуальной Java-машины.

Достоинством подобного способа выполнения программ является полная независимость байт-кода от операционной системы и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, для которого существует соответствующая виртуальная машина. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности, в рамках которой исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной.

Изначально язык назывался Oak («Дуб») разрабатывался Джеймсом Гослингом для программирования бытовых электронных устройств. Впоследствии он был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения.

3. PHP

Является распространенным интерпретируемым языком общего назначения с открытым исходным кодом (скриптовый язык). PHP создавался специально для ведения web-разработок и код на нем может внедряться непосредственно в HTML-код. Синтаксис языка берет начало из C, Java и Perl, и является легким для изучения.

Основной целью PHP является предоставление web-разработчикам возможности быстрого создания динамически генерируемых web-страниц, однако область применения PHP не ограничивается только этим.

4. Python

Высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика, читаемости кода и на разработку веб приложений. Синтаксис ядра Python минималистичен. Код в Python организовывается в функции и классы, которые могут объединяться в модули.

5. C#

Объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998-2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java.

Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов, делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.

6. С++

Компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения. Является одним из самых распространенных языков в мире. Google Chrome, Mozilla Firefox, Winamp и линейка продуктов Adobe были разработаны с помощью С++. Кроме того, некоторые современные игры и операционные системы были разработаны на С++ из-за быстрого процессинга и компиляции.

7. Ruby

Простой и читаемый язык программирования, ориентированный на разработку веб приложений. Разработанный Юкихиро Мацумто в 1995 году. Язык обладает независимой от операционной системы реализацией многопоточности, строгой динамической типизацией, сборщиком мусора.

Основное назначение Ruby - создание простых и в то же время понятных программ, где важна не скорость работы программы, а малое время разработки, понятность и простота синтаксиса. Язык следует принципу «наименьшей неожиданности»: программа должна вести себя так, как ожидает программист.

8. CSS

Cascading Style Sheets (каскадные таблицы стилей) формальный язык описания внешнего вида документа, написанного с использованием языка разметки.
Преимущественно используется как средство описания, оформления внешнего вида веб-страниц, написанных с помощью языков разметки HTML и XHTML, но может также применяться к любым XML-документам.

9. C

Компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения. Язык Си был разработан Деннисом Ритчи в 1972 году в Bell Labs. Он является предшественником таких языков программирования как С++, Java, C#, JavaScript и Perl. По этой причине изучение этого языка ведет к понимаю и других языков. Язык С используется для разработки низкоуровневых приложений, так как считается ближе всего к аппаратному.

10. Objective-C

Компилируемый объектно-ориентированный язык программирования, используемый корпорацией Apple, построенный на основе языка Си и парадигм Smalltalk. Язык Objective-C является надмножеством языка Си, поэтому Си-код полностью понятен компилятору Objective-C. Язык используется в первую очередь для Mac OS X (Cocoa) и GNUstep - реализаций объектно-ориентированного интерфейса OpenStep. Также язык используется для iOS (Cocoa Touch).

11. Shell

Он не столько язык, сколько интерпретатор команд (командный язык). Его скрипты используются для автоматизации обновления программного обеспечения. Содержит стандартные конструкции для циклов, ветвления, объявления функций. В семействе операционных систем, совместимых с ОС UNIX, язык SHELL используется в качестве стандартного языка управления заданиями.

12. R

Язык программирования для статистической обработки данных и работы с графикой, а также свободная программная среда вычислений с открытым исходным кодом в рамках проекта GNU. R широко используется как статистическое программное обеспечение для анализа данных и фактически стал стандартом для статистических программ. В R используется интерфейс командной строки.

13. Perl

Высокоуровневый интерпретируемый динамический язык программирования общего назначения. Название языка представляет собой аббревиатуру, которая расшифровывается как Practical Extraction and Report Language - «практический язык для извлечения данных и составления отчётов». Основной особенностью языка считаются его богатые возможности для работы с текстом, в том числе работа с регулярными выражениями, встроенная в синтаксис. На данный момент он используется для выполнения широкого спектра задач, включая системное администрирование, веб-разработку, сетевое программирование, игры, биоинформатику, разработку графических пользовательских интерфейсов.

14. Scala

Мультипарадигмальный язык программирования, спроектированный кратким и типобезопасным для простого и быстрого создания компонентного программного обеспечения, сочетающий возможности функционального и объектно-ориентированного программирования. Scala – программы во многом похожи на Java-программы, и могут свободно взаимодействовать с Java-кодом.

15. Go

Компилируемый многопоточный язык программирования, разработанный компанией Google. Язык Go разрабатывался как язык системного программирования для создания высокоэффективных программ, работающих на современных распределённых системах и многоядерных процессорах. Он может рассматриваться как попытка создать замену языку Си. При разработке уделялось особое внимание обеспечению высокоэффективной компиляции. Программы на Go компилируются в объектный код и не требуют для исполнения виртуальной машины.

16. SQL

Язык структурированных запросов. формальный непроцедурный язык программирования, применяемый для создания, модификации и управления данными в произвольной реляционной базе данных, управляемой соответствующей системой управления базами данных. SQL является прежде всего информационно-логическим языком, предназначенным для описания, изменения и извлечения данных, хранимых в реляционных базах данных. Каждое предложение SQL - это либо запрос данных из базы, либо обращение к базе данных, которое приводит к изменению данных в базе.

17. Haskell

Cтандартизированный чистый функциональный язык программирования общего назначения. Является одним из самых распространённых языков программирования с поддержкой отложенных вычислений. Отличительная черта языка - серьёзное отношение к типизации. Haskell превосходный язык для обучения и для экспериментов с сложными функциональными типами данных.

18. Swift

Открытый мультипарадигмальный компилируемый язык программирования общего назначения. Создан компанией Apple в первую очередь для разработчиков iOS и OS X. Swift работает с фреймворками Cocoa и Cocoa Touch и совместим с основной кодовой базой Apple, написанной на Objective-C. Swift задумывался как более легкий для чтения и устойчивый к ошибкам программиста язык, нежели предшествовавший ему Objective-C. Swift заимствовал довольно многое из Objective-C, однако он определяется не указателями, а типами переменных, которые обрабатывает компилятор. По аналогичному принципу работают многие скриптовые языки.

19. Matlab

Высокоуровневый интерпретируемый язык программирования, включающий основанные на матрицах структуры данных, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования. Программы, написанные на MATLAB, бывают двух типов - функции и скрипты. Функции имеют входные и выходные аргументы, а также собственное рабочее пространство для хранения промежуточных результатов вычислений и переменных. Скрипты же используют общее рабочее пространство. Как скрипты, так и функции сохраняются в виде текстовых файлов и компилируются в машинный код динамически.

20. Visual Basic

Язык программирования, а также интегрированная среда разработки программного обеспечения, разрабатываемое корпорацией Microsoft. Язык Visual Basic унаследовал дух, стиль и синтаксис своего предка - языка BASIC, у которого есть немало диалектов. В то же время Visual Basic сочетает в себе процедуры и элементы объектно-ориентированных и компонентно-ориентированных языков программирования.

Visual Basic также является хорошим средством быстрой разработки RAD приложений баз данных для операционных систем семейства Microsoft Windows. Множество готовых компонентов, поставляемых вместе со средой, призваны помочь программисту сразу же начать разрабатывать бизнес-логику приложения, не отвлекая его внимание на написание кода запуска программы.

21. Delphi

Императивный, структурированный, объектно ориентированный язык программирования со строгой статической типизацией переменных. Основная область использования - написание прикладного программного обеспечения.

На сегодняшний день, наряду с поддержкой разработки 32 и 64-разрядных программ для Windows, реализована возможность создавать приложения для Apple Mac OS X , а также для Google Android (непосредственно исполняемые на ARM-процессоре).

22. Groovy

Объектно-ориентированный язык программирования, разработанный для платформы Java как дополнение к языку Java с возможностями Python, Ruby и Smalltalk. Groovy использует Java-подобный синтаксис с динамической компиляцией в JVM байт-код и напрямую работает с другим Java кодом и библиотеками. Язык может использоваться в любом Java-проекте или как скриптовый язык.

23. Visual Basic .NET

Объектно-ориентированный язык программирования, который можно рассматривать как очередной виток эволюции Visual Basic, реализованный на платформе Microsoft .NET. VB.NET не имеет обратной совместимости с более ранней версией (Visual Basic 6.0). Развитие проектов старых версий (*.vbp) возможно только после предварительной конвертации их в формат VB.NET специальным мастером (Migration Wizard); однако, после конвертации требуется существенная ручная доработка текстов.

24. D

Мультипарадигмальный компилируемый язык программирования, созданный Уолтером Брайтом из компании Digital Mars. Изначально D был задуман как реинжиниринг языка C++, однако, несмотря на значительное влияние С++, не является его вариантом. Также язык испытал влияние концепций из языков программирования Python, Ruby, C#, Java, Eiffel.

25. Assembler

Машинно-ориентированный язык низкого уровня с командами, не всегда соответствующими командам машины, который может обеспечить дополнительные возможности вроде макрокоманд; автокод, расширенный конструкциями языков программирования высокого уровня, такими как выражения, макрокоманды, средства обеспечения модульности программ.

Язык ассемблера - система обозначений, используемая для представления в удобочитаемой форме программ, записанных в машинном коде. Язык ассемблера позволяет программисту пользоваться алфавитными мнемоническими кодами операций, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам ЭВМ и памяти, а также задавать удобные для себя схемы адресации. Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления для представления числовых констант и даёт возможность помечать строки программы метками с символическими именами с тем, чтобы к ним можно было обращаться.

Я не стал брать все языки т.к. они не так сильно востребованы у профессиональных программистов. Моя задача выполнена, теперь Вам осталось выбрать подходящий язык и покорять его. Удачи Вам в ваших начинаниях.