Лекция 7. Понятие о системе программирования
Системы программирования — это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для работы с программами на одном из языков программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ.
В настоящее время разработка любого системного и прикладного программного обеспечения осуществляется с помощью систем программирования, в состав которых входят
• трансляторы с языков высокого уровня;
• средства редактирования, компоновки и загрузки программ;
• макроассемблеры (машинно-ориентированные языки);
• отладчики машинных программ.
Системы программирования, как правило, включают в себя
• текстовый редактор (Edit), осуществляющий функции записи и редактирования исходного текста программы;
•загрузчик программ (Load), позволяющий выбрать из директория нужный текстовый файл программы;
• запускатель программ (Run), осуществляющий процесс выполнения программы;
• компилятор (Compile), предназначенный для компиляции или интерпретации исходного текста программы в машинный код с диагностикой синтаксических и семантических (логических) ошибок;
• отладчик (Debug), выполняющий сервисные функции по отладке и тестированию программы;
• диспетчер файлов (File), предоставляющий возможность выполнять операции с файлами:сохранение, поиск, уничтожение и т.п.
Ядро системы программирования составляет язык. Существующие языки программирования можно разделить на две группы: процедурные и непроцедурные, рис. 2.9.
Процедурные (или алгоритмические) программы представляют из себя систему предписаний для решения конкретной задачи. Роль компьютера сводится к механическому выполнению этих предписаний.
Процедурные языки разделяют на языки низкого и высокого уровня.
Языки низкого уровня (машинно-ориентированные) позволяют создавать программы из машинных кодов, обычно в шестнадцатиричной форме. С ними трудно работать, но созданные с их помощью высококвалифицированным программистом программы занимают меньше места в памяти и работают быстрее. С помощью этих языков удобнее разрабатывать системные программы, драйверы (программы для управления устройствами компьютера), некоторые другие виды программ.
Рис. 2.9. Общая классификация языков программирования
Программы на языках высокого уровня близки к естественному (английскому)
языку и представляют набор заданных команд.
Перечислим наиболее известные системы программирования.
1. Фортран (FORmula TRANslating system — система трансляции формул); старейший и по сей день активно используемый в решении задач математической ориентации язык.
2. Бейсик (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code — универсальный символический код инструкций для начинающих); несмотря на многие недостатки и изобилие плохо совместимых версий — самый популярный по числу пользователей.
3. Алгол (ALGOrithmic Language — алгоритмический язык); сыграл большую роль в теории, но для практического программирования сейчас почти не используется.
4. ПЛ/1 (PL/I Programming Language — язык программирования первый). Многоцелевой язык; сейчас почти не используется.
5. Си (С — «си»); широко используется при создании системного программного обеспечения.
6. Паскаль (Pascal — назван в честь ученого Блеза Паскаля); чрезвычайно популярен как при изучении программирования, так и среди профессионалов. На его базе созданы несколько более мощных языков (Модула, Ада, Дельфи).
7. Кобол (COmmon Business Oriented Language — язык, ориентированный на общий бизнес); в значительной мере вышел из употребления.
8. Дельфи (Delphi) — язык объектно-ориентированного «визуального» программирования; в данный момент чрезвычайно популярен.
9. Джава (Java) — платформенно-независимый язык объектно-ориентированного программирования, чрезвычайно эффективен для создания интерактивных веб-страниц.
Среди непроцедурных языков наиболее известны
2. Пролог (PROgramming in LOGic);
3. Оккам (назван в честь философа У. Оккама).
Широкое распространение среди разработчиков программ, а также при обучении программированию, получили системы программирования «Турбо» (Turbo) фирмы Borland, ядром которых являются трансляторы с языков программирования Бейсик, Паскаль, Си, Пролог и др. Интерфейс Турбо-оболочки для любых систем программирования внешне совершенно одинаков и предоставляет пользователю стандартный набор функций и команд, описанных выше и отображаемых в главном меню системы.
Рассмотрим технологию разработки программ с использованием популярной системы программирования Турбо-Паскаль 7 (оставив знакомство с самим языком до следующей главы).
В подобных интегрированных системах программирования сделана попытка предоставить разработчику программ максимум сервисных возможностей. Помимо основных функций система Турбо-Паскаль 7 позволяет настроить компилятор на работу в трех режимах: обычном режиме MS DOS (Real), защищенном режиме (Protected) и в режиме операционной среды Windows (Windows).
После загрузки системы (файл TURBO. EXE), на экране монитора появляется интерфейсное окно, рис. 2.10.
Рис. 2.10. Вид экрана интегрированной среды Турбо-Паскаля версии 7 (монтаж)
Главное меню системы (верхняя строка экрана) содержит команды, которые позволяют осуществлять следующие виды работ:
File — работа с файлами (сохранение, загрузка, связь с операционной системой);
Edit — работа с текстовым редактором (после загрузки системы по умолчанию текстовый редактор находится в активном состоянии);
Search — поиск и замена фрагментов текста;
Run -запуск программы на выполнение;
Compile — компиляция программы и установка параметров компиляции;
Debug — установка параметров отладки программы;
Tools — инструментальные программные средства (ненавязчивый сервис);
Options -установка опций интегрированной среды;
Help -система помощи и подсказок.
Для начала работы с системой программирования необходимо иметь проект текста программы, который можно набирать на рабочем поле окна системы. Встроенный текстовый редактор прост и максимально приспособлен для набора текстов программ на языке Паскаль. В нем предусмотрена специальная подсветка управляющих структур, команд. Удобна система контекстной помощи (Shift+Fl), которая вызовет подсказку по набираемому текущему тексту программы в любой момент и в любом месте. Впрочем, текст программы можно приготовить в любом текстовом редакторе, хранящем тексты в ASCII-кодах (например, в Лексиконе); необходимо лишь снабдить имя файла расширением .pas.
Если текст (тексты) программы был ранее сохранен на жестком диске или дискете, то он может быть загружен в поле редактирования с помощью пункта меню File.
После окончания формирования текста необходимо откомпилировать программу (пункт меню Compile). Если в программе есть ошибки, то компилятор их укажет. После исправления ошибок можно снова повторить компиляцию.
После удачной компиляции запуск программы осуществляется командой меню Run.
Но на этом этапе чаще всего работа не заканчивается. Сложные алгоритмы требуют тестирования и отладки. Многие программы составляются из отдельных модулей, требуют связи с другими программами и системами и т.д. Для решения всех этих проблем предназначены другие команды системы (Debug, Options и пр.).
Разумеется, программисту, работающему на Паскале, нет нужды самому программировать такие непростые, но часто встречающиеся операции, как вычисление значений математических функций, построение изображений простых геометрических объектов (отрезков прямых, окружностей и т.д.), очистка экрана и множество других. Высокоэффективные, тщательно отлаженные программы таких действий сведены в стандартные модули и надо лишь уметь к ним обратиться. В состав пакета библиотек стандартных модулей входят: Crt — работы с экраном, Graph -работы с графикой и другие, такие как Overlay, String, System, Turbo3, WinAPI, WinCrt, WinDos, WinPrn, WinTypes, WinProcs.
Понятие о системе программирования, ее основные функции и компоненты. Интерпретаторы и компиляторы. Трансляция программ
Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов.
Системы программирования обычно содержат:
· среду разработки программ;
· библиотеки справочных программ (функций, процедур);
Любой алгоритм, как мы знаем, есть последовательность предписаний, выполнив которые можно за конечное число шагов перейти от исходных данных к результату. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка программирования — чем меньше детализация, тем выше уровень языка.
По этому критерию можно выделить следующие уровни языков программирования:
машинно-независимые (языки высокого уровня).
Машинные языки и машинно-ориентированные языки — это языки низкого уровня, требующие указания мелких деталей процесса обработки данных.
Языки же высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека.
Языки высокого уровня делятся на:
алгоритмические (Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов;
логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания;
объектно-ориентированные (Object Pascal, Delphi, C++, Visual Basic, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над ними. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути описывает часть мира, относящуюся к этой задаче. Описание действительности в форме системы взаимодействующих объектов естественнее, чем в форме взаимодействующих процедур.
Алгоритмический язык (как и любой другой язык), образуют три его составляющие: алфавит, синтаксис и семантика.
Алфавит – фиксированный для данного языка набор символов (букв, цифр, специальных знаков и т.д.), которые могут быть использованы при написании программы.
Синтаксис — правила построения из символов алфавита специальных конструкций, с помощью которых составляется алгоритм.
Семантика — система правил толкования конструкций языка. Таким образом, программа составляется с помощью соединения символов алфавита в соответствии с синтаксическими правилами и с учетом правил семантики.
Каждый компьютер имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнить машина и др.
При программировании на машинном языке программист может держать под своим контролем каждую команду и каждую ячейку памяти, использовать все возможности имеющихся машинных операций.
Но процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается громоздкой, труднообозримой, ее трудно отлаживать, изменять и развивать.
Поэтому в случае, когда нужно иметь эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры).
Транслятор (англ. translator — переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.
Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.
Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. (Pascal, C).
Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. (Basic).
Таким образом, алгоритмические языки в значительной мере являются машинно-независимыми. Они облегчают работу программиста и повышают надежность создаваемых программ.
Итерация — это циклическая управляющая структура, которая содержит композицию и ветвление. Она предназначена для организации повторяющихся процессов обработки последовательности значений данных.
Цикл с постусловием функционирует иначе. Сначала выполняется один раз те действия, которые подлежат повторению, затем проверяется логическое выражение, определяющее условие выхода из цикла, например, I>6. Если условие выхода ложно, то цикл с постусловием прекращает свою работу, в противном случае — происходит повторение действий, указанных в цикле. Повторяющиеся действия в цикле называются «телом цикла».
Зацикливание возникает, когда условие всегда выполняется.
| for (int count=0; count | for (int count=0; count |
| while (условие) команда; while (условие) | do команда while (условие); do < команды; >while (условие); |
Программа факториал n!=1*2*3*…*n