Язык программирования

Язык программирования — это формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов и управления работой вычислительных устройств

Данный термин обозначает способ записи последовательности действий, которые должен выполнить компьютер. Эти действия образуют алгоритм. В отличие от естественной речи, используемой для общения между людьми, такая система служит средством взаимодействия между разработчиком и машиной. Написанный код интерпретируется строго однозначно и не допускает произвольного толкования.

Любая подобная система основана на строгих правилах. Она включает фиксированный набор команд, операторов и ключевых слов, а также синтаксис — способ их записи, сочетания. Нарушение этих правил приводит к ошибкам, делает выполнение программы невозможным.

Характеристики

Каждая система записи алгоритмов обладает набором свойств, определяющих ее назначение, область применения:

• формальная структура, строгий синтаксис;

• ограниченный набор допустимых конструкций;

• однозначная интерпретация инструкций;

• ориентация на автоматическое выполнение;

• возможность описывать алгоритмы разной сложности.

Благодаря этим свойствам такие средства используют для создания решений разного масштаба — от небольших скриптов до распределенных систем.

Кто использует такие системы

Средства записи применяются не только разработчиками программного обеспечения. С ними работают специалисты разных технических направлений:

• инженеры ПО;

• системные администраторы;

• DevOps-специалисты;

• сетевые инженеры;

• эксперты по информационной безопасности;

• тестировщики, автоматизаторы.

Одна и та же технология может использоваться в нескольких областях. Выбор инструмента определяется задачами, средой выполнения, требованиями к производительности.

Зачем они нужны

На аппаратном уровне компьютер оперирует электрическими сигналами, которые представлены как двоичный код. Работа напрямую с такими инструкциями крайне сложна для человека. Даже простая операция требует записи большого количества нулей, единиц.

Формальные системы записи алгоритмов решают эту проблему. Они абстрагируют машинные инструкции, позволяют описывать логику работы в удобной для человека форме. С их помощью можно:

• управлять вычислительными процессами;

• обрабатывать данные, память;

• реализовывать сложные алгоритмы;

• описывать взаимодействие компонентов.

Чем выше уровень абстракции, тем дальше код от машинных инструкций и тем ближе к человеческому мышлению.

Уровни абстракции

Средства разработки различаются по близости к аппаратному уровню:

• низкоуровневые решения, ориентированные на работу с оборудованием;

• инструменты среднего уровня, сочетающие контроль, удобство;

• высокоуровневые средства, ориентированные на читаемость, скорость разработки.

Низкий уровень дает полный контроль над ресурсами. Высокий уровень скрывает детали реализации, упрощает создание логики. Выбор зависит от требований конкретной задачи.

Как выполняется код

Компьютер не способен напрямую исполнять текст, написанный разработчиком. Для преобразования используются специальные программы-трансляторы. Они делятся на два основных типа:

• компиляторы;

• интерпретаторы.

Компилятор обрабатывает исходный код целиком, преобразует его в исполняемый файл. Такой файл можно запускать без повторного перевода, что обеспечивает высокую скорость выполнения.

Интерпретатор анализирует инструкции последовательно и сразу передает их на исполнение. Этот подход упрощает проверку, поиск ошибок, но может снижать производительность.

Способы трансляции

По принципу преобразования кода системы делят на:

• компилируемые;

• интерпретируемые;

• гибридные.

Каждый вариант имеет особенности, влияющие на скорость работы, переносимость, поведение при отладке. Во многих решениях используются смешанные модели исполнения.

Реализация и движок

Формальная система существует в виде реализации. Она включает:

• транслятор;

• стандартную библиотеку;

• вспомогательные системные компоненты.

Для одного и того же инструмента может существовать несколько реализаций, созданных разными командами. Они отличаются производительностью, поддерживаемыми платформами, внутренними механизмами. Часто такие реализации создаются с использованием более низкоуровневых технологий.

Почему появляются новые решения

Развитие вычислительных технологий приводит к изменению требований к программному обеспечению. В определенный момент существующие инструменты перестают отвечать этим требованиям, что стимулирует появление новых подходов.

Основные причины создания новых систем:

• необходимость решать специализированные задачи;

• повышение производительности, безопасности;

• упрощение синтаксиса, логики;

• адаптация под новые платформы, устройства.

Иногда новые решения представляют собой переработку или расширение уже существующих.

Почему старые решения уходят

Технология используется до тех пор, пока остается востребованной. Если она перестает соответствовать актуальным требованиям, ее применение постепенно сокращается. Полное исчезновение происходит медленно.

Основные причины снижения популярности:

• сложность поддержки;

• устаревшие архитектурные подходы;

• появление более удобных альтернатив;

• высокая стоимость сопровождения существующего кода.

При этом многие устаревшие решения продолжают использоваться в крупных системах из-за большого объема уже написанного программного обеспечения.

Области применения

Веб-среда

• клиентская логика;

• серверные приложения;

• обработка запросов, данных.

Автоматизация

• управление процессами;

• обработка файлов;

• выполнение служебных операций.

Прикладные, серверные системы

• корпоративные сервисы;

• высоконагруженные приложения;

• кроссплатформенные решения.

Мобильная среда

• приложения для смартфонов, планшетов;

• компоненты ОС.

Системный уровень

• ОС;

• драйверы;

• оптимизированное ПО.

Низкоуровневая разработка

• встроенные системы;

• микроконтроллеры;

• работа с аппаратными ресурсами.

 Язык программирования — это формальный инструмент описания алгоритмов, обеспечивающий точное, однозначное управление работой вычислительных систем и связывающий человеческую логику с машинным исполнением.

Язык программирования - это набор правил и методов, используемых для написания компьютерных программ. Это система обозначений, которая позволяет разработчикам кодировать инструкции, которые сообщают компьютеру, что делать. Языки программирования могут быть классифицированы как императивные, объектно-ориентированные, функциональные, логические, реляционные и другие.

Каждый язык программирования имеет свой собственный синтаксис и семантику, то есть правила о том, как должны выглядеть программы и как они должны интерпретироваться. Выбор языка программирования может зависеть от многих факторов, таких как платформа, для которой разрабатывается программа, требования к производительности, опыт разработчика и предпочтения заказчика.