Из чего состоит язык программирования

Языки программирования

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов – языков программирования. Смысл появления такого языка – оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать

Языки программирования – это искусственно созданные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов» и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка – его семантику.

Языки программирования – это формальные языки общения человека с ЭВМ, предназначенные для описания совокупности инструкций, выполнение которых обеспечивает правильное решение требуемой задачи. Их основная роль заключается в планировании действий по обработке информации. Любой язык программирования основан на системе понятий, и уже с ее помощью человек может выражать свои соображения.

В самом общем смысле языком программирования называется фиксированная система обозначений и правил для описания алгоритмов и структур данных.

Классификация языков программирования

Существуют различные классификации языков программирования. По наиболее распространенной классификации все языки программирования делят на языки низкого, высокого и сверхвысокого уровня.

Так же языки программирования можно классифицировать по различным признакам. Прежде всего, все языки программирования принято разделять на четыре большие группы:

Машинно-ориентированные и машинно-независимые языки.
Процедурные языки.
Декларативные языки.
Объектно-ориентированные языки.
Машинно-ориентированные и машинно-независимые языки

Машинно-ориентированные языки — это языки, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные языки позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков. Машинно-ориентированные языки относятся к языкам низкого уровня. Примером языком низкого уровня являются Автокод, Ассемблер.

Для них характерны:

— высокое качество создаваемых программ (компактность и скорость выполнения);

— возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;

— предсказуемость объектного кода и заказов памяти;

— для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;

— трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;

— низкая скорость программирования;

— невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Машинно-независимые языки – это средства описания алгоритмов решения задач и информации, подлежащей обработке, которые не требуют от программиста знания особенностей функционирования конкретной ЭВМ.

Эти языки называются также еще языками высокого уровня. К ним относятся почти все используемые сегодня языки, например, Фортран, Алгол, Кобол, Паскаль, Бейсик, Си, Пролог. Программы, составленные на таких языках, представляют собой последовательности операторов, структурированные в соответствии с определенными правилами. Операторы языка описывают действия, которые должна выполнять система после трансляции программы на машинный язык. Однако программы, написанные на языках высокого уровня, занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках.

Процедурные языки (называемые также директивными или императивными) – это языки, определяющие, как вычислять результат для какой-нибудь проблемы в соответствии с заданным алгоритмом. К ним относятся: Алгол, Фортран, Бейсик, Паскаль, Си.

Процедурные языки, в свою очередь, можно разделить на структурные и неструктурные языки программирования.

1) Неструктурное программирование допускает использование в явном виде команды безусловного перехода (в большинстве языков GOTO). Это влечет за собой массу серьезных недостатков: программу, которая содержит бесконечные переходы вверх-вниз, очень трудно изменять и дополнять. Типичными представителями неструктурных языков являются ранние версии Бейсика и Фортрана.

2) В структурном программировании задача разбивается на большое число мелких подзадач, каждая из которых решается своей процедурой или функцией. Такой подход позволяет разрабатывать большие проекты силами нескольких программистов. Например, на Паскале и Си.

Декларативные языки – это языки, оперирующие с помощью задания данных и отношений между ними. Вместо алгоритмов в таких языках используются правила логического вывода, которые позволяют системе находить нестандартные, заранее не определенные решения. Поэтому декларативные языки называют также еще языками искусственного интеллекта.

Главное различие между декларативными и процедурными языками заключается в том, что декларативная программа заявляет (декларирует), что должно быть достигнуто в качестве цели, а процедурная предписывает, как ее достичь.

В процедурной программе действия задаются явными командами, подготовленными ее составителем. Исполнитель же просто им следует. Хотя команды в различных языках процедурного программирования и выглядят по-разному, все они сводятся либо к присваиванию какой-нибудь переменной некоторого значения, либо к выбору следующей команды, которая должна будет выполняться. Присваиванию может предшествовать выполнение ряда арифметических и иных операций, вычисляющих требуемое значение, а команды выбора реализуются в виде условных операторов и операторов повторения (циклов).

Для классических процедурных языков характерно, что последовательность выполняемых команд, совершенно однозначно, определяется ее входными данными. Как говорят, поведение исполнителя императивной программы полностью детерминировано.

Декларативные программы не предписывают выполнять определенную последовательность действий, в них лишь дается разрешение совершать их. Исполнитель должен сам найти способ достижения поставленной перед ним составителем программы (программистом) цели, причем зачастую это можно сделать различными способами — детерминированность в данном случае отсутствует.

Декларативные языки, в свою очередь, делятся на функциональные (аппликативные) и логические языки.

1) В основе функциональных языков лежит понятие функции как "черного ящика", имеющего несколько параметров (аргументов) на входе и один результат на выходе – f(x1, x2, …, xn) = y.

В таких языках отсутствуют операторы: все действия, в том числе и управляющие конструкции, выполняются при помощи вызовов функций. Одним из первых функциональных языков стал Лисп, созданный американским ученым Джоном Маккарти в 1957 году.

2) Логическое программирование представляет собой попытку возложить на программиста только постановку задачи, а поиски путей ее решения предоставить транслятору. Логические языки (например, Пролог) имеют специальные конструкции для описания объектов и связей (отношений) между ними.

Объектно-ориентированные языки, разработанные в середине 70-х гг., представляют собой отображение объектов реального мира, их свойств (атрибутов) и связей между ними при помощи специальных структур данных. При объектно-ориентированном подходе для каждого объекта создается своя структура данных, называемая классом и содержащая свойства объекта (поля) и процедуры для управления объектом (методы). При этом каждый класс может содержать несколько подклассов, описывающих частные случаи общего объекта. Все подклассы содержат в себе, наряду с общими свойствами, также еще ряд специфических свойств, отличающих их от первоначального класса. Такой принцип называется принципом наследования свойств (от общего к частному).

Например, для описания объекта «геометрическая фигура» можно использовать класс, содержащий три свойства (цвет, координаты x и y, определяющие начальную точку рисования данной фигуры на экране) и два метода (поменять цвет и переместить фигуру в точку с координатами x, y).

Затем для данного класса можно определить подклассы, описывающие частные случаи геометрических фигур за счет добавления новых специфических свойств: прямоугольник (свойства ширина и высота), круг (свойство радиус) и т.п. При этом и для прямоугольника, и для круга будут применимы общие свойства и методы, заданные для класса «геометрическая фигура».

Типичными представителями объектно-ориентированных языков программирования являются C++, Java, Visual Basic.

С точки зрения принципов программирования языки программирования можно разбить на несколько групп:

Процедурные языки программирования

Программа на процедурном языке программирования состоит из последовательности операторов (инструкций), задающих те или иные действия. Одним из важнейших квалификационных признаков процедурных языков является их уровень, характеризующий степень близости языка программирования и машинного языка. За начало отсчета уровней принимается машинный язык, уровень которого равен нулю. Язык человека рассматривается как язык наивысшего уровня. Примером процедурного языка является Паскаль.

Функциональные языки программирования

Программа на таком языке представляет собой совокупность описаний функций и выражения, которые необходимо вычислить. Оно вычисляется посредством редукции (т. е. серии упрощений). Функциональное программирование не использует концепцию памяти как хранилища значений переменных. Операторы присваивания отсутствуют, вследствие чего переменные обозначают не области памяти, а объекта программы, что полностью соответствует понятию переменной в математике. Наличие стройной математической основы обеспечивает возможность использования алгебраических методов создания структуры, преобразования и исследования программ. Это в какой-то мере приближает их к описанию структуры мышления человека. Примером функционального языка является язык LISP (List Processing-обработка списков) Разработан и реализован в Массачусетском технологическом институте в 1959 г. Рассматривается специалистами как основной язык программирования систем искусственного интеллекта.

Логические языки программирования

Логика и программирование долгое время были непересекающимися областями исследований. Только в 1973 впервые было опубликовано описание языка PROLOG (PROgramming in LOGic- программирование в терминах логики) Центральным понятием в логическом программировании является отношение. Программа представляет собой совокупность определений отношений между объектами и цели. В логическом программировании нужно только специфицировать факты, на которых алгоритм основывается, а не определять последовательность шагов, которые требуется выполнить.

Объектно-ориентированное программирование

Корни объектно — ориентирования уходят в одну из ветвей логики, в которой первичной является не отношение, а объект. Прототипом объектно-ориентированного программирования явился язык SIMULA-67. Но оформилось оно в самостоятельный стиль программирования с появлением языка (SMALLTALK-1972 г.), первоначально предназначенного для реализаций функций машинной графики. Этот стиль программирования характеризуется богатыми графическими возможностями и средой программирования, развитой модульной структурой программ. Именно модульность упрощает разработку сложных программных продуктов. Как пример объектно-ориентированного языка можно назвать Visual Basic и Delfi.

Написание кода — Жизнь программиста

Не волнуйтесь, если что-то не работает. Если бы всё работало, вас бы уволили.

Насколько важным является процесс кодирования в программировании? Ответ на этот вопрос не так очевиден, как может показаться на первый взгляд. Некоторые считают, что это и есть программирование, но на самом деле это не так.

Факты о программировании

Вот некоторые неочевидные факты о программировании:

Только 10-20% времени тратится на кодирование
Большая часть времени тратится на размышления
Существенная часть времени тратится на отладку
В день пишутся лишь десятки строк кода, которые пойдут в конечный продукт

Действительно, профессиональные разработчики тратят лишь 10-20% времени непосредственно на написание кода. Сравним, как выглядит работа программиста в реальной жизни с тем, как она обычно представляется в кино. В фильмах программисты постоянно набирают что-то на клавиатуре, но в обычной жизни вы скорее увидите человека, который чешет голову и задумчиво смотрит в экран, записи или вообще в пустоту. Зачастую тот код, который пишет программист, не является конечным. Он может постоянно его дорабатывать, переписывать, и в конечном итоге в день будет написаны несколько десятков строк готового кода, которые пойдут в конечный продукт.

Рассмотрим график, который показывает распределение рабочего времени в зависимости от уровня программиста: от начинающего до профессионального.

Ось Х отражает уровень программиста, а ось Y — его рабочий день. Видно, что есть очень сильная корелляция между уровнем разработчика и тем, на что уходит его рабочее время. Когда человек только начинает учиться программированию, то большую часть времени занимает именно процесс кодинга и отладки. Причем на отладку будет уходить даже больше времени, нежели указано на графике — не менее 90%. Отладка — это процесс поиска ошибок в коде. Именно количество времени, которое уходит на отладку, является одним из показателей уровня программиста. Помимо отладки новичок много занимается и кодингом, потому что ему нужно набивать руку. Кодинг можно сравнить с любым ремеслом, даже боевым искусством. Это такой процесс, который в конечном итоге, когда вы становитесь профессионалом достаточно серьёзного уровня, автоматизируется и становится просто способом реализации того, что вы придумали. И для ремесленника, и для художника, и для программиста первоочередная и самая сложная задача — это создать идею, продумать, что она в себя будет включать и как её воплотить в жизнь. А сам процесс воплощения обычно протекает гораздо проще.

Из чего состоят языки

Процесс кодинга — это непосредственная работа с языком. Пришло время разобраться, что из себя представляет язык. Любой язык программирования, равно как и язык естественный, состоит из 3 элементов.

Лексика

Первый элемент — это лексика. Лексика включает в себя словарь языка — набор слов, который в нём используется. В языках программирования такой набор слов гораздо более ограничен: в нём могут использоваться несколько десятков слов и спецсимволов против десятков тысяч слов в естественном языке. С другой стороны, выучить лексику языков программирования, а значит и усвоить его основы, гораздо проще. Ключевые слова учатся в процессе обучения и очень похожи во многих языках.

Синтаксис

Второй элемент языка — синтаксис, то есть те слова и конструкции, которые в нём присутствуют. Они записываются в виде программ, которые должны быть синтаксически корректными — это означает, что слова должны стоять в определенном порядке и подчиняться определенным правилам. Нарушение синтаксиса — это ошибка, и, в отличие от естественных языков, синтаксис в языках программирования — штука очень строгая, его нарушение сразу приводит к ошибке. Именно с этими ошибками в первую очередь сталкиваются программисты, которые пишут свои первые программы. Синтаксические ошибки просто отслеживать — нужно лишь немного набить руку. Знание синтаксиса — это основа, с которой начинается программирование.

Семантика

Третьим элементом языка является семантика. Одно дело — просто написать синтаксически верную конструкцию, но совершенно другое — чтобы она еще и правильно работала. Семантика подразумевает, что должно происходить под синтаксисом, и как это будет работать. Знание семантики — это уже более глубокий уровень и требует хорошего понимания того, что происходит в том или ином коде, начиная от уровня конкретных конструкций и заканчивая программами в целом. Она сопровождает разработчиков всегда и везде, поэтому важно понимать, зачем выполняется какое-то действие и почему оно так работает.

Чем на самом деле является язык программирования

Языки программирования существуют в 2 формах:

Стандарт языка
Реализация стандарта

Первая форма языка — это его стандарт, определяющий синтаксис и семантику. Не у всех языков есть стандарты, и они не всегда появляются до появления самого языка. Обычно появляется какой-то язык, и если он становится популярен, создается его стандарт и спецификация. Большинство современных языков имеют такие стандарты в том или ином виде.

Вторая форма языка — это реализация стандарта. Их может быть несколько, они все могут быть разработаны разными производителями, иметь свои особенности, но все без исключения должны подчиняться спецификации (стандарту). Подчинение спецификации даёт возможность исполнять код в разных средах.

Разобраться в разнице между стандартом языка и его реализацией можно на примере популярнейшего языка программирования JavaScript, который используется абсолютно везде и часто идёт вторым языком почти в каждом проекте, особенно в веб-разработке. Есть стандарт ECMA-262 или ECMAScript, а есть язык JavaScript, который является его реализацией. Существует несколько реализаций ECMAScript, среди которых TypeScript и JScript, которые написаны Microsoft, ActionScript от Macromedia (Adobe) и другие. При этом сам язык JavaScript остаётся такой же реализацией, которая имеет несколько сред исполнения.

Одной из таких сред является браузер. Есть несколько разных браузеров, у каждого из которых своя реализация JavaScript. Существует еще серверная, бэкенд-реализация — она называется NodeJS — которая позволяет исполнять тот же самый JavaScript. Некоторые теряются и не понимают разницы между JavaScript и NodeJS, выбирая, что же из этого им нужно учить. На самом деле, выбор здесь прост: в первую очередь надо осваивать JavaSсript, как самую популярную реализацию стандарта ECMAScript, и только после этого погружаться в специфики сред исполнения. Примерно такая же ситуация с другими языками.

Для любого языка истина в последней инстанции — это его спецификация. Зачастую её очень непросто читать, и есть более человечные способы знакомства с синтаксисом и семантикой языка, но помните о первоисточнике — к нему всегда можно обратиться и найти ответ на вопрос, как работает тот или иной элемент языка.

Заблуждение

Знание синтаксиса языка программирования и семантики и есть программирование?

Есть одно очень важное заблуждение, которое касается практически всех начинающих программистов. Его распространению способствует огромное количество курсов на просторах сети, разговоров на форумах, чатах, где бы то ни было. У молодых разработчиков возникает ощущение, что знание синтаксиса языка и его семантики — это и есть программирование, но на самом деле это не так. Да, это знание очень сильно приближает к освоению программирования, и без него нельзя стать разработчиком, но оно не является определяющим. Точно так же, как покупка фотоаппарата и изучение его документации не делает из человека фотографа, знание синтаксиса и семантики языка программирования не делает из человека программиста.

Языки программирования: характеристика, описание, виды

Классификация языков программирования помогает понять, какие концепции и парадигмы заложены в той или иной методике написания программного обеспечения. Этот момент должен уяснить каждый будущий разработчик, иначе с созданием собственного контента возникнут серьезные проблемы.

В данной статье будет рассказано все о классификации языков программирования в 21 веке. Соответствующая информация поможет как новичкам, так и уже опытным разработчикам. А еще предстоит рассмотреть самые распространенные programming languages с их особенностями, преимуществами и недостатками.

ЯП – это…

Язык программирования – это формальный язык, который необходим для того, чтобы записывать разного рода компьютерные приложения, службы и драйверы. Представлен набором правил нескольких типов:

лексического;
семантического;
синтаксического.

За счет подобных «условий» будет определяться внешний вид программного обеспечения, а также спектр доступных функций и операций.

Основная классификация

Классификация языков разработки может быть совершенно разной. Здесь стоит обратить внимание на несколько способов «деления на категории».

Первый вариант – это классификация по зависимости от аппаратного устройства (компьютера):

языки низкого уровня;
языки высокого уровня.

По принципам программирования:

процедурные;
непроцедурные;
объектно-ориентированные.

По ориентации на класс задач, выполняемых получившимся софтом:

универсальные;
специализированные.

Есть логическое программирование, функциональное, объектно-ориентированное. Programming Languages бывают также кроссплатформенными и нативными. Классифицировать ЯП можно по разным признакам, но предложенные варианты являются «классическими». Они помогают быстрее остальных форм разделения ЯП по типам выбрать подходящий вариант для дальнейшего изучения.

Степень зависимости

Стоит начать рассмотрение с языков низкого уровня. Они носят название машинно-ориентированные. Это – языки, в которых команды и данные будут учитывать непосредственную архитектуру компьютера. Они широко применяются в разработке ПО. У языков низкого уровня есть одна особенность – ориентированность на конкретный тип устройства. Итоговый контент не будет запускаться на платформе, для которого он не был создан изначально.

Низкоуровневые ЯП хорошо интерпретируются устройствами, но обычному человеку понять их бывает не слишком легко. В основе заложены двоичные коды. Пример – Assembler.

Кроме языков низкого уровня есть ЯП высокого «класса». Они носят название машинно-независимых. Программы, получаемые на выходе, будут использоваться на устройствах разного типа. Обладают большей доступностью, чем низкоуровневые. Пример – первый высокоуровневый ЯП Fortran.

По принципам разработки

Программирование может быть процедурным, непроцедурным и объектно-ориентированным. Это – второй тип классификации.

Процедурный вариант предусматривает следующие особенности:

базируются на смене состояния устройства (значении ячеек памяти, процессора);
управление информацией осуществляется пошагово;
для реализации заданных операций используются так называемые инструкции%
предусматривается четкая структуризация приложений.

Непроцедурное программирование эффективно тогда, когда требуется искать информацию в больших количествах. Оно применяется в ситуациях, при которых выстроить точное решение не получается (пример – переводы и распознавание образов). Решения здесь будут опираться на встроенный интерпретатор. Непроцедурная разработка предусматривает языки логического программирования и функционального.

Объектно-ориентированное программирование в 21 веке стало наиболее популярным решением в разработке ПО. Данная концепция возникла впервые в прошлом столетии. Сюда относят ЯП, которые определяют объекты, работают с классами и располагают абстрактными данными. В основе заложены принципы наследования, инкапсуляции и абстракции. Приложение представлено связью объектов. Оно опирается на взаимодействие компонентов на экране, а не на чистую логику.

Ориентация на класс задач

ЯП могут быть универсальными или специализированными. Первый вариант подходит для решения самых разных задач и проблем. Они используются для веб-разработки, создания игр, бизнес-приложений и многого другого.

Специализированные ЯП принимают во внимание специфику выбранной предметной области. Сегодня известны десятки таких вариантов:

для web программирования;
скриптовые;
разметки;
гипертекста;
для мобильных платформ.

Часто специализированные языки применяются для того, чтобы создавать разного рода небольшие вспомогательные приложения.

Из чего состоит язык

Языки логического программирования, низкоуровневые, высокоуровневые и другие состоят из определенных компонентов. Сюда относят:

Алфавит. Это – символы, которые в сочетании будут образовывать разного рода конструкции языка.
Синтаксис. Совокупность правил записи функций, команд и иных языковых конструкций.
Семантика. Правила, согласно которым происходит толкование и обработка заданных в приложении конструкций.

Также есть словари. Это – определенные слова, которые используются «специфическим» образом. Они задействуются в коде в отдельных ситуациях и реализовывают строго установленное назначение. Такими являются ключевые слова. Примеры – printf, if, input.

Логическая разработка

Логическое программирование – подход к создание программного обеспечения, который базируется на доказательстве разнообразных теорем, а также выводах информации при помощи установленных фактов. Результат – побочный продукт функционирования утилиты.

Логическое программирование опирается на математические теоремы, а также дискретную математику. Оно не слишком понятно «обычному человеку». Это – достаточно сложный «раздел» написания ПО.

Особенности

Некоторые считают соответствующую концепцию функциональной. Подобное утверждение не является истиной. Логическое программирование подходит для создания средств искусственного интеллекта. Такой вариант идеален, когда переменные подразделяются на выходные и входные.

Ключевая особенность подобной разработки – то, что приложение представлено определенными отношениями между различными компонентами кода. Из недостатков стоит отметить тот факт, что далеко не все задачи можно описать логически. Для большинства современных решений соответствующая парадигма будет выступать устаревшей.

Когда пригодится

У логического программирования в 21 веке есть практическое применение, но оно встречается на практике не слишком часто. Изучать такую концепцию рекомендуется всем разработчикам: она помогает лучше мыслить.

Сферы, в которых пригодятся навыки логического программирования:

машинное обучение;
искусственный интеллект;
работа с информацией (особенно в больших объемах).

Также рекомендуется «для общего развития». В 21 веке соответствующая концепция – это «узкоспециализированное» направление.

Языки

Языков логического программирования не очень много. Связано это с тем, что соответствующее направление не получило широкого распространения на практике с развитием информационного и технологического прогресса. Чаще всего используются два языка, о которых речь зайдет далее.

Prolog

Первый вариант – это Prolog. С него началось логическое программирование. Создан в 1972 году некий Аленом Колмероэ. Выступает в качестве свежего и актуального по сей день. Синтаксис у Prolog далеко не самый простой, но он полезен в понимании логики ПК.

К преимуществам Пролога относят:

простоту изучения и понимания;
наличие фактов и выражений;
отсутствие зависимости от выбранного пути.

Но для комплексного программного обеспечения Prolog не годится. Пользователю предстоит использовать его в связке с другими ЯП. Вычислительные операции здесь отнимают немало времени – итоговый контент может отличаться медленной работой.

Mercury

Это – второй вариант логического программирования. Он обеспечивает лучшую отладку и повышенную производительность по сравнению с «предшественником». Синтаксис от Prolog сильно отличается, что делает изучение Mercury достаточно трудным.

На практике встречается редко из-за того, что развивается медленно. Финансирование соответствующего проекта дефицитное.

9. Языки программирования

9.1. Основные понятия и элементы языков программирования

Язык программирования – это набор букв, слов, чисел и мнемонических сокращений, используемых при записи компьютерной программы, а также правила записи программы из элементов языка (его синтаксис).

Обычный разговорный (естественный) язык состоит из четырех основных элементов: символов, слов, словосочетаний и предложений. Компьютерный (формальный) язык программирования содержит подобные же элементы, только слова называют элементарными конструкциями, словосочетания – выражениями, предложения – операторами. Язык программирования (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 команда. Множество правил порождения элементов языка программирования, выражений и предложений называют грамматикой формального языка или формальной грамматикой.

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.

У формального языка много общего с естественным языком, предложения которого также строятся в соответствии с грамматическими правилами. Однако грамматика естественного языка, подобно наукам о природе с известной степенью достоверности описывает и обобщает результаты наблюдений за естественным языком как за явлением окружающего мира. Характерные для грамматики естественных языков исключения из правил свидетельствуют о том, что зафиксированная в грамматике языка система правил не может в точности описать все закономерности развития языка.

Формальные языки проще естественных языков. Они создаются одновременно с системой правил построения слов и предложений. Исключения из правил в формальном языке могут свидетельствовать лишь о противоречивости и некорректности системы грамматических правил.

Иными словами, язык программирования имеет жёсткую структуру. По русски (на естественном языке) мы можем одну и ту же мысль выразить по-разному: «завтра идти на работу», «на работу идти завтра» или «завтра на работу идти». Эмоциональные оттенки этих фраз будут немного отличаться благодаря смысловому ударению. Однако, в программах такие вольности не допускаются. Если в любой конструкции языка программирования изменить порядок следования элементов, конструкция станет ошибочной.

Грамматические правила можно записывать различными способами. Грамматика естественного языка традиционно описывается в виде грамматических правил на естественном языке. Грамматика формального языка также может быть описана в виде множества правил на естественном языке. Но обычно для этого используют специальные средства записи: формулы и схемы.

Для многих широко распространённых языков программирования созданы международные стандарты. Специальные организации проводят регулярное обновление и публикацию спецификаций и формальных определений соответствующего языка. В рамках таких комитетов продолжается разработка и модернизация языков программирования и решаются вопросы о расширении или поддержке уже существующих и новых языковых конструкций.

Основными элементами (понятиями) языков программирования являются следующие.

Имена (идентификаторы) – последовательность символов для обозначения объектов программы (переменных, массивов, функций и дp.).

Операции. Существуют следующие типы операций:

арифметические операции: сложение, обозначается символом “+”; вычитание, обозначается символом “–”; умножение, обозначается символом “*”; деление, обозначается символом “/” и дp.;

логические операции: операции “логическое и”, “логическое или”, “логическое не” и др.;

операции отношения: меньше, обозначается символом “<”; больше, обозначается символом “>”; меньше или равно, обозначается символами “<=”; больше или равно, обозначается символами “>=”; равно, обозначается символом “=”; не равно, обозначается символами “<>”.

операция конкатенации символьных значений дpуг с другом, изображается знаком «+».

Ключевые слова – это слова языка, имеющие строго определенное назначение, которые не могут использоваться в качестве идентификаторов.

Данные – величины, обрабатываемые программой. Имеется тpи основных вида данных: константы, переменные и массивы.

Константы – это данные, которые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе ее выполнения. Константы бывают:

числовые: (7.5, 12;)

логические: (true(истина), false(ложь));

символьные: («А», «+»; и т.п.)

строковые: (например «abcde», «информатика»).

Переменные – это данные, которые могут изменять свои значения в ходе выполнения программы. Они обозначаются именами. Переменные бывают

вещественные,

Массивы – последовательности однотипных элементов, число которых фиксировано и которым присвоено одно имя. Положение элемента в массиве однозначно определяется его индексами – одним в случае одномерного массива, или несколькими, если массив многомерный.

Выражения – элементы языка, которые предназначаются для выполнения необходимых вычислений, состоят из констант, переменных, указателей функций, объединенных знаками операций. Выражения записываются в виде линейных последовательностей символов (без подстрочных и надстрочных символов, «многоэтажных» дробей и т. д.), что позволяет вводить их в компьютер, последовательно нажимая на соответствующие клавиши клавиатуры.

арифметические;

Арифметические выражения служат для определения одного числового значения. Арифметические выражения записываются по следующим правилам:

1. Нельзя опускать знак умножения между сомножителями и ставить рядом два знака операций.

2. Индексы элементов массивов записываются в скобках.

3. Операции выполняются в порядке старшинства: сначала вычисление функций, затем возведение в степень, потом умножение и деление и в последнюю очередь – сложение и вычитание.

4. Операции одного старшинства выполняются слева направо.

Логические выражения описывают некоторые условия, которые могут удовлетворяться или не удовлетворяться. Таким образом, логическое выражение может принимать только два значения – «истина» или «ложь» (да или нет).

В записи логических выражений помимо арифметических операций сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в степень используются операции отношения и логические операции.

Значения строковых выражений – тексты. В них могут входить строковые константы, строковые переменные и строковые функции, разделенные знаком операции конкатенации.

Оператор – это элемент языка, который задает полное описание некоторого действия, которое необходимо выполнить. Оператор – это наиболее крупное и содержательное понятие языка: каждый оператор представляет собой законченную фразу языка программирования и определяет некоторый вполне законченный этап обработки данных. В состав операторов входят ключевые слова; данные; выражения и т. д.

Функция – это программная единица, которая может быть употреблена в выражении. Функция прямо возвращает величину, которая используется при вычислении этого выражения, и, кроме того, может возвращать величины через параметры.

Стандартная функция – подпрограмма, заранее встроенная в транслятор языка для вычисления часто употребляемых функций. В качестве аргументов функций можно использовать константы, переменные и выражения.

Подпрограмма – это последовательность операторов, которые определены и записаны только в одном месте программы, однако их можно вызвать для выполнения из одной или нескольких точек программы.

Макрос является средством для замены последовательности символов описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ на более сжатую форму. В основном, макросы предназначены для того, чтобы сократить запись исходной программы.