A programozási nyelvek fejlődése

1. A programozási nyelvek fejlődése Hernyák Zoltán Web: http://dragon.ektf.hu/aroan, E-Mail: aroan@aries.ektf.hu Magasszintű Programozási Nyelvek I. Eszterházy Károly Főiskola Számítástudományi tsz http://aries.ektf.hu 1

2. A programozási nyelvek fejlődése • A jó programozási nyelv: • Könnyen elsajátítható alapelvek • Áttekinthető leírás • Könnyen módosítható kód • Nehéz hibát elkövetni benne • Könnyen dokumentálható 2

3. A programozási nyelvek fejlődése • gen.: Gépi kódú programozási nyelv • Egyetlen „jó” jellemzővel sem bír • A kód számok sorozata • Egy „szám” egy utasítás • Relatíve sok utasítás • Nincs változónév • Nincs eljárásnév • Nincs ciklus • Memóriacímekre hivatkozás számkóddal 3

4. A programozási nyelvek fejlődése Példa: Mem.cím Gépi kódú utasítás Assembly utasítás 4

5. A programozási nyelvek fejlődése • Egyéb problémák: • A számkódokat a memóriába kell juttatni • Ha másik memóriaterületre tesszük, az gondot okozhat • A gépi kód processzorfüggő 5

6. A programozási nyelvek fejlődése • Előnye: • Maximális futási sebesség • Elvileg minimális memóriamennyiség-felhasználás • A mikroprocesszor és az egyéb hardware elemek képességeinek maximális kihasználhatósága „Amit nem lehet megírni gépi kódban, azt nem lehet megírni!” 6

7. A programozási nyelvek fejlődése • 2. gen.:Assembly programozási nyelv • Néhány „jó” jellemzővel bír • Az utasításokat betűkombinációk jelölik (mnemonikok) • Pl: „MOV” == „move” == „mozgatás” • Egy ilyen mnemonik egy gépi kódú utasításnak felel meg • Sokkal könnyebb megjegyezni a nyelvet 7

8. A programozási nyelvek fejlődése • Sokkal nehezebb hibázni • Az elgépelés észrevehető („MUV” utasítás nincs:) • A program ezen formája olvashatóbb • Könnyebben módosítható • Könnyebben megérhető 8

9. A programozási nyelvek fejlődése Példa: Mem.cím Gépi kódú utasítás Assembly utasítás 9

10. A programozási nyelvek fejlődése Új fogalmak: • Forráskód (source code): a program szöveges formájú leírása • Tárgykód (object code): a program gépi kódra fordított formája • Fordítóprogram (compiler): amely a transzformációt elvégzi 10

11. A programozási nyelvek fejlődése Új fogalmak: • Fordítás (compiling): a folyamat, melynek során a fordító program a forráskódból előállítja a tárgykódot • De-compiler: a tárgykódból visszaállítja a forráskódot (veszteséges) 11

12. A programozási nyelvek fejlődése Elkezdődött a fordítóprogram intelligenciájának fejlődése! 12

13. A programozási nyelvek fejlődése Változó fogalmának primitív változata: • Memóriacímnek azonosítóadományozása • A forráskódban ezen azonosítók használhatók • Növeli az olvashatóságot • Csak egy helyen kellett módosítani a forráskódot ha a memóriaterület címe változott X_SUGAR 5420 Y_SUGAR 5422 add ax,[X_SUGAR] 13

14. A programozási nyelvek fejlődése Ami hiányzik: • Nincs típusfogalom • Az azonosító inkább „konstans” szerepét töltötte be • A memóriacímek meghatározása a programozó feladata • A memóriaterületek átlapolhatóak voltak, illetve „lyukak” lehettek közöttük 14

15. A programozási nyelvek fejlődése Fejlődés: • Az azonosítóhoz primitív „típusnév” csatlakozik • Ez egyetlen szerepet töltött be: meghatározta a memóriaigényt • Így lehetőség nyílt az azonosítókhoz tartozó memóriacímek automatikus kiosztásához, egy kezdőcímhez (base address) viszonyítva folytatólagosan WORD X_SUGAR WORD Y_SUGAR add ax,[X_SUGAR] 15

16. A programozási nyelvek fejlődése Még mindig hiányzik: • A változó helyes kezelésének ellenőrzése • Pl: egy négybájtos területet lehetett kétbájtosként, egybájtosként is kezelni • Nincs különbség a „bool”, „char”, „signed short”, „signed long” között, mindegyik 1 byte memóriaigény • Élettartam • Hatáskör 16

17. A programozási nyelvek fejlődése Programozási stílus fejlődése: • Csak ugró utasítás létezett • Az ugrás kiszámítása relatív címekkel történik (pl. „ugorj vissza 16 byte-nyit, és folytasd onnan a programot”) • Van eljáráshívás . Megvalósítása ugorj … memóriacímre … térj vissza 17

18. A programozási nyelvek fejlődése Programozási stílus fejlődése: • Az ugró utasítások pontos helyét azonosítókkal jelölték meg: Ciklus_ujra: push ax mov ax,cx jnz @Ciklus_ujra 18

19. A programozási nyelvek fejlődése Programozási stílus fejlődése: • A jól megválasztott azonosítónevek szintén növelik a forráskód olvashatóságát • Nehéz elrontani az ugrás helyének azonosítását (elgépelés valószínűleg hibás) • Az eljárások belépési pontját is azonosítónév jelöli (ez már majdnem ELJÁRÁSNÉV) call @kiiras 19

20. A programozási nyelvek fejlődése Több modulból álló projekt (1): • Lehetőség nyílik a forráskódok egyesítésére (#include) • A program „hosszú” kódját szét lehet tördelni apróbb, e miatt jobban kezelhető forráskód-részekre • A forráskód-darabokat a fordítóprogram egyesítette 20

21. A programozási nyelvek fejlődése Több modulból álló projekt (2): • A fordítás gyorsítása érdekében a forráskódrészek külön kerülnek lefordításra • Az apró tárgykódokat egyesíteni kell, és a kereszthivatkozások helyességét ellenőrizni Szerkesztő (linker) program Szerkesztés (linking) fázis A futtatható program előállítása egyre több, jól elkülöníthető fázisra bontható fel 21

22. A programozási nyelvek fejlődése Még mindig hiányzik: • Nincs tisztán eljárás, az eljárás „törzsébe” is közvetlenül be lehet ugorni • Egyetlen „eljárás” belsejében is tetszőleges módon lehet ugrálni előre-hátra • Az assembly nyelv is processzorfüggő 22

23. A programozási nyelvek fejlődése Még mindig hiányzik: • Nincs rögzített módszer • az eljárások paraméterátadására (több módszer is létezik) • Értékek (pl hibakód) visszaadására 23

24. A programozási nyelvek fejlődése • Elkezdődött egy folyamat: általános célú rutinok megírásának igénye. Ez rohamosan csökkentette a fejlesztési sebességet! • Nem kell megírni • Nem kell tesztelni „Amit nem lehet megírni assemblyben, azt meg lehet írni gépi kódban. Amit nem lehet megírni gépi kódban, azt nem lehet megírni!” 24

25. A programozási nyelvek fejlődése 3. gen: Eljárásorientált nyelvek Elvi, szemléletbeli váltás történt ! • Rögzített paraméterátadási technikák • Érték szerinti • Cím szerinti • Rögzített érték-visszaadási technika (függvények) • A formális és aktuális paraméterlista egyezőségének ellenőrzése! 25

26. A programozási nyelvek fejlődése Típusok: • Megjelentek a nyelvi alaptípusok (bool, char, int, float, …) • Megjelentek az egyszerűbben megvalósítható összetett típusok (tömb, rekord) • Saját típusok definiálhatóak • Típusátnevezés (név változtatása) • Meglévő típusok szűkítése (pl. résztartomány-típusok) 26

27. A programozási nyelvek fejlődése Típusok: • A változók típushoz rendelése (deklaráció) • Kifejezések írhatósága, típushelyességének ellenőrzése • Értékadás típushelyességének ellenőrzése • Paraméterek kezelése közbeni típushelyesség ellenőrzése 27

28. A programozási nyelvek fejlődése Programvezérlési szerkezetek: • Történelmi okokból megmaradt a „goto” • A három alapvető programvezérlési szerkezet • Szekvencia • Szelekció • Iteráció • Utasításblokkok kialakíthatósága 28

29. A programozási nyelvek fejlődése További előnyök: • Nem processzorfüggő • A fordítás menete lehetséges: • Először a 3. generációs forráskód átfordítása assembly forráskódra • Assembly nyelvre már létezik fordítóprogram • Ma már közvetlenül a gépi kód generálása a jellemzőbb 29

30. A programozási nyelvek fejlődése Korlátok: • Saját típus fejlesztése igazából nem lehetséges. Nincs lehetőség olyan „típus” kifejlesztésére, mely a nyelvbe olyan szinten beépül, mint a gyári típusok • Nincs lehetőség új operátorok fejlesztésére, a meglévőek jelentésének finomítására, a precedenciaszint megváltoztatására, stb… • A nyelv kevéssé fejleszthető 30

31. A programozási nyelvek fejlődése 3. gen: Objektum-orientált nyelvek Elvi, szemléletbeli váltás történt ! • Annyi a hasonlóság a procedurális nyelvek között, hogy nem tekintik külön generációnak • A fordítóprogram intelligenciája, hibakiszúró képessége tovább fokozható • Saját típusok fejlesztése majdhogynem „korlátok nélkül” 31

32. A programozási nyelvek fejlődése 4. gen: Speciális nyelvek • Speciális feladatkörre orientálódott (pl adatbáziskezelés, grafika, matematika, …) • Nagyon gyorsan elsajátítható, beszélt nyelvre (angol) emlékeztető szintaxis • Nem kifejezetten szakemberek számára tervezett 32

33. A programozási nyelvek fejlődése 5. gen: Mesterséges Intelligencia • Nem készült el (készítése folyamatban) • Speciális processzor érti meg csak 33

34. A programozási nyelvek fejlődése Programozási nyelvek csoportosítása • 1. Imperatív (procedurális) nyelvek • 2. Applikatív (funkcionális) nyelvek • 3. Szabály alapú (logikai) nyelvek • 4. Objektumorientált nyelvek 34

35. A programozási nyelvek fejlődése Imperatív nyelvek • Értékadó utasításokat használ ( a := b+c; ) • Ezeket végrehajtva közelít a megoldáshoz • Az elágazások és ciklusok segítik, hogy melyik értékadó utasítást, hányszor kell végrehajtani • Erősen épít a változó fogalmára 35

36. A programozási nyelvek fejlődése Funkcionális nyelvek • Nincsenek benne változók, és e miatt értékadó utasítás • Függvények vannak benne, amelyeket ki kell értékelni • MINDEN függvény benne, még az is, ami nem látszik annak  • A program egy nagy, bonyolult, összetett fv kiértékelését jelenti 36

37. A programozási nyelvek fejlődése Logikai nyelvek • Formális logika és halmazelmélet szabályaira épül • Tényeket tárol (tudásbázis) • Kérdéseket lehet megfogalmazni benne • A kérdésekre a választ a beépített tények alapján a nyelv által használt módszer szerint megkeresi a választ 37

38. A programozási nyelvek fejlődése Objektum-orientált nyelvek • Egymással kölcsönhatásban álló objektumok összessége • Minden objektumnak van interface, amely definiálja, hogy mit lehet az adott objektummal végezni, végeztetni • Az objektumok egymással egymás interface-in keresztül kommunikálnak 38

39. A programozási nyelvek fejlődése Objektum-orientált nyelvek • Egy, az interface-beli tevékenység meghívását üzenet-nek hívjuk (‘azt üzenjük neked, hogy mentsd ki az adataidat’) • Egy tevékenységet általában többféle paraméterezéssel is el lehet érni (overloading) • Az objektumok hordozzák saját állapotukat (változókban (mezőkben)) 39

40. A programozási nyelvek fejlődése Objektum-orientált nyelvek • Ha egy műveletet az adott objektum visszautasít, szabványos módon jelzi a hibát a hívónak (kivételkezelés) • stb… 40

41. A programozási nyelvek fejlődése Objektum-orientált nyelvek • Az OOP nyelvek is imperatívak • Az alap szintaxis (értékadás, elágazás, ciklus, …) leírására nem találnak ki új nyelvet, hanem egy már meglévő nyelv szintaxisát használják fel: C -> C++ 41

42. A programozási nyelvek fejlődése Objektum-orientált nyelvek • Hagyományos nyelv: nem ismeri az OOP fogalmakat sem • OOP támogató nyelv: a nyelv ismeri az OOP fogalmakat, de lehet benne hagyományos programokat is fejleszteni (vegyesen) • OOP nyelv: csak OOP szemléleten keresztül lehet benne fejleszteni 42