Obsah Programovací jazyky doc. Ing. Miroslav Beneš, Ph.D. katedra informatiky FEI VŠB-TUO A-1007 / 597 324 213 http://www.cs.vsb.cz/benes Miroslav.Benes@vsb.cz Co je to programovací jazyk Překlad a zpracování programu Nástroje pro tvorbu programů Metody popisu programovacích jazyků Typy programovacích jazyků Vývoj programovacích jazyků Studijní program Informační technologie ZPP - Programovací jazyky 2 Programovací jazyk Popis výpočtů, obvykle ve tvaru, jenž umožňuje provedení elektronickým počítačem (program) Standardizovaný nástroj pro komunikaci s počítačem S jakými daty má počítač pracovat? Jak se tato data budou ukládat a přenášet? Které akce a kdy se mají provést? Proč používáme programovací jazyky? Zjednodušují přenos určitého typu informace Noty v hudbě Matematické formule Elektrotechnická schémata Vyznačují se velkou přesností vyjádření Přirozené jazyky vynechávání, gramatické chyby, víceznačnost Jsou obvykle proveditelné na počítači Značkovací jazyky (HTML) data, ne program Specifikační jazyky (λ-kalkul) teoretický výzkum ZPP - Programovací jazyky 3 ZPP - Programovací jazyky 4 1
Překlad a zpracování programu Nástroje pro tvorbu programů Zdrojový text programu Chyby při překladu Ladění Překlad a sestavení Neúspěšné testy Testování Provoz Chyby za provozu Editor Překladač / interpret x zpětný překladač Spojovací program (linker) Správa verzí CVS, Subversion, Ladicí program (debugger) Nástroje pro ladění výkonu (profiler) Testovací nástroje, generátory testů Generátor instalačních balíků Nástroje pro internacionalizaci (i18n) ZPP - Programovací jazyky 5 ZPP - Programovací jazyky 6 Integrovaná vývojová prostředí (IDE) Eclipse Poskytují více uvedených funkcí současně Prostředí orientovaná na určitý jazyk Borland Pascal, C++, JBuilder, C#Builder SharpDeveloper, JCreator, NetBeans Univerzální prostředí Eclipse (Java, C++, C#, ) MS Visual Studio (C++, C#, Jscript, VB, ) ZPP - Programovací jazyky 7 ZPP - Programovací jazyky 8 2
JBuilder MS Visual Studio ZPP - Programovací jazyky 9 ZPP - Programovací jazyky 10 Překladač Analýza zdrojového textu, vyhledání chyb Základní stavební prvky identifikátory, čísla, řetězce, operátory, oddělovače, Programové konstrukce deklarace, příkazy, výrazy Kontextové vazby definice/užití, datové typy Syntéza cílového programu / Interpretace Strojový jazyk (nebo JSI) Jazyk virtuálního procesoru (JVM, CLR) Překladač Inkrementální překlad Umožňuje po drobné opravě přeložit jen změněnou část Možnost provádění drobných změn během ladění programu Just-in-time překlad Generování instrukcí virtuálního procesoru (Java VM -.class,.net CLR jazyk IL) Překlad až v okamžiku volání podprogramu Optimalizace podle konkrétního procesoru ZPP - Programovací jazyky 11 ZPP - Programovací jazyky 12 3
Popis programovacího jazyka Syntaxe - struktura jazykových konstrukcí Textové jazyky (C, Pascal, Java) Grafické jazyky (vývojové diagramy, UML) ano a > 10 x := x + 5 ne if a > 10 then begin x := x + 5; end Popis programovacího jazyka Sémantika význam jazykových konstrukcí Statická sémantika v době překladu Dynamická sémantika v době běhu Příklad: Co znamená X + 1? X je celé číslo: Přičti k hodnotě proměnné X jedničku. X je řetězec: Převeď konstantu 1 na řetězec a připoj na konec řetězce uloženého v proměnné X. X je objekt: Zavolej metodu "operator + s parametrem 1. X je reální číslo: Převeď 1 na reálné číslo 1.0 a přičti k hodnotě proměnné X. ZPP - Programovací jazyky 13 ZPP - Programovací jazyky 14 Metody popisu syntaxe Syntaktický diagram if podmínka then příkaz else příkaz Gramatika příkaz if podmínka then příkaz zbytek zbytek else příkaz ε Metody popisu sémantiky Slovní popis Nepřesný Formální popis Operační sémantika Význam konstrukce popíšeme pomocí jednodušších operací Denotační sémantika Význam konstrukce popíšeme pomocí funkcí ZPP - Programovací jazyky 15 ZPP - Programovací jazyky 16 4
Typy programovacích jazyků Imperativní jazyky Posloupnost příkazů měnících stav výpočtu Možnost opakovaného přiřazení do proměnné Deklarativní jazyky Posloupnost podmínek Počítač musí najít postup, jak je dodržet Funkcionální jazyky ML, Haskell, LISP Logické jazyky PROLOG, CLP, Gödel, Mercury Dotazovací jazyky - SQL Vývoj programovacích jazyků Strojové jazyky Posloupnost instrukcí v číselném tvaru Jazyky symbolických instrukcí / adres Pojmenované instrukce Pojmenované adresy proměnné, návěští skoků Makrodefinice Autokódy Složitější příkazy Příklad: MAT (Minsk autokód CTI, PIS, JDI NA, ) Vyšší programovací jazyky ZPP - Programovací jazyky 17 ZPP - Programovací jazyky 18 První programovací jazyky kolem 1946 Konrad Zuse Plankalkul použit také pro šachy rukopis publikován až v roce 1972, nebyl nikdy implementován 1949 John Mauchly - Short Code první počítačový jazyk skutečně použitý na elektronickém zařízení určen pro zadávání rovnic "ručně kompilovaný" jazyk 1951 Grace Murray Hopper prosazovala vytvoření vyšších jazyků pracovala na návrhu prvního překladače zavedla pojem "počítačový virus" ZPP - Programovací jazyky 19 FORTRAN (1954-57) FORmula TRANslator - John Backus, IBM problémově orientovaný, strojově značně nezávislý, optimalizace (nutná v konkurenci s JSI) realizace překladače si vyžádala 18 člověkoroků - jeden z největších projektů v té době Vsoučasnosti stále nejpoužívanější jazyk v oblasti vědeckotechnických výpočtů! (ISO: 1997) ZPP - Programovací jazyky 20 5
FORTRAN LISP (1958-59) C C Vypocet funkce faktorial C INTEGER FUNCTION FACT(N) IMPLICIT NONE INTEGER N, I, F F = 1 DO 10 I = 1,N F = F * I 10 CONTINUE FACT = F END PROGRAM P1 IMPLICIT NONE INTEGER N, F, FACT READ(*,*) N F = FACT(N) WRITE(*,*) "Fact = ", F END LISt Processing - John McCarthy, M. I. T. první funkcionální jazyk - implementace lambda-kalkulu možnost imperativního stylu programování dosud se používá i jako skriptovací jazyk v aplikacích (AutoCAD, emacs, ) ZPP - Programovací jazyky 21 ZPP - Programovací jazyky 22 LISP (defun quicksort (vec l r) (let ((i l) (j r) (p (svref vec (round (+ l r) 2)))) (while (<= i j) (while (< (svref vec i) p) (incf i)) (while (> (svref vec j) p) (decf j)) (when (<= i j) (rotatef (svref vec i) (svref vec j)) (incf i) (decf j))) (if (> (- j l) 1) (quicksort vec l j)) (if (> (- r i) 1) (quicksort vec i r))) vec) Algol 60 (1958-60) Algorithmic Language - J. Backus, P. Naur bloková struktura, složené příkazy, rekurze syntax poprvé popsána formálně gramatikou (BNF) koncem 60. let se stal nejpopulárnějším jazykem v Evropě např. i ve výuce základ mnoha dalších programovacích jazyků ZPP - Programovací jazyky 23 ZPP - Programovací jazyky 24 6
ALGOL 60 begin integer N; ReadInt(N); begin real array Data[1:N]; real sum, avg; integer i; sum:=0; for i:=1 step 1 until N do begin real val; ReadReal(val); Data[i]:=if val<0 then -val else val end; for i:=1 step 1 until N do sum:=sum + Data[i]; avg:=sum/n; PrintReal(avg) end end COBOL (1960) COmmon Business Oriented Language pro vytváření rozsáhlých programů k vládním a obchodním účelům formalizovaný anglický text, čitelný pro manažery zavedl propracované záznamové struktury vytvořen konferencí CODASYL (Conference of Data Systems and Languages) Dosud se používá zejména ve finančních institucích (ISO:2002, XML 2006) ZPP - Programovací jazyky 25 ZPP - Programovací jazyky 26 COBOL BASIC (1964) IDENTIFICATION DIVISION. PROGRAM-ID. Iter. AUTHOR. Michael Coughlan. DATA DIVISION. WORKING-STORAGE SECTION. 01 Num1 PIC 9 VALUE ZEROS. 01 Num2 PIC 9 VALUE ZEROS. 01 Result PIC 99 VALUE ZEROS. 01 Operator PIC X VALUE SPACE. PROCEDURE DIVISION. Calculator. PERFORM 3 TIMES DISPLAY "Enter First Number : " ACCEPT Num1 DISPLAY "Enter Second Number : " ACCEPT Num2 DISPLAY "Enter operator (+ or *) : " ACCEPT Operator IF Operator = "+" THEN ADD Num1, Num2 GIVING Result END-IF IF Operator = "*" THEN MULTIPLY Num1 BY Num2 GIVING Result END-IF DISPLAY "Result is = ", Result END-PERFORM. STOP RUN. Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code John G. Kemeny, Thomas E. Kurz, Dartmouth University první implementace je kompilátor (1. 5. 1964 04:00) 1975 Tiny BASIC běží na mikropočítači s 2KB RAM 1977 Bill Gates, Paul Allen Altair BASIC 1991 - VisualBasic, VBA, VBScript 2003 - VB.NET ZPP - Programovací jazyky 27 ZPP - Programovací jazyky 28 7
Pascal (1968-71) Niklaus Wirth, ETH Zurich jednoduchý jazyk, určen pro výuku programování P-kód instrukce virtuálního procesoru, specializované procesory pro P-kód Borland Turbo Pascal (Anders Hejlsberg) Borland Delphi -> Kylix Další jazyky 1980-83 Ada 1972 C 1972 Smalltalk 1982-85 C++ 1994-95 Java 2000-02 C# ZPP - Programovací jazyky 29 ZPP - Programovací jazyky 30 C# using System; using System.Windows.Forms; using System.Drawing; public class Sample : Form { [STAThread] public static int Main(string[] args) { Application.Run(new Sample()); return 0; } public Sample() { Button btn = new Button(); btn.text = "OK"; Controls.Add(btn); } } Skriptovací jazyky Slouží obvykle k rozšíření nějaké aplikace Operační systém sh, command.com WWW server Perl, PHP WWW prohlížeč JavaScript, VBScript ZPP - Programovací jazyky 31 ZPP - Programovací jazyky 32 8
PHP // připojení k serveru a výběr databáze mysql_connect("localhost","uzivatel","heslo"); mysql_select_db("databaze"); // dotaz $h = mysql_query("select * FROM uzivatele WHERE jmeno='$jmeno'"); // vytvoření objektu z výsledného řádku $uz = mysql_fetch_object($h); if(!$uz ) die "Uživatel neexistuje"; if( $uz->heslo!= $heslo ) die "Špatné heslo"; Studijní program Informační technologie Úvod do programování (Java) Programování v C/C++ Programování v C# Programovací techniky Programovací jazyky a překladače Seminář z programování Funkcionální a logické programování ZPP - Programovací jazyky 33 ZPP - Programovací jazyky 34 9