Системи програмування забезпечують платформу для розробки прикладного програмного забезпечення і безпосередньо взаємодіють з комп’ютерним обладнанням, щоб отримати необхідну продуктивність при виконанні завдань користувачів. Платформу можна використовувати для програмування додатків iPhone, iPad і операційних систем Android, використовуючи мову програмування Java. Інтерфейс Android Studio і Oracle Java SDK в поєднанні з необхідними базовими знаннями дозволяє створювати найрізноманітніші програми.

Елементи програмних систем

Для початку розкриємо поняття про системи програмування. Ті, якими ми користуємося зараз, відносяться до періоду 3-го покоління ЕОМ. Системне програмування полягає у створенні програмного забезпечення. Воно може виконувати безліч різних завдань. Без нього більшість апаратних засобів не виконували б своїх функцій. Щоб зробити їх корисними, використовують програмне забезпечення. Користувачеві потрібно вибирати потрібну програму для кожного завдання.

Елементи класичної системи програмування:

Операційна система – є інтерфейсом між прикладним програмним забезпеченням і комп’ютером.

Утиліти – невеликі, але потужні програми з обмеженими можливостями для конкретних завдань. Зазвичай застосовуються користувачами для забезпечення безперебійної роботи комп’ютерної системи.

Бібліотечні програми являють собою скомпільований набір підпрограм, наприклад, бібліотек. Надають безліч функцій і процедур, доступних при написанні програми.

Програмне забезпечення перекладу: асемблер, компілятор, перекладач.

Інтерпретатор аналізує і виконує мовну програму високого рівня по одному рядку за раз.

Прикладне програмне забезпечення, призначене для допомоги користувачеві у виконанні конкретних завдань, наприклад, GIMP – для редагування фотографій.

Приклад сучасної системи програмування включає в себе сервісне і базове ПЗ.

Структура програми

Загальна форма програми приділяє особливу увагу окремих компонентів і взаємозв’язків між ними. Програми бувають добре чи погано структурованими. З добре структурованою програмою розділення на компоненти слід за принципами, наприклад, таким як приховування інформації, а інтерфейси між компонентами зрозумілі і прості. На більш тонкому рівні вона використовує відповідні структури даних і програмні одиниці з єдиною точкою входу і однією точкою виходу.

При погано структурованою програмою розділення на компоненти значною мірою довільно, а інтерфейси є неявними і складними. Крім того, така програма має довільні структури даних і потік контролю. Практично всі структуровані програми мають загальний характер дій:

Заява про початок програми.

Оголошення змінної.

Програмні заяви (блоки коду).

Приклади привітання «Hello World»

Системи програмування й приклади привітання «Hello World» на різних програмних мовами чітко демонструє базові відмінності.

Щоб використовувати змінну всередині програми, компілятор повинен заздалегідь знати тип даних, які будуть зберігатися в ньому. З цієї причини змінні оголошуються на початку програми.

Оголошення змінної складається з вказівки нового імені і типу даних для змінної. Зазвичай це робиться в самому початку.

На наступному малюнку показаний приклад системи програмування для структури циклу, який запускає набір операторів, поки умова не стане істинним.

Нескінченний цикл

Це той, який не має функціонуючої процедури виходу. В результаті цикл повторюється безперервно до тих пір, поки операційна система не відчує його і не припинить програму з помилкою або поки не відбудеться яка-небудь інша подія, наприклад, програма автоматично припиниться через певний час.

Системи програмування і приклади програм на мові C для програми сортування рядків у словнику представлені нижче. Ця програма приймає 10 слів (рядків) від користувача і сортує їх у лексикографічному порядку. Наприклад, 10 мов програмування:

C.

C++.

Java.

PHP.

Python.

Perl.

Cobol.

Ruby.

R.

JavaScript.

Результат:

C.

C++.

Cobol.

Java.

JavaScript.

PHP.

Perl.

Python.

R.

Ruby.

Основні інструменти

Для програмування потрібно кілька інструментів. Схема класичної системи програмування:

Текстовий редактор – засоби редагування. Цей інструмент дозволяє написати вихідний код. Це звичайний інструмент, необхідний для програмування на будь-якій мові. Дійсно, при програмуванні цінують наявність таких функцій, як: автозаповнення, підсвічування синтаксису, пошук, редагування, заміни частини коду і редактор відступу.

Компілятор або інтерпретатор. Цей інструмент безпосередньо пов’язаний з мовою програмування.

Відладчик. Розробники, як і всі люди можуть помилятися. Знаходження і виправлення помилок вимагає часу. Відладчик – це інструмент, який допоможе відстежити їх. Він дозволяє запускати програму крок за кроком, бачити її стан в будь-який момент, а також перевіряти, чи виконується частина коду чи ні.

Бібліотека підпрограм.

Супровідна документація.

Шаблони проектування

Використання шаблону дизайну полягає в тому, щоб структурувати програму або використовувати інструменти мови і максимально чітко забезпечити системний підхід до програмування, а також зв’язок з базою даних шаблону, створення сторінки, яка буде відображати інтерфейс вигляд. У більш загальному плані шаблон проектування являє собою багатозадачне і вдосконалене рішення.

Структура програмного забезпечення (або фреймворку) являє собою спеціальний тип бібліотеки програмного забезпечення. Його перша мета полягає в тому, щоб компонувати програмування, забезпечуючи максимально інструментами, які знадобляться. Наприклад, Django 2 являє собою структуру в Python, призначену для полегшення створення реактивних веб-сайтів. Вона створює структуру і пропонує загальні інструменти, які можуть знадобитися всім сайтам (інтерфейс адміністрування, служби аутентифікації, спосіб перекладу сайту на кілька мов і т. д).

Іншим прикладом є наявність декількох фреймворків в JavaScript (jQuery або angular.js) з однією метою – одні і ті ж дії повинні бути написані по-різному в залежності від типу браузера, використовуваного відвідувачем на веб-сайті. Вони мають унікальний інтерфейс, щоб перетворити це на код, зрозумілий кожному браузеру. На фото приклад системи програмування на JavaScript для завдання з відкриття нового вікна після натискання на кнопку.

Скомпільовані мови

Мова програмування – це набір угод і абстракцій, які дозволяють писати те, що потрібно користувачеві, щоб комп’ютер видавав результат у більш зрозумілій формі. Компіляції полягає в перетворенні вихідного коду у виконуваний файл. Це перетворення виконується компілятором. Різниця в швидкості виконання величезна. В цілому при інших рівних умовах програма на скомпільованому мовою буде працювати приблизно в десять разів швидше, ніж на інтерпретованому. Нижче наведено приклад системи програмування на Сі. Він демонструє програму, яка використовує так звані функції вищого порядку і чисті функції.

У разі інтерпретованих мов вихідний код надається інтерпретатору, який виконує програму. При цьому немає необхідності турбуватися про операційній системі або тип процесора, так як він повинен бути встановлений на комп’ютері користувача. Більше того, оскільки вихідний код повинен бути «переведений» в машинний при кожному виконанні, інтерпретовані мови часто повільні у порівнянні з еквівалентними скомпільований мовами. При цьому інтерпретатори не оптимізують генерується машинний код, що змушує їх працювати повільніше, але процес генерації машинного коду виконується швидше, ніж у компіляторів.

Мови віртуальних машин

Часто скорочено їх називають «мови VM» (відповідно до аналогій англійської назви віртуальною машиною). Принцип дії та призначення системи програмування полягає в тому, щоб вихідний код не переводився в машинний, зрозумілий конкретного процесора, а в «фіктивний» (байт-код), який сам буде інтерпретуватися мовою віртуальною машиною. Таку мову має свої переваги і недоліки.

Як і в інтерпретованих мовами, програма, скомпільована в байт-код, який може працювати на будь-якій операційній системі і процесорі за умови, що віртуальна машина доступна для цієї комбінації. З іншого боку, оскільки була компіляція висхідного потоку, програма працює швидше, ніж на еквівалентному інтерпретованому мовою. Часто вона досягає швидкості, аналогічної швидкості «реального» машинного кодового мови. Однак це нівелюється тим фактом, що віртуальна машина може бути досить ресурсномісткою, особливо в пам’яті.

Нарешті, можна створювати нові мови, які скомпилируются в один і той же байт-код як ще один існуючий мову, що спрощує їх взаємодія. Це одне із завдань системи програмування. Приклад мови Clojure і Frege компілюються як для байт-коду Java. Вони є функціональними і радикально відмінними від Java в їх дизайні. У цьому випадку можна написати різні частини програми з одним з найбільш підходящих мов і змусити їх працювати разом на віртуальній машині. Java – мова, який найкраще компілюється на віртуальну машину. Але потрібно додаток, що складається з набору класів Java. В початку будь-якого класу існує певна структура, така як JavaClassFileFormat.

Приклади мов і систем програмування

Представляємо найвідоміші мови програмування:

• Assembler. Він не новий, однак навчить користувачів багатьом речам, прихованим в інших мовах.
• C. найбільш часто використовуваних у світі. Саме ця мова дає найбільш повний контроль над машиною. Він використовується для кодування операційних систем. Його пристойний майже півстолітній вік і величезна кількість бібліотек, які підійдуть для чого завгодно, стають незамінними як для початківців, так і для просунутих користувачів.
• Cobol. Це старий мову. Він, як правило, складніше у використанні, ніж інші. Однак за певних історичних причин він, як і раніше, широко використовується в банківській справі, фінансах та страхуванні.
• Fortran. Він все ще затребуваний в області наукових обчислень, для якого і був розроблений. Хоча синтаксис цієї мови регулярно оновлюється, відчувається його вік. Крім того, деякі програмні бібліотеки в Fortran ніколи не були співставленні з точки зору ефективності.
• Java. Має особливість компіляції в байт-код, який потім інтерпретується віртуальною машиною. Це значно спрощує створення програм для використання на декількох платформах операційних систем. Наприклад, Java є шлюзом для кодування програми для Android.
• Perl. Це мова, яка в основному цінується в світі Linux і Unixoids. Він ефективний для створення невеликих, але дуже потужних програм з командного рядка. Однак Perl не дуже підходить для створення графічних інтерфейсів.
• PHP. У чому домінує у світі веб-програмування.
• Python. Ця мова рекомендується початківцям.
• Ruby. Пов’язаний з Python, регулярно запозичує інновації. В цілому вони дуже схожі. Можна констатувати, що Ruby пропонує більше синтаксичної свободи і більше наполягає на своєму об’єктно-орієнтованому характері, а Python легше і підтримується більш великим співтовариством.
• Swift. Це досить молодий мову, схильний до змін і коригувань, підходить для продуктів Apple. У найближчі роки він цілком може стати основним продуктом програмування додатків iOS і OSX.

Застосування

Представляємо приклад машинного коду:

110101010010001000111001001 010101001000100001011101001 000111001101110001101101010 001111010010010101011001010 001010101111110100101010001.

Як бачимо, в цьому типі коду дуже мало помітною структури. У мовах програмування семантичний розрив – це різниця між мовою, яка використовується для програмування апаратного забезпечення (машинний код), і тим, який потрібно використовувати для програмування комп’ютера, як системи. Приклад системи програмування: для клієнтської сторони JavaScript потрібно використання двох мов, за винятком того, який генерує JavaScript (CoffeScript або Elm).

Для серверної сторони PHP тримає верхні позиції, але Python і Ruby теж активно застосовуються. JavaScript також використовується на стороні сервера, завдяки NodeJS. Для відеоігор в Windows застосовують C ++, Python і C #. Однак вони далеко не єдині. Будь-яка мова, що робить його досить легким для створення графічного інтерфейсу, може бути підходящим (C, Java, Ruby або Tcl / Tk).

Для великих додатків на ринку домінують C ++ і Java, хоча C # теж набирає силу. Для невеликих утилітарних програм, зокрема, в командному рядку, легко знайти C, Perl, Python або Ruby. В області наукових обчислень Фортран залишається королем. Він все частіше конкурує з C ++, Python або зі спеціалізованими мовами, такими як Matlab і R.

Програмування PASCAL

Протягом всієї історії обчислень було зроблено сотні спроб зробити мови програмування на комп’ютері такими, як письмовий англійська – легко читати і легко зрозуміти. PASCAL є результатом одного з таких зусиль. Творець PASCAL Ніколас Вірт хотів мати HLL, який можна було б легко вчити, читати і писати. Він розробив PASCAL на базі наступних концепцій:

PASCAL повинен закрити або істотно звузити семантичний розрив.

Кожен оператор PASCAL повинен бути як пропозиція в англомовному тексті.

Програму PASCAL можна розглядати як пропозицію англійською мовою.

Імена процедур, структур даних і змінних в PASCAL повинні бути легко пізнавані.

Приклад системи програмування в PASCAL

Нижче наведено приклад визначення кількості літер у слові.

PASCAL полегшує модульне кодування за допомогою:

Використання инкапсулирующего коду в процедурах і функціях.

Використання операторів BEGIN і END для визначення функціонального блоку коду.

Суворої змінної (наприклад, призначення типів даних, таких як integer, real чи string) для підтримки передачі параметрів між процедурами.

Дружнього синтаксису, який звужує семантичний розрив.

У наведеному прикладі системи програмування на Паскалі програма показує двійковий вибір (є тільки два випадки: ActualMark> = 50 або ActualMark<50).

Поширені помилки в програмуванні

Необхідно уникати поширених помилок при кодуванні. Тим самим користувач заощадить час і уникне проблем. Види помилок:

Погане форматування коду. Він повинен бути зрозумілий. У ньому повинні бути коментарі в верхній частині програми.

Погане тестування і перевірка помилок. Обробка помилок приймає дві форми: опрацювання структурованих винятків і функціональна перевірка помилок.

Погана практика коментарів.

Найменування ненадійних змінних. Дуже складно працювати над кодом, коли багато імен змінних короткі, а не описового характеру.

Вибір неправильної структури даних.

Виділення синтаксису і стиль відступів часто використовуються, щоб допомогти програмістам розпізнавати елементи вихідного коду.

При цьому важливо, щоб колірне кодування виділялося у фрагменті коду як на прикладі системи програмування, написана на Python.