1. Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Programmēšanas valodas
Lekt. M. Lukjanska

2. Kāpēc tik daudz programmēšanas valodu un to versiju?
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Kopsavilkums
Atkārtojums
Kas ir programmēšanas valoda?
Semantikas uzdošana
Kāpēc tik daudz programmēšanas valodu un to versiju?
Raksturīgās īpašības
Klasifikācija
Populārakā programmēšanas valoda šobrīd
Programmēšanas valodu nākotne?
Nakošajā semestrī...
Programmēšanas valodas

3. Programmēšanas valoda - definīcija
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Programmēšanas valoda - definīcija
Formālā valoda - kalpo datora programmu aprakstam
Formālā valoda ir simbolu secību kopa, ko apraksta ar precīzi formulētu sintakses likumu kopu…)
Zīmju sistēma - nodrošina lietotāja saskarsmi ar datoru dažādu problēmu risināšanā
Simbolu secība kādam alfabētam, kas apmierina sintakses likumus un uzdod izskaitļojumu secību ar semantikas likumiem
Algoritmiska valoda uzdevumu risināšanas procesu formalizētam pierakstam programmu veidā
No: J. Bule, RTK kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, RTK, 2010.
Programmēšanas valodas

4. Programmēšanas valoda
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Semantikas uzdošana
Programmēšanas valoda
Darbību
apraksta līdzekļi
Datu
apraksta līdzekļi
Darbību apraksta pamatlīdzekļi
Datu apraksta pamatlīdzekļi
Papildus iespējas
Datu abstraktie tipi
Programmēšanas valodas

5. Nepieciešamība izlabot kļūdas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Kāpēc tik daudz programmēšanas valodu un to versiju?
Vēlme uzlabot valodu
Nepieciešamība izlabot kļūdas
Vēlme pielāgot valodu noteikta uzdevuma tipa risināšanai
Nespēja realizēt valodu pilnībā noteikta tipa datoram
Programmēšanas valodas

6. Programmēšanas valodu izstrāde
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Programmēšanas valodu izstrāde
Pamata prasības – (1) iespēja (efektīvi) izpildīt uz datora un (2) lasāmība cilvēkam
ir savā starpā konfliktējošas.
Mūsdienu programmēšanas valodu izstrāde akcentē lasāmību cilvēkam, piemērotu (ērtu) abstrakciju sistēmu, veidus, kā pārvaldīt sarežģītību.
Laba vai ne tik laba valoda: to nosaka ne tikai valoda pati. Ļoti dažādi faktori: C : ieguva popularitāti UNIX sistēmas dēļ COBOL : tiek uzturēts tādēļ, ka tajā uzrakstīts daudz koda ADA : ieguva ietekmi caur ASV Aizsardzības Departamentu JAVA : ieguva popularitāti Internet straujās izplatības iespaidā.
Dažādām PV: dažādas pašu valodu īpašības, kas nosaka (noteica) to popularitāti: FORTRAN: efektivitāte COBOL: programmu teksti angļu valodai līdzīgā valodā ALGOL: valoda ar bloku struktūru PASCAL: vienkārša valoda C++: lielāka abstrakcijas iespēja, saglabājot C efektivitāti un savietojamību ar C.
No: [3]
Programmēšanas valodas

7. Efektivitāte Jauda Līmenis Drošums Lasāmība Pilnība Elastīgums
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Raksturīgās īpašības
Efektivitāte
Jauda
Līmenis
Drošums
Lasāmība
Pilnība
Elastīgums
Vienkāršums
Pārnesamība
Programmēšanas valodas

8. Piesaiste datora struktūrai
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Klasifikācija
Piesaiste datora struktūrai
Lietojumsfēra vai programmēšanas paradigmas
Programmēšanas valodas

9. Programmēšanas valodas
Klasifikācija
Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Programmēšanas valodas
Mašīnneatkarīgas valodas
Mašīnatkarīgas valodas
Augsta līmeņa valodas
Zema līmeņa valodas
Mašīnkodi
Asambleri
Fundamentālās valodas
Strukturētās valodas
Specializētās valodas
Fortran, Cobol Algol, Basic
PL/1, Ada Pascal, C
APL, Forth
Lisp, Snobol
Programmēšanas valodas

10. Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Mašīnatkarīgas valodas
Mašīnatkarīga valoda ir programmēšanas valoda, kas atkarīga no konkrēta datora īpatnībām
Mašīnvaloda (Mašīnkods)
programmēšanas valoda, kuras komandas tieši sakrīt ar datora izpildāmajām operācijām
Asamblervaloda
programmēšanas valoda, kuras komandu struktūru nosaka mašīnvalodas komandu un datu formāti, kā arī datora arhitektūra
Programmēšanas valodas 10

11. Mašīnatkarīgas valodas
Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Mašīnatkarīgas valodas
Mašīnvalodas (Mašīnkoda) piemērs
Operāciju specificēšana:
Saskaitīt reģistrus 1 un 2 un ierkstīt rezultātu reģistrā 6:
Asemblervalodas piemērs
Programmēšanas valodas

12. Programmēšanas valodas
Klasifikācija
Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Programmēšanas valodas
Mašīnneatkarīgas valodas
Mašīnatkarīgas valodas
Augsta līmeņa valodas
Zema līmeņa valodas
Mašīnkodi
Asambleri
Fundamentālās valodas
Strukturētās valodas
Specializētās valodas
Fortran, Cobol Algol, Basic
PL/1, Ada Pascal, C
APL, Forth
Lisp, Snobol
Programmēšanas valodas

13. Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Mašīnneatkarīgas valodas
Mašīnneatkarīga valoda ir programmēšanas valoda, kuras struktūra un izmantojamie līdzekļi nav saistīti ar vienu konkrētu datoru
Augsta līmeņa valoda ir datorneatkarīga programmēšanas valoda, kas ir tuva dabīgai valodai
Fundamentālās valodas
lielas programmu bibliotēkas, plašs pielietojums
Strukturētās valodas
strukturētās loģiskas konstrukcijas, stingras procedurālās un datu struktūru prasības
Specializētās valodas
neparastas sintakses formas, ierobežots pielietojums
Programmēšanas valodas 13

14. Java Visual Basic Pascal ADA Izvadā: Hello world!
Atkarībā no piesaistes datora struktūrai
Mašīnneatkarīgas valodas
Dažādas sintakses, vienāda semantika:
Java
Visual Basic
Pascal
ADA
Izvadā: Hello world!
Programmēšanas valodas

15. Piesaiste datora struktūrai
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Klasifikācija
Piesaiste datora struktūrai
Lietojumsfēra vai programmēšanas paradigmas
Programmēšanas valodas

16. Programmēšanas valodas
Klasifikācija
Atkarībā no lietojumsfēras
Programmēšanas valodas
Problēmorientētās
Universālās*
Zinātniskie un inženiertehniskie aprēķini
Teksta informācijas apstrāde
Ekonomiskie aprēķini
Iesācējiem un datorizētās apmācības sistēmas
*ALGOL, *FORTRAN, *PL/1, *PASCAL, *MODULA, *C, C++
*SNOBOL, C, C++, PASCAL, Modula
*COBOL, FACT, GECOM,
BASIC, PILOT, RĪGA, KONTAKT, COMAL, LOGO, RAPIRA
Programmēšanas valodas

17. dBase, FoxBase, FoxPro, PAL, ACCESS, ORACLE,
Klasifikācija
Atkarībā no lietojumsfēras (turpinājums)
Problēmorientētās
Darbs ar DBVS
Modelēšana
Specifikācijas valoda
Mākslīgā intelekta uzdevumi
dBase, FoxBase, FoxPro, PAL, ACCESS, ORACLE,
MySQL
SIMULA, CSL, GPSS, SIMKOM, SIMPAK, BOSS
ESTELLE, LOTOS, Clear, GRAPE/Plus
PROLOG, POP-2, LISP, PLANER
Programmēšanas valodas 17

18. C++, PASCAL, Simula, Quest, Objective C
Klasifikācija
Atkarībā no lietojumsfēras (turpinājums)
Problēmorientētās
Objekt-orientētās
C++, PASCAL, Simula, Quest, Objective C
Sistēmprog-rammēšana
Reālā laika sistēmas
PL/1, PL/M, C, C++, FORTH, CPL, BCPL, Modula, ADA
CHILL, PL/M, ADA, C, C++
Programmēšanas valodas

19. Piesaiste datora struktūrai
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Klasifikācija
Piesaiste datora struktūrai
Lietojumsfēra vai programmēšanas paradigmas
Programmēšanas valodas

20. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 20

21. Imperatīvā programmēšana
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Imperatīvā programmēšana
Valodas: PASCAL, BASIC, C, FORTRAN, PL/I, u.c.
vēsturiski veidojies kā pirmais no programmēšanas veidiem
imitē datorā pieejamās operācijas
atbilst datora arhitektoniskajai organizācijai:
viens centrālais procesors pēc kārtas izpilda instrukcijas ar datiem, kas glabājas atmiņā (sk. von Neumann mašīna)
programmas modelis: apgabals datora atmiņā datu glabāšanai
vārdi mainīgajiem (datu apgabala komponentēm)
piešķiršana: darba gaitā maina “vērtību” mainīgajam
vadības plūsma: if-then-else, while, go to, ...
ievada / izvada operācijas kopējā operāciju secībā
apakšprogrammas, parametri
Strikta secība instrukciju izpildei
ierobežo iespējas norādīt, ka kādas darbības būtu veicamas paralēli (vienlaicīgi attiecībā uz vairākām datu komponentēm), vai arī kādu darbību izpildei secība nav svarīga.
Iespēja mainīt “mainīgā” vērtību neļauj izmantot intuīciju par mainīgo, kas nāk no matemātikas, kur mainīgais apzīmē patvaļīgu, bet vienu un fiksētu vērtību.
Īsumā:
Valoda nodrošina operatorus (piemēram, piešķires operatorus), kuri tieši maina datora atmiņas stāvokli.
No: [3]
Programmēšanas valodas

22. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 22

23. Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Funkcionālā programmēšana
Valodas: ML, LISP, SCHEME, HASKELL, MIRANDA, u.c.
programma ir funkcija, izeja = f ( ieeja );
programmas izpilde - dotas funkcijas pielietošana zināmai vērtībai; funkcionālas valodas – aplikatīvas valodas (angl. application)
valodas galvenais mehānisms - funkcijas izsaukums: parametru nodošana funkcijai, funkcijas vērtības aprēķināšana, rezultāta iegūšana no funkcijas
mainīgie (kā matemātikā), konstantes, operācijas
funkciju kompozīcija – pamata strukturizācijas mehānisms
zarošanās iespējas funkcijas izpildē, rekursija fun fac n = if n = 0 then 1 else n * fac (n-1)
augstākas kārtas funkcijas (funkcija, kuras arguments arī ir funkcija), funkcijas kā “pirmās šķiras objekti” programmēšanas valodā.
“blakus efekti” funkcijām (piemēram ievads / izvads)
Funkcionālā programmēšana (tīrā veidā): nav piešķiršanas operatora, nav ciklu, utt.
Pastāv iespējas programmēt funkcionālā stilā arī atsevišķās imperatīvās programmēšanas valodās.
Īsumā:
Skaitļošana tiek veikta matemātisko funkciju aprēķināšanas veidā.
No: [3]
Programmēšanas valodas

24. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 24

25. Loģiskā programmēšana
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Loģiskā programmēšana
Valodas: PROLOG, arī CLP, OBJ3, u.c.):
Programma – zināšanu bāze, apgalvojumi par to, kas ir zināms par iegūstamo rezultātu (par problēmu apgabalu, kas ietver sevī ziņas par šo rezultātu).
tēvs(jānis, māris) “Jānis ir tēvs Mārim” tēvs(māris, juris) vectēvs(A,B) :- tēvs(A,C), tēvs(C,B) “A ir vectēvs B, ja A ir tēvs C un C ir tēvs B” ?- vectēvs(jānis,X) “Kam Jānis ir vectēvs?” ?- vectēvs(X,juris) “Kas ir vectēvs Jurim?”
PROLOG programma - zināšanu bāze (p1, p2, …, pn) un mērķa predikāts ~q
PROLOG programmas uzdevums: atrast X vērtību (vērtības), ar kurām q(X) ir patiess
iespējama vienas programmas izpilde “dažādos virzienos”
PROLOG programmas izpilde: loģisko seku meklēšana no zināšanām dotajā bāzē, plus iespējas organizēt / ierobežot meklēšanas procesu, konstrukcijas, kas izskaidrojamas tikai meklēšanas stratēģijas terminos;
PROLOG interpretatora pamata mehānismi: termu salīdzināšana / unifikācija, rezolūciju metode
Izmantota mākslīgā intelekta (AI) aplikācijās un prototipēšanā, kopumā ierobežoti lietojumi
Īsumā:
Skaitļošana tiek izteikta, izmantojot matemātisko loģiku.
No: [3]
Programmēšanas valodas

26. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 26

27. Objektorientēta programmēšana
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Objektorientēta programmēšana
Valodas: C++, Eiffel, Smalltalk, JAVA, u.c.
Mūsdienās viena no visnozīmīgākajām, plašāk lietotajām programmēšanas paradigmām
Objekta jēdziens: datu (atmiņas šūnu) kopums strukturizēts kopā ar operācijām, kas var mainīt vērtības šajās šūnās
Klases jēdziens:
objekti ar vienāda veida īpašībām tiek grupēti klasēs;
īpašības: atribūti, metodes
Objekts – klases instance, iespēja dinamiski radīt objektu programmas izpildes gaitā
Klašu hierarhija: Mantošana, virtuālās funkcijas, u.c.; veicina programmatūras koda atkārtotas izmantošanas iespēju
Papildina iepriekš aplūkotās paradigmas
Īsumā:
Ar datu struktūrām, kas tiek sauktas par objektiem, tiek asociēta konkrēta uzvedība, objekti pieder klasēm, kas parasti ir struktūrētas hierarhijās.
No: [3]
Programmēšanas valodas

28. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 28

29. Paralēlā programmēšana
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Paralēlā programmēšana
Valodas: ADA, JAVA, Concurrent ML u.c.; principi: CCS, CSP, LOTOS
process – atsevišķa programmas (sistēmas) komponente ar savu vadības (darbību izpildes, aktivitāšu, u.taml.) plūsmu
paralēla programma – programma, kurā vienlaicīgi (paralēli) darbojas vairāki procesi (pavedieni):
vienā programmā vairāki procesi
procesu (programmas daļu) paralēla izpilde
informācijas apmaiņa (kopējs atmiņas apgabals / kopēji mainīgie, sinhronizācija, ziņojumu apmaiņa)
fiziskais un / vai loģiskais paralēlisms
ADA: Task-i, JAVA: pavedieni (threads)
No: [3]
Programmēšanas valodas

30. Programmēšanas valodas
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Atkarībā programmēšanas paradigmas
Objektorientētā programmēšana
Imperatīvā programmēšana
Loģiskā programmēšana
Funkcionālā programmēšana
Programmēšanas valodas
Paralēlā programmēšana
Vizuālā programmēšana
Marķējuma valodas
Skriptu programmēšana
No: K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
Programmēšanas valodas 30

31. Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Citas paradigmas
Vizuālā programmēšana: Visual BASIC, Visual C++, C# u.c.
vizuālie objekti un to klases
lietotāja saskarne un datu ievads caur formām un vizuālām kontrolēm
procedūru izpilde, reaģējot uz notikumiem
saistītas ar konkrētām programmatūras izstrādes vidēm
Skriptu programmēšana: Perl, JavaScript, Tcl, PHP, u.c.
iekļauj programmās utilītas, bibliotēkas, operāciju sistēmas komandas
plaši lietotas tīmekļa aplikācijās
Marķējuma valodas: HTML, XML, SGML, CSS u.c.
plaši lietotas tīmekļa lappušu nodrošināšanā
pieaugoši citi lietojumi
No: [3]
Programmēšanas valodas

32. Populārākās programmēšanas valodas šobrīd
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Populārākās programmēšanas valodas šobrīd
No: [4]
Programmēšanas valodas

33. Programmēšanas valodu nākotne?
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Programmēšanas valodu nākotne?
1960.gadu programmētāju sapnis - “universāla” programmēšanas valoda visiem dzīves gadījumiem. Mēģinājums to uzbūvēt: PL/1, cieta neveiksmi.
Sapnis 1970./80. gados - izveidot specifikāciju valodu, aprakstīt tajā vēlamo rezultātu, lai sistēma pati atrod veidu, kā izveidot implementāciju un sasniegt risinājumu.
Programmēšanas automatizācijas (t.sk. automātiska koda ģenerēšanas) jomā ir sasniegumi, bet tie ir ļoti tāli no tā, lai programmēšanu padarītu nevajadzīgu.
Programmēšanas nepieciešamība mūsdienās: ļoti plaša, no asemblera valodas, līdz pat specifikāciju valodām.
Arī attīstoties datoriem, prasības uz programmām arvien pieaug, t.sk. vajadzīgs nodrošināt koda portēšanas un atkārtotas lietošanas iespējas, vajadzīgas sistēmas, kas uzlabo programmētāja darba produktivitāti.
Tehnoloģijas attīstās, un programmēšanas valodām jāattīstās līdzi. … …
Programmēšanas valodas

34. C -> C++ (objektorientētā programmēšana) Visual Basic (macros)
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Nākošajā semestrī
C -> C++ (objektorientētā programmēšana)
Visual Basic (macros)
Asemblers
Prolog
Lisp
Programmēšanas valodas

35. Paldies par uzmanību! Jautājumi?
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Paldies par uzmanību!
Jautājumi?
Programmēšanas valodas

36. TIOBE software indekss: saite
Programmēšanas valodu klasifikācija un lietojumsfēra
Izmantotie resursi
R. Zaks, Introduction to Pascal: Including Turbo Pascal, 2nd ed., Sybex, 1986, p. 464.
J. Bule, RTK kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, RTK, 2010.
K. Čerāns, LU bakalaura programmas kursa “Programmēšanas valodas" lekciju materiāli, LU, 2006.
TIOBE software indekss: saite
Programmēšanas valodas