1. الفصل 1
مقدمات

2. مواضيع الفصل 1 أسباب دراسة مفاهيم لغات البرمجة مجالات البرمجة
معايير تقييم اللغة
العوامل المؤثرة على تصميم اللغة
فئات اللغة
تصميم لغة المقايضات(المفاضلات)
أساليب التنفيذ
بيئات البرمجة
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

3. أسباب دراسة مفاهيم لغات البرمجة
زيادة القدرة على التعبير عن الأفكار
تحسين الخلفية لاختيار اللغات المناسبة
زيادة القدرة على تعلم لغات جديدة
فهم أفضل لأهمية تنفيذ
عموما النهوض(التقدم) بالحوسبة
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

4. مجالات البرمجة التطبيقات العلمية تطبيقات الأعمال الذكاء الاصطناعي
عدد كبير من العمليات الحسابية النقطة العائمة
فورتران
تطبيقات الأعمال
إصدار التقارير، واستخدام الأرقام العشرية والأحرف
كوبول
الذكاء الاصطناعي
الرموز بدلاً من الأرقام التي تم التلاعب بها
LISP
برمجة الأنظمة
بحاجة إلى الكفاءة بسبب الاستخدام المستمر C
برمجيات الويب
مجموعة منتقاة من اللغات: العلامات مثل (XHTML)،
البرمجة النصية (PHP مثلاً)، للأغراض العامة (مثلاً، جافا)
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

5. معايير تقييم اللغة
قابلية القراءة: السهولة التي يمكن قراءة وفهم البرامج
قابلية الكتابة: السهولة مع أي لغة يمكن استخدامها لإنشاء برامج
الموثوقية: المطابقة للمواصفات (أي، ينفذ(يؤدي) إلى مواصفاته)
التكلفة: إجمالي التكلفة النهائية
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

6. معايير التقييم: قابلية القراءة
البساطة الإجمالية
مجموعة من الميزات وبنيات يمكن التحكم فيها
القليلة ميزة تعدد (يعني القيام بنفس العملية)
الحد الأدنى من عامل الحمل الزائد
التعامدية
يمكن الجمع بين مجموعة صغيرة نسبيا من البنى البدائية في عدد صغير نسبيا من الطرق
كل تركيبة ممكنة هي قانونية
عبارات التحكم
وجود هياكل التحكم المعروفة (مثال: عبارة while)
أنواع البيانات وهياكلها
وجود مرافق كافية(ملائمة) لتعريف هياكل البيانات
اعتبارات بناء جملة
أشكال المعرف: تكوين(تشكيل) مرنة
الكلمات الخاصة وأساليب تشكيل مجمع البيانات
الشكل والمعني: بنى(تركيبات) تصف نفسها ، وكلمات دالة ذات معنى
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

7. معايير التقييم: قابلية الكتابة
البساطة والتعامدية
بنيات قليلة، عدد صغير من الأوليات، مجموعة صغيرة من القواعد للجمع بينهما
دعم للتجريد(للاستخراج)
القدرة على تحديد واستخدام هياكل معقدة أو عمليات بالطرق التي تسمح لتفاصيل يمكن تجاهلها
التعبيرية
مجموعة من طرق مريحة(مناسبة) نسبيا لتحديد العمليات
مثال: إدراج(تضمين) من للبيان في العديد من اللغات الحديثة
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

8. معايير التقييم: الموثوقية
نوع التحقق
اختبار لنوع الأخطاء
معالجة الاستثناء
اعتراض أخطاء وقت التشغيل واتخاذ التدابير التصحيحية
التعرج
وجود اثنين أو أكثر من أساليب المراجع متميزة لنفس موقع الذاكرة
قابلية القراءة والكتابة
لغة لا تعتمد طرق"طبيعية" للتعبير عن خوارزمية سوف تستخدم بالضرورة نهوج"غير طبيعية"، وبالتالي تقليل الاعتمادية
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

9. معايير التقييم: التكلفة
تدريب المبرمجين لاستخدام اللغة
كتابة البرامج (قربه من تطبيقات معينة)
ترجمة(تجميع) برامج
تنفيذ برامج
لغة تنفيذ النظام: توافر المجمعين مجاناً
الموثوقية: الموثوقية الفقيرة تؤدي إلى ارتفاع التكاليف
صيانة البرامج
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

10. معايير التقييم: أخرى القابلية للنقل العمومية ويلديفينيدنيس
السهولة التي يمكن نقل البرامج من تنفيذ لآخر
العمومية
أن تنطبق على مجموعة واسعة من التطبيقات
ويلديفينيدنيس
اكتمال ودقة التعريف الرسمي باللغة
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

11. العوامل المؤثرة على تصميم اللغة
معمارية الحاسوب
يتم تطوير اللغات حول معمارية الكمبيوتر الشائعة، والمعروفة باسم معمارية فون نيومان
منهجيات البرمجة
منهجيات تطوير البرمجيات الجديدة (على سبيل المثال، تطوير البرمجيات كائنية المنحى) أدت إلى نماذج برمجة جديدة، وبالتالي لغات برمجة جديدة
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

12. تأثير معمارية الحاسوب معمارية الحاسوب المعروفة: فون نيومان
اللغات الحتمية، الأكثر انتشارا، بسبب أجهزة الكمبيوتر فون نيومان
البيانات والبرامج مخزنة في الذاكرة
الذاكرة منفصلة عن وحدة المعالجة المركزية
التعليمات والبيانات منقولة بالأنابيب من الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية
أساس للغات الحتمية
المتغيرات نموذج خلايا الذاكرة
عبارات التعيين نموذج الأنابيب
التكرار هو فعال
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

13. معمارية فون نيومان
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

14. تأثيرات منهجيات البرمجة
الخمسينات وأوائل الستينات: تطبيقات بسيطة؛ تقلق بشأن كفاءة الجهاز
أواخر الستينات: كفاءة الناس أصبحت هامة؛ قابلية القراءة و هياكل تحكم أفضل
البرمجة المهيكلة
التصميم من أعلى إلى أسفل وتنقيح(تحسين) تدريجي(على خطوات)
أواخر السبعينات: عملية المنحى لبيانات المنحى
تجريد البيانات
أواسط الثمانينات: البرمجة كائنية المنحى
تجريد البيانات + الوراثة + تعدد الأشكال
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

15. فئات اللغة الحتمية الوظيفية المنطقية كائنية المنحى التوصيفية
السمات الرئيسية هي المتغيرات وعبارات التعيين، والتكرار
من الأمثلة: C، باسكال
الوظيفية
الوسيلة الرئيسية لإجراء العمليات الحسابية هو من خلال تطبيق وظائف للبراميترات المعطاة
من الأمثلة: LISP, Scheme
المنطقية
قائم على قواعد (القواعد هي محددة في أي ترتيب معين(بدون ترتيب) )
مثال: برولوج
كائنية المنحى
تجريد البيانات ، والوراثة، والربط المتأخر
من الأمثلة: جافا، C++
التوصيفية
جديدة؛ ليست برمجة في حد ذاتها، بل تستخدم لتحديد تخطيط معلومات في مستندات ويب
من الأمثلة: XHTML، XML
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

16. Language Design Trade-Offs
Reliability vs. cost of execution
Conflicting criteria
Example: Java demands all references to array elements be checked for proper indexing but that leads to increased execution costs
Readability vs. writability
Another conflicting criteria
Example: APL provides many powerful operators (and a large number of new symbols), allowing complex computations to be written in a compact program but at the cost of poor readability
Writability (flexibility) vs. reliability
Example: C++ pointers are powerful and very flexible but not reliably used
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

17. Implementation Methods
Compilation
Programs are translated into machine language
Pure Interpretation
Programs are interpreted by another program known as an interpreter
Hybrid Implementation Systems
A compromise between compilers and pure interpreters
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

18. Layered View of Computer
The operating system and language implementation are layered over
Machine interface of a computer
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

19. Compilation
Translate high-level program (source language) into machine code (machine language)
Slow translation, fast execution
Compilation process has several phases:
lexical analysis: converts characters in the source program into lexical units
syntax analysis: transforms lexical units into parse trees which represent the syntactic structure of program
Semantics analysis: generate intermediate code
code generation: machine code is generated
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

20. The Compilation Process
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

21. Additional Compilation Terminologies
Load module (executable image): the user and system code together
Linking and loading: the process of collecting system program and linking them to user program
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

22. Execution of Machine Code
Fetch-execute-cycle (on a von Neumann architecture)
initialize the program counter
repeat forever
fetch the instruction pointed by the counter
increment the counter
decode the instruction
execute the instruction
end repeat
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

23. Von Neumann Bottleneck
Connection speed between a computer’s memory and its processor determines the speed of a computer
Program instructions often can be executed a lot faster than the above connection speed; the connection speed thus results in a bottleneck
Known as von Neumann bottleneck; it is the primary limiting factor in the speed of computers
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

24. Pure Interpretation No translation
Easier implementation of programs (run-time errors can easily and immediately displayed)
Slower execution (10 to 100 times slower than compiled programs)
Often requires more space
Becoming rare on high-level languages
Significant comeback with some Web scripting languages (e.g., JavaScript)
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

25. Pure Interpretation Process
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

26. Hybrid Implementation Systems
A compromise between compilers and pure interpreters
A high-level language program is translated to an intermediate language that allows easy interpretation
Faster than pure interpretation
Examples
Perl programs are partially compiled to detect errors before interpretation
Initial implementations of Java were hybrid; the intermediate form, byte code, provides portability to any machine that has a byte code interpreter and a run-time system (together, these are called Java Virtual Machine)
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

27. Hybrid Implementation Process
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

28. Just-in-Time Implementation Systems
Initially translate programs to an intermediate language
Then compile intermediate language into machine code
Machine code version is kept for subsequent calls
JIT systems are widely used for Java programs
.NET languages are implemented with a JIT system
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

29. Preprocessors
Preprocessor macros (instructions) are commonly used to specify that code from another file is to be included
A preprocessor processes a program immediately before the program is compiled to expand embedded preprocessor macros
A well-known example: C preprocessor
expands #include, #define, and similar macros
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

30. Programming Environments
The collection of tools used in software development
UNIX
An older operating system and tool collection
Nowadays often used through a GUI (e.g., CDE, KDE, or GNOME) that run on top of UNIX
Borland JBuilder
An integrated development environment for Java
Microsoft Visual Studio.NET
A large, complex visual environment
Used to program in C#, Visual BASIC.NET, Jscript, J#, or C++
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.

31. Summary
The study of programming languages is valuable for a number of reasons:
Increase our capacity to use different constructs
Enable us to choose languages more intelligently
Makes learning new languages easier
Most important criteria for evaluating programming languages include:
Readability, writability, reliability, cost
Major influences on language design have been machine architecture and software development methodologies
The major methods of implementing programming languages are: compilation, pure interpretation, and hybrid implementation
Copyright © 2007 Addison-Wesley. All rights reserved.