Яп

class Square : public Figure{

...

void Draw() const;

...};

Какая именно из функций будет вызвана — Figure::Draw(), Square::Draw() или Circle::Draw() — определяется во время компиляции.

Circle *c = new Circle(0,0,5);

Figure *f = c; // Всё ok: Figure — базовый классдля Circle c->Draw();

f->Draw();// Указатели друг другу равны, но для f будет вызвана другая

Язык описания интерфейсов

•Языкописанияинтерфейсов (англ. Interface Description Language или Interface DefinitionLanguage) - язык спецификаций для описанияинтерфейсов, синтаксически похожий на C++.

•CORBA IDLРазработан OMG для описания интерфейсов распределенныхобъектов, названий методови типов переменных-аргументов.Создан в рамках обобщенной архитектуры CORBA.

•COM IDL Аналогичная CORBA IDL разработка Microsoft,

созданная для описания интерфейсовмежду модулями

COM.

43

2/27/2023

Прототипное программирование

•Прототипноепрограммированиестиль объектно-

ориентированногопрограммирования,при котором отсутствует понятие класса, а повторноеиспользование (наследование) производится путёмклонирования существующего экземпляраобъекта прототипа.

•Примеры: Self, JavaScript, Cecil, NewtonScript, Slate, REBOL, Kevo

42

Логическое программирование

•Логическое программирование - парадигма программирования, а

также раздел математической логики, изучающий методы и возможности этой парадигмы, основанная на выводе новых фактов из данных фактов согласно заданным логическим правилам.

•Программа – совокупность логических правил или высказываний.

•Используется в экспертных системах и системах принятия решений.

•Высокий уровень машинной независимости, возможность отката к предыдущей подцели при отрицательном результате анализа одного из вариантов.

•Языки: Prolog, Mercury, Visual Prolog, Oz, Fril, Planner, QA-4, Popler, Conniver, QLISP

•Специфичностьрешаемыхзадач.

•Нелинейностьструктуры программы

•Сложность эффективнойреализации в системах реального времени

44

Пример программы Prolog

%правило вывода - "системный программист - это программист, знающий системный язык"

системный_программист(Некто):- программист(Некто, Язык), системный_язык(Язык).

Вводимзапрос:

?- системный_программист(А).

A= петя;

A= женя;

Языки сценариев (скриптовые)

•Скриптовыйязык - языкпрограммирования, разработанный для записи «сценариев», последовательностейопераций, которые пользователь можетвыполнятьна компьютереили которые могут инициироваться операционнойсистемой.

•Простые скриптовыеязыки раньше часто называли языками пакетной обработки (batchlanguages или job controllanguages).

•Сценарии обычноинтерпретируются, а не компилируются.

•Примеры: bat файлы команднойстроки ОС Windows,

язык bash в ОС Unix.

47

2/27/2023

Языки параллельного программирования

•Программы – совокупность описаний процессов, которые могут выполняться как в действительности одновременно, так и в псевдопараллельном режиме.

•Позволяют достичь заметного выигрыша при обработке больших объемов данных, поступающих от одновременно работающих пользователей, либо имеющих высокую интенсивность.

•Часто применяются в системах реального времени.

•Недостаток – высокие накладные расходы на разработку программ.

•Примеры языков: Ada, Modula-2, Oz, MC#, Си.

46

48

Классификация по типам задач

•Задачи искусственного интеллекта (Lisp, Prolog, Multilisp, Commonlisp, Рефал, Planner, QA4, FRL, KRL, QLisp)

•Параллельные вычисления (Fun, Apl, Alfl, PARAlfl, ML, SML, PPL/1, Hope, Miranda, Occam, PFOR, Glypnir, Actus, Cobol, ОВС, PA)

•Задачи вычислительной математики и физики (Occam, PFOR, Glypnir, Actus,параллельный Cobol, ОВС, PA(1), PA(G))

•Разработка интерфейса (Forth, c, C++, Ассемблер, Simula-67, OAK, Smalltalk, Java, РПГ)

•Разработка программ-оболочек, разработка систем (Forth, Java, C/C++, Ассемблер, Макроассемблер, Simula-67, OAK, Smalltalk)

•Задачи вычислительного характера (Algol, Fortran, Cobol, Ada, PL/1, Фокал, Basic, Pascal)

•Оформление документов, обработка больших текстовых файлов, организация виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете, разработка баз данных (Perl, Tcl/Tk, VRML, SQL,

Основные элементы ЯП

•Синтаксис

•Семантика

•Данные и типы данных

•Операторы

•Трансляторы + среды программирования

•Подпрограммы

•Модули

51

2/27/2023

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ

50

Синтаксис

•Синтаксис языка программирования – это набор правил,

которые определяют, какие последовательности символов являются допустимыми.

•Синтаксис задается с помощью формальной нотации. Самая распространенная нотация – расширенная форма Бекуса-Наура (РБНФ).

•Описание грамматики в РБНФ представляет собой набор правил, определяющих отношения между терминальными символами (терминалами) и нетерминальными символами (нетерминалами).

•Терминальные символы – это минимальные элементы грамматики, не имеющие собственной грамматической структуры. Обозначение <>

•Нетерминальные символы – это элементы, имеющие собственные имена и структуру. Каждый нетерминал состоит из

одного или более терминалов и/или нетерминалов, сочетание которых определяется правилами грамматики. Обозначение ()52

Синтаксис

•Правила - имеют вид

•идентификатор ::= выражение.

•Где идентификатор - имя нетерминального символа, а выражение - комбинация терминальных и нетерминальных символов и специальных знаков. Правило завершается специальным символом - точкой.

•Набор таких правил называют грамматикой.

•В качестве выражения могут выступать:

1. Конкатенация. Правило вида A ::= BC.

•Обозначает, что нетерминал A состоит из двух символов - B и C.

B и C называют ещё синтаксическими факторами.

2. Выбор. Правило вида A ::= B|C.

•Обозначает, что нетерминал A может состоять либо из B, либо из C. Элементы выбора называют ещё синтаксическими термами.

53

Синтаксис

7.Комментарий. Правило вида (* … *)

8.Специальная последовательность символов. Правило вида

?...?

•Общую форму грамматики РБНФ-описания можно описать в виде РБНФ следующим образом:

Синтаксис ::= {СинтОператор} .

СинтОператор ::= идентификатор "=" СинтВыражение ".". СинтВыражение ::= СинТерм {"|" СинТерм}.

СинТерм ::= СинтФактор { СинтФактор }. СинтФактор ::= идентификатор | цепочка

| "(" СинтВыражение ")" | "[" СинтВыражение "]" | "{" СинтВыражение "}".

55

2/27/2023

Синтаксис

3. Условное вхождение - Правило вида A ::= [B].

•Выделяет необязательный элемент выражения, который может присутствовать, а может и отсутствовать.

•обозначает, что нетерминал A либо является пустым, либо состоит из символа B. Условное вхождение.

4. Повторение - Правило вида A ::= {B}.

•обозначает конкатенацию любого числа (включая ноль) записанных в ней элементов. A - либо пустой, либо представляет собой конкатенацию любого числа символов B (A это либо пустой элемент, либо B, либо BB, либо BBB и т.д.).

Синтаксические диаграммы

•Круги и овалы – терминальные символы

•Прямоугольники – нетерминальные символы, имеющие собственные диаграммы

56

Пример РФБН

Синтаксис языка программирования, подобного языку Pascal.

program ::= 'PROGRAM', white space, identifier, white space, 'BEGIN', white space,

{ assignment, ";", white space}, 'END.' .

identifier ::= alphabetic character, { alphabetic character | digit } . number ::= [ "-" ], digit, { digit } .

string ::= '"' , { all characters - '"' }, '"' .

assignment :: = identifier , ":=" , ( number | identifier | string ) .

alphabetic character ::= "A" | "B" | "C" | "D" | "E" | "F" | "G" | "H" | "I" | "J" | "K" | "L" | "M" | "N" | "O" | "P" | "Q" | "R" | "S" | "T" | "U" | "V" | "W" | "X" | "Y" | "Z" .

digit ::= "0" | "1" | "2" | "3" | "4" | "5" | "6" | "7" | "8" | "9" . white space ::= ? white space characters ? .

all characters ::= ? all visible characters ? .

57

Синтаксические ошибки

• Наиболее распространенные ошибки, связанные с синтаксисом:

1.Ограничение на длину идентификатора. Например в BASIC значимыми являлись только первые 8 символов.

2.Чувствительность к регистру символов в идентификаторах. Pascal – нечувствительный, а C++ - чувствителен.

3.Использование одинаковых символов для обозначения различных действий (“=”, “:=”).

4.Ошибки в синтаксисе служебных идентификаторов.

5.Ошибки символов комментариев.

59

2/27/2023

Синтаксис

•Синтаксис ЯП является наиболее ярким свойством, отличающим один язык от другого.

•Общие требования к описанию языков программирования:

1.Полнота – синтаксис и семантика всех допустимых конструкций должны быть описаны без пропусков существенных аспектов

2.Ясность – удобочитаемость, легкость и результативность поиска ответов на вопросы, возникающие в процессе программирования

3.Естественность – интуитивная близость языка к терминологии разработчика, использование стандартных унифицированных обозначений.

4.Реализм – учет ограничений на объем оперативной памяти, время реакции.

58

Семантика

•Семантика – это смысл синтаксических категорий языка программирования, описание того, что делает определенная команды программы.

•Семантика – интерпретация (смысловое значение) абстрактного синтаксиса (допустимых конструкций языка), выраженное в терминах той или иной математически строгой модели.

•Семантика связана не только с особенностями ЯП, но и с концепциями программирования, принятыми в ЯП или среде программирования (например, ООП, реляционная алгебра).

•inta = 10;

•string b = “asdf”;

•b = a;

60

Основные подходы к семантике

1.Ориентированные на компиляцию (семантика – множество преобразований над синтаксической моделью).

2.Ориентированные на интерпретацию (семантика – множество описанных на метаязыке преобразований синтаксически правильных языковых конструкций)

2.1.Операционные – смысл конструкций языка в терминах переходов абстрактной машины из одного состояния в другое

2.2.Пропозиционные - смысл конструкций языка в терминах множества формул, описывающих состояния объектов программы

2.3.Денотационные - смысл конструкций языка в терминах абстракции функций на состояниях программы

61

Среда программирования

•Среда программирования – набор инструментов, используемых для преобразования символов в выполняемые вычисления.

•Элементы:

1.Редактор – инструментальное средство для создания и изменения исходных файлов (текст), содержащих написанную на ЯП программу.

2.Транслятор – переводит синтаксические конструкции исходного кода в т.н. объектный модуль, который содержит команды в машинном коде конкретного вычислительного устройства.

3.Библиотекарь – поддерживает совокупность объектных файлов, называемых библиотеками.

4.Компоновщик (редактор связей) – собирает объектные файлы отдельных компонентов программы и разрешает внешние ссылки от одного компонента к другому, формирую исполняемый файл.

63

2/27/2023

Формальное описание семантики

•Формально семантику можно описать следующим образом:

•Выполнение программы заключается в изменении значений, хранящихся в ячейках памяти. Обозначим через s состояние памяти в определенный момент времени. Тогда после выполнения следующей команды (обозначим её S) состояние изменится на другое, обозначим его s’. Это воздействие опишем формулой:

s’=p(S,s),

где p – “воздействие оператора насостояние”.

•Формальное описание семантики оператора S заключается в чёткой формулировке (перечислении различных вариантов) перехода различных исходных s в соответствующие s’.

•Формализованный подход к семантике языка дает возможность автоматизированного анализа программы – появляется возможность определять конечное состояние на выходе программы, зная ее состояние на входе, и т.о. доказать правильность всей программы, т.е. верифицировать её.

62

Среда программирования

5.Загрузчик– копирует исполняемыйфайл с дискав память и инициализируеткомпьютерперед выполнением программы.

6.Отладчик – инструментальноесредство,котороедает возможностьпрограммистууправлять выполнением программына уровне отдельных операторов.

•Используетсядля диагностикиошибок.

Три функции:

1.Трассировка– пошаговоевыполнение программы.

2.Контрольныеточки– прерывание программына заранее определенной программистоминструкции.

3.Проверкаи изменение данных – отображениесостояния регистров, флагов,переменных и возможность

изменения. 64

Среда программирования

•Профилировщик– измеряет трудоемкость отдельных частей программы.

•Средства тестирования – автоматизируют процесс тестирования программ,создавая и выполняя тесты и анализируя результатытестирования.

•Средства конфигурирования– автоматизируют поддержку версий программногопродукта.

•Препроцессор(макропроцессор)– собирает предварительнуюинформацию,необходимуюдля компоновкипрограммы,осуществляет раскрытие сокращений, называемых макросами.

•Средства автоматизированнойгенерациикода и средства визуальнойразработки– позволяют на основе некоторых

Сравнение компиляции и интерпретации

• Компиляция:

Многие ошибки выявляются еще до запуска программы

Выполнение программы происходит быстрее

Высокая защита исходного кода

Переносимость на уровне процессора (ОС)

• Интерпретация:

Не требуются дополнительные преобразования (компиляция), более простая технология создания программ

Запуск программы происходит быстрее

Не требуется наличие всех компонентов программы

Переносимость на уровне абстрактной машины67

2/27/2023

Трансляторы

• Делят на два типа:

1.Компилятор – переводитвесь исходныйкод в объектный (исполняемый),который затем выполняется операционнойсистемой. Примеры: C, Pascal, Assembler…

2.Интерпретатор– выполняетперевод командыв объектный код непосредственноперед ее выполнением,а выполнениемкоманд занимается специальная программа

– имитатор абстрактной машины. Примеры: Basic, Java, PHP, Python, Perl…

•Нельзя сказать, что язык L1 эффективнее языка L2. Правильно то, что компилятор C1 может сгенерировать более эффективныйкод, чем C2.

•Сейчас наблюдается смешение подходов: хранимые

процедуры SQL-серверов, JIT-компиляция в .NET

Процесс трансляции

Процесс трансляции

Генератор кода

ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА

Если A, B – выражения, то A+B - выражение

69

Этапы семантического анализа

Этап 1. Проверка соблюдения во входной программе семантических соглашений входного языка.

Этап 2. Дополнение внутреннего представления программы в компиляторе операторами и действиями

Этап 3. Проверка элементарных семантических (смысловых) норм языков программирования

71

2/27/2023

Процесс трансляции

Генератор кода

ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА

Если A, B – выражения, то A+B - выражение

70

Этап 1

•Проверка соблюдения семантических соглашений - заключается в сопоставлении входных цепочек исходной программы с требованиями семантики входного ЯП.

Примеры соглашений:

1.Каждая метка, на которую есть ссылка, должна один раз присутствовать в программе.

2.Каждый идентификатор должен быть описан один раз и ни один идентификатор не может быть описан более одного раза.

3.Все операнды в выражениях и операциях должны иметь типы, допустимые для данного выражения или операции.

4.Типы переменных в выражениях должны быть согласованы между собой.

5.При вызове процедур и функций число и типы фактических параметров должны быть согласованы с числом и типом формальных параметров.

A = B + C;// надо знать типы B,C 72

Этап 2

•Дополнениевнутреннегопредставленияпрограммысвязано с добавлениемв него операторов и действий, неявно предусмотренныхсемантикойвходногоязыка.

a:=b+c; // сложение (конкатенация) и присваивание

//Семантика языка предусматривает неявные преобр.: a:= double(real(b) + c);

73

Этап 3 - Пример

int f_test(int a);

{

intb, c; b = 0; c = 0;

if (b=1) { return a; } c = a + b;

}

75

2/27/2023

Этап 3

•Проверка элементарных смысловых норм – сервисная функция,

обеспечивает проверку компилятором соглашений, выполнение которых связано со смыслом как всей программы в целом, так и отдельных ее фрагментов. Зависит от качества компилятора!

Примеры соглашений:

1.Каждая переменная или константа должна хотя бы один раз использоваться в программе.

2.Каждая переменная должна быть определена до первого ее использования.

3.Результат функции должен быть определен при любом ходе ее выполнения.

4.Каждый оператор в исходной программе должен иметь возможность хотя бы один раз выполниться.

5.Операторы условия и выбора должны предусматриваться возможность хода выполнения программы по каждой из ветвей.

6.Операторы цикла должны предусматривать возможность завершения цикла.

74

Этап 3 - Пример

int f_test(int a);

{

intb, c; b = 0; c = 0;

if (b=1) { return a; } c = a + b;

}

•условиевсегдаверно

•c = a + b; - никогдане выполнится

•с – объявлена но нигде не используется

•b = 0; нигде не используется

•if (b=1) – присвоениевместо сравнения

76

Процесс трансляции

Процесс трансляции