Pmonline.ru

Пром Онлайн
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основы программирования и основные языки программирования

Основы программирования и основные языки программирования

Для начала я хотел бы сказать, что управлять компьютером и создавать программы может любой человек. Для создания компьютерных программ не нужно обладать невероят­ным интеллектом или ученой степенью в математических дисциплинах. Вам понадобится только желание в чем-то разобраться и терпение, чтобы не бросить занятия.

Умение писать программы — это такое же умение, как и умение плавать, танце­вать или жонглировать. Некоторым людям действительно удается делать это намного лучше, чем другим, но любой человек сможет достичь определенных результатов при должной практике. Именно по этой причине дети становятся асами программирова­ния в раннем возрасте. Дети не обязательно гениальны; они просто склонны позна­вать новое и не боятся ошибаться.

Несмотря на то, что компьютеры кажутся очень сложными электронными чудови­щами, расслабьтесь. Совсем немногие знают, как именно работают поисковые машины, которые позволяют вам быстро находить необходимую информацию в Internet, a некоторые люди и не разобрались, как управлять автомобилем. Точно так же прак­тически любой может научиться создавать программы, не вдаваясь в подробности о том, как именно работает компьютер.

Вообще говоря, программа указывает компьютеру, как решить ту или иную проблему. Поскольку в мире полно проблем, количество программ, которые могут написать люди, бесконечно.

Однако, для того чтобы сообщить компьютеру, как решить одну громадную про­блему, обычно вам придется рассказать компьютеру, как решить целый ряд мелких проблем, из которых и состоит большая проблема.
На самом деле программирование совсем несложно и не является чем-то загадочным и сверхъестественным. Если вы в состоянии написать пошаговые инструкции, которые по­зволят человеку найти ваш дом, вы сможете написать и компьютерную программу.

Самое сложное в программировании — определение небольших проблем, обра­зующих проблему, которую вам необходимо решить. Так как компьютеры абсолютно глупы, вам придется рассказать им, как выполнять любые действия.

Если вы считаете, что создавать программу интереснее, чем ее использовать, у вас есть все необходимое для того, чтобы создавать компьютерные программы. Если вы хотите изучить написание компьютерных программ, вам необходимы три следующих качества.

Стремление. Если вы чего-то очень сильно хотите, вы обязательно это получите (но если вы совершите что-то противозаконное, вы рискуете провести немало времени в тюрьме). Если вы хотите научиться про­граммировать, ваше желание обязательно вам поможет, независимо от того, сколько препятствий окажется у вас на пути.

Любознательность. Здоровая доза любознательности может подогревать ваше стремление к экспериментированию и дальнейшему совершенст­вованию навыков программирования даже после прочтения настоящей книги. Благодаря любопытству изучение программирования окажется для вас менее скучным и более интересным. А если вам интересно, вы обязательно изучите и запомните больше сведений, чем любой абсо­лютно незаинтересованный в этом человек (например, ваш начальник).
Воображение. Создание компьютерных программ — это навык, но во­ображение поможет сделать этот навык более совершенным и направ­ленным. Обладающий изрядной долей воображения начинающий про­граммист всегда будет создавать намного более интересные и полезные программы, чем замечательный программист без воображения. Если вы не знаете, что же делать со своими навыками программирования, ваш талант просто погибнет без воображения.

Стремление, любознательность и воображение — вот три самых важных качества, которыми должен обладать каждый программист. Если вы обладаете ими, вам стоит беспокоиться только о мелочах: какой язык программирования изучать (например, C++), что там с математикой и т.д.

Среди многих языков программирования вы всегда сможете найти именно тот язык, который подходит для решения данной задачи. При появлении нового типа проблем люди создают новые языки.

Конечно, на самом деле компьютер понимает только один язык, состоящий из ну­лей и единиц, который называется машинным языком. Обычно программа, написанная на машинном языке, выглядит приблизительно так:

0010 1010 0001 1101

ООН 1100 1010 1111

0101 ОНО 1101 0101

1101 1111 0010 1001

Далее, очень существенно, для какой цели выбирается язык — для обучения программированию либо для решения конкретной прикладной задачи. В первом случае язык должен быть простым для понимания, строгим и по возможности лишенным «подводных камней». Во втором — пусть сложным, но эффективным и выразительным инструментом для профессионала, знающего чего он хочет.

Теперь мне бы хотелось разъяснить вам, что следует отличать язык программирования (Basic, Pascal) от его реализации, которая обычно представлена в составе среды программирования (Quick Basic, Virtual Pascal) — набора средств для редактирования исходных текстов, генерации исполняемого кода, отладки, управления проектами и т.д. Синтаксис и семантика языка программирования фиксируется в стандарте языка. Каждая среда программирования предоставляет свой интерпретатор или компилятор с этого языка, который зачастую допускает использование конструкций, не фиксированных в стандарте.

Рассмотрим основные и популярные языки программирования

Assembler Это ярчайший представитель языков низкого уровня, набор понятий которого основан на аппаратной реализации. Это средство автоматизации для программирования непосредственно в кодах процессора. Машинные команды описываются в виде мнемонических операций, что позволяет добиться достаточно высокой модифицируемости кода. Поскольку набор команд на разных процессорах различен, то и о совместимости говорить не приходится. Использование ассемблера целесообразно в случаях, когда необходимо напрямую взаимодействовать с оборудованием, либо получить большую эффективность для некоторой части программы за счет более высокого контроля над генерацией кода.

Кобол — Язык программирования высокого уровня, разработанный в конце 1950-х гг. ассоциацией КАДАСИЛ для решения коммерческих и экономических задач. Отличается развитыми средствами работы с файлами. Поскольку команды программ, написанных на этом языке, активно используют обычную английскую лексику и синтаксис, Кобол рассматривается как один из самых простых языков программирования. В настоящее время используется для решения экономических, информационных и других задач.

Фортран — Язык программирования высокого уровня, разработанный фирмой IBM в 1956 г. для описания алгоритмов решения вычислительных задач. Относится к категории процедурно-ориентированных языков. Наиболее распространенными версиями этого языка являются Фортран IV, Фортран 77 и Фортран 90. Используется на всех классах ЭВМ. Последняя его версия также применяется на ЭВМ с параллельной архитектурой.

Читайте так же:
Мсай автобернер не видит видеокарту

Ада — Язык программирования высокого уровня, ориентированный на применение в системах реального времени и предназначенный для автоматизации задач управления процессами и/или устройствами, например, в бортовых (корабельных, авиационных и др.) ЭВМ. Разработан по инициативе министерства обороны США в 1980-х гг. Назван в честь английского математика Ады Августы Байрон (Лавлейс), жившей в 1815-1851 гг.

BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code) Рожденный в 60-е годы в Америке. Бейсик был задуман как простой язык для быстрого освоения. Бейсик стал фактическим стандартом для МикроЭВМ именно благодаря своей простоте как в освоении так и в реализации. Однако для достижения этого качества был принят ряд решений (отсутствие типизации, нумерация строк и неструктурное GOTO, и др.), негативно сказывающихся на стиле изучающих программирование. Кроме того, недостаток выразительных средств привел к появлению огромного количества диалектов языка, не совместимых между собой. Современные, специализированные версии Бейсика (такие как Visual Basic) несмотря на приобретенную «структурность» обладают все теми же недостатками, прежде всего — небрежностью по отношению к типам и описаниям. Пригоден для использования на начальном этапе обучения, как средство автоматизации (в случаях когда он встроен в соответствующие системы) либо как средство для быстрого создания приложений.

Pascal Разработанный известным теоретиком Н.Виртом на основе идей Алгола-68, Паскаль предназначался прежде всего для обучения программированию. Построенный по принципу «необходимо и достаточно», он располагает строгим контролем типов, конструкциями для описания произвольных структур данных, небольшим, но достаточным набором операторов структурного программирования. К сожалению, обратной стороной простоты и строгости является громоздкость описаний конструкций языка. Наиболее известная реализация — Turbo/Borland Pascal — несмотря на отличия от стандарта Паскаля, представляет из себя среду и набор библиотек, сделавшие из учебного языка промышленную систему для разработки программ в среде MS-DOS.

C и C++ В основе языка C — требования системного программиста: полный и эффективный доступ ко всем ресурсам компьютера, средства программирования высокого уровня, переносимость программ между различными платформами и операционными системами. С++, сохраняя совместимость с C, вносит возможности объектно-ориентированного программирования, выражая идею класса (объекта) как определяемого пользователем типа. Благодаря перечисленным качествам, C/C++ занял позицию универсального языка для любых задач. Но его применение может стать неэффективным там, где требуется получить готовый к употреблению результат в кратчайшие сроки, либо там, где невыгодным становится сам процедурный подход.

Delphi — это не продолжатель дела Borland Pascal / Borland C, его ниша — т.е. быстрое создание приложений (Rapid Application Developing, RAD). Подобные средства позволяют в кратчайшие сроки создать рабочую программу из готовых компонентов, не растрачивая массу усилий на мелочи. Особое место в таких системах занимают возможности работы с базами данных.

Лисп — Алгоритмический язык, разработанный в 1960 г. Дж. Маккарти и предназначенный для манипулирования перечнями элементов данных. Используется преимущественно в университетских лабораториях США для решения задач, связанных с искусственным интеллектом. В Европе для работ по искусственному интеллекту предпочитают использовать Пролог.

Пролог — Язык программирования высокого уровня декларативного, предназначенный для разработки систем и программ искусственного интеллекта. Относится к категории языков пятого поколения. Был разработан в 1971 г. в университете г. Марсель (Франция), относится к числу широко используемых и постоянно развиваемых языков. Последняя его версия Prolog 6.0

ЛОГО — Язык программирования высокого уровня, разработан в Массачусетском технологическом институте в ориентировочно 1970 г. для целей обучения математическим понятиям. Используется также в школах и пользователями ПЭВМ при написании программ для создания чертежей на экране монитора и управления перьевым графопостроителем.

Java Как яркий пример специализации, язык Java появился в ответ на потребность в идеально переносимом языке, программы на котором эффективно исполняются на стороне клиента WWW. В ввиду специфики окружения, Java может быть хорошим выбором для системы, построенной на Internet/Intranet технологии.

Алгол — Язык программирования высокого уровня, ориентированный на описание алгоритмов решения вычислительных задач. Был создан в 1958 г. специалистами западно-европейских стран для научных исследований. Версия этого языка Алгол-60 была принята Международной конференцией в Париже (1960 г.) и широко использовалась на ЭВМ 2-го поколения. Версия Алгол-68, разработанная группой специалистов Международной федерации по обработке информации (ИФИП) в 1968 г., получила статус международного универсального языка программирования, ориентированного на решение не только вычислительных, но и информационных задач. Хотя в настоящее время Алгол практически не используется, он послужил основой или оказал существенное влияние на разработку более современных языков, например, Ада, Паскаль и др.

Самого лучшего языка не существует. Если вы собираетесь стать профессионалом в написании программ, вам необходимо изучить один из языков программирования высокого уровня (наиболее популярен язык программирования C++), а также один из языков программирования баз данных (например, SQL). Изучив язык программиро­вания C++, вы не ошибетесь. Зная этот язык, вы всегда сможете найти работу в любой компании, занимающей­ся программированием.
Несмотря на большую популярность языка программирования C++, часто исполь­зуются и другие языки. На многих устаревших компьютерах до сих пор работают программы, написанные на языке программирования COBOL. Поэтому нужны про­граммисты, которые умеют усовершенствовать данные программы, а также писать но­вые. Очень часто крупные компании выплачивают таким программистам высокую за­работную плату.
Если вы собираетесь работать самостоятельно, предпочтительнее всего научиться создавать собственные программы для баз данных. Для этого вам понадобится изучить такие языки программирования, как SQL или VBA, которые используются в програм­ме Microsoft Access. Для того чтобы создавать Web-страницы, необходимо знать HTML, а также немного знать Java, JavaScript, VBScript и другие языки программиро­вания для Internet. Самым нужным будет тот язык программирования, который по­зволит решить поставленные перед вами задачи легко и быстро. Это может быть язык программирования C++, BASIC, Java, SQL или язык ассемблера.

В заключение отметим, что с профессиональной точки зрения не так важно на каком языке и в какой среде работает программист, сколько как он выполняет свою работу. Меняется аппаратура и операционные системы. Возникают новые задачи из самых различных предметных областей. Уходят в прошлое и появляются новые языки. Но остаются люди — те, кто пишет и те, для кого пишут новые программы и чьи требования к качеству остаются теми же вне зависимости от этих изменений.
Вот с вами мы и рассмотрели основы программирования и основные языки программирования.

Читайте так же:
Браузер для flash игр

Виды программистов: выбираем профессию в сфере IT

Анна Паршева

Название профессии «программист» очень общее и дает поверхностное представление о том, чем конкретно занимается человек. Внутри IT-сферы существует большое разнообразие областей и специалистов. В этой статье мы посмотрим на самые популярные профессии в программировании и мире технологий, их обязанности и среднюю зарплату.

профессии в программировании

Стоит сделать небольшую оговорку: оплата труда очень сильно зависит от города и квалификации специалиста, мы с вами будем брать усредненную ежемесячную зарплату по Москве и Санкт-Петербургу.

Можно читать статьи, а можно пойти и попробовать написать код! Приходите в Школу программирования MAXIMUM и вы освоите один из трёх языков программирования, разработаете свой первый сайт, игру или нейросеть всего за несколько занятий. Открыта запись на бесплатный пробный урок!

Те, кто заставляют сайт работать

Чтобы создать многофункциональный, правильно работающий небольшой сайт потребуется два веб-разработчика. И только в том случае, если ваш сайт совсем небольшой. Чаще всего в команде, создающей один продукт, работает несколько человек одной специальности, но разной квалификации.

Первый разработчик занимается тем, чтобы часть сайта, которую видит пользователь, работал правильно: кнопки нажимались, подсказки всплывали, полоса прокрутки работала. Его профессия — frontend-разработчик. Он отвечает за то, чтобы интерфейс сайта работал правильно и выглядел так, как это задумал дизайнер. Средняя зарплата такого специалиста составляет примерно 100 тысяч рублей.

Второй человек — backend-разработчик будет ответственным за то, чтобы ваши сообщения были отправлены точно по адресу, история просмотров ваших видео сохранялась, и вы видели сколько лайков на новой аватарке поставили ваши подписчики. Для того, чтобы все эти функции выполнялись необходимо знать о том, как работает интернет и как работать с базой данных (программой, которая отвечает за хранение больших объемов информации). Для такой профессии в программировании средняя зарплата 125 тысяч рублей.

Бывают и такие крутые специалисты, которые работают над созданием обеих частей сайта, такой программист имеет профиль fullstack-разработчик.

Те, кто помещают сайт в твой телефон

Сайт готов, но как мы знаем по себе, большую часть времени в интернете мы проводим, используя телефон. Одно дело загрузить в телефоне компьютерную версию сайта и разглядывать все поля с лупой в руке, и совсем другой вопрос — адаптированная под маленький экран дружелюбная версия. Этим и занимается мобильная разработка. Здесь также есть разделение на backend и frontend, но гораздо более значимо разделение по операционной системе, так как специалисту по мобильной разработке нужно владеть разными инструментами, чтобы создать мобильное приложение для телефонов iPhone и Samsung. Таких специалистов называют: IOS-разработчик и Android-разработчик. Средняя зарплата такого специалиста 130 тысяч рублей.

Те, кто анализируют каждый твой шаг в интернете

И так, у нас есть работающий сайт, для него мы сделали мобильное приложение. Теперь встаёт ещё один вопрос, как заставить пользователя проводить больше времени на вашем сайте, купить максимум товаров или посмотреть все видео в вашем приложении? Нужно предлагать ему то, что ему нравится! За это отвечаю специальные алгоритмы, так называемые рекомендательные системы. И это лишь малая часть того, чем занимается Data Scientist. Это профессия уже не столько в программировании, сколько в математике.

Если вы хотите, чтобы ваше приложение распознавало предметы на фото, имело умного голосового помощника, то вам просто необходим такой специалист. Он знает, как написать нейронную сеть, какой алгоритм применить, чтобы вычислить наиболее подходящий товар для рекомендации или проанализировать целевую аудиторию вашего сайта. Такой специалист будет получать среднюю зарплату около 105 тысяч рублей.

Тот, кто всех проверяет

После того, как мы создали свой сайт, мобильное приложение и добавили в него крутой алгоритм рекомендаций, необходимо проверить, как же работает то, что было запрограммировано.

Можно сразу выпустить свой сайт или приложение, а потом, читая разъярённые отзывы пользователей, исправлять ошибки и накатывать кучу обновлений или отвечать всем, что «это не баг, а фича!»

Такой вариант тоже возможен, но гораздо лучше позаботиться о своей репутации и заранее нанять к себе в команду человека, который займется проверкой работы вашего приложения — тестировщика. В его задачи входит написание специальных программ — тестов, которые будут автоматически проверять работу приложения. Иногда тестировщик может делать это вручную — зависит от квалификации специалиста и области работы. Его зарплата составляет примерно 80 тысяч рублей.

Как же выбрать всего одну профессию в программировании?

Сфера IT очень разнообразна, в ней нужны совершенно разные специалисты с разными навыками. Как понять, чем начать заниматься сейчас? Конечно, попробовать!

Но прежде, чем бросаться в практику, советую вам немного подумать, что вам интересно. Вы можете всю ночь напролет играть в компьютерные игры, возможно стоит попробовать создать свою крутую РПГ самому? Или вам уже давно не хватает мобильного приложения, которое будет за вас решать задачи по математике, тогда стоит посмотреть в сторону мобильной разработки.

Чтобы процесс вхождения в IT был проще, быстрее и интереснее, лучше всего это делать в команде единомышленников и вместе с опытным наставником, который будет помогать в этом нелегком пути. Всё это можно найти в нашей Школе программирование для 6-10 классов. Скорее выбирай то, что тебе интересно и погружайся с нами в мир разработки!

Веб-программирование. Что это такое и с чем его едят?

Веб-программирование — одна из самых важных тем, которую мы должны затронуть при создании сайта. Конечно, стильный дизайн статичных веб-страниц и их интересное содержание не менее важно, но намного лучше выглядят интерактивные страницы, которые реагируют на действия пользователей. Большинство современных наиболее посещаемых сайтов умеют собирать и обрабатывать информацию посетителей, проводить голосования, осуществлять поиск и многое другое. Все эти возможности осуществляются с помощью использования на сайтах специальных программ, веб-разработчики называют их скриптами.

Читайте так же:
Браузер unrecognized что это

Веб-программирование. Что это такое и с чем его едят?

Веб-программисты используют множество различных инструментов для разработки сайтов. Несмотря на то что существуют десятки языков программирования, которые могут быть использованы для написания скриптов, все они делятся на 2 типа. Одни из них работают на стороне сервера, т.е. непосредственно на самом сайте. Другие же находятся на стороне клиента, на компьютере самого пользователя, который просматривает сайт.

Трудно представить работу, например, форума, без скриптов. В данном случае они помогают в сборе и хранении информации – приеме и сохранении отправленных сообщений. Скрипты, работающие на клиентской стороне, дают возможность реагировать на действия пользователя и изменять вид и содержание страницы, которая уже была загружена в память компьютера без ее повторного сохранения. Чаще всего для реализации определенной задачи используются оба типа скриптов.

Веб-программирование. Что это такое и с чем его едят?

Языки Си и Паскаль были уже достаточно популярными и развитыми языками программирования на момент появления интернета. Но нужны были все новые функции, потому что программирование в интернете имело свою специфику. Было необходимо упростить работу с типичными данными и элементами веб-страниц, а так же ограничить функциональность средств программирования для злоумышленников. Они не должны были иметь возможность нанести какой-либо вред серверам или пользовательским компьютерам с помощью написания или изменения скриптов. Именно поэтому начали появляться все новые и более современный языки и средства веб-программирования. Давайте познакомимся с некоторыми из них.

Javascript – язык, появившийся в начале 90х. Фирма-разработчик Netscape в то время была одной из самых популярных благодаря своему браузеру Netscape Navigator. Он был самым широко используемым для просмотра сайтов. Не стоит путать языки javascript и java. Несмотря на то, что основа у них одна, это совершенно разные языки программирования. Скрипты, написанные на javascript, работают на стороне клиентского персонального компьютера, точнее говоря в самом браузере, с помощью которого открыта веб-страница. Они не требуют никаких дополнительных программ или плагинов и могут быть добавлены в html-код страницы, после чего будут выполняться в любом браузере. Javascript практически не имеет конкурентов в своей области, простой и удобный язык, который позволяет реагировать на пользовательские действия и управлять содержимым веб-страницы. Именно с него рекомендуется начинать свое обучение веб-разработчику.

Java – язык, специально созданный для работы и интернете и компьютерных сетях. Данный язык позволяет создавать приложения как для стороны сервера, так и для клиента. Но Java уже не позволяет просто вставить html-код на страницу, как в случае с javascript. Для использования и управления такими приложениями используется специальная виртуальная машина Java. Кроме этого, язык java позволяет создавать java-апплеты – небольшие самостоятельные приложения, которые могут быть вызваны в html-коде. Их выполнение также будет обеспечено браузером.

Flash – технология для создания анимированных изображений, созданная фирмой Macromedia. Данная технология быстрее других получила распространение. Язык программирования Actionscripts, который в нее встроен, стал использоваться для написания различных программ, в том числе большого количества игр, а не только с целью создания эффектов анимации. Все данные программы также используются на стороне пользователя.

Работоспособность скриптов, написанных на языке javascript, можно легко проверить, открыв html-файл в браузере. Но серверные скрипты могут работать исключительно на стороне сервера. Сервером может быть как персональных компьютер в сети, на котором расположены веб-страницы, так и специализированная программа, которая обеспечивает все необходимые функции. Нет необходимости загружать скрипт на языке php для проверки его работоспособности на удаленный сервер. Вы можете использовать один и тот же компьютер в качестве клиента и сервера, установив на него программу-сервер, которая поддерживает php. Сервер Apache на сегодняшний день является самым популярным, SSI – программа, входящая в пакет Windows, Denver – сравнительно небольшой пакет, который обеспечивает поддержку популярных языков программирования и всех серверных функций.

Веб-программирование. Что это такое и с чем его едят?

Теперь поговорим о главных серверных средствах и языках веб-программирования:

SSI — Server Side Include – это набор директив, наиболее полезной из которых является директива include. Она позволяет включить в html-код страницы содержимое любого файла перед ее отправкой в браузер.

Perl – один из самых старых языков программирования, который появился еще до массового развития интернета, но он создан специально для серверного программирования. В данное время он сильно уступает языку php, более простому в изучении, но раньше он был широко использован для написания программ для сайтов.

PHP – один из самых молодых языков, появившийся в середине 90х. Он очень несложный в изучении и гибкий в применении. Именно поэтому язык программирования php очень быстро собрал огромное количество поклонников по всему миру. На сегодняшний день это самый популярный язык серверного программирования. Как и javascript, код php можно использовать совместно с html-кодом. Но в данном случае скрипт будет выполнен сервером до того, как страница будет отправлена клиенту. В браузер попадет только результат работы скрипта. PHP очень прост и удобен в использовании, что делает его идеальным для начинающих программистов, он позволяет писать программы, которые работают с различными базами данных и графикой.

MySQL – название базы данных, а не языка программирования. Эта база данных наиболее часто используется при разработке сайтов. Небольшое количество информации может храниться в отдельных файлах, но когда ее объемы увеличиваются, намного удобнее иметь структурированные данные. Именно поэтому каждый, даже начинающий веб-программист должен иметь базовые знания о MySQL и синтаксисе запросов, которые применяются для поиска информации.

Веб-программирование. Что это такое и с чем его едят?

В области информационных технологий, как и в любой другой, процесс развития направлен на создание наиболее простых и удобных инструментов для облегчения пользовательской деятельности.

CMS — Content Management System – система управление контентом, одно из проявлений такой тенденции развития. Популярность стандартных движков построения сайтов и систем управления их содержанием постоянно растет.

Читайте так же:
Восстановление видео с карты памяти программа бесплатно

CMS является оболочкой, которую веб-разработчик может наполнить собственным контентом, использовать свой стиль, оформление, струкруту, добавить нужные функции, например, голосование, форум, блог, форму обратной связи и многое другое. Эта система позволяет создать полноценный сайт, содержащий работающие скрипты, который будет реагировать на действия пользователей. При этом нет необходимости владеть навыками веб-программирования и основами html и веб-дизайна.

Что выбрать? Изучение веб-программирования и создание сайта по своим представлениям или использование конструктора?

В случае, если у вас недостаточно времени для изучения языков программирования, или все функции, которые вы бы хотели видеть на своем сайте, присутствуют в настройках конструктора, то выбор очевиден. Но все же вы можете столкнуться с немалым количеством минусов. Сложность настройки под конкретные требования, емкость кода, замедляющая работу сайта, проблемы с безопасностью – все это может затруднить создание и работу с сайтом. Поэтому изучение основ программирования и их применение станет лучшим решением для тех, кто хочет начать создавать свои собственные сайты и проекты.

Автоматное программирование

Автоматное программирование — это парадигма программирования, в которой программа или ее часть рассматривается как модель конечного автомата (FSM) или любого другого (часто более сложного) формального автомата (см. Теорию автоматов ). Иногда вводится потенциально бесконечный набор возможных состояний, и такой набор может иметь сложную структуру, а не просто перечисление.

Программирование на основе конечных автоматов в целом то же самое, но, формально говоря, не охватывает все возможные варианты, поскольку конечный автомат обозначает конечный автомат, а автоматное программирование не обязательно использует конечные автоматы в строгом смысле этого слова.

Следующие свойства являются ключевыми индикаторами для программирования на основе автоматов:

  • Время выполнения программы четко разделено до автоматных шагов . Каждый шаг фактически представляет собой выполнение раздела кода (одинакового для всех шагов), имеющего единственную точку входа. Этот раздел можно разделить на подразделы, которые будут выполняться в зависимости от различных состояний, хотя в этом нет необходимости.
  • Любая связь между шагами автомата возможна только через явно указанный набор переменных, называемых состоянием автомата . Между любыми двумя шагами программа не может иметь неявных компонентов своего состояния, таких как значения локальных переменных, адреса возврата, текущий указатель инструкции и т. Д. То есть состояние всей программы, полученное в любые два момента ввода шаг автомата, может отличаться только значениями переменных, рассматриваемых как состояние автомата.

Все выполнение кода автомата представляет собой цикл шагов автомата.

Еще одна причина использования понятия автоматного программирования заключается в том, что стиль мышления программиста о программе в этой технике очень похож на стиль мышления, используемый для решения математических задач с использованием машин Тьюринга , алгоритмов Маркова и т. Д.

Задача

Рассмотрим задачу чтения текста из стандартного ввода построчно и записи первого слова каждой строки в стандартный вывод . Сначала мы пропускаем все ведущие пробельные символы, если они есть. Затем печатаем все символы первого слова. Наконец, мы пропускаем все завершающие символы, пока не встретим символ новой строки . Всякий раз, когда последовательность символов новой строки встречается не в начале потока, мы печатаем только первый и пропускаем остальные; иначе мы пропускаем все. Затем мы перезапускаем процесс со следующей строки. При обнаружении состояния конца файла (независимо от этапа) мы останавливаемся.

Традиционная программа

Традиционная программа на C, которая выполняет указанную выше задачу, может выглядеть так:

Например, компиляция и запуск указанной выше программы на этом входе:

Программа на основе автоматов

Процедурный

Эту же задачу можно решить, если мыслить терминами конечных автоматов . Обратите внимание, что синтаксический анализ строки состоит из трех этапов: пропуск начальных пробельных символов, печать символов первого слова и пропуск конечных символов. Назовем эти состояния автоматов BEFORE , INSIDE и AFTER . Автоматная версия программы могла бы выглядеть так:

Хотя программа теперь выглядит длиннее, у нее есть по крайней мере одно существенное преимущество: есть только одна getchar инструкция чтения (то есть вызов функции). Кроме того, здесь всего одна петля вместо четырех в традиционной версии. Тело while цикла — это шаг автомата, а сам цикл — это цикл шага автомата. Программа реализует работу конечного автомата, показанного на диаграмме состояний.

Самым важным свойством программы является то, что секция кода шага автомата четко локализована. С явной функцией step для этапа автоматизации программа лучше демонстрирует это свойство:

Теперь программа наглядно демонстрирует основные свойства автоматного кода:

  • временные интервалы выполнения шагов автоматов не могут перекрываться;
  • единственная информация, передаваемая от предыдущего шага к следующему, — это явно заданное состояние автомата .

Конечный автомат может быть определен таблицей переходов между состояниями , строки которой соответствуют текущим состояниям, столбцы — входам, а ячейки — следующим состояниям и действиям, которые необходимо выполнить.

Вообще говоря, автоматная программа, естественно, может использовать этот подход. С явным двумерным массивом transitions для таблицы переходов между состояниями программа использует такой подход:

Объектно-ориентированный

Если язык реализации поддерживает объектно-ориентированное программирование , простой рефакторинг программы состоит в том, чтобы инкапсулировать автомат в объект, таким образом скрывая детали его реализации. Программа на C ++ в объектно-ориентированном стиле могла бы выглядеть так:

Примечание. — Для минимизации изменений, не связанных напрямую с тематикой статьи, используются ввод / вывод getchar и putchar функции из стандартной библиотеки Си .

Состояние шаблон проектирования является способом для объекта , чтобы изменить свое поведение во время выполнения в соответствии с его внутренним состоянием , не прибегая к большим условным операторам или табличный поиск благодаря вызовам виртуальных функций. Его главное преимущество перед кодом, использующим большие условные операторы, заключается в том, что код, зависящий от состояния, распределен по разным объектам, а не локализован в монолитном блоке, что улучшает ремонтопригодность. Его основные преимущества перед кодом, использующим таблицы перехода состояний, заключаются в том, что вызовы виртуальных функций часто более эффективны, чем поиск в таблицах, критерии перехода между состояниями более явны, чем в табличном формате, и что легче добавлять действия, сопровождающие переходы состояний. Однако это создает новую проблему: количество классов делает код менее компактным, чем другие подходы. Программа, использующая шаблон проектирования состояний, может выглядеть так:

Читайте так же:
Записывать видео с экрана со звуком бесплатно

Автоматика и автоматы

Автоматное программирование действительно близко соответствует потребностям программирования в области автоматизации .

Производственный цикл обычно моделируется следующим образом:

  • последовательность этапов, шагающих по входным данным (от захватчиков);
  • набор действий, выполняемых в зависимости от текущего этапа.

Различные специализированные языки программирования позволяют выразить такую ​​модель более или менее изощренно.

Программа автоматизации

Пример, представленный выше, может быть выражен в соответствии с этим представлением, как в следующем псевдокоде (‘set’ активирует логическую переменную, ‘reset’ деактивирует логическую переменную, ‘:’ присваивает переменную, а ‘=’ проверяет равенство) :

Разделение подпрограмм, выражающих ход цикла, с одной стороны, и фактическое действие, с другой (сопоставление ввода и вывода), позволяет сделать код более ясным и простым.

События

В области автоматизации переход от шага к шагу зависит от входных данных, поступающих от самого станка. В программе это представлено чтением символов из текста. На самом деле эти данные сообщают о положении, скорости, температуре и т. Д. Критических элементов машины.

Таким образом, как и в программировании с графическим интерфейсом пользователя , изменения состояния машины можно рассматривать как события, вызывающие переход из одного состояния в другое, пока не будет достигнуто последнее. Комбинация возможных состояний может генерировать широкий спектр событий, тем самым определяя более сложный производственный цикл. Как следствие, циклы обычно далеки от простых линейных последовательностей. Обычно существуют параллельные ветки, идущие вместе, и альтернативы, выбираемые в соответствии с различными событиями, схематично представленные ниже:

Автоматное программирование широко используется в лексическом и синтаксическом анализе . [1]

Кроме того, мышление в терминах автоматов (то есть разбиение процесса выполнения на этапы автоматизации и передача информации от этапа к этапу через явное состояние автомата ) необходимо для программирования, управляемого событиями, как единственной альтернативы использованию параллельных процессов или потоков. .

Понятия состояний и конечных автоматов часто используются в области формальной спецификации . Например, при разработке архитектуры программного обеспечения на основе UML диаграммы состояний используются для определения поведения программы. Также различные протоколы связи часто указываются с использованием явного понятия состояния (например, RFC 793 ).

Мышление в терминах автоматов (шагов и состояний) также можно использовать для описания семантики некоторых языков программирования . Например, выполнение программы, написанной на языке Рефал, описывается как последовательность шагов так называемой абстрактной машины Рефала; состояние машины — это представление (произвольное выражение Рефала без переменных).

Продолжение на языке Scheme требует мышления в терминах шагов и состояний, хотя сама Scheme никоим образом не связана с автоматами (она рекурсивна). Чтобы функция call / cc могла работать, реализация должна иметь возможность улавливать все состояние выполняющейся программы, что возможно только тогда, когда в состоянии нет неявной части. Такое зафиксированное состояние и есть то, что называется продолжением , и его можно рассматривать как состояние (относительно сложного) автомата. Шаг автомата выводит следующее продолжение из предыдущего, а процесс выполнения — это цикл таких шагов.

Александр Оллонгрен в своей книге [2] объясняет так называемый венский метод описания семантики языков программирования, полностью основанный на формальных автоматах.

Система STAT [1] является хорошим примером использования автоматного подхода; эта система, помимо других функций, включает встроенный язык STATL, ориентированный исключительно на автоматизацию.

Методы, основанные на автоматах, широко использовались в тех областях, где есть алгоритмы, основанные на теории автоматов, такие как анализ формального языка. [1]

Одна из первых работ по этому поводу — Johnson et al., 1968. [3]

Одно из самых первых упоминаний о программировании на основе автоматов как об общей технике можно найти в статье Питера Наура , 1963. [4] Автор называет эту технику подходом машины Тьюринга , однако реальной машины Тьюринга в статье не приводится; вместо этого описывается техника, основанная на шагах и состояниях.

Понятие состояния не является исключительной собственностью автоматного программирования. [5] Вообще говоря, состояние (или состояние программы ) появляется во время выполнения любой компьютерной программы как комбинация всей информации, которая может измениться во время выполнения. Например, состояние традиционной императивной программы состоит из

  • значения всех переменных и информации, хранящейся в динамической памяти;
  • значения, хранящиеся в регистрах;
  • содержимое стека (включая значения локальных переменных и адреса возврата);
  • текущее значение указателя инструкции .

Их можно разделить на явную часть (например, значения, хранящиеся в переменных) и неявную часть (адреса возврата и указатель инструкции).

При этом автоматную программу можно рассматривать как частный случай императивной программы, в которой неявная часть состояния минимизирована. Состояние всей программы, полученное в два разных момента входа в секцию кода шага, может отличаться только состоянием автомата. Это упрощает анализ программы.

В теории объектно-ориентированного программирования говорится , что объект имеет внутреннее состояние и способен принимать сообщения , отвечать на них, отправлять сообщения другим объектам и изменять свое внутреннее состояние во время обработки сообщений. В более практической терминологии вызов метода объекта считается тем же, что и отправка сообщения объекту .

Таким образом, с одной стороны, объекты объектно-ориентированного программирования можно рассматривать как автоматы (или модели автоматов), состояние которых представляет собой комбинацию частных полей, а один или несколько методов считаются шагом . Такие методы не должны вызывать друг друга или самих себя, ни прямо, ни косвенно, в противном случае объект не может считаться реализованным на основе автоматов.

С другой стороны, объект хорош для реализации модели автомата. Когда в объектно-ориентированном языке используется подход, основанный на автоматах, автоматная модель обычно реализуется классом, состояние представлено частными полями класса, а шаг реализуется как метод; такой метод обычно является единственным непостоянным общедоступным методом класса (помимо конструкторов и деструкторов). Другие общедоступные методы могут запрашивать состояние, но не меняют его. Все вторичные методы (например, обработчики определенных состояний) обычно скрыты в частной части класса.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector