Понятие семантики в информатике — это формализация значений структур программных языков через их формальные математические модели.
Введение
Термин семантика происходит из языка Древней Греции, где sēmantikos означало «значительный». В современный обиход его ввёл французский учёный Мишель Бреаль.
Под семантикой понимается наука, изучающая смысловое значение слов (семантика лексики) и предложений, то есть семантические текстовые структуры и фразы.
Семантика сродни таким дисциплинам, как семиология, основы логики и другие. Комплект терминов, который имеет общий фактор семантики, является семантическим полем. Семантика, как наука, занимается изучением лингвистических и философских смыслов языков, в том числе языков программирования. Она взаимосвязана со словами, фразами, символикой и всем тем, что они обозначают. Задачами трактовки языкового смысла обычно относились к сферам психологии, а не лингвистики. Но именно лингвистика занимается изучением трактовки различной символики и знаков, применяемых в разных общественных сферах при конкретных условиях и контексте. В письменности такие параметры как пунктуация, абзацы и общая структура, обладают семантическим содержанием. Формализованное представление анализа семантики тесно взаимосвязано с некоторыми другими научными сферами, такими как лексикология, синтаксис, прагматика, этимология и тому подобными.
Понятие семантики в информатике
Семантические основы программных и других языков считаются одной из важнейших задач и сферой деятельности информатики. Информатика сформировала разные методы, описывающие с формальной стороны языки программирования, которые базируются на математической логике. Под семантикой в программировании понимается направление, которое изучает формальные значения структурных построений языков программирования при помощи выстраивания их формализованных математических моделей. Инструментом создания этих моделей служат математическая логика и другие разделы математики. Формальное описание семантики языка программирования возможно применять как для создания инструкций по применению языка, его свойствах, так и для формальной проверки правильности написания программ на данном программном языке. Под семантикой языка понимается смысл, который несут слова этого языка. Применительно к программированию это изначальный смысловой посыл операторов, базовых языковых конструкций и тому подобное. Например:
Рисунок 1. Пример. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
С логической точки зрения эти программные коды выполняют одинаковые действия и итоги их работы аналогичны. Но одновременно следует отметить, что по семантике это пара различных циклов. И ещё пример тегов:
Рисунок 2. Пример. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Их запись смотрится абсолютно схожей, а по семантике значение первого тега — это письмо курсивом, а второй означает логическое выделение.
Операционная семантика применяется для синтаксических терминов языка. Она изучает текстовую правильность определения функций, которые обеспечивают применение к аргументу, а не в математической трактовке понимания термина функции. Можно выделить следующие типы операционной семантики:
Семантика аксиоматическая. Семантику всех синтаксических языковых построений возможно представить как некоторый комплект аксиом или законов вывода, который применяется, чтобы вывести итоги работы таких построений. Для понимания смысла написанной программы, эти законы вывода и аксиомы нужно применять точно так, как при попытках доказать стандартные математические теоремы. Если предположить, что параметры входных переменных связаны определёнными ограничениями, то аксиомы и законы вывода, возможно использовать, чтобы получить ограничения на величины других переменных после окончания действия программного оператора. После выполнения программы, можно получить доказательства правильности итоговых результатов и того, что они входят в диапазон заявленных ограничений на них по отношению к входным данным. Другими словами, подтверждено, что выходные параметры являются значениями требуемой функции, которые определены исходя из значений входных параметров.
Семантика денотации. Она находит соответствие между выражениями в программе и действительными математическими объектами. Это означает, что выражения являются обозначением математических объектов. Очень важные, можно сказать пионерские итоги формирования денотационных семантик сделаны в публикациях Д. Скотта и К. Страчей в начале семидесятых годов прошлого века. Скотт впервые выстроил модель λ-исчисления, которая основана на представлениях об общем отчасти упорядоченном множестве. Чтобы реализовать такую модель, он применил функции, которые являются непрерывными на этом множестве.
Семантика интерпретаций. Это выражение операционной семантики конструкций в обозначениях языков программирования низкого уровня (вплоть до машинных кодов). Эта методика даёт возможность определять фрагменты программы, которые исполняются замедленно, и часто применяются в требуемых участках программных систем, чтобы оптимизировать программный код.
Семантика трансляций. Это выражение операционной семантики конструкций в обозначениях программных языков высокого уровня. Эта методика позволяет осуществлять изучение языка, на основании уже известных программисту и похожих языков.
Семантика трансформации. Это выражение операционной семантики языковых конструкций в обозначениях самого этого языка. Этот тип семантики выступает главной составляющей метапрограммирования.
Сегодняшние исследования в области семантики направлены главным образом на выстраивание систем, позволяющих доказать корректность и оптимальность работы создаваемых программных продуктов.
