Компоненты языка программирования

Семантика и синтаксис языков программирования

Язык программирования (ЯП) предназначен для преобразования человеческих мыслей в машинные коды. Далеко не каждый вид мыслительной деятельности может быть преобразован в компьютерную программу. Во-первых, потому, что это не всегда нужно. Например, можно научить компьютер генерировать литературные тексты и произведения искусства, но вряд ли они будут иметь эстетическую ценность. Во-вторых, есть области мыслительной деятельности, где машины пока не могут заменить человека: создание научных теорий, анализ культурного наследия и т.п. Об этом свидетельствуют регулярные кризисы, случающиеся в отрасли разработки искусственного интеллекта.

При создании нового ЯП разработчики исходят, прежде всего, из семантики - смысловой составляющей: чем он будет отличаться от предшествовавших, для решения каких задач предназначен? Например, язык Erlang ориентирован на создание распределённых вычислительных систем. На нем вряд ли будет удобно разрабатывать настольные приложения. На C# лучше всего писать программы, работающие под управлением операционной системы Microsoft Windows. Язык Prolog предназначен для логического анализа и малопригоден для придания интерактивности веб-страницам.

Конечно, любой язык программирования работает со смыслами не напрямую, а разбивая их на определения переменных, условные переходы, циклы, функции, классы. Но в его семантике всегда присутствует исходная ориентированность на решение определенного круга задач.

Определившись со смысловой составляющей, разработчики языка программирования начинают разрабатывать средства его формализации, т.е. такие синтаксические конструкции, в которых каждое выражение можно трактовать единственным способом. Подавляющее большинство современных компьютеров работает дискретно. Каждое действие и каждая порция данных в них должны быть выражены целыми числами. Компьютеры "не понимают" оценочных и эмоциональных суждений. Для них невозможно, например, точно сформулировать, что такое "одна треть" или "число Пи". В электронной памяти эти числа могут быть представлены с достаточной для практики точностью, но, все-таки, с некоторой погрешностью. Поэтому при разработке синтаксиса ЯП следует строго определится со способами словесного выражения тех или иных констант, переменных, команд и умозаключений.

Синтаксис ЯП должен быть составлен таким образом, чтобы была возможность преобразовать написанные с его помощью тексты в машинный код.

Рисунок 1. Принцип работы семантического анализатора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Средства разработки

После написания текста программы его следует, во-первых, проверить на наличие синтаксических ошибок, во-вторых, отладить (убедиться в работоспособности и при необходимости доработать), в-третьих - подготовить к дальнейшему использованию. Для решения этих задач предназначены средства разработки.

Средства разработки, как правило, включают в себя:

• текстовый редактор;
• отладчик;
• транслятор;
• компоновщик;
• упаковщик.

Трансляторы представляют собой компьютерные программы для перевода текста, написанного на том или ином ЯП, в машинные коды. Трансляторы делятся на две категории: интерпретаторы и компиляторы. Интерпретатор последовательно преобразует в машинные коды каждую инструкцию исходной программы, проверяет ее корректность и сразу же выполняет. Компилятор преобразует в бинарную последовательность, пригодную для обработки процессором, всю программу, попутно стремясь обнаружить синтаксические и логические ошибки. После этого исполняемая последовательность сохраняется на жесткий диск и в дальнейшем может быть использована многократно.

Рисунок 2. Компиляция программы и ее запуск. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К интерпретируемым (скриптовым) языкам относятся Python, JavaScript, Perl. К компилируемым - Си, C++, Pascal и др.

Компоновщик связывает текст программы с необходимыми для ее работы модулями (библиотеками) и приводит к виду, в котором она может быть использована в рамках той или иной операционной системы. Упаковщик объединяет разрозненные фрагменты кода в архивы, которые удобно переносить с компьютера на компьютер (например, jar-архивы для Java, COM-компоненты Microsoft).

Для удобства разработки утилиты, необходимые для создания программ, часто объединяют в IDE (Integrated Development Enviroments - интегрированные среды разработки). В таких системах все необходимые технологические операции, связанные с разработкой, скрыты за удобными графическими меню, а в процессе написания программы редактор подсвечивает синтаксис и автодополняет лексемы, облегчая работу программиста.

Инфраструктура языка программирования

Современные языки программирования предоставляют разработчикам мощную поддержку, которая заключается в следующем:

• развернутая справочная система; всегда есть ключевой интернет-ресурс, где можно узнать о правильном использовании возможностей языка; например, для Java это соответствующий сайт компании Oracle, для JavaScript - веб-каталоги организации Mozilla Development Network и т.п.;
• пакетные менеджеры; поставщики современных ЯП предоставляют своим пользователям возможность устанавливать необходимые компоненты для программ через сеть Интернет; для Java в этих целях может быть использована система Maven, для JavaScript - npm, для Python - pip;
• комьюнити; пользователи языков программирования объединяются в сообщества, чтобы делиться опытом, помогать друг другу в решении проблем, сообщать о новинках; периодически для разработчиков устраиваются офлайн-конференции, на которых выступают ведущие специалисты, рассматриваются перспективные направления развития ЯП. На таких мероприятиях можно иногда просто приятно повести время среди единомышленников.