Языки программирования высокого уровня предлагают абстрактные конструкции, позволяющие разработчикам сосредоточиться на логике приложений, минимизируя внимание к низкоуровневым операциям компьютера. Их синтаксис разработан таким образом, чтобы код был легко читаемым и удобным для поддержки и изменений.
Эти языки обладают широким набором встроенных функциональных библиотек, предоставляя готовые решения для ряда стандартных задач, что значительно ускоряет процесс разработки. Благодаря высокому уровню абстракции, программы, созданные на таких языках, легко адаптируются для использования в различных средах и на разнообразных платформах.
Языки высокого уровня предлагают продвинутые средства для обработки разных типов данных, включая тексты, числа, массивы и структуры. Многие из них поддерживают автоматическое управление памятью, снижая вероятность ошибок, связанных с утечками памяти и другими распространенными проблемами программирования.
Знание и понимание характеристик и преимуществ высокоуровневых языков программирования помогает начинающим разработчикам определить направление для дальнейшего обучения и профессионального роста. В данной статье мы представим обзор высокоуровневых языков программирования, их историю развития, возможности и типы.
Что такое высокоуровневый язык программирования?
Высокоуровневый язык программирования представляет собой инструментарий для создания программного кода, характеризующийся эффективностью и удобством в использовании. Это достигается за счет абстракции, позволяющей вводить понятия и конструкции, которые в компактной форме выражают операции над данными и сами данные, в отличие от более детального и обременительного описания, требуемого на низкоуровневых языках, таких как машинный код.
Разработка высокоуровневых языков программирования была мотивирована желанием избежать привязки алгоритмов к конкретной аппаратной платформе, достигая универсальности путем делегирования задачи трансляции кода специализированным программам – компиляторам или интерпретаторам. Эти инструменты, работающие как трансляторы, переводят высокоуровневый код в машинный код конкретной платформы.
Разрабатываясь специально под каждую платформу и каждый язык программирования, трансляторы, такие как компиляторы для Delphi, позволяют программам, написанным на высокоуровневом языке, быть исполненными на различных устройствах и операционных системах без необходимости изменения исходного кода. Это значительно упрощает разработку и адаптацию программного обеспечения, делая высокоуровневые языки мощным инструментом в руках программистов.
История появления высокоуровневых языков программирования
Истоки высокоуровневых языков программирования уходят корнями во времена Второй мировой войны, когда немецкий инженер создал Plankalkül, представлявший собой прототип современных программных языков. В 1950-е годы, на заре эры цифровых компьютеров, был разработан Fortran – первый язык, который позволял программировать, не завися от конкретного процессора.
Эволюция в сторону структурного программирования значительно упростила процесс разработки программ, делая код более объемным и менее подверженным ошибкам благодаря четкой структуризации. В США также были попытки создать язык программирования для военных целей, что привело к появлению в 1980-х годах языка Ada, используемого в военной технике.
Разработка операционной системы Unix компанией Bell Labs в 1960-х годах привела к созданию языка C после неудачных экспериментов с ассемблером и языком B. Эффективность C позволила ему занять доминирующее положение, отодвинув BASIC и Pascal. С развитием объектно-ориентированного программирования C эволюционировал в С++, а затем и в С#.
Таким образом, сформировалась современная система высокоуровневых языков программирования, включая Java, JavaScript, PHP, Python. Они обладают высокой степенью абстракции, освобождая программиста от необходимости учитывать специфику аппаратной платформы. Сегодня высокоуровневые языки находят применение в самых разнообразных сферах IT-индустрии – от веб-разработки до создания сложных систем, таких как беспилотные автомобили.
Плюсы и минусы высокоуровневых языков программирования
Преимущества и недостатки языков программирования высокого уровня выражаются в их способности обеспечивать простоту и универсальность в процессе разработки программ. Это приводит к ускорению процесса написания и отладки кода, а также позволяет запускать одну и ту же программу на устройствах с различной архитектурой.
К плюсам высокоуровневых языков можно отнести:
- Расширенный алфавит, содержащий до 256 символов, что позволяет формировать разнообразные конструкции.
- Использование в операторах и ключевых словах лексики, близкой к естественному языку, для облегчения понимания и чтения кода.
- Обширные возможности для управления программным потоком и разнообразие инструментов для работы со структурами данных.
- Широкий набор поддерживаемых типов данных, способствующий гибкости в разработке.
Основным минусом высокоуровневых языков по сравнению с низкоуровневыми является увеличенный размер конечных программ, что ограничивает их применение в областях, требующих высокой производительности и низкого потребления ресурсов. Так, в разработке системного ПО, драйверов, микроконтроллеров и компиляторов часто предпочтение отдается ассемблеру. В то же время, языки высокого уровня нашли свое применение в создании программного обеспечения для компьютеров и устройств, располагающих значительными объемами памяти.
Сравнение высоко- и низкоуровневых языков программирования
Различие между низкоуровневыми и высокоуровневыми языками программирования заключается в следующем:
- Скорость выполнения. Низкоуровневые языки, близкие к машинному коду, позволяют разрабатывать высокопроизводительные программы без использования дополнительных преобразований. В отличие от них, высокоуровневые языки требуют компиляции или интерпретации, что уменьшает скорость выполнения программ.
- Потребление памяти. Программы, написанные на высокоуровневых языках, как правило, занимают больше памяти из-за их удобства и расширенных функциональных возможностей, в отличие от более компактных программ на низкоуровневых языках.
- Удобство использования. Низкоуровневое программирование требует глубоких знаний о работе компьютерной архитектуры, что делает его сложным для освоения. Высокоуровневые языки, с другой стороны, предлагают более интуитивно понятный синтаксис и обширные библиотеки, снижая порог входа для новичков.
- Портируемость. Низкоуровневые языки ориентированы на специфическую архитектуру и требуют адаптации для работы на разных платформах. Высокоуровневые языки программирования, напротив, гарантируют более высокую степень мобильности кода между различными системами благодаря трансляторам и компиляторам.
- Абстракция. Машинный язык является самым низкоуровневым, представляя собой код, напрямую исполняемый процессором. Низкоуровневые языки слегка абстрагируются от машинного кода, но все еще требуют понимания аппаратной структуры. Высокоуровневые языки программирования предлагают высокий уровень абстракции, позволяя разработчикам полностью отвлечься от деталей реализации на конкретной платформе.
Эти отличия подчеркивают, почему высокоуровневые языки программирования стали столь популярны среди разработчиков, предлагая удобство, переносимость и обширные возможности для создания разнообразных приложений.
Разновидности высокоуровневых языков программирования
Процедурно-ориентированные языки программирования
В связи с возрастающей сложностью программного обеспечения, код начали структурировать на меньшие части, известные как процедуры или функции. Эти блоки содержат инструкции для выполнения определённых задач, в то время как сама программа представляет собой набор таких процедур, работающих согласно установленной иерархии.
Среди языков программирования, ориентированных на процедурный подход, выделяются:
- Fortran. Один из первых языков высокого уровня, разработанный для трансляции математических формул (отсюда его название - Formula Translator).
- Basic. Предназначенный для неспециалистов в программировании, этот язык был разработан как универсальный инструмент для начинающих (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code).
- C. Этот язык объединяет в себе качества как высокоуровневого, так и низкоуровневого программирования, позволяя разработчикам создавать операционные системы и драйверы при сохранении высокой производительности.
- Pascal. Изначально предназначенный для обучения основам структурного программирования, впоследствии был адаптирован для использования в профессиональной разработке ПО.
Таким образом, процедурно-ориентированные языки программирования предоставляют эффективные средства для организации и структурирования кода, облегчая разработку и поддержку сложных программных систем.
Проблемно-ориентированные языки программирования
С течением времени стало понятно, что общие языки программирования не всегда способны предложить идеальные решения для конкретных отраслевых задач. В результате возникла потребность в разработке прикладного программного обеспечения, где каждый специализированный язык нацелен на выполнение задач определённой области. Эти языки отличаются повышенной абстракцией и используют в качестве алфавита термины из своей узкой области науки и техники.
Примеры специализированных языков программирования:
- Lisp (List Processing) предназначен для работы с списковыми структурами и первоначально был направлен на область искусственного интеллекта. На сегодняшний день он находит применение в разнообразных сферах, от разработки текстовых редакторов до систем автоматизированного проектирования, например, в AutoCAD.
- Prolog (Programming in Logic) ориентирован на логическое программирование и изначально задумывался как инструмент для обработки текстов на естественном языке.
- SQL (Structured Query Language) разработан в 1970-х годах как язык, доступный для неспециалистов в программировании, с течением времени он претерпел значительные изменения. Сегодня его широкая популярность связана с необходимостью работы с обширными базами данных.
Объектно-ориентированные языки программирования
Объектно-ориентированное программирование (ООП) стало логическим развитием процедурного подхода, основываясь на идее разделения программы на взаимодействующие между собой объекты. Если вы стремитесь к карьере в сфере IT, начальные курсы по программированию помогут вам овладеть ключевыми навыками, изучить разнообразные языки и технологии разработки, а также подготовят к реализации первых проектов.
В отличие от структурных языков, где акцент делается на последовательность выполнения задач, в ООП центральное место занимает взаимодействие объектов между собой, при этом внутренняя логика объекта отходит на второй план. ООП дает разработчикам возможность использовать готовые классы и создавать собственные, что открывает широкие перспективы для решения прикладных задач и конкуренции с специализированными языками программирования.
Применение классов облегчает структурирование программы и сокращает ее объем. Сложно представить современную разработку без использования принципов ООП. Среди лидеров объектно-ориентированных языков программирования выделяются C++, C#, и JavaScript.
Вот список известных объектно-ориентированных высокоуровневых языков программирования:
- C#;
- C++;
- Java;
- Delphi;
- Eiffel;
- Simula;
- Objective-C;
- Swift;
- Object Pascal;
- Visual DataFlex;
- Perl;
- PowerBuilder;
- Python;
- Scala;
- ActionScript (версия 3.0);
- Dylan;
- JavaScript;
- JScript .NET;
- Ruby;
- Smalltalk;
- Ada;
- Xbase++;
- PHP;
- Cyclone.
Данный список не исчерпывает все существующие высокоуровневые языки программирования, но включает наиболее популярные из них, которые могут быть рекомендованы для освоения начинающими программистами.
