Объектно-ориентированное программирование
Прототипом объектно-ориентированного программирования послужил ряд средств, входящих в состав языка SIMULA-67. Но в самостоятельный стиль оно оформилось с появлением языка SMALLTALK, разработанного А. Кеем в 1972 году и первоначально предназначенного для реализации функций машинной графики.
В основе объектно-ориентированного стиля программирования лежит понятие объекта, а суть его выражается формулой: «объект = данные + процедуры». Каждый объект интегрирует в себе некоторую структуру данных и доступные только ему процедуры обработки этих данных, называемые методами. Объединение данных и процедур в одном объекте называется инкапсуляцией и присуще объектно-ориентированному программированию.
Для описания объектов служат классы. Класс определяет свойства и методы объекта, принадлежащего этому классу. Соответственно, любой объект можно определить как экземпляр класса.
Программирование рассматриваемого стиля заключается в выборе имеющихся или создании новых объектов и организации взаимодействия между ними. При создании новых объектов свойства объектов могут добавляться или наследоваться от объектов-предков. В процессе работы с объектами допускается полиморфизм — возможность использования методов с одинаковыми именами для обработки данных разных типов.
К наиболее современным объектно-ориентированным языкам программирования относятся C++ и Java.
Согласно официальному определению авторов, Java является простым объектно-ориентированным и архитектурно-нейтральным языком интерпретирующего типа, обеспечивающим надежность, безопасность и переносимость, обладающим высокой производительностью в сочетании с многопоточностью и динамичностью.
Принципиальной разницей между Java и C++ является то, что первый из них является интерпретируемым, а второй – компилируемым. Синтаксис языков практически полностью совпадает.
С точки зрения возможностей собственно объектно-ориентированных средств язык Java обладает рядом преимуществ перед языком C++. Так, язык Java демонстрирует более гибкую и мощную систему инкапсуляции информации. Механизм наследования, реализованный в Java, обязывает к более строгому подходу к программированию, что улучшает надежность и понимаемость кода. Язык же C++ обладает сложной, неадекватной и трудной для понимания системой наследования. Возможности динамического связывания объектов одинаково хорошо представлены в обоих языках, однако, синтаксическая избыточность C++ заставляет и здесь отдать предпочтение языку Java.
В силу своей конструктивности идеи объектно-ориентированного программирования используются во многих универсальных процедурных языках. Так, например, в состав интегрированной системы программирования на языке PASCAL (корпорации Borland International) версии 5.5 входит специальная библиотека объектно-ориентированного программирования Turbo Vision.
В последнее время многие программы, в особенности объектно-ориентированные, реализуются как системы визуального программирования. Отличительной особенностью таких систем является мощная среда разработки программ из готовых «строительных блоков», позволяющая создать интерфейсную часть программного продукта в диалоговом режиме, практически без кодирования программных операций. К числу объектно-ориентированных систем визуального программирования относятся; Visual Basic, Delphi, C++ Builder и Visual C++.
В условиях постоянного роста производительности компьютеров и изменений в масштабах и номенклатуре приложений все большую значимость приобретает такой инструмент, как языки сценариев (scripting languages). Одно из фундаментальных изменений в подходе к программированию за последние 15 лет связано с переходом от традиционных языков программирования систем, таких как Си или С++, к языкам описания сценариев наподобие Perl или Tcl. Основные достоинства языков данного класса унаследованы от объектно-ориентированных языков программирования. Это интуитивная ясность описаний, близость к предметной области, высокая степень абстракции, хорошая переносимость..
Языки сценариев предназначаются для иных задач, нежели языки программирования систем (объектно-ориентированные языки), а потому фундаментально отличаются от них. Последние проектировались с расчетом на построение структур данных и алгоритмов, начиная с самых примитивных компьютерных компонентов, таких как слова памяти. Языки сценариев создавались для "склеивания" мощных готовых компонентов в предположении, что большинство из них уже существует и надо лишь связать их между собой. Языки программирования систем, как правило, сильно типизированы, что помогает справиться со сложностью, в то время как языки сценариев являются бестиповыми, что упрощает связи между компонентами и обеспечивает быструю разработку приложений.
Языки Perl, Python, Rexx, Tcl, Visual Basic и оболочки Unix (shell) представляют стиль программирования, отличный от присущего языкам программирования систем. Этот стиль предполагает, что набор полезных в контексте решаемой задачи компонентов уже существует и остается должным образом их скомбинировать. Например, Tcl и Visual Basic могут служить для размещения на экране набора управляющих элементов пользовательского интерфейса, а написанные на shell командные файлы позволяют собрать программы-фильтры в конвейеры. Хотя языки сценариев часто используются для расширения свойств компонентов, они мало пригодны для программирования сложных алгоритмов и структур данных, обычно как раз и обеспечиваемых компонентами. Вот почему языки сценариев часто называют склеивающими языками (glue languages) или языками интеграции систем (system integration languages). Характерные примеры сценарных языков программирования: VBScript, PowerScript, LotusScript, JavaScript.
Еще один весьма важный класс языков программирования — параллельные языки могут быть многопрограммными (разделяющими один процессор) или мультипроцессорными(отдельные процессоры разделяют одну распределенную память). Параллельные языки различаются различными способами организации процессов и управления программами. Примеры: Modula, Ada, Concurrent Pascal.
Ada – универсальный язык программирования, включающий в себя средства для создания параллельных программ. Официальный язык программирования министерства обороны США. Существует множество компиляторов для самых разных платформ.
В исходном варианте, стандартизованном в 1983 году, Ада — это структурный, модульный язык программирования, содержащий высокоуровневые средства программирования параллельных процессов. Синтаксис Ады унаследован от языков типа Algol или Паскаль, но расширен, а также сделан более строгим и логичным. В стандарте 1995 года в язык были добавлены базовые средства объектно-ориентированного программирования, в стандарте 2007 эти средства были дополнены, поэтому современная Ада — объектно-ориентированный язык программирования.
Modula-3 – универсальный язык программирования, дальнейшее развитие языков Pascal и Modula-2. Включает в себя возможности разработки многопоточных приложений.
Технология программирования.Бурное развитие вычислительной техники в последние двадцать лет минувшего века не только кардинально изменило существующий уклад человеческой жизни, предоставив огромные возможности, но и породило массу проблем, от решения которых непосредственно зависит дальнейшее развитие человечества.
Одной из таких проблем является лавинообразное возрастание сложности современного программного обеспечения (ПО), и как следствие увеличение в нём количества ошибок. Типичным примером сложной программной системы может служить операционная система Windows, ошибки в работе которой, стали притчей во языцех. При этом возрастает и цена, которую приходится платить за допущенные в ПО ошибки.
В классических работах по методике программирования описываются различные подходы к минимизации ошибок на этапе написания программ. Но самой популярной на сегодняшний день методикой, по мнению большинства авторов, является структурное программирование сверху-вниз.
Структурная блок-схема (графическое представление структурной программы) — это блок-схема, которая может быть выражена как композиция из четырёх элементарных блок-схем:
a) композиция;
b) альтернатива;
c) итерация с предусловием;
d) итерация с постусловием.
Структурное программирование сверху-вниз (СПСВ), это процесс программирования сверху-вниз (то есть последовательного дробления более крупных структур на более мелкие), ограниченный использованием структурных блок-схем. Конструирование может происходить только методом постепенного перехода от более укрупненных к более подробным конструкциям, причем на каждом этапе конструирования программа представляет собой единую структуру, а не отдельные фрагменты (как это зачастую бывает при обычном использовании языков высокого уровня.
Стандартный набор блоков для конструирования включает в себя:
a) блок-условие;
b) блок-цикл с параметром;
c) блок-цикл с предусловием;
d) блок-цикл с постусловием;
e) блок-функция пользователя;
f) блок-процедура пользователя;
g) стандартный набор встроенных процедур и функций, необходимых для управления исполнителем-демонстратором.
Программирование "снизу вверх", или восходящее программирование – это методика разработки программ, начинающаяся с разработки подпрограмм (процедур, функций), в то время когда проработка общей схемы не закончилась. Является противоположной методике программирования «сверху вниз». Такая методика является менее предпочтительной по сравнению с нисходящим программированием, так как часто приводит к нежелательным результатам, переделкам и увеличению времени разработки.
Достоинства структурного программирования:
· повышается надежность программ (благодаря хорошему структурированию при проектировании, программа легко поддается тестированию и не создает проблем при отладке);
· повышается эффективность программ (структурирование программы позволяет легко находить и корректировать ошибки, а отдельные подпрограммы можно переделывать (модифицировать) независимо от других);
· уменьшается время и стоимость программной разработки;
· улучшается читабельность программ.