Лекция 7. Понятие о системе программирования
Системы программирования — это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для работы с программами на одном из языков программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ.
В настоящее время разработка любого системного и прикладного программного обеспечения осуществляется с помощью систем программирования, в состав которых входят
• трансляторы с языков высокого уровня;
• средства редактирования, компоновки и загрузки программ;
• макроассемблеры (машинно-ориентированные языки);
• отладчики машинных программ.
Системы программирования, как правило, включают в себя
• текстовый редактор (Edit), осуществляющий функции записи и редактирования исходного текста программы;
•загрузчик программ (Load), позволяющий выбрать из директория нужный текстовый файл программы;
• запускатель программ (Run), осуществляющий процесс выполнения программы;
• компилятор (Compile), предназначенный для компиляции или интерпретации исходного текста программы в машинный код с диагностикой синтаксических и семантических (логических) ошибок;
• отладчик (Debug), выполняющий сервисные функции по отладке и тестированию программы;
• диспетчер файлов (File), предоставляющий возможность выполнять операции с файлами:сохранение, поиск, уничтожение и т.п.
Ядро системы программирования составляет язык. Существующие языки программирования можно разделить на две группы: процедурные и непроцедурные, рис. 2.9.
Процедурные (или алгоритмические) программы представляют из себя систему предписаний для решения конкретной задачи. Роль компьютера сводится к механическому выполнению этих предписаний.
Процедурные языки разделяют на языки низкого и высокого уровня.
Языки низкого уровня (машинно-ориентированные) позволяют создавать программы из машинных кодов, обычно в шестнадцатиричной форме. С ними трудно работать, но созданные с их помощью высококвалифицированным программистом программы занимают меньше места в памяти и работают быстрее. С помощью этих языков удобнее разрабатывать системные программы, драйверы (программы для управления устройствами компьютера), некоторые другие виды программ.
Рис. 2.9. Общая классификация языков программирования
Программы на языках высокого уровня близки к естественному (английскому)
языку и представляют набор заданных команд.
Перечислим наиболее известные системы программирования.
1. Фортран (FORmula TRANslating system — система трансляции формул); старейший и по сей день активно используемый в решении задач математической ориентации язык.
2. Бейсик (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code — универсальный символический код инструкций для начинающих); несмотря на многие недостатки и изобилие плохо совместимых версий — самый популярный по числу пользователей.
3. Алгол (ALGOrithmic Language — алгоритмический язык); сыграл большую роль в теории, но для практического программирования сейчас почти не используется.
4. ПЛ/1 (PL/I Programming Language — язык программирования первый). Многоцелевой язык; сейчас почти не используется.
5. Си (С — «си»); широко используется при создании системного программного обеспечения.
6. Паскаль (Pascal — назван в честь ученого Блеза Паскаля); чрезвычайно популярен как при изучении программирования, так и среди профессионалов. На его базе созданы несколько более мощных языков (Модула, Ада, Дельфи).
7. Кобол (COmmon Business Oriented Language — язык, ориентированный на общий бизнес); в значительной мере вышел из употребления.
8. Дельфи (Delphi) — язык объектно-ориентированного «визуального» программирования; в данный момент чрезвычайно популярен.
9. Джава (Java) — платформенно-независимый язык объектно-ориентированного программирования, чрезвычайно эффективен для создания интерактивных веб-страниц.
Среди непроцедурных языков наиболее известны
2. Пролог (PROgramming in LOGic);
3. Оккам (назван в честь философа У. Оккама).
Широкое распространение среди разработчиков программ, а также при обучении программированию, получили системы программирования «Турбо» (Turbo) фирмы Borland, ядром которых являются трансляторы с языков программирования Бейсик, Паскаль, Си, Пролог и др. Интерфейс Турбо-оболочки для любых систем программирования внешне совершенно одинаков и предоставляет пользователю стандартный набор функций и команд, описанных выше и отображаемых в главном меню системы.
Рассмотрим технологию разработки программ с использованием популярной системы программирования Турбо-Паскаль 7 (оставив знакомство с самим языком до следующей главы).
В подобных интегрированных системах программирования сделана попытка предоставить разработчику программ максимум сервисных возможностей. Помимо основных функций система Турбо-Паскаль 7 позволяет настроить компилятор на работу в трех режимах: обычном режиме MS DOS (Real), защищенном режиме (Protected) и в режиме операционной среды Windows (Windows).
После загрузки системы (файл TURBO. EXE), на экране монитора появляется интерфейсное окно, рис. 2.10.
Рис. 2.10. Вид экрана интегрированной среды Турбо-Паскаля версии 7 (монтаж)
Главное меню системы (верхняя строка экрана) содержит команды, которые позволяют осуществлять следующие виды работ:
File — работа с файлами (сохранение, загрузка, связь с операционной системой);
Edit — работа с текстовым редактором (после загрузки системы по умолчанию текстовый редактор находится в активном состоянии);
Search — поиск и замена фрагментов текста;
Run -запуск программы на выполнение;
Compile — компиляция программы и установка параметров компиляции;
Debug — установка параметров отладки программы;
Tools — инструментальные программные средства (ненавязчивый сервис);
Options -установка опций интегрированной среды;
Help -система помощи и подсказок.
Для начала работы с системой программирования необходимо иметь проект текста программы, который можно набирать на рабочем поле окна системы. Встроенный текстовый редактор прост и максимально приспособлен для набора текстов программ на языке Паскаль. В нем предусмотрена специальная подсветка управляющих структур, команд. Удобна система контекстной помощи (Shift+Fl), которая вызовет подсказку по набираемому текущему тексту программы в любой момент и в любом месте. Впрочем, текст программы можно приготовить в любом текстовом редакторе, хранящем тексты в ASCII-кодах (например, в Лексиконе); необходимо лишь снабдить имя файла расширением .pas.
Если текст (тексты) программы был ранее сохранен на жестком диске или дискете, то он может быть загружен в поле редактирования с помощью пункта меню File.
После окончания формирования текста необходимо откомпилировать программу (пункт меню Compile). Если в программе есть ошибки, то компилятор их укажет. После исправления ошибок можно снова повторить компиляцию.
После удачной компиляции запуск программы осуществляется командой меню Run.
Но на этом этапе чаще всего работа не заканчивается. Сложные алгоритмы требуют тестирования и отладки. Многие программы составляются из отдельных модулей, требуют связи с другими программами и системами и т.д. Для решения всех этих проблем предназначены другие команды системы (Debug, Options и пр.).
Разумеется, программисту, работающему на Паскале, нет нужды самому программировать такие непростые, но часто встречающиеся операции, как вычисление значений математических функций, построение изображений простых геометрических объектов (отрезков прямых, окружностей и т.д.), очистка экрана и множество других. Высокоэффективные, тщательно отлаженные программы таких действий сведены в стандартные модули и надо лишь уметь к ним обратиться. В состав пакета библиотек стандартных модулей входят: Crt — работы с экраном, Graph -работы с графикой и другие, такие как Overlay, String, System, Turbo3, WinAPI, WinCrt, WinDos, WinPrn, WinTypes, WinProcs.
3. Системы программирования
Интерпретаторы проводят анализ текста программы построчно и после нажатия Enter (переход к новой строке) сообщают об ошибке. Это огромное достоинство интерпретаторов, так как программисту не нужно пытаться найти ошибку во всём тексте программы. Минус — программы выполняются медленнее.
Компиляторы переводят всю написанную программу полностью. Плюс — быстрее скорость выполнения, минус — в случае ошибки приходится находить проблему вручную.
Первые языки программирования были машинно-ориентированные, после создания языков высокого уровня их стали делить по области применения.
| Языки для обучения программированию | Бейсик, Pascal, Logo, Python, КуМир |
| Языки для написания интернет-сайтов | PHP, JavaScript, Python |
| Профессиональные языки | Java, C, C\(++\), C#, Delphi, Lazarus |
Любая система программирования имеет ряд динамически подключаемых библиотек. Разберём использование модулей, входящих в библиотеки в двух самых распространённых языках программирования: PascalABC и Python.
| Название (как вызвать) | Назначение |
| Uses crt | Позволяет открывать выполнение программы в новом окне |
| Uses GraphABC | Позволяет работать с графикой |
| Название (как вызвать) | Назначение |
| import math | Подключает дополнительные возможности — использование математических функций: sqrt, abc, sin, cos и др. |
| from fractions import Fraction | Поддерживает работу с рациональными числами |