Особенности языков программирования
Во внутреннем представлении все данные в современных цифровых компьютерах сохраняются просто как нули и единицы (в двоичном виде). Данные, которые представляют информацию из реального мира (имена, банковские счета, измерения и др.) — это низкоуровневые двоичные данные, которые преобразуются языками программирования в эти высокоуровневые концепции. Особая система, по которой данные организуются в программе, — это система типовязыка программирования; разработка и изучение систем типов известна под названиемтеория типов. Языки могут быть классифицированы как системысо статической типизациейи языки сдинамической типизацией. Статически-типизированные языки могут быть в дальнейшем подразделены на языки собязательной декларацией, где каждая переменная и объявление функции имеет обязательное объявление типа, и языки свыводимыми типами. Иногда динамически-типизированные языки называютсялатентно типизированными.
Структуры данных
Системы типов в языках высокого уровня позволяют определять сложные, составные типы, так называемые структуры данных. Как правило, структурные типы данных образуются какдекартово произведениебазовых (атомарных) типов и ранее определённых составных типов. Основные структуры данных (списки, очереди, хэш-таблицы, двоичные деревья и пары) часто представлены особыми синтаксическими конструкциями в языках высокого уровня. Такие данные структурируются автоматически.
Компилируемые и интерпретируемые языки
Языки программирования делятся на два класса — компилируемыеиинтерпретируемые. Программа на компилируемом языке при помощи специальной программыкомпиляторапреобразуется (компилируется) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается висполняемый файл, который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит программу с языка высокого уровня на низкоуровневый язык, понятный процессору. Если программа написана на интерпретируемом языке, тоинтерпретаторнепосредственно выполняет (интерпретирует) ее текст без предварительного перевода. При этом программа остается на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера — это интерпретатор машинного кода. Кратко говоря, компилятор переводит программу на машинный язык сразу и целиком, создавая при этом отдельную программу, а интерпретатор переводит на машинный язык прямо во время исполнения программы. Разделение на компилируемые и интерпретируемые языки является несколько условным. Так, для любого традиционно компилируемого языка, как, например,Паскаль, можно написать интерпретатор. Кроме того, большинство современных «чистых» интерпретаторов не исполняют конструкции языка непосредственно, а компилируют их в некоторое высокоуровневое промежуточное представление (например, с разыменованием переменных и раскрытием макросов). Для любого интерпретируемого языка можно создать компилятор — например, язык Лисп, изначально интерпретируемый, может компилироваться без каких бы то ни было ограничений. Создаваемый во время исполнения программы код может так же динамически компилироваться во время исполнения. Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем при каждом изменении текста программы требуется ее перекомпиляция, что создает трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция. Интерпретируемые языки обладают некоторыми специфическими дополнительными возможностями (см. выше), кроме того, программы на них можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий. Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора. Некоторые языки, например,JavaиC#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня,байт-код. Далее байт-код выполняетсявиртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation,JIT). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine,JVM), для C# —Common Language Runtime. Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов. Следует упомянуть также оригинальный языкФорт(Forth), который является как бы одновременно интерпретируемым и компилируемым.