Основные стили и парадигмы программирования

Основные стили и парадигмы программирования

 

Оглавление

Оглавление 1

 

1. Основные стили и парадигмы  программирования 2

 

Стили программирования 2

 

Понятие парадигмы программирования 2

 

Основные виды парадигм 3

 

4

 

 

1. Основные стили и парадигмы  программирования Стили программирования 

Традиционно под программой понимают последовательность операторов (команд, выполняемых компьютером). Такой стиль программирования принято называть императивным. Программируя в императивном стиле, программист должен объяснить компьютеру, как нужно решать задачу. Императивная программа очень похожа на приказы, выражаемые повелительным наклонением в естественных языках, то есть это последовательность команд / логических переходов, которые должен выполнить компьютер.

 

Противоположный ему стиль программирования — так называемый декларативный стиль, в котором программа представляет собой совокупность утверждений, описывающих фрагмент предметной области или сложившуюся ситуацию. Программируя в декларативном стиле, программист должен описать, что нужно решать.

 

Соответственно и языки программирования делят на императивные и декларативные.

 

Императивные языки основаны на фон неймановской модели вычислений компьютера. Решая задачу, императивный программист вначале создает модель в некоторой формальной системе, а затем переписывает решение на императивный язык программирования в терминах компьютера. Но, во-первых, для человека рассуждать в терминах компьютера довольно неестественно. Во-вторых, последний этап этой деятельности (переписывание решения на язык программирования) по сути дела не имеет отношения к решению исходной задачи. Очень часто императивные программисты даже разделяют работу в соответствии с двумя описанными выше этапами. Одни люди, постановщики задач, придумывают решение задачи, а другие, кодировщики, переводят это решение на язык программирования.

 

В основе декларативных языков лежит формализованная человеческая логика. Человек лишь описывает решаемую задачу, а поиском решения занимается императивная система программирования. В итоге получаем значительно большую скорость разработки приложений, значительно меньший размер исходного кода, легкость записи знаний на декларативных языках, более понятные, по сравнению с императивными языками, программы.

 

Известна классификация языков программирования по их близости либо к машинному языку, либо к естественному человеческому языку. Те, что ближе к компьютеру, относят к языкам низкого уровня, а те, что ближе к человеку, называют языками высокого уровня. В этом смысле декларативные языки можно назвать языками сверхвысокого или наивысшего уровня, поскольку они очень близки к человеческому языку и человеческому мышлению.

 

К императивным языкам относятся такие языки программирования, как Паскаль, Бейсик, Си и т. д. В отличие от них, языки Пролог и Лисп (которым будут посвящен курс лекций) являются декларативными языками.

^ Понятие парадигмы программирования 

Парадигма программирования - это обобщенная концептуальная схема, способ программирования. Вместе с языком, ее формализирующим, парадигма формирует стиль программирования. Она является инструментом грамматического описания фактов, событий, явлений и процессов, возможно, не существующих одновременно, но интуитивно объединяемых в общее понятие. Т.е., парадигма представляет (и определяет) то, как программист видит выполнение программы. Например, в объектно-ориентированном программировании программист рассматривает программу как набор взаимодействующих объектов, тогда как в функциональном программировании программа представляется в виде цепочки вычисления функций.

 

Каждая парадигма программирования имеет свой круг приверженцев и класс успешно решаемых задач. В их сфере приняты разные приоритеты при оценке качества программирования, отличаются инструменты и методы работы и соответственно — стиль мышления и изобразительные стереотипы. Нелинейность развития понятий, зависимость их обобщения от индивидуального опыта и склада ума, чувствительность к моде и внушению позволяют выбору парадигм в системе профессиональной подготовки информатиков влиять на восприимчивость к новому.

 

Ведущая парадигма прикладного программирования на основе императивного управления и процедурно - операторного стиля построения программ получила популярность более пятидесяти лет назад в сфере узкопрофессиональной деятельности специалистов по организации вычислительных и информационных процессов. Последнее десятилетие резко расширило географию информатики, распространив ее на сферу массового общения и досуга. Это меняет критерии оценки информационных систем и предпочтения в выборе средств и методов обработки информации.

 

Консервирующееся в наши дни доминирование одной архитектурной линии, стандартного интерфейса, типовой технологии программирования и т.д. чревато потерей маневренности при обновлении информационных технологий. Особенно уязвимы в этом отношении люди, привыкшие в учебе прочно усваивать все раз и навсегда. При изучении языков программирования подобные проблемы обходят за счет одновременного преподавания различных языков программирования или предварительного изложения основы, задающей грамматическую структуру для обобщения понятий, изменяемость которых трудно улавливается на упрощенных учебных примерах. Именно такую основу дает изучение функционального программирования тем, что оно нацелено на изложение и анализ парадигм , сложившихся в практике программирования в разных областях деятельности с различным уровнем квалификации специалистов, что может быть полезно как концептуальная основа при изучении новых явлений в информатике.

^ Основные виды парадигм 

В процедурном программировании программа состоит из структур данных (объ­ектов обработки) и алгоритма (метода обработки). Программист должен в явном виде описать все вычисления, которые должен проделать компьютер. Для управления про­цессом выполнения используются следующие конструкции, последовательность, ветв­ление, цикл и вызов подпрограммы. Эта парадигма является самой старой. Она раз­вивалась по мере появления новых концепций в языках программирования: трансля­ция (Ассемблер, Fortran, Cobol), типизация (Pascal), модули (Modula), специализация на конкретной области применения (RPG, Clipper) и универсальность (PL/I, С, Ada).

 

^ Функциональное программирование  сформировалось как дань математической  направленности при исследовании  и развитии искусственного интеллекта  и освоении новых горизонтов  в информатике. В функциональном  программировании единственной  управляющей конструкцией является  вызов функции. В языке, реализующем  функциональную парадигму, сущест­вует  некоторое множество базовых  функций, и все другие функции  строятся из базо­вых функций  с помощью композиции. Теоретической  ос­новой функционального программирования  является лямбда-исчисление и  теория ре­курсивных функций. В  настоящее время существуют сотни  функциональных языков программирования, ориентированных на разные классы задач и виды технических средств.

 

Наиболее известными языками программирования, реализующи­ми функциональную парадигму, являются LISP, Scheme, Haskell.

 

^ Логическое программирование  возникло как упрощение функционального  программирования для математиков  и лингвистов, решающих задачи  символьной обработки. В логическом  программировании вместо описания  алгоритма решения задачи описывается  мир задачи, какие имеются объекты, их свойства и отношения между  ни­ми. За основу описания берутся  отношения между объектами. Логическая  программа представляет собой  набор отношений, которые называются  фактами, и правил, на ос­новании  которых могут быть получены  новые отношения. Логическая программа  не за­дает никакого процесса  вычислений. Это своего рода база  данных (БД) о предметной области  задачи. Ее применение инициализируется  запросом. Поиск ответа на запрос  заключается в попытке логического  вывода запроса на основании  фактов и правил, имеющихся в  БД. Поиск решения выполняется  специальной программой-интерпретатором.

 

Наиболее распространенным языком логического программирова­ния является Prolog, у которого есть многочисленные наследники.

 

Особенно привлекательна возможность в качестве понятийной основы использовать недетерминизм, освобождающий от преждевременных упорядочений при программировании обработки формул. Продукционный стиль порождения процессов с возвратами обладает достаточной естественностью для лингвистического подхода к уточнению формализованных знаний экспертами, снижает стартовый барьер.

 

^ Логическая и функциональная  парадигмы считаются разновидностями  декларатив­ного программирования, так как они основаны на  описании взаимосвязей (логических  или функциональных) между элементами  проблемной области.

 

В объектно-ориентированном программировании (ООП) мир задачи описывает­ся как совокупность объектов, обладающих некоторыми свойствами и вступающих во взаимодействие. За основу описания берутся не отношения, а сами объекты. Объект состоит из данных (внутренняя структура объекта) и методов (набор операций, приме­нимых к данному объекту). С помощью понятия класс, объединяющего совокупности объектов с похожими свойствами и поведением, выстраиваются иерархия объектов. Каждый объект наследует свойства своего класса и может иметь свои собственные свойства. Программа в ООП - это совокупность объектов, обменивающихся между со­бой сообщениями. Языками ООП являются Smalltalk, C++, Delphi.