Contents

50. Этапы трансляции. Общая схема работы транслятора. 1

51. Понятие прохода. Однопроходные и многопроходные компиляторы. 2

52. Компиляторы. Трансляторы. Интерпретаторы и Ассемблеры. 2

53.Назначение трансляторов, компиляторов и интерпретаторов. Примеры реализации. 3

54. Лексические   анализаторы.   Назначение.   Принципы   организации.   Автоматизация построения лексических анализаторов: LEX. 3

55. Синтаксические анализаторы. Основные принципы  работы. Автоматизация построения синтаксических анализаторов: YACC. 6

56. Понятие языка, синтаксис, семантика. Формальные и естественные языки. Языки программирования. 8

57. Понятие грамматики. Формальное определение грамматики. Форма Бэкуса-Наура. 9

58. Классификация грамматик. Четыре типа грамматик по Хомскому. 10

59. Классификация языков. Примеры классификации языков и грамматик. 10

60. Понятие системы программирования, её состав. 13

61. Принципы   функционирования   систем   программирования.    Современные   системы программирования. Примеры. 13

62.Средства тестирования и отладки программ. 15

 

50. Этапы трансляции. Общая схема работы транслятора.

Часто путают транслятор с языка программирования и систему программирования. Хотя «система программирования»- понятие гораздо большее, чем транслятор.

Транслятор - это программа, которая переводит (с англ. translate) с нотации одного языка в нотацию другого языка.

Трансляторы могут быть интерпретаторами (interpreter), т.е. совмещать анализ исходной программы с ее выполнением. Различие тут в том, что результатом работы интерпретатора будет не машинный код, а последовательность обращений к библиотеке функций интерпретатора.

Интерпретатор в отличие от компилятора может выбирать одну за другой инструкции и сразу их выполнять. При интерпретации (это важно!!!), в отличии от трансляции или компиляции, может быть начато выполнение программы, которая содержит синтаксические ошибки.

 Кросс-трансляторы (кросс-компиляторы) - это вид  трансляторов, которые переводят программу, записанную в нотации одного языка программирования и выполняющуюся в одной инструментальной среде, на одной ЭВМ, которая характеризуется своим операционным окружением и/или архитектурой, в код вычислительной системы другой среды другой ЭВМ.

Редактор внешних связей моделирует размещение объектных модулей в ОП и разрешает все связи между ними.

Иногда трансляторы в качестве результата трансляции выдают модуль на ассемблере соответствующей машины.

В вышерассмотренную схему можно добавит этап оптимизации программы, причем оптимизация может происходить до этапа трансляции (т.е. в терминах исходного языка) и/или после трансляции (в терминах машинного кода). Например, до трансляции вычислить все const-ые выражения. Этот этап особенно важен для класса машин, относящихся к mainframe-ам.

Этап трансляции. Каждый транслятор при обработке программы выполняет следующие действия:

• лексический анализ;

• синтаксический анализ;

• семантический анализ и генерация кода.

 

51. Понятие прохода. Однопроходные и многопроходные компиляторы.

 «Проход компиляции» - процесс полного просмотра (сканирования) исходного текста программы компилятором, его обработки и получения некоторых промежуточных результатов.

Логически работу компилятора можно представить в виде отдельных этапов и фаз на этих этапах, а физически - в виде проходов.

Однопроходные компиляторы. Процесс полной компиляции программы выполняется при однократном чтении кода. Различные фазы выполняются параллельно, что является очень удобным.

Многопроходные компиляторы. Получают объектный модуль не за один раз, а за несколько проходов. Результатом промежуточных проходов является некоторое внутреннее представление программы. Результатом последнего прохода является объектный модуль.

Количество проходов является важной технической характеристикой компилятора. Разработчики пытаются понизить количество проходов компиляторов для увеличения скорости работы и уменьшения объема необходимой памяти. Идеальный вариант - однопроходный компилятор, однако не всегда количество проходов можно уменьшить, т.к. количество проходов определяется грамматикой языка и семантическими правилами.

Компилятор с языка Си является двухпроходным:

1 проход - предпроцессорный, т.е. когда выполняются подстановки;

2 проход - лексический, синтаксический и семантический анализ. Результатом является объектный модуль.

Первые компиляторы были 7-ми и 8-ми - проходные по причине нехватки памяти.

 

52. Компиляторы. Трансляторы. Интерпретаторы и Ассемблеры.

Ассемблеры- трансляторы с языка ассемблера. Язык ассемблер - это язык низкого уровня. Структура и взаимосвязь цепочек языка близки к машинным командам вычислительной системы, где должна выполняться результирующая программа. Применение языка ассемблера позволяет разработчику управлять ресурсами вычислительной системы (ЦП, ОП, внешние устройства и т.д.) на уровне машинных команд. Каждая команда исходной программы на языке ассемблере в результате компиляции преобразуется в 1 машинную команду. Транслятор с языка ассемблера часто называется «ассемблер» или «программа ассемблера».

Транслятор - это программа, которая переводит (с англ. translate) с нотации одного языка в нотацию другого языка.

Компилятор - это транслятор, который переводит программу из нотации одного языка в нотацию машинного языка. Машинным языком может быть код конкретной машины, любой объектный код.

Трансляторы могут быть интерпретаторами (interpreter), т.е. совмещать анализ исходной программы с ее выполнением. Различие тут в том, что результатом работы интерпретатора будет не машинный код, а последовательность обращений к библиотеке функций интерпретатора.

Интерпретатор в отличие от компилятора может выбирать одну за другой инструкции и сразу их выполнять. При интерпретации (это важно!!!), в отличии от трансляции или компиляции, может быть начато выполнение программы, которая содержит синтаксические ошибки.

 

 

53.Назначение трансляторов, компиляторов и интерпретаторов. Примеры реализации.

Транслятор (англ. translator — переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.

Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.

Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.

Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.

После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор более не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию — в зависимости от того, для каких целей он создавался. Например, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. Поэтому данный язык обычно реализуется с помощью компилятора. С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества.

Примеры реализации компиляторов    C++, Pascal, Delphi

Примеры реализации интерпретаторов Java, SQL, PHP

 

54. Лексические   анализаторы.   Назначение.   Принципы   организации.   Автоматизация построения лексических анализаторов: LEX.

Основная задача лексического анализа - разбить входной текст, состоящий из последовательности одиночных символов, на последовательность слов, или лексем, т.е. выделить эти слова из непрерывной последовательности символов. Все символы входной последовательности с этой точки зрения разделяются на символы, принадлежащие каким-либо лексемам, и символы, разделяющие лексемы (разделители). В некоторых случаях между лексемами может и не быть разделителей. С другой стороны, в некоторых языках лексемы могут содержать незначащие символы (например, символ пробела в Фортране). В Си разделительное значение символов-разделителей может блокироваться («\» в конце строки внутри "...").

Обычно все лексемы делятся на классы. Примерами таких классов являются числа (целые, восьмеричные, шестнадцатиричные, действительные и т.д.), идентификаторы, строки. Отдельно выделяются ключевые слова и символы пунктуации (иногда их называют символы-ограничители). Как правило, ключевые слова - это некоторое конечное подмножество идентификаторов. В некоторых языках (например, ПЛ/1) смысл лексемы может зависеть от ее контекста и невозможно провести лексический анализ в отрыве от синтаксического.

С точки зрения дальнейших фаз анализа лексический анализатор выдает информацию двух сортов: для синтаксического анализатора, работающего вслед за лексическим, существенна информация о последовательности классов лексем, ограничителей и ключевых слов, а для контекстного анализа, работающего вслед за синтаксическим, важна информация о конкретных значениях отдельных лексем (идентификаторов, чисел и т.д.).

Для автоматизации разработки лексических анализаторов было разработано довольно много средств. Как правило, входным языком для них служат либо праволинейные грамматики, либо язык регулярных выражений. Одной из наиболее распространенных систем является LEX, работающий с расширенными регулярными выражениями. LEX-программа состоит из трех частей:   Объявления 

  %% 

  Правила трансляции 

  %% 

  Вспомогательные подпрограммы

 

Секция объявлений включает объявления переменных, констант и определения регулярных выражений. При определении регулярных выражений могут использоваться следующие конструкции: [abc]           - либо a, либо b, либо c;

[a-z]        - диапазон символов;

R*           - 0 или более повторений регулярного выражения R;

R+           - 1 или более повторений регулярного выражения R;

R1/R2     - R1, если за ним следует R2;

R1|R2    - либо R1, либо R2;

R?           - если есть R, выбрать его;

R$           - выбрать R, если оно последнее в строке;

^R           - выбрать R, если оно первое в строке;

[^R]        - дополнение к R;

R{n,m}    - повторение R от n до m раз;

{имя}      - именованное регулярное выражение;

(R)                - группировка.

Правила трансляции LEX программ имеют вид p_1 { действие_1 } 

p_2 { действие_2 } 

................ 

p_n { действие_n }

где каждое p_i - регулярное выражение, а каждое действие_i - фрагмент программы, описывающий, какое действие должен сделать лексический анализатор, когда образец p_i сопоставляется лексеме. В LEX действия записываются на Си.

Третья секция содержит вспомогательные процедуры, необходимые для действий. Эти процедуры могут транслироваться раздельно и загружаться с лексическим анализатором.

Лексический анализатор, сгенерированный LEX, взаимодействует с синтаксическим анализатором следующим образом. При вызове его синтаксическим анализатором лексический анализатор посимвольно читает остаток входа, пока не находит самый длинный префикс, который может быть сопоставлен одному из регулярных выражений p_i. Затем он выполняет действие_i. Как правило, действие_i возвращает управление синтаксическому анализатору. Если это не так, т.е. в соответствующем действии нет возврата, то лексический анализатор продолжает поиск лексем до тех, пока действие не вернет управление синтаксическому анализатору. Повторный поиск лексем вплоть до явной передачи управления позволяет лексическому анализатору правильно обрабатывать пробелы и комментарии. Синтаксическому анализатору лексический анализатор возвращает единственное значение - тип лексемы. Для передачи информации о типе лексемы используется глобальная переменная yylval. Текстовое представление выделенной лексемы хранится в переменной yytext, а ее длина в переменной yylen.

Схема построения лексического анализатора:

 

 

 

55. Синтаксические анализаторы. Основные принципы  работы. Автоматизация построения синтаксических анализаторов: YACC.

Синтаксический анализ (синтаксический анализатор) - фаза компиляции, на которой определяется общая структура программы. Синтаксический анализатор должен обладать информацией о контексте программы, т.е. учитывать значение прочитанных символов. Результатом работы синтаксического анализатора является представление программы в виде синтаксического дерева.

Основные принципы работы синтаксического анализатора

Синтаксический анализатор (синтаксический разбор) — это часть компилятора, которая отвечает за выявление основных синтаксических конструкций входного языка. В задачу синтаксического анализа входит: найти и выделить основные синтаксические конструкции в тексте входной программы, установить тип и проверить правильность каждой синтаксической конструкции и, наконец, представить синтаксические конструкции в виде, удобном для дальнейшей генерации текста результирующей программы.

В основе синтаксического анализатора лежит распознаватель текста входной программы на основе грамматики входного языка. Распознаватель дает ответ на вопрос о том, принадлежит или нет цепочка входных символов заданному языку. Синтаксический разбор — это основная часть компилятора на этапе анализа. Без выполнения синтаксического разбора работа компилятора бессмысленна, в то время как лексический разбор в принципе является необязательной фазой. Все задачи по проверке синтаксиса входного языка могут быть решены на этапе синтаксического разбора. Сканер только позволяет избавить сложный по структуре синтаксический анализатор от решения примитивных задач по выявлению и запоминанию лексем исходной программы.

Синтаксический анализатор воспринимает выход лексического анализатора и разбирает его в соответствии с грамматикой входного языка. Однако в грамматике входного языка программирования обычно не уточняется, какие конструкции следует считать лексемами. Примерами конструкций, которые обычно распознаются во время лексического анализа, служат ключевые слова, константы и идентификаторы. Но эти же конструкции могут распознаваться и синтаксическим анализатором. На практике не существует жесткого правила, определяющего, какие конструкции должны распознаваться на лексическом уровне, а какие надо оставлять синтаксическому анализатору. Обычно это определяет разработчик компилятора. Основу любого синтаксического анализатора всегда составляет распознаватель, построенный на основе какого-либо класса КС-грамматик. Поэтому главную роль и том, как функционирует синтаксический анализатор и какой алгоритм лежит в его основе, играют принципы построения распознавателей КС-языков.

Автоматизация построения синтаксических анализаторов (программа YACC)

Автоматизированное построение синтаксических анализаторов может быть выполнено с помощью программы YACC. Программа YACC (Yet Another Compiler Compiler) предназначена для построения синтаксического анализатора контекстно-свободного языка. Анализируемый язык описывается с помощью грамматики к пиле, близком форме Бэкуса— Наура (нормальная форма Бэкуса—Наура — НФБН). Результатом работы YACC является исходный текст программы синтаксического анализатора. Анализатор, который порождается YACC, реализует восходящий LALR(l) распознаватель.

Исходная грамматика для YACC состоит из трех секций, разделенных символом %%, — секции описаний, секции правил, в которой описывается грамматика, и секции программ, содержимое которой просто копируется в выходной файл. Например, ниже приведено описание простейшей грамматики для YACC, которая соответствует грамматике арифметических выражений:

%token a

%start e

%

e : e ‘+‘ m | e ‘-‘ m | m

m : m ‘*’ t | m ‘/’ t | t

a : a | ‘(’ e ‘)’ :

%%

Секция описаний содержит информацию о том, что идентификатор а является лексемой (терминальным символом) гpамматики, а символ е — ее начальным нетерминальным символом.

Грамматика, записана обычным образом — идентификаторы обозначают терминальные и нетерминальные символы; символьные константы типа '+' и '-' считаются терминальными символами. Символы :, |, ; принадлежат к метаязыку YACC и читаются согласно НФБН «есть по определению», «или» и «конец правила» соответственно.

В отличие от LEX, который всегда способен состроить лексический распознаватель, если входной файл содержит правильное регулярное выражение, YACC не всегда может построить распознаватель, даже если входной язык задан правильной КС-грамматикой. Ведь заданная грамматика может и не принадлежать к классу LALR(l). В этом случае YACC выдаст сообщение об ошибке (наличии неразрешимого LALR(t) конфликта в грамматике) при построении синтаксического анализатора. Тогда пользователь должен либо преобразовать грамматику, либо задать YACC некоторые дополнительные правила, которые могут облегчить построение анализатора. Например, YACC позволяет указать правила, явно задающие приоритет операций и порядок их выполнения (слева направо или справа налево).

С каждым правилом грамматики может быть связано действие, которое будет выполнено при свертке по данному правилу. Оно записывается в виде заключенной в фигурные скобки последовательности операторов языка, на котором порождается исходный текст программы распознавателя (обычно это язык С). Последовательность должна располагаться после правой части соответствующего правила. Также YACC позволяет управлять действиями, которые будут выполняться распознавателем в том случае, если входная цепочка не принадлежит заданному языку. Распознаватель имеет возможность выдать сообщение об ошибке, остановиться либо же продолжить разбор, предпринял некоторые действия, связанные с попыткой локализовать либо устранить ошибку во входной цепочке.

Схема построения синтаксического анализатора:

 

56. Понятие языка, синтаксис, семантика. Формальные и естественные языки. Языки программирования

                Язы́к — знаковая система, соотносящая понятийное содержание и типовое звучание (написание).

Синтаксис (построение, порядок, составление) - система правил, определяющих допустимые конструкции языка программирования из букв алфавита.

Семантика (смысловое значение)- система правил однозначного толкования каждой языковой конструкции, позволяющих производить процесс обработки данных.

Формальный язык - это множество конечных слов над конечным алфавитом. К формальным языкам относиться, например, компьютерный язык

Есте́ственный язы́к — в лингвистике и философии языка язык, используемый для общения людей и не созданный искусственно.

Компьютерный язык - этот термин соответствует понятию языка программирования, однако это соответствие не является вполне однозначным. Так, например, языки разметки (такие как HTML) не являются языками программирования, однако определённо относятся к компьютерным языкам.

Языки программирования - это формальные искусственные  языки. Как и естественные языки, они имеют алфавит, словарный запас, грамматику и синтаксис, а также семантику.

                Взаимодействие синтаксических и семантических правил определяет основные понятия языка, такие как операторы, идентификаторы, константы, переменные, функции, процедуры и т.д. В отличие от естественных, язык программирования имеет ограниченный запас слов (операторов) и строгие правила их написания, а правила грамматики и семантики, как и для любого формального языка, явно однозначно и четко сформулированы.

Языки программирования, ориентированные на команды процессора и учитывающие его особенности, называют языками низкого уровня. «Низкий уровень» не означает неразвитый, имеется в виду, что операторы этого языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Языком самого низкого уровня является ассемблер. Программа, написанная на нем, представляет последовательность команд машинных кодов, но записанных с помощью символьных мнемоник.Языки программирования, имитирующие естественные,  обладающие укрупненными командами, ориентированные «на человека», называют языками высокого уровня. Чем выше уровень языка, тем ближе структуры данных и конструкции, использующиеся в программе, к понятиям исходной задачи. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому исходные тексты программ легко переносимы на другие платформы, имеющие трансляторы этого языка. Разрабатывать программы на языках  высокого уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, число ошибок, допускаемых в процессе программирования, намного меньше. В настоящее время насчитывается несколько сотен таких языков.

                С помощью языка программирования создается текст программы, описывающий разработанный алгоритм. Чтобы программа была выполнена, надо либо весь ее текст перевести в машинный код (это действие и выполняет программа - компилятор) и затем передать на исполнение процессору, либо сразу выполнять команды языка,  переводя на машинный язык и исполняя каждую команду поочередно (этим занимаются программы - интерпретаторы).

 

57. Понятие грамматики. Формальное определение грамматики. Форма Бэкуса-Наура.

                Грамматика , как наука, есть раздел языкознания, изучающий грамматический строй языка, закономерности построения правильных осмысленных речевых отрезков на этом языке

                Формальная грамматика или просто грамматика в теории формальных языков — способ описания формального языка, то есть выделения некоторого подмножества из множества всех слов некоторого конечного алфавита. Различают порождающие и распознающие (или аналитические) грамматики — первые задают правила, с помощью которых можно построить любое слово языка, а вторые позволяют по данному слову определить, входит оно в язык или нет.

                Форма Бэкуса—Наура (сокр. БНФ, Бэкуса—Наура форма) — формальная система описания синтаксиса, в которой одни синтаксические категории последовательно определяются через другие категории. Используется для описания синтаксиса языков программирования, данных, протоколов (например, в документах RFC) и т. д.

                БНФ-конструкция определяет конечное число символов (нетерминалов

). Кроме того, она определяет правила замены символа на какую-то последовательность букв (терминалов) и символов. Процесс получения цепочки букв, можно определить поэтапно: изначально имеется один символ (символы обычно заключаются в угловые скобки, а их название не несёт никакой информации). Затем этот символ заменяется на некоторую последовательность букв и символов, согласно одному из правил. Затем процесс повторяется (на каждом шаге один из символов заменяется на последовательность, согласно правилу). В конце концов, получается цепочка, состоящая из букв (и не содержащая символов). Это означает, что полученная цепочка может быть выведена из начального символа.

                БНФ-конструкция состоит из нескольких предложений вида

<определяемый символ> ::= <посл.1> | <посл.2> | . . . | <посл.n>, описывающих правила.

                Такое правило, означает, что символ <определяемый символ> может заменяться на одну из последовательностей посл.1. Знак определения, обычно выглядит как ::=, но возможны и другие варианты.

Вот пример БНФ-конструкции, описывающей правильные скобочные последовательности:

<правпосл>::=<пусто> | (<правпосл>) | <правпосл><правпосл>

Это простая конструкция, состоящая всего из одного правила, утверждающего, что символ <правпосл> может замениться либо на пустое место, либо на этот же символ <правпосл>, заключённый в скобки, либо на два символа <правпосл> идущих подряд.

 

58. Классификация грамматик. Четыре типа грамматик по Хомскому.

                Иерархия Хомского — классификация формальных языков и формальных грамматик, согласно которой они делятся на 4 типа по их условной сложности. Предложена профессором Массачуссетского технологического института, лингвистом Ноамом Хомским.

                Согласно Хомскому, формальные грамматики делятся на четыре типа. Для отнесения грамматики к тому или иному типу необходимо соответствие всех её правил (продукций) некоторым схемам.

                Грамматика типа 0 - генеративная, самая сложная, никаких ограничений на вид ее правил не накладывается. Грамматика типа 0, порождающая (generative grammar), - в классической записи это четверка G=(N,∑, P, S), где N, ∑ - алфавит (N - нетерминальные символы, ∑ - терминальные символы метаязыка); S - начальный символ нетерминального множества, Р - правила репродукции (rewriting rules).

Для распознавания языков, порождаемых этими грамматиками, используются машины Тьюринга - мощные, абстрактные, и следовательно неприменимые на практике математические модели, которые используются в теории информатики.

                Терминал (терминальный символ) — объект, непосредственно присутствующий в словах языка, соответствующего грамматике, и имеющий конкретное, неизменяемое значение (обобщение понятия «буквы»). В формальных языках, используемых на компьютере, в качестве терминалов обычно берут все или часть стандартных символов ASCII — латинские буквы, цифры и спец. символы.

                Нетерминал (нетерминальный символ) — объект, обозначающий какую-либо сущность языка (например: формула, арифметическое выражение, команда) и не имеющий конкретного символьного значения.

Грамматика типа 1 - называют контекстно-зависимыми грамматиками, и в них возможность замены цепочки символов может определяться контекстом. Используются для генерации элементов естественных языков и подъязыков. Могут использоваться при анализе текстов на естественных языках, однако при построении компиляторов практически не используются в силу своей сложности.

Грамматика типа 2 - контекстно-свободные, причем в левой части нетерминала могут быть всем, чем угодно. Они распознаются в информатике так называемыми автоматами с магазинной памятью (стековые автоматы). Используются для генерации элементов языков программирования (выражений, команд).

Грамматика типа 3 - называют регулярными, самые простые и ограниченные грамматики, распознаются конечными автоматами. Используется для простых элементов языков (числа, константы, переменные). Применяются для описания простейших конструкций: идентификаторов, строк, констант, а также языков ассемблера, командных процессоров и др.

 

59. Классификация языков. Примеры классификации языков и грамматик.

Язы́к — знаковая система, соотносящая понятийное содержание и типовое звучание (написание).

Различаю:

§  человеческие языки (предмет изучения лингвистики):

§  естественные человеческие языки,

§  искусственные языки для общения людей (например, эсперанто),

§  жестовые языки глухих,

§  формальные языки

§  компьютерные языки (например, Алгол, SQL),

§  языки животных

Классификация языков (естественных)

Существует несколько способов классификации языков:

1.      ареальная, по культурно-историческим ареалам (месту распространения);

2.      типологическая; например, по способу выражения грамматического значения языки делят на

3.      аналитические (языки, где грамматические значения главным образом выражаются вне слова, впредложении: английский, французский, и все изолирующие языки, например, вьетнамский. В этих языках слово — передатчик лексического значения, а грамматические значения передаются отдельно: порядком слов в предложении, служебными словами, интонацией и т. п.),

4.      изолирующие -  языки, которые пользуются корнями как словами, не образуя сложных сочетаний с суффиксами и префиксами.

5.      синтетические

6.      полисинтетические -  языки, в которых все члены предложения (полная инкорпорация) или некоторые компоненты словосочетания (частичная инкорпорация) соединяются в единое целое без формальных показателей у каждого из них

7.      генетическая, по происхождению и степени родства. Языки группируются в группы; те, в свою очередь, — в семьи. Для некоторых семей предложено объединение в таксоны более высокого уровня — макросемьи. Классификацией языков на основе генетических признаков занимается языковая систематика.

Классы языков программирования

• Функциональные
• Процедурные (императивные)
• Стековые
• Векторные
• Аспектно-ориентированные
• Декларативные - это языки программирования высокого уровня, в которых программистом не задается пошаговый алгоритм решения задачи ("как" решить задачу), а некоторым образом описывается, "что" требуется получить в качестве результата. Механизм обработки сопоставление по образцу декларативных утверждений уже реализован в устройстве языка. Типичным примером таких языков являются языки логического программирования (языки, основанные на системе правил).
• Динамические -  позволяет определять типы данных и осуществлять синтаксический анализ и компиляцию «на лету», непосредственно на этапе выполнения. Динамические языки больше подходят для быстрой разработки приложений. К динамическим языкам
• Прототипные
• Объектно-ориентированные
• Рефлексивные
• Логические
• Параллельного программирования
• Скриптовые (сценарные)
• Эзотерические
• C русским синтаксисом

Классификация грамматик (грамматики классифицируются по виду их правил вывода)

ТИП 0:

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется грамматикой типа 0, если на правила вывода не накладывается никаких ограничений (кроме тех, которые указаны в определении грамматики).

ТИП 1:

Грамматика  G = (VT, VN, P, S)  называется неукорачивающей грамматикой, если каждое правило из P имеет вид a  b, где a Î (VT È VN)⁺, b Î (VT È VN)⁺ и
| a | <= | b |.

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется контекстно-зависимой ( КЗ ), если каждое правило из P имеет вид a  b, где a = x₁Ax₂; b = x₁gx₂; A Î VN;
 g Î (VT È VN)⁺; x₁,x₂ Î (VT È VN)^*.

                Грамматику типа 1 можно определить как неукорачивающую либо как контекстно-зависимую.Выбор определения не влияет на множество языков, порождаемых грамматиками этого класса, поскольку доказано, что множество языков, порождаемых неукорачивающими грамматиками, совпадает с множеством языков, порождаемых КЗ-грамматиками.

ТИП 2:

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется контекстно-свободной ( КС ), если каждое правило из Р имеет вид A  b, где A Î VN, b Î (VT È VN)⁺.

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется укорачивающей контекстно-свободной ( УКС ), если каждое правило из Р имеет вид A  b, где A Î VN,
b Î (VT È VN)^*.

                Грамматику типа 2 можно определить как контекстно-свободную либо как укорачивающую контекстно-свободную.

Возможность выбора обусловлена тем, что для каждой УКС-грамматики существует почти эквивалентная КС-грамматика.

ТИП 3:

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется праволинейной, если каждое правило из Р имеет вид A  tB либо A  t, где A Î VN, B Î VN, t Î VT.

Грамматика G = (VT, VN, P, S) называется леволинейной, если каждое правило из Р имеет вид A  Bt либо A  t, где A Î VN, B Î VN, t Î VT.

                Грамматику типа 3 (регулярную, Р-грамматику) можно определить как праволинейную либо как леволинейную.

Выбор определения не влияет на множество языков, порождаемых грамматиками этого класса, поскольку доказано, что множество языков, порождаемых праволинейными грамматиками, совпадает с множеством языков, порождаемых леволинейными грамматиками.

 

60. Понятие системы программирования, её состав.

Система программирования – инструментальное ПО, предназначенное для поддержки разработки программных систем на этапах программирования и отладки. Каждая система программирования должна иметь некоторый встроенный в нее язык программирования, предназначенный для общения с человеком – разработчиком программной системы.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты .

1. Текстовый редактор . Т.к. текст программы записывается с помощью слов, происходящих от английского языка, и символов для записи всевозможных операций, то формировать файл с исходным текстом программы можно в любом редакторе. Специализированные редакторы ориентированы на конкретный язык программирования. Подобные редакторы созданы для всех популярных языков программирования и дополнительно могут автоматически проверять правильность синтаксиса программы непосредственно во время ее ввода.

2. Компилятор . Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в машинный код. На этом этапе создается промежуточный объектный код (двоичный файл, стандартное решение . OBJ ).

3. Редактор связей и библиотеки функций . Исходный текст большой программы, как правило, состоит из нескольких модулей. Каждый модуль состоит отдельный файл с объектным кодом, которые затем нужно объединить в единое целое. К ним нужно добавить машинный код подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например, вычисление sin и cos ). Такие функции содержатся в библиотеках (файлы с расширением . LIB ), которые поставляются вместе с компилятором.

Объектный код обрабатывается специальной программой – редактором связей или сборщиком , который выполняет связывание объектных модулей и машинного кода стандартных функций, находя их в библиотеках, и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код для конкретной платформы.

Если по каким-то причинам объектный модуль или нужная библиотека не найдены, то сборщик сообщает об ошибке и готовой программы не получается.

4. Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение . EXE или . COM .

 

61. Принципы   функционирования   систем   программирования.    Современные   системы программирования. Примеры.

1. Системы программирования, вообще говоря, это часть базового ПО, которую поддерживает сам процесс программирования. Сюда входят средства инструментальной (или статической) поддержки и исполнительной (или динамической) поддержки. Строго говоря, можно дать следующее определение: система программирования  представляет собой весь комплекс программных средств, обеспечивающих весь цикл разработки ПО.

Цикл разработки включает в себя следующие этапы:

·         проектирования;

·         кодирования;

·         тестирования;

·         отладки.

Этап проектирования является весьма важным этапом. Вы должны понимать, что программы, которые пишутся студентами в качестве курсовых и дипломных работ, это, так сказать, программирование слегка. Настоящее ПО, также как и сложные технические объекты, требует предварительной работы по изучению требований заказчика и созданию проектной документации. Пропустить этот этап (этап проектирования) в реальной жизни нельзя. Для проектирования программных систем необходимы специализированные средства, которые позволяли бы (в идеале) описывать реализуемый объект некоторым формальным образом и, последовательно уточняя его, приводить описание в реальный код программы.

Этап кодирования также является весьма важной частью системы программирования. Этот этап традиционно связан с понятием «система программирования». Часто путают транслятор с языка программирования и систему программирования. Хотя «система программирования»- понятие гораздо большее, чем транслятор.

2. Ассемблеры- трансляторы с языка ассемблера. Язык ассемблер - это язык низкого уровня. Структура и взаимосвязь цепочек языка близки к машинным командам вычислительной системы, где должна выполняться результирующая программа. Применение языка ассемблера позволяет разработчику управлять ресурсами вычислительной системы (ЦП, ОП, внешние устройства и т.д.) на уровне машинных команд. Каждая команда исходной программы на языке ассемблере в результате компиляции преобразуется в 1 машинную команду. Транслятор с языка ассемблера часто называется «ассемблер» или «программа ассемблера».

Транслятор - это программа, которая переводит (с англ. translate) с нотации одного языка в нотацию другого языка.

Компилятор - это транслятор, который переводит программу из нотации одного языка в нотацию машинного языка. Машинным языком может быть код конкретной машины, любой объектный код.

Трансляторы могут быть интерпретаторами (interpreter), т.е. совмещать анализ исходной программы с ее выполнением. Различие тут в том, что результатом работы интерпретатора будет не машинный код, а последовательность обращений к библиотеке функций интерпретатора.

Интерпретатор в отличие от компилятора может выбирать одну за другой инструкции и сразу их выполнять. При интерпретации (это важно!!!), в отличии от трансляции или компиляции, может быть начато выполнение программы, которая содержит синтаксические ошибки.

 Кросс-трансляторы (кросс-компиляторы) - это вид  трансляторов, которые переводят программу, записанную в нотации одного языка программирования и выполняющуюся в одной инструментальной среде, на одной ЭВМ, которая характеризуется своим операционным окружением и/или архитектурой, в код вычислительной системы другой среды другой ЭВМ.

Та вычислительная система, для которой генерируется код, называется объектной ЭВМ и соответственно полученный код называется объектным кодом (не путать с объектным модулем).

Например, для бортового компьютера, который управляет полетом космического аппарата, совершенно не нужно иметь среду, которая обеспечивает работу пользователя по разработке программ для него. Ему не нужны средства редактирования текста, у него совершенно другие функции: контроль полета и т.п. На таком компьютере будет работать какая система? Ответ: система реального времени. Так вот, для создания программ для таких компьютеров используются кросс-трансляторы и системы кросс-программирования.

3. Современные языки программирования поддерживают модульность. Это значит, что программа представляется в виде группы модулей и между этими модулями поддерживается взаимосвязь за счет объявлений, содержащихся в них.

Что же будет происходить на этапе обработки программы, написанной на одном из модульных языков (Си, Pascal)?

Допустим, у нас есть группа модулей, и есть соответствующие этим модулям тексты программ на соответствующих языках программирования. Средствами используемого языка определены связи между модулями.

Объектный модуль - это машинное представление программного кода, в котором еще не разрешены внешние связи. Объектный модуль может содержать дополнительную информацию, например, для отладки - это таблицы имен и т.д.

Современные системы программирования. Тут написан пример, их вообще много Borland C++ Builder, Microsoft Visual Basic, Borland Delphi и другие.

Microsoft Visual C++

Система программирования Microsoft Visual C++ представляет собой реализацию среды разработки для распространенного языка системного программирования C++, выполненную компанией Microsoft. Эта система программирования в настоящее время построена в виде интегрированной среды разработки, включающей в себя все необходимые средства для разработки результирующих программ, ориентированных на выполнение под управлением ОС типа Microsoft Windows различных версий.

Основу системы программирования Microsoft Visual C++ составляет библиотека классов MFC (Microsoft foundation classes). Вэтой библиотеке реализованы в виде классов C++ все основные органы управления и интерфейса ОС. Также в ее состав входят классы, обеспечивающие разработку приложений для архитектуры клиент-сервер и трехуровневой архитектуры (в современных версиях библиотеки). Система программирования Microsoft Visual C++ позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows, в том числе серверные или клиентские результирующие программы, осуществляющие взаимодействие между собой по одной из указанных выше архитектур.

Классы библиотеки MFC ориентированы на использование технологий COM/DCOM, а также построенной на их основе технологии ActiveX для организации взаимодействия между клиентской и серверной частью разрабатываемых приложений. На основе классов библиотеки пользователь может создавать свои собственные классы в языке C++, организовывать свои структуры данных.

В отличие от систем программирования компании Borland, система программирования Microsoft Visual C++ ориентирована на использование стандартных средств хранения и обработки ресурсов интерфейса пользователя в ОС Windows. Это не удивительно, поскольку все версии ОС типа Windows разрабатываются самой компанией Microsoft. Microsoft Visual C++ обеспечивает все необходимые средства для создания профессиональных Windows-приложений. От версии к версии продукт становится проще в использовании, расширяются возможности применения, повышается производительность.

Система программирования Microsoft Visual C++ выдержала несколько реализаций. Впроцессе выхода новых версий системы программирования было выпущено и несколько версий библиотеки MFC, на которой основана данная система.

Сама по себе библиотека MFC является, по мнению автора, довольно удачной реализацией широкого набора классов языка C++, ориентированного на разработку результирующих программ, выполняющихся под управлением ОС типа Microsoft Windows. Это во многом обусловлено тем, что создатель библиотеки компания Microsoft одновременно является и создателем ОС типа Microsoft Windows, на которые ориентирован объектный код библиотеки. Библиотека может быть подключена к результирующей программе с помощью обычного компоновщика, либо использоваться как динамическая библиотека, подключаемая к программе во время ее выполнения. Библиотека MFC достаточно широко распространена. Ее возможно использовать не только в составе систем программирования производства компании Microsoft, но и в системах программирования других производителей.

 

62.Средства тестирования и отладки программ.

Отладка и тестирование программ

Конечная цель программиста заключается в написании правильно работающей программы, но, к сожалению, в 99 случаях из 100 первая попытка использования программы приводит к появлению предупреждения диалогового окна с кодом ошибки, неверного результата или в худшем случае к зависанию компьютера. Приблизительно так начинается нелегкий путь отладки программы.

Отладка программы — это специальный этап в разработке программы, состоящий в выявлении и устранении программных ошибок, факт существования которых уже установлен. Программные ошибки, как правило, делятся на три вида:

1. Синтаксическая ошибка. Неправильное употребление синтаксических конструкций, например употребление оператора цикла For без то или Next.
2. Семантическая ошибка. Нарушение семантики той или иной конструкции, например передача функции параметров, не соответствующих ее аргументам.
3. Логическая ошибка. Нарушение логики программы, приводящее к неверному результату. Это наиболее трудный для "отлова" тип ошибки, ибо подобного рода ошибки, как правило, кроются в алгоритмах и требуют тщательного анализа и всестороннего тестирования.

Поскольку безошибочное программирование почти невозможно, а ручная отладка немыслима, необходимы средства поиска ошибки (иногда это не так просто) и ее исправления. В других случаях можно просто обойти возможные появления ошибки, также используя специальные методы. Именно об этих средствах и методах пойдет речь в настоящем разделе.

В каждой современной системе программирования существует специальное средство отладки программ — отладчик (debugger), который позволяет в режиме интерпретации установить контрольные точки, выполнить отдельные участки программы и посмотреть результаты работы операторов. Естественно, что редактор Visual Basic имеет подобное средство, с которым мы сейчас и познакомимся. В вышеописанной программе мы специально допустили ошибки, на примере которых и продемонстрируем работу отладчика VBA.