§1 Общие сведения о языке. Этапы проектирования программы

В данной статье функция scanf() рассматривается в общем виде без привязки к конкретному стандарту, поэтому сюда включены данные из любых стандартов C99, C11, C++11, C++14. Возможно, в некоторых стандартах функция работает с отличиями от изложенного в статье материала.

Функция scanf C - описание

scanf() - это функция, расположенная в заголовочном файле stdio.h(C) и cstdio(C++), она также называется форматированным вводом данных в программу. scanf читает символы из стандартного потока ввода (stdin) и преобразует их в соответствии с форматом, после чего записывает в указанные переменные. Формат - означает, что данные при поступлении приводятся к определенному виду. Таким образом, функция scanf C описывается:

scanf("%формат", &переменная1[, &переменная2,[…]]),

где переменные передаются в виде адресов. Причина такого способа передачи переменных в функцию очевидна: в результате работы она возвращает значение, указывающее на наличие ошибок, поэтому единственным способом изменять значения переменных является передача по адресу. Также, благодаря такому способу, функция может обрабатывать данные любых типов.

Некоторые программисты из-за аналогии с другими языками называют функции, подобные scanf() или printf(), процедурами.

Scanf позволяет осуществлять ввод всех базовых типов языка: char, int, float, string и т.д. В случае с переменными типа string нет нужды указывать знак адреса - «&», так как переменная типа string является массивом, и имя ее является адресом первого элемента массива в памяти компьютера.

Формат ввода данных или управляющая строка

Начнем с рассмотрения примера использования функции scanf C из описания.

#include int main() { int x; while (scanf("%d", &x) == 1) printf("%d\n", x); return 0; //требование linux-систем }

Формат ввода состоит из следующих четырех параметров: %[*][ширина][модификаторы] тип. При этом знак «%» и тип являются обязательными параметрами. То есть, минимальный вид формата выглядит следующим образом: “%s”, “%d” и так далее.

В общем случае символы, составляющие строку формата, делятся на:

• спецификаторы формата - все, что начитается с символа %;
• разделительные или пробельные символы - ими считаются пробел, табуляция(\t), новая строка (\n);
• символы, отличающиеся от пробельных.

Функция может оказаться небезопасной.

Используйте вместо scanf() функцию scanf_s().

(сообщение от Visual Studio)

Тип, или спецификаторы формата, или литеры преобразования, или контролирующие символы

Описание scanf C обязано содержать, как минимум, спецификатор формата, который указывается в конце выражений, начинающихся со знака «%». Он сообщает программе тип данных, который следует ожидать при вводе, обычно с клавиатуры. Список всех спецификаторов формата в таблице ниже.

Символы в строке формата

Символ звездочка (*)

Звездочка (*) - это флаг, указывающий, что операцию присвоения надо подавить. Звездочка ставится сразу после знака «%». Например,

Scanf("%d%*c%d", &x, &y); //игнорировать символ между двумя целыми числами. scanf("%s%*d%s", str, str2); //игнорировать целое число, между двумя строками.

То есть, если ввести в консоли строку «45-20» программа сделает следующее:

1. Переменной «x» будет присвоено значение 45.
2. Переменной «y» будет присвоено значение 20.
3. А знак минус(тире) «-» будет проигнорирован благодаря «%*c».

Ширина (или ширина поля)

Это целое число между знаком «%» и спецификатором формата, которое определяет максимальное количество символов для считывания за текущую операцию чтения.

Следует иметь в виду несколько важных моментов:

1. scanf прекратит свою работу, если встретит разделительный символ, даже если не считал 20 символов.
2. Если на ввод подается больше 20 символов, в переменную str будут записаны только первые 20 из них.

Модификаторы типа (или точность)

Это специальные флаги, которые модифицируют тип данных, ожидаемых к вводу. Флаг указывается слева от спецификатора типа:

• L или l (маленькая L) При использовании «l» со спецификаторами d, i, o, u, x, флаг сообщает программе, что ожидается ввод данных типа long int. При использовании «l» со спецификатором e или f, флаг сообщает программе, что она должна ожидать ввод значения типа double. Использование «L» сообщает программе, что ожидается значение типа long double. Использование «l» со спецификаторами «c» и «s» сообщает программе, что ожидаются двухбайтовые символы типа wchar_t. Например, "%lc", "%ls", "%l".
• h - флаг, указывающий на тип short.
• hh - обозначает, что переменная является указателем на значение типа signed char или unsigned char. Флаг можно использовать со спецификаторами d, i, o, u, x, n.
• ll (две маленькие L) - обозначает, что переменная является указателем на значение типа signed int или unsigned long long int. Флаг используется со спецификаторами: d, i, o, u, x, n.
• j - обозначает, что переменная является указателем на тип intmax_t или uintmax_t из заголовочного файла stdint.h. Используется со спецификаторами: d, i, o, u, x, n.
• z - обозначает, что переменная является указателем на тип size_t, определение которого находится в stddef.h. Используется со спецификаторами: d, i, o, u, x, n.
• t - обозначает, что переменная является указателем на тип ptrdiff_t. Определение на этот тип находится в stddef.h. Используется со спецификаторами: d, i, o, u, x, n.

Более явно картину с модификаторами можно представить в виде таблицы. Такое описание scanf C для програмистов будет понятнее.

Остальные символы

Любые символы, которые будут встречены в формате, будут отбрасываться. При этом стоит отметить, что наличие в управляющей строке пробельных или разделительных символов (новая строка, пробел, табуляция) может приводить к разному поведению функции. В одной версии scanf() будет читать без сохранения любое количество разделителей до момента, пока не встретит символ, отличный от разделителя, а в другой версии - пробелы (только они) не играют роли и выражение "%d + %d" эквивалентно "%d+%d".

Примеры

Рассмотрим ряд примеров, позволяющих поразмыслить и точнее понять работу функции.

Scanf("%3s", str); //если ввести в консоли строку «1d2s3d1;3», в str запишется только «1d2» scanf("%dminus%d", &x, &y); //символы «minus» между двумя числами будут отброшены scanf("%5", str); //ввод символов в str будет происходить до тех пор, пока их не будет 5 и символы являются числами от 0 до 9. scanf("%lf", &d); //ожидается ввод данных типа double scanf("%hd", &x); //ожидается число типа short scanf("%hu", &y); //ожидается число типа unsigned short scanf("lx", &z); //ожидается число типа long int

Из приведенных примеров видно, как меняется ожидаемое число с использованием различных символов.

scanf C - описание для начинающих

Данный раздел будет полезен новичкам. Зачастую нужно иметь под рукой не столько полное описание scanf C, сколько детали работы функции.

• Функция является отчасти устаревшей. Существует несколько разных реализаций в библиотеках различных версий. Например, усовершенствованная функция scanf S C, описание которой можно найти на сайте microsoft.
• Количество спецификаторов в формате должно соответствовать количеству переданных функции аргументов.
• Элементы входного потока должны отделяться только разделительными символами: пробел, табуляция, новая строка. Запятая, точка с запятой, точка и т. д. - эти символы не являются разделительными для функции scanf().
• Если scanf встретит разделительный символ, ввод будет остановлен. Если переменных для чтения больше одной, то scanf перейдет к чтению следующей переменной.
• Малейшее несоответствие формата вводимых данных приводит к непредсказуемым результатам работы программы. Хорошо, если программа просто завершится с ошибкой. Но нередко программа продолжает работать и делает это неверно.
• scanf("%20s …", …); Если входной поток превышает 20 символов, то scanf прочитает первые 20 символов и, либо прекратит работу, либо перейдет к чтению следующей переменной, если она указана. При этом следующий вызов scanf продолжит чтение входного потока с того места, где остановилась работа предыдущего вызова scanf. Если при чтении первых 20 символов будет встречен разделительный символ, scanf прекратит свою работу или перейдет к чтению следующей переменной, даже если не считал 20 символов для первой переменной. При этом все несчитанные символы прицепятся к следующей переменной.
• Если набор сканируемых символов начать со знака «^», то scanf будет читать данные до тех пор, пока не встретит разделительный символ или символ из набора. Например, "%[^A-E1-5]" будет считывать данные из потока, пока не будет встречен один из символов английского алфавита от А до Е в верхнем регистре или одно из чисел от 1 до 5.
• Функция scanf C по описанию возвращает число, равное успешному количеству записей в переменные. Если scanf записывает 3 переменные, то результатом успешной работы функции будет возврат числа 3. Если scanf не смог записать ни одной переменной, то результат будет 0. И, наконец, если scanf вообще не смог начать работать по каким-либо причинам, результатом будет EOF.
• Если функция scanf() завершила свою работу некорректно. Например, scanf("%d", &x) - ожидалось число, а на ввод пришли символы. Следующий вызов scanf() начнет свою работу с того места в потоке ввода, где завершился предыдущий вызов функции. Чтобы преодолеть эту проблему, необходимо избавиться от проблемных символов. Это можно сделать, например, вызвав scanf("%*s"). То есть, функция прочитает строку символов и выбросит ее. Таким хитрым образом можно продолжить ввод нужных данных.
• В некоторых реализациях scanf() в наборе сканируемых символов недопустимо использование «-».
• Спецификатор “%c” читает каждый символ из потока. То есть символ -разделитель он также читает. Чтобы пропустить символ разделитель и продолжить читать нужный символ, можно использовать “%1s”.
• При использовании спецификатора «c» допустимо использовать ширину “%10c”, однако тогда в виде переменной функции scanf нужно передать массив элементов типа char.
• “%” - это значит "все маленькие буквы английского алфавита", а “%” - значит просто 3 символа: ‘z’, ‘a’, ‘-’. Иными словами, символ «-» означает диапазон только в том случае, если стоит между двумя символами, которые находятся в правильном порядке следования. Если «-» находится в конце выражения, в начале или в неверном порядке символов по обеим сторонам от них, то он представляет собой просто символ дефиса, а не диапазон.

Заключение

На этом завершается описание scanf C. Это хорошая удобная функция для работы в небольших программах и при использовании процедурного метода программирования. Однако главным недостатком является количество непредсказуемых ошибок, которые могут возникнуть при использовании scanf. Поэтому, описание scanf C при програмировании лучше всего держать перед глазами. В крупных профессиональных проектах используются потоки iostream, ввиду того, что обладают более высокоуровневыми возможностями, лучше позволяют отлавливать и обрабатывать ошибки, а также работать со значительными объемами информации. Также следует отметить, описание scanf C на русском доступно на сетевых многих источниках, как и примеры ее использования, ввиду возраста функции. Поэтому при необходимости всегда можно найти ответ на тематических форумах.

Изучение основ и тонкостей языка программирования C++. Учебник с практическими заданиями и тестами. Хотите научиться программировать? Тогда Вы по адресу - здесь бесплатное обучение программированию. Неважно, имеете ли Вы опыт или нет, эти уроки по программированию помогут Вам начать создавать, компилировать и отлаживать программы на языке C++ в разных средах разработки: Visual Studio, Code::Blocks, Xcode или Eclipse.

Множество примеров и подробных разъяснений. Отлично подойдут как для новичков (чайников), так и для более продвинутых. Объясняется всё с нуля и до самых деталей. Эти уроки (200+) дадут Вам хорошую базу/фундамент в понимании программирования не только на С++, но и в других языках программирования. И это абсолютно бесплатно!

Также рассматривается пошаговое создание игры на С++, графическая библиотека SFML и больше 50 задания для проверки своих навыков и знаний в C++. Дополнительным бонусом является .

За репост +20 к карме и моя благодарность!

Глава №0. Введение. Начало работы

Глава №1. Основы C++

Глава №2. Переменные и основные типы данных в C++

Глава №3. Операторы в C++

Глава №4. Область видимости и другие типы переменных в C++

Глава №5. Порядок выполнения кода в программе. Циклы, ветвления в C++

C++ (читается си-плюс-плюс) - компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения, на котором можно создавать программы любого уровня сложности.
Более 20 лет этот язык находится в тройке самых популярных и востребованных языков программирования. (В этом можно убедиться, посетив сайт TIOBE).
Язык возник в начале 1980-х годов, когда сотрудник фирмы Bell Labs Бьёрн Страуструп придумал ряд усовершенствований к языку C под собственные нужды.

Bjarne Stroustrup – создатель языка C++

Страуструп решил дополнить язык C возможностями, имеющимися в языке Симула . Язык C, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами. В результате практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию Симула-подобных классов), так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию C).
Вот как об этом говорит сам разработчик языка:



В 1998 году был опубликован первый стандарт языка, известный как C++98, разработанный комитетом по стандартизации. C++ продолжает развиваться, чтобы отвечать современным требованиям. Одна из групп, разрабатывающих язык C++ и направляющих комитету по стандартизации C++ предложения по его улучшению - это Boost , которая занимается, в том числе, совершенствованием возможностей языка путём добавления в него особенностей метапрограммирования. Последний стандарт вышел в 2017 году и носит наименование С++17 . Следующий стандарт не заставит себя долго ждать и появится, как ожидают, в 2020 году.
Никто не обладает правами на язык C++, он является свободным. В марте 2016 года в России была создана рабочая группа РГ21 С++. Группа была организована для сбора предложений к стандарту C++, отправки их в комитет и защиты на общих собраниях Международной организации по стандартизации.
С++ – это мультипарадигмальный язык (от слова парадигма – стиль написания компьютерных программ), включающий широкий спектр различных стилей и технологий программирования. Часто его причисляют к объектно-ориентированным языкам, но, строго говоря, это не так. В процессе работы разработчик получает абсолютную свободу в выборе инструментов для того, чтобы задача, решаемая с помощью того или иного подхода, была решена максимально эффективно. Иными словами, С++ не понуждает программиста придерживаться только одного стиля разработки программы (например, объектно-ориентированного).
C++ имеет богатую стандартную библиотеку, которая включает в себя распространённые контейнеры и алгоритмы, ввод-вывод, регулярные выражения, поддержку многопоточности и другие возможности. C++ повлиял на многие языки программирования, в их числе: Java, C#, D. Посукольку C++ принадлежит семейству языков основанных на синтаксисе языка Си, то можно легко освоить и другие языки программирования этого семейства: JavaScript, PHP, Perl, Objective-C и мн. др., в том числе, и сам родительский язык – Си. ()
За время своего существования за языком С++ закрепились устойчивые мифы, которые легко опровергаются (см. здесь: Часть1 и Часть2)

История языка и выхода стандартов

1983

Создатель языка – Бьёрн Страуструп , сотрудник Bell Labs, представил раннюю версию языка C++ (“Си с классами”)

1985

Первый коммерческий выпуск C++, язык приобретает современное название

1986

Выпуск первого издания The C++ Programming Language - книги, посвящённой C++, которую написал Бьёрн Страуструп

1998

Ратифицирован международный стандарт языка C++: ISO/IEC 14882:1998 «Standard for the C++ Programming Language»

2003

2005

Выпущен отчёт Library Technical Report 1 (TR1). Не являясь официально частью стандарта, отчёт описывал расширения стандартной библиотеки, которые должны быть включены в следующую версию языка C++

2011

Выход нового стандарта – C++11 или ISO/IEC 14882:2011; новый стандарт включил дополнения в ядре языка и расширение стандартной библиотеки, в том числе большую часть TR1

2014

Выход стандарта C++14 («International Standard ISO/IEC 14882:2014(E) Programming Language C++»); C++14 можно рассматривать как небольшое расширение над C++11, содержащее в основном исправления ошибок и небольшие улучшения

2017

Выход нового стандарта – C++1z (C++17). Этот стандарт внес много изменений и дополнений. Например, в состав STD вошли библиотеки стандарта C11, файловой системы, основанная на boost::filesystem, большая часть экспериментальной библиотеки TS I.

2020

C++20 - неофициальное название стандарта ISO/IEC языка программирования C++, который ожидается после после C++17. Черновик стандарта N4800 .

Философия С++

В книге «Дизайн и эволюция C++» (2007) Бьёрн Страуструп описывает принципы, которых он придерживался при проектировании C++ (приводятся в сокращении):

• Получить универсальный язык со статическими типами данных, эффективностью и переносимостью языка C.
• Непосредственно и всесторонне поддерживать множество стилей программирования.
• Дать программисту свободу выбора, даже если это даст ему возможность выбирать неправильно.
• Максимально сохранить совместимость с C, тем самым делая возможным лёгкий переход от программирования на C.
• Избежать разночтений между C и C++: любая конструкция, допустимая в обоих языках, должна в каждом из них обозначать одно и то же и приводить к одному и тому же поведению программы.
• Избегать особенностей, которые зависят от платформы или не являются универсальными.
• «Не платить за то, что не используется» - никакое языковое средство не должно приводить к снижению производительности программ, не использующих его.
• Не требовать слишком усложнённой среды программирования.

C и C++

Синтаксис C++ унаследован от языка C. Хотя, формально, одним из принципов C++ остаётся сохранение совместимости с языком C, фактически группы по стандартизации этих языков не взаимодействуют, а вносимые ими изменения не только не коррелируют, но и нередко принципиально противоречат друг другу идеологически. Так, элементы, которые новые стандарты C добавляют в ядро, в стандарте C++ являются элементами стандартной библиотеки и в ядре вообще отсутствуют, например, динамические массивы, массивы с фиксированными границами, средства параллельной обработки. Как считает Страуструп, объединение разработки этих двух языков принесло бы большую пользу, но оно вряд ли возможно по политическим соображениям. Так что практическая совместимость между C и C++ постепенно будет утрачиваться.
В данном примере, в зависимости от используемого компилятора, будет выведено либо “C++”, либо “C”:

Программа 9.1

#include int main() { printf("%s\n", (sizeof("a") == sizeof(char)) ? "C++" : "C"); return 0; }

Связано это с тем, что символьные константы в C имеют тип int , а в C++ - тип char , но размеры этих типов различаются.

Модели жизненного цикла приложения

Жизненный цикл программного обеспечения - это период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Этот цикл - процесс построения и развития программного обеспечения (ПО). Существует несколько моделей жизненного цикла.
Каскадная модель жизненного цикла (англ. waterfall model) была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе. Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.
Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

1. Формирование требований;
2. Проектирование;
3. Реализация;
4. Тестирование;
5. Внедрение;
6. Эксплуатация и сопровождение.

В каскадной модели переход от одной фазы проекта к другой предполагает полную корректность результата предыдущей фазы. В больших проектах этого добиться практически невозможно. Поэтому такая модель пригодна только для разработки небольшого проекта. (Сам У. Ройс не придерживался данной модели и использовал модель итерационную).
Итерационная модель
Альтернативой каскадной модели является модель итеративной и инкрементальной разработки (англ. iterative and incremental development, IID), получившей от Т. Гилба в 70-е гг. название эволюционной модели. Модель IID предполагает разбиение жизненного цикла проекта на последовательность итераций, каждая из которых напоминает «мини-проект», включая все процессы разработки в применении к созданию меньших фрагментов функциональности, по сравнению с проектом в целом. Цель каждой итерации - получение работающей версии программной системы, включающей функциональность, определённую интегрированным содержанием всех предыдущих и текущей итерации. Результат финальной итерации содержит всю требуемую функциональность продукта. Таким образом, с завершением каждой итерации продукт получает приращение - инкремент - к его возможностям, которые, следовательно, развиваются эволюционно.


Различные варианты итерационного подхода реализованы в большинстве современных методологий разработки:

Процесс разработки - Rational Unified Process (RUP)

Rational Unified Process (RUP) (рациональный унифицированный процесс) - методология разработки программного обеспечения, которая поддерживается компанией Rational Software (IBM). В методологии даются рекомендации по всем этапам разработки: от моделирования бизнеса до тестирования и сдачи в эксплуатацию готовой программы. В качестве языка моделирования используется язык Unified Modelling Language (UML).
Полный жизненный цикл разработки продукта состоит из четырех фаз, каждая из которых включает в себя одну или несколько итераций.

• Начальная стадия (Inception)

Определение масштабов проекта и объема необходимых ресурсов. Определяются основные требования, ограничения и ключевая функциональность продукта. Оцениваются риски. Планирование действий. При завершении начальной фазы оценивается достижение этапа жизненного цикла цели (англ. Lifecycle Objective Milestone), которое предполагает соглашение заинтересованных сторон о продолжении проекта.

• Уточнение (Elaboration)

Документирование требований. Проектирование, реализация и тестирование исполняемой архитектуры. Уточнение сроков и стоимости. Снижение основных рисков. Успешное выполнение фазы разработки означает достижение этапа жизненного цикла архитектуры (англ. Lifecycle Architecture Milestone).

• Построение (Construction)

В фазе «Построение» происходит реализация большей части функциональности продукта: дизайн приложения завершен, исходный код написан. Фаза Построение завершается первым внешним релизом системы и вехой начальной функциональной готовности (Initial Operational Capability).

• Внедрение (Transition)

В фазе «Внедрение» создается финальная версия продукта и передается от разработчика к заказчику. Это включает в себя программу бета-тестирования, обучение пользователей, а также определение качества продукта. В случае, если качество не соответствует ожиданиям пользователей или критериям, установленным в фазе Начало, фаза Внедрение повторяется снова. Выполнение всех целей означает достижение вехи готового продукта (Product Release) и завершение полного цикла разработки.

«Информационная технология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств» . Этот стандарт принят Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии РФ и аналогичен международному стандарту ISO/IEC 12207:2008. Данный стандарт, устанавливает общую структуру процессов жизненного цикла программных средств, на которую можно ориентироваться в программной индустрии. Стандарт не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Его положения являются общими для любых моделей жизненного цикла, методов и технологий создания ПО. Он описывает структуру процессов жизненного цикла, не конкретизируя, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Презентация к уроку

Темы сообщений

• Фонд свободного программного обеспечения (FSF)
• Свободные лицензии ПО
• FreeSoftware и Open Source
• История развития языков программирования
• История возникновения языка C. C и C++
• История
• Критика C++
• История UNIX
• Спиральная модель жизненного цикла ПО
• UML (англ. Unified Modeling Language - унифицированный язык моделирования)
• Microsoft Solutions Framework
• IDE для программирования на C/C++ в Windows
• Компиляторы С/C++
• Создание консольного приложения в Windows

Вопросы

1. Почему каскадная модель разработки ПО не применяется в больших проектах?
2. В чем заключается различие между каскадной и итерационной моделями разработки?
3. Перечислите стадии разработки ПО в методологии Rational Unified Process (RUP)

Компьютеры — это, наверное, самые универсальные инструменты, которые человечество имеет в распоряжении. Они способны выполнять невероятные вычисления, они позволяют хранить огромное количество информации, совершенно в разных точках планеты, и при этом легко ею обмениваться, независимо от местонахождения. Компьютеры упрощают многие повседневные задачи, и они позволяют автоматизировать многие рутинные процессы, которые было бы очень утомительно и скучно выполнять человеку. Столько всего могут выполнять компьютеры, но, тем не менее, компьютеры не обладают интеллектом, в отличие от человека. Чтобы автоматизировать даже самый простой процесс, необходимо компьютеру сказать чётко и недвусмысленно, что именно он должен делать. К сожалению наш язык и язык компьютера совершенно не похожи. Таким образом, между машиной и человеком есть серьёзный языковой барьер, который необходимо как-то преодолеть, иначе компьютер нас не поймёт. И пока компьютеры нас не понимают, они самостоятельно ничего делать не будут. Как средство общения между человеком и компьютером, придумано огромное количество языков программирования. С помощью языков программирования, мы создаём программы и компьютер уже непосредственно работает с программами. Сами же программы представляют собой наборы инструкций, которые компьютер может понимать и выполнять.

Типы программ

Для того, чтобы эффективно общаться с компьютером, а именно этого мы и хотим, существует широкий спектр языков программирования.

В зависимости от типа проекта, существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе языка программирования. Вот список наиболее примечательных факторов:

Компиляция, интерпретация и JIT-компиляция

Процесс компиляции переводит код написанный на языке программирования в родной язык целевой машины. Программа, выполняющая этот процесс называется компилятор. Компиляция может заставить код работать достаточно быстро, особенно если компилятор является эффективным при оптимизации. Но дело в том, что полученный код не может работать на различных операционных системах, а также процесс компиляции занимает некоторое время, и чем больше кода — тем дольше процесс компиляции. Стоит отметить, что при внесении каких-то изменений в код программы, необходимо её откомпилировать и только потом запускать.

Интерпретируемые языки программирования читаются программой под названием интерпретатор и выполняются этой же программой. Интерпретируемые языки программирования могут работать на различных ОС, как и интерпретатор и, даже, не имеют длительного времени компиляции. Но программы написанные с помощью интерпретируемых языков, как правило, работают гораздо медленнее, чем эквивалентные, скомпилированные программы.

И наконец,так называемая, компиляция на лету (или JIT-компиляция). Такие языки быстро компилируются, в момент запуска программы. Программы, написанные на JIT-языках, как правило, не оптимизируются, тем самым ускоряется процесс компиляции и восстанавливается баланс между производительностью и кросплатформенностью.

Высокий или низкий уровни программирования

Низкоуровневые языки, в основном, работают непосредственно с оборудованием, и, следовательно, больше всего подходят для написания драйверов устройств. Драйвера — это программы которые управляют оборудованием и имеют непосредственный доступ к нему. Однако, программу, написанную на языке низкого уровня, как правило, трудно портировать на другие платформы. И поэтому для каждой ОС одно и тоже устройство поставляется с различными драйверами. Низкоуровневые языки программирования почти всегда компилируются.

В языках высокого уровня все внимание уделяется концепции языка. То есть такой язык программирования должен быть легок в понимании, например, представление данных в качестве массивов, строк, объектов и т. д. Язык высокого уровня обычно легче понять, чем язык низкого уровня. И, как правило, разработать программу на языке высокого уровня намного проще и быстрее, чем на языке низкого уровня. Как видите, разные уровни программирования предназначены для совершенно разных задач, и не стоит сравнивать функциональность разноуровневых языков, это бессмысленно.

Системы типов данных языков программирования

Для каждого языка программирования существует спецификация, которая определяет различные правила, которым должны следовать языки программирования. В некоторых языках нет типов данных, поэтому это к ним не относится. Однако, большинство языков (в том числе и C++) имеют типы данных, поэтому, эта информация будет вам полезна.

Сильная или слабая система типов данных

Слабая система ввода не ставит никаких ограничений, за этим должен следить программист. Говоря «слабая система данных» я подразумеваю, что язык с такой системой данных строго не регламентирует доступные приведения типов данных. Например, если в функцию умножения вместо числа передать строку или символ, нестроготипизированные языки программирования выполнят такой код, хотя и результат умножения теряет всякий смысл, так как строку на число умножать нельзя. Мало того, результат выполнения этого бессмысленного умножения будет непредсказуем. Если же язык программирования строго-типизированный, то на этапе компиляции, транслятор сообщит об ошибке и прекратит процесс построения проекта. Например,

// пример программы на С++ #include using namespace std; int main(){ char string = "example"; int number = 5; cout << string * number << endl; // умножаем строку на число }

В результате, компилятор сообщит об ошибке:

ошибка: invalid operands of types ‘char ’ and ‘int’ to binary ‘operator*’

То же самое попытаемся сделать в нестрого-типизированном языке программирования — php. Обратите внимание на то, что даже при объявлении переменных тип данных указывать не надо.

Результат выполнения этого кода будет равен нулю. Ошибки никакой не произойдет, хотя казалось бы, умножить строку на число нельзя. Но в языке php все можно. Компилятор языка php не сообщит об ошибке, скрипт сработает и даже выдаст результат, и, если у нас программа состоит из 1000 строк кода, то нам сложно будет найти эту ошибку. Это яркий пример языка программирования со «слабой системой типов данных», то есть, недопущение таких абсурдных операций возлагается полностью на плечи программиста.

Определённый или неопределённый тип данных

Это касается как компилируемых так и интерпретируемых языков. Многие языки требуют явного определения типа переменных, поэтому нет неопределённости, компилятор и интерпретатор чётко знают, что им делать. Некоторые языки программирования, не требуют явного определения типа переменных. Тип данных определяется автоматически, по содержимому переменной.

Статический или динамический тип данных

Если язык статически типизированный, то компилятор/интерпретатор делает проверку типа один раз перед процессом компиляции/интерпретации. Если тип данных динамический, то типы данных проверяются во время выполнения.

Безопасная или небезопасная система типов данных

Возможны ситуации, которые могут привести к непредсказуемому результату или ошибке. Безопасный язык будет вводить по возможности больше ограничений для того, чтобы такие ситуации не возникали. В то время как небезопасный язык всю ответственность возлагает на программиста.

Эти факторы могут характеризовать как один так и несколько языков программирования.

Поддерживаемые парадигмы в программировании

Парадигмы программирования представляют собой методологии или способы программирования, которые поддерживает язык программирования. Вот список основных парадигм:

Декларативная парадигма

Декларативный язык программирования будет уделять больше внимания цели, а не средствам достижения этой цели. Достаточно указать, чего необходимо достичь, какими средствами при этом пользоваться указывать не надо. Такая парадигма не допускает появления нежелательных побочных эффектов, которые могут возникнуть при написании собственного кода.

Функциональная парадигма

Функциональное программирование является подмножеством декларативного программирования, которое пытается решить проблемы с точки зрения математических уравнений и функций. Функциональное программирование рассматривает переменные и объекты как данные, которые не являются общими, в отличие от императивных языков.

Обобщённая парадигма

Обобщенное программирование сосредотачивается на написании алгоритмов в терминах типов данных, которые будут определены. То есть один и тот же алгоритм может работать с различными типами данных. Такой подход может быть очень мощным инструментом, но только в том случае, если хорошо реализован.

Императивная парадигма

Императивные языки позволяют программистам, дать компьютеру упорядоченный список инструкций, которые необходимы для выполнения задачи. Императивные языки программирования противопоставляются декларативным языкам программирования.

Структурная парадигма

Структурные языки программирования направлены на предоставление той или иной формы кода — иерархической структуры. Когда четко просматривается структура кода, то интуитивно становится понятен порядок, в котором выполняются операторы. Такие языки обычно осуждают «прыжки» из одной части кода в другую, например, всем нам известный, оператор goto который определён в языках C и C++.

Процедурная парадигма

Процедурный язык программирования относится к структурным языкам программирования, который поддерживает концепцию процедуры или подпрограммы.

Объектно-ориентированная парадигма

Объектно-ориентированное программирование (иногда сокращенно ООП) является подмножеством структурного программирования, который выражает программы в терминах «объектов». Такая парадигма позволяет коду быть повторно использованным, причём такой подход достаточно прост для понимания.

Стандартизация

Разве языки имеют официальный стандарт? Стандартизация — это очень важно для обеспечения бесконфликтного понимания программы, различными компиляторами/интерпретаторами. Некоторые языки стандартизованы Американским Национальным Институтом Стандартов (ANSI), другие — стандартизированы Международной Организацией по Стандартизации (ISO). Все языки программирования должны быть стандартизированы, иначе не удастся договариваться о том, что правильно, а что не правильно в синтаксисе.

Охарактеризуем язык программирования С++

Теперь, когда мы рассмотрели основные характеристики языков программирования, определим каким факторам удовлетворяет язык программирования C++.

С++ является ISO-стандартизированным языком программирования.

В течение некоторого времени, C++ не имел официального стандарта, однако с 1998 года, C++ был стандартизирован комитетом ISO.

С++ компилируемый язык.

C++ компилируется непосредственно в машинный код, что позволяет ему быть одним из самых быстрых в мире языков.

С++ является строго типизированным языком.

C++ подразумевает, что программист знает, что делает, и позволяет невероятное количество возможностей, ограниченных только лишь фантазией.

С++ поддерживает статические и динамические типы данных.

Таким образом, проверка типов данных может выполняться во время компиляции или во время выполнения. И это ещё раз доказывает гибкость С++.

С++ поддерживает множество парадигм.

C++ поддерживает процедурную, обобщённую, и объектно-ориентированную парадигмы программирования, и многие другие парадигмы.

С++ является портативным языком программирования.

В качестве одного из наиболее часто используемых языков в мире, и как открытый язык, C++ имеет широкий спектр компиляторов, которые работают на различных платформах. Код стандартной библиотеки C++ будет работать на многих платформах.

С++ является полностью совместимым с языком Си

В C++ можно использовать Cи библиотеки и они будут исправно работать.