Системы программирования

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

1. Текстовый редактор. Так как текст программы записывается с помощью ключевых слов, обычно происходящих от слов английского языка, и набора стандартных символов для записи всевозможных операций, то формировать этот текст можно в любом редакторе, получая в итоге текстовый файл с исходным текстом программы. Лучше использовать специализированные редакторы, которые ориентированы на конкретный язык программирования и позволяют в процессе ввода текста выделять ключевые слова и идентификаторы разными цветами и шрифтами. Подобные редакторы созданы для всех популярных языков и дополнительно могут автоматически проверять правильность синтаксиса непосредственно во время ввода.

2. Исходный текст с помощью программы-транслятора переводится с языка программирования на машинный язык реальной ЭВМ. Одной из разновидностей программы-транслятора является компилятор, обеспечивающий перевод программы с языка высокого уровня (приближенного к человеку) на язык более низкого уровня (близкий ЭВМ), или на машиннозависимый язык. Программа, подающаяся на вход транслятора, называется исходной, а результат трансляции – объектной программой. (двоичный файл, стандартное расширение .OBJ).

Диаметрально противоположными характеристиками обладает альтернативное средство реализации языка – интерпретатор. Интерпретатор представляет собой программный продукт, выполняющий предъявленную программу путем одновременного ее анализа и реализации предписанных ею действий. При использовании интерпретатора отсутствует разделение на две стадии (перевод и выполнение).

3. Исходный текст большой программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами), потому что хранить все тексты в одном файле неудобно – в них сложно ориентироваться. Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, который затем надо объединить в одно целое.

Кроме того, к ним надо добавить машинный код подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например, вычисляющих математические функции sin или ln). Такие функции содержатся в библиотеках, которые поставляются вместе с компилятором.

Библиотеки подпрограмм составляют существенную часть систем программирования. Наряду с дружественностью пользовательского интерфейса состав доступных библиотек подпрограмм во многом определяет возможности системы программирования и ее позиции на рыке средств разработки программного обеспечения.

В состав системы программирования может входить большое количество разнообразных библиотек. Среди них можно выделить основную библиотеку, содержащую обязательные функции входного языка программирования. Эта библиотека всегда используется компилятором, поскольку без нее разработка программ на данном входном языке невозможна. Все остальные библиотеки необязательны и подключаются к результирующей программе только по прямому указанию разработчика.

Принципиально новые возможности предоставили только современные ОС, которые позволили подключать к результирующим программам не статические, а динамические библиотеки. Динамические библиотеки в отличие от традиционных (статических) библиотек подключаются к программе не в момент ее компоновки, а непосредственно в ходе ее выполнения, как только программа затребовала ту или иную функцию, находящуюся в библиотеке. Преимущества таких библиотек очевидны – они не требуют включать в программу объектный код часто используемых функций, чем существенно сокращают объем кода.

Сгенерированный код модулей и подключенные к нему стандартные функции надо не просто объединить в одно целое, а выполнить такое объединение с учетом требований операционной системы, то есть получить на выходе программу, отвечающую определенному формату. 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 один из объектных модулей или нужная библиотека не обнаружены (например, неправильно указан каталог с библиотекой), то сборщик сообщает об ошибке, и готовой программы не получается.

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.

Системой программирования называется весь комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования и отладки программного обеспечения. Системы программирования в современном мире доминируют на рынке средств разработки. Практически все фирмы-разработчики компиляторов поставляют свои продукты в составе соответствующей системы программирования в комплексе всех прочих технических средств. Отдельные компиляторы являются редкостью и, как правило, служит только узко специализированным целям.

Интегрированная система программирования включает в себя специализированный текстовый редактор. Почти все этапы создания программы в ней автоматизированы: после того как исходный текст введен, его компиляция и сборка выполняется одним нажатием клавиши. Это очень удобно, так как не требует ручной настройки множества параметров запуска компилятора и редактора связей, указывая им нужные файлы вручную и т.д. Процесс компиляции обычно демонстрируется на экране: показывается, сколько строк исходно7го текста откомпилировано, или выдаются сообщения о найденных ошибках.

Еще одним модулем системы программирования, функции которого тесно связаны с выполнением программы, является отладчик. Отладчик – это программный модуль, который позволяет выполнить основные задачи, связанные с мониторингом процесса выполнения результирующей прикладной программы. Этот процесс называется отладкой и включает в себя следующие возможности:

· последовательное пошаговое выполнение результирующей программы на основе шагов по машинным командам или по оператором входного языка;

· просмотр содержимого областей памяти, занятых командами или данными результирующей программы и др.

Отладчики в современных системах программирования представляют собой модули с развитым интерфейсом пользователя, работающие непосредственно с текстом и модулями исходной программы. Многие их функции интегрированы с функциями текстовых редакторов исходных текстов, входящих в состав систем программирования.

Для популярных языков программирования на IBM PC существует множество систем программирования. В качестве примеров таких систем программирования можно назвать Turbo C, Turbo C++, Turbo Pascal, Microsoft C, Microsoft Basic.

Среди программистов, пишущих программы для персональных компьютеров, наибольшей популярностью пользуются языки СИ, СИ++, Паскаль и Бейсик. Приведем краткие сведения об этих языках.

Язык СИ был разработан в 1972 г. Денисом Ричи для использования весьма ныне популярной операционной системы Unix. СИ соединяет свойства языка высокого уровня с возможностью эффективного использования ресурсов компьютера, которое обычно обеспечивается только при программировании на языке Ассемблера. СИ не очень прост в обучении и требует тщательности в программировании, но позволяет писать сложные и весьма высокоэффективные программы. Бьярном Страустрапом был разработан язык СИ++ - расширение языка СИ, реализующее популярные в последнее время концепции объектно-ориентированного программирования и облегчающее создание сложных программ.

Язык Паскаль был разработан в 1970 г Николаусом Виртом как язык для обучения студентов программированию. Паскаль позволяет писать программы, легко читаемые даже новичками, и содержит в себе все элементы, необходимые для соблюдения хорошего строгого стиля программирования (называемого структурным программированием), упрощающего разработку сложных программ. Это обусловило большую популярность паскаля. В своем первоначальном виде Паскаль имел довольно ограниченные возможности, так как был предназначен для учебных целей, но при разработке реализации Паскаля на компьютерах в него были внесены дополнения, делающие его более пригодным для практического использования. Системы программирования на Паскале для IBM PC также реализуют расширенные варианты этого языка.

Язык Бейсик был создан в 1964 г Томасом Куртом и Джоном Кемени как язык для начинающих, облегчающий написание простых программ. Существуют сотни различных версий бейсика, которые не полностью (а иногда и мало) совместимы друг с другом. Бейсик очень распространен на микрокомпьютерах, он легок в обучении, но мало подходит для написания больших и сложных программ. На IBM PC широко используются Quick Basic фирмы Microsoft и Turbo Basic фирмы Borland.

Кардинально облегчило жизнь программистов появление визуального программирвоания, возникшего в Visual Basic и нашедшего блестящее воплощение в Delphi и C++Builder фирмы Borland. Визуальное программирование позволило свести проектирование пользовательского интерфейса к простым и наглядным процедурам, которые дают возможность за минуты или часы сделать то, на что ранее уходили месяцы работы.

Интегрированная среда разработки представляет программисту формы, на которых размещаются компоненты. Обычно это оконная форма, хотя могут быть и невидимые формы. На форму с помощью мыши переносятся и размещаются пиктограммы компонентов, имеющихся в библиотеках системы программирования. С помощью простых манипуляций программист может изменять размеры и расположение этих компонентов. При этом результаты проектирования видны на экране даже без компиляции программы, немедленно после выполнения какой-то операции с помощью мыши.

Самое главное достоинство визуального программирования заключается в том, что во время проектирования формы и размещения на ней компонентов автоматически формируются коды программы. В программу включаются соответствующие фрагменты, описывающие данный компонент. А затем в соответствующих диалоговых окнах программист может изменить заданные по умолчанию значения каких-то свойств этих компонентов и, при необходимости, написать обработчики этих событий. То есть проектирование сводится, фактически, к размещению, при необходимости, обработчиков событий.

Благодаря визуальному объектно-ориентированному программированию была создана технология, получившая название быстрая разработка приложений – RAD. Эта технология характерна для нового поколения систем программирования.

Сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами и ориентированных на различные модели ПК и операционные системы. Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows:

Basic: Microsoft Visual Basic;

Pascal: Borland Delphi;

C++: Borland C++Builder.