Κεφ. 6 Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

550 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
550
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
57
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Κεφ. 6 Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

  1. 1. Κεφ. 6 Εισαγωγή στον Προγραμματισμό ΠεριεχόμεναΗ έννοια του προγράμματοςΙστορική αναδρομήΦυσικές και τεχνητές γλώσσεςΤεχνικές σχεδίασης προγραμμάτωνΑντικειμενοστραφής προγραμματισμόςΠρογραμματιστικά περιβάλλονταΙωάννου Γιαννάκης
  2. 2. &6.1 Η έννοια του προγράμματοςΗ επίλυση ενός προβλήματος με τον υπολογιστή περιλαμβάνει τρία στάδια: Τον ακριβή προσδιορισμό του προβλήματος Την ανάπτυξη του αντίστοιχου αλγορίθμου Την διατύπωση του αλγορίθμου σε κατανοητή μορφή από τον υπολογιστήΟ προγραμματισμός ασχολείται με το τρίτο στάδιο, τη δημιουργία του προγράμματος δηλαδή του συνόλου των εντολών που πρέπει να δοθούν ώστε να υλοποιηθεί ο αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος.
  3. 3. &6.1 Η έννοια του προγράμματος Ο προγραμματισμός είναι αυτός που δίνει την εντύπωση ότι, οι υπολογιστές είναι έξυπνες μηχανές που επιλύουν τα πολύπλοκα προβλήματα. Ο υπολογιστής είναι μία μηχανή που καταλαβαίνει μόνο δύο καταστάσεις, το μηδέν και το ένα, τα ψηφία του δυαδικού συστήματος. Ο υπολογιστής μπορεί απλά να αποθηκεύει στη μνήμη τις ακολουθίες των δυαδικών ψηφίων, να τις ανακτά, να κάνει στοιχειώδεις αριθμητικές πράξεις με αυτές και να τις συγκρίνει.
  4. 4. &6.2 Ιστορική αναδρομή Οι πρώτοι υπολογιστές ήταν τεράστιοι σε μέγεθος αλλά με πάρα πολύ περιορισμένες δυνατότητες και μικρές ταχύτητας επεξεργασίας. Εξελίχθηκαν σε πολύ μικρούς σε μέγεθος υπολογιστές με τεράστιες όμως δυνατότητες και ταχύτητες επεξεργασίας. Την ίδια αργή εξέλιξη ουσιαστικά έχουν και οι γλώσσες προγραμματισμού, οι οποίες αν και εξελίσσονται και συνεχώς εμπλουτίζονται με νέες δυνατότητες, τα χαρακτηριστικά τους και οι βασικές τους ιδιότητες ουσιαστικά παραμένουν τα ίδια.
  5. 5. &6.2.1 Γλώσσες μηχανής Αρχικά για να μπορέσει ο υπολογιστής να εκτελέσει μια οποιαδήποτε λειτουργία, έπρεπε να δοθούν κατευθείαν οι κατάλληλες ακολουθίες από 0 και 1, δηλαδή εντολές σε μορφή κατανοητή από τον υπολογιστή. Ελάχιστοι μπορούσαν να το κάνουν, αφού απαιτούσε βαθιά γνώση του υλικού και της αρχιτεκτονικής του υπολογιστή. Ο πρώτος υπολογιστής ο περίφημος ENIAC για να “προγραμματιστεί”, ώστε να εκτελέσει κάποιους υπολογισμούς, έπρεπε να αλλάξουν θέση εκατοντάδες διακόπτες και να ρυθμιστούν αντίστοιχα όλες οι καλωδιώσεις.
  6. 6. &6.2.2 Συμβολικές γλώσσες ή γλώσσες χαμηλού επιπέδου Από τα πρώτα χρόνια άρχισαν να γίνονται προσπάθειες για τη δημιουργία μίας συμβολικής γλώσσας, η οποία ενώ θα έχει έννοια για τον άνθρωπο, θα μετατρέπεται εσωτερικά από τους υπολογιστές στις αντίστοιχες ακολουθίες 0 και 1. Η χρήση των πρώτων αυτών συμβολικών γλωσσών, ήταν μια εξέλιξη από τις ακολουθίες δυαδικών στοιχείων. Ωστόσο παρέμεναν στενά συνδεδεμένες με την αρχιτεκτονική του κάθε υπολογιστή. Επίσης δεν διέθεταν εντολές πιο σύνθετων λειτουργιών οδηγώντας έτσι σε μακροσκελή προγράμματα, που ήταν δύσκολο να γραφούν και κύρια να συντηρηθούν. Οι γλώσσες αυτές ονομάζονται συμβολικές ή γλώσσες χαμηλού επιπέδου, αφού εξαρτώνται από την αρχιτεκτονική του υπολογιστή.
  7. 7. &6.2.2 Συμβολικές γλώσσες ή γλώσσες χαμηλού επιπέδουΈνα πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής, σε συμβολική γλώσσα και σε γλώσσα υψηλού επιπέδου για τον υπολογισμό του αθροίσματος των αριθμών 0 και 1.
  8. 8. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδουΟι παραπάνω ανεπάρκειες των συμβολικών γλωσσών και η προσπάθεια για καλύτερη επικοινωνία ανθρώπου – μηχανής, οδήγησαν στα τέλη της δεκαετίας του 50 στην εμφάνιση των πρώτων γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου.
  9. 9. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδουΤο 1957 η IBM ανάπτυξε την πρώτη γλώσσα υψηλού επιπέδου τη FORTRAN. Το όνομα FORTRAN προέρχεται από τις λέξεις FORmula TRANslation, που σημαίνουν μετάφραση τύπων. Η FORTRAN αναπτύχθηκε ως γλώσσα κατάλληλη για την επίλυση μαθηματικών και επιστημονικών προβλημάτων
  10. 10. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδουΤο 1957 η IBM ανάπτυξε την πρώτη γλώσσα υψηλού επιπέδου τη FORTRAN. Το όνομα FORTRAN προέρχεται από τις λέξεις FORmula TRANslation, που σημαίνουν μετάφραση τύπων. Η FORTRAN αναπτύχθηκε ως γλώσσα κατάλληλη για την επίλυση μαθηματικών και επιστημονικών προβλημάτων. Το ίδιο πρόγραμμα FORTRAN μπορεί να εκτελεστεί σε οποιοδήποτε άλλο υπολογιστή, αρκεί να υπάρχει ο αντίστοιχος μεταγλωττιστής για αυτόν τον υπολογιστή.Η γλώσσα FORTRAN μετά από πολλές αλλαγές, προσθήκες και βελτιώσεις χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα για επιστημονικές εφαρμογές.
  11. 11. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Το 1960 αναπτύχθηκε μη γλώσσα COBOL. Η COBOL είναι κατάλληλη για ανάπτυξη εμπορικών εφαρμογών, και γενικότερα διαχειριστικών εφαρμογών, τομέας όπου η FORTRAN υστερούσε.
  12. 12. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδουΜια από τις σημαντικότερες γλώσσα προγραμματισμού με ελάχιστη πρακτική εφαρμογή αλλά που επηρέασε ιδιαίτερα τον προγραμματισμό και τις επόμενες γλώσσες, είναι η ALGOL (ALGOrithmic Language).Αναπτύχθηκε από Ευρωπαίους επιστήμονες, αρχικά το 1960, με σκοπό τη δημιουργία γενικής φύσης προγραμμάτων που να μη συνδέονται με συγκεκριμένες εφαρμογές.Στα μέσα της δεκαετίας του 60 αναπτύχθηκε η γλώσσα PL/1 (Programming Language / 1) που προσπάθησε, χωρίς επιτυχία να καλύψει όλους τους τομείς του προγραμματισμού, επιστημονικούς και εμπορικούς, αντικαθιστώντας τόσο τη FORTRAN όσο και την COBOL.Στο χώρο της Τεχνητής Νοημοσύνης αναπτύχθηκαν δύο γλώσσες αρκετά διαφορετικές από όλες τις άλλες. Στα μέσα του 60 αναπτύχθηκε στο ΜΙΤ η LISP (LISt Processor), γλώσσα η οποία προσανατολίζεται σε χειρισμό λιστών από σύμβολα και η PROLOG (PROgramming LOGic) στις αρχές του 70.
  13. 13. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Γλώσσα BasicΔύο σημαντικότατες γλώσσες γενικού σκοπού, οι οποίες αναπτύχθηκαν τη δεκαετία του 60 αλλά χρησιμοποιούνται πάρα πολύ στις ημέρες μας, είναι η BASIC και η PASCAL.Η γλώσσα προγραμματισμού BASIC αρχικά αναπτύχθηκε ως γλώσσα για την εκπαίδευση αρχαρίων στον προγραμματισμό. Σχεδιάστηκε για να γράφονται σύντομα προγράμματα, τα οποία εκτελούνται με τη βοήθεια διερμηνευτή (interpreter). Η ανάπτυξη όμως των μικροϋπολογιστών και οι συνεχείς εκδόσεις της γλώσσας βοήθησαν στην εξάπλωσή της, τόσο ώστε να γίνει ίσως η δημοφιλέστερη γλώσσα στους προσωπικούς υπολογιστές.
  14. 14. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Γλώσσα PascalΗ γλώσσα PASCAL έφερε μεγάλες αλλαγές στον προγραμματισμό. Παρουσιάστηκε το 1970 και στηρίχτηκε πάνω στην ALGOL . Είναι μία γλώσσα γενικής χρήσης, η οποία είναι κατάλληλη τόσο για την εκπαίδευση όσο και τη δημιουργία ισχυρών προγραμμάτων κάθε τύπου.Χαρακτηριστικό της γλώσσας είναι η η καταλληλότητα για τη δημιουργία δομημένων προγραμμάτων.Η PASCAL γνώρισε και συνεχίζει να γνωρίζει τεράστια εξάπλωση ειδικά στο χώρο των μικροϋπολογιστών και αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη άλλων ισχυρότερων γλωσσών όπως η ADA και η Modula- 2.
  15. 15. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Τεχνική Δομημένου ΠρογραμματισμούΣτα μέσα του 1960 παρουσιάστηκε για πρώτη φορά μία τεχνική σχεδίασης προγραμμάτων που έμελλε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο ανάπτυξης προγραμμάτων καθώς και τις ίδιες τις γλώσσες προγραμματισμού. Η τεχνική του δομημένου προγραμματισμού η οποία εξασφαλίζει τη δημιουργία προγραμμάτων απλών στη συγγραφή και την κατανόηση και εύκολων στη διόρθωση.Ο δομημένος προγραμματισμός και τα χαρακτηριστικά του θα παρουσιαστούν εκτενώς σε επόμενη παράγραφο.
  16. 16. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Γλώσσα CΜία ακόμη γλώσσα που γνώρισε μεγάλη διάδοση είναι η γλώσσα C. Η C αναπτύχθηκε στα εργαστήρια της εταιρείας BELL και χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του λειτουργικού συστήματος Unix. Είναι μία γλώσσα με ισχυρά χαρακτηριστικά, μερικά από αυτά κοινά με την Pascal, κατάλληλη για ανάπτυξη δομημένων εφαρμογών αλλά και με πολλές δυνατότητες γλώσσας χαμηλού επιπέδου.Η C εξελίχτηκε στη γλώσσα C++, η οποία είναι αντικειμενοστραφής.
  17. 17. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου JavaΤα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται ιδιαίτερα, ειδικά για προγραμματισμό στο Διαδίκτυο, η JAVA.H JAVA είναι μία αντικειμενοστραφής γλώσσα που αναπτύχθηκε από την εταιρεία SUN με σκοπό την ανάπτυξη εφαρμογών, που θα εκτελούνται σε διαφορετικούς υπολογιστές οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι στο Διαδίκτυο.Τα προγράμματα αυτά μπορούν να εκτελούνται από διαφορετικούς υπολογιστές, προσωπικούς ή μεγάλα συστήματα με διαφορετικά λειτουργικά συστήματα χωρίς αλλαγές.
  18. 18. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου Οπτικός ΠρογραμματισμόςΜε τον όρο οπτικό εννοούμε τη δυνατότητα να δημιουργούμε γραφικά περιβάλλοντα της εφαρμογής για παράδειγμα τα πλαίσια διαλόγου ή το μενού.Με τον όρο οδηγούμενο από το γεγονός προγραμματισμό εννοούμε τη δυνατότητα να ενεργοποιούνται λειτουργίες του προγράμματος με την εκτέλεση ενός γεγονότος, για παράδειγμα την επιλογή μίας εντολής από ένα μενού ή το κλικ του ποντικιού.Οι πιο διαδεδομένες γλώσσες προγραμματισμού σε γραφικό περιβάλλον για προσωπικούς υπολογιστές είναι η Visual Basic, η Visual C++ και η Java.
  19. 19. &6.2.3 Γλώσσες υψηλού επιπέδου
  20. 20. &6.7 Προγραμματιστικά ΠεριβάλλονταΚάθε πρόγραμμα που γράφτηκε σε οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού, πρέπει να μετατραπεί σε μορφή αναγνωρίσιμη και εκτελέσιμη από τον υπολογιστή, δηλαδή σε γλώσσα μηχανής.Η μετατροπή αυτή γίνεται με τη χρήση ειδικών μεταφραστικών προγραμμάτων.Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες τέτοιων προγραμμάτων, οι μεταγλωττιστές (compilers) και οι διερμηνευτές (interpreters).
  21. 21. &6.7 Προγραμματιστικά Περιβάλλοντα Μεταγλωττιστές (Compilers)Ο μεταγλωττιστής δέχεται στην είσοδο ένα πρόγραμμα γραμμένο σε γλώσσα υψηλού επιπέδου και παράγει ένα ισοδύναμο πρόγραμμα σε γλώσσα μηχανής, το οποίο μπορεί να εκτελείται οποτεδήποτε από τον υπολογιστή και είναι τελείως ανεξάρτητο από το αρχικό πρόγραμμα.Το αρχικό πρόγραμμα λέγεται πηγαίο (source) πρόγραμμα, ενώ το πρόγραμμα που παράγεται από το μεταγλωττιστή λέγεται αντικείμενο (object) πρόγραμμα.
  22. 22. &6.7 Προγραμματιστικά ΠεριβάλλονταΤο αντικείμενο πρόγραμμα είναι μεν σε μορφή κατανοητή από τον υπολογιστή, αλλά συνήθως δεν είναι σε θέση να εκτελεστεί. Χρειάζεται να συμπληρωθεί και να συνδεθεί με άλλα τμήματα προγράμματος απαραίτητα για την εκτέλεση του, τμήματα που είτε τα γράφει ο προγραμματιστής είτε βρίσκονται σε βιβλιοθήκες (libraries) της γλώσσας. Το πρόγραμμα που επιτρέπει αυτή τη σύνδεση ονομάζεται συνδέτης – φορτωτής (linker - loader). Το αποτέλεσμα του συνδέτη είναι η παραγωγή του εκτελέσιμου προγράμματος (executable), το οποίο είναι το τελικό πρόγραμμα που εκτελείται από τον υπολογιστή.
  23. 23. &6.7 Προγραμματιστικά ΠεριβάλλονταΟ διερμηνευτής διαβάζει μία προς μία τις εντολές του αρχικού προγράμματος και για κάθε μια εκτελεί αμέσως μια ισοδύναμη ακολουθία εντολών μηχανής.
  24. 24. &6.7 Προγραμματιστικά Περιβάλλοντα Λάθη προγράμματος Η δημιουργία του εκτελέσιμου προγράμματος γίνεται μόνο στην περίπτωση, που το αρχικό πρόγραμμα δεν περιέχει λάθη. Τις περισσότερες φορές κάθε πρόγραμμα αρχικά θα έχει λάθη. Τα λάθη του προγράμματος είναι γενικά δύο ειδών, λογικά και συντακτικά. Τα λογικά λάθη εμφανίζονται μόνο στην εκτέλεση, ενώ τα συντακτικά λάθη στο στάδιο της μεταγλώττισης. Τα λογικά λάθη που είναι τα πλέον σοβαρά και δύσκολα στη διόρθωση τους, οφείλονται σε σφάλματα κατά την υλοποίηση του αλγορίθμου. Τα συντακτικά οφείλονται σε αναγραμματισμούς ονομάτων εντολών, παράληψη δήλωσης δεδομένων και πρέπει πάντα να διορθωθούν, ώστε να παραχθεί το τελικό εκτελέσιμο πρόγραμμα.
  25. 25. &6.7 Προγραμματιστικά Περιβάλλοντα Συντάκτης (editor) Για την αρχική σύνταξη των προγραμμάτων και τη διόρθωσή τους στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένα ειδικό πρόγραμμα που ονομάζεται συντάκτης (editor). Ο συντάκτης είναι ουσιαστικά ένας μικρός επεξεργαστής κειμένου, με δυνατότητες όμως που διευκολύνουν τη γρήγορη γραφή των εντολών των προγραμμάτων .
  26. 26. &6.7 Προγραμματιστικά ΠεριβάλλονταΓια τη δημιουργία, τη μετάφραση και την εκτέλεση ενός προγράμματος απαιτούνται τουλάχιστον τρία προγράμματα: – ο συντάκτης (editor) – ο μεταγλωττιστής (compiler) – ο συνδέτης (linker) Τα σύγχρονα προγραμματιστικά περιβάλλοντα παρέχουν αυτά τα προγράμματα με ενιαίο τρόπο.

×