マトリョーシカ C. 階層型プログラム言語体系

メンデレーエフの周期表 (1869 年) なしで化学を想像してみましょう。 どれだけの要素を念頭に置く必要があるか、また順序は関係ありません... (当時 - 60)

これを行うには、一度に XNUMX つまたは複数のプログラミング言語について考えるだけです。 同じ感情、同じ創造的なカオス。

そして今、私たちは XNUMX 世紀の化学者たちが自分のすべての知識とそれ以上の知識を XNUMX つの周期表に提供されたときの感情を追体験することができます。

著書『マトリョーシカ C. プログラム言語の階層構造』では、C言語の全単元が一目でわかります。 これにより、情報を整理し、古い情報を修正し、プログラムのコンセプト自体を明確にすることさえできます。

今日、プログラミング情報は、150 年前の化学元素よりもさらに体系化する必要があります。

まず必要なのは教えることです。 メンデレーエフは、O、H、N、He、Au のどの元素で講義を開始するかという問題に直面したとき、自分のシステムを作成し始めました。同時に、彼にとっては、最も優れた学生に化学を教えた方が簡単でした。サンクトペテルブルク大学。 そしてプログラミングはすでに学校で教えられており、まもなく幼稚園でも始まる予定です。

1911 番目の必要性は科学的アプローチです。 周期表の助けを借りて、新しい元素が発見され、古い元素に関する情報が修正されました。 彼女は原子のモデルの作成に協力しました (XNUMX 年)。 等々。

XNUMXつ目は、プログラムのコンセプトを明確にすることです。

現代のプログラミングは、片足が 50 世紀の XNUMX 年代に止まっています。 当時、プログラムは単純でしたが、機械や機械語は複雑で、すべてが機械と言語を中心に回っていました。

今ではすべてが逆です。プログラムは複雑で主要なものであり、言語は単純で二次的なものです。 これは応用アプローチと呼ばれるもので、誰もがよく知っていると思われます。 しかし、学生や開発者は、すべてが同じであると信じ続けています。

ここで私たちは、プリヴァトドーゼント・メンデレーエフの最初の講義に戻ります。 新入生に何を伝えるべきですか？ 真実はどこにあるのでしょうか？ それが質問です。

『マトリョーシカ C』という本は、この質問に対する答えを提供します。 プログラム言語の階層化システム」。 さらに、真実を求めて世界観を変えなければならないのは彼ら、つまり私たちであるため、この本は学生だけでなく訓練を受けたプログラマーにも向けられています。

以下は本書の要約です。

1.はじめに

1969 年に C 言語が作成され、基本的なプログラミング言語となり、50 年間そのままです。 なぜそうなるのでしょうか? まず、C であるため、 適用 プログラムを提供した言語 人道的 代わりに見る 機械。 この成果は、C ファミリーの言語 (C++、JavaScript、PHP、Java、C# など) によって確保されました。 第二に、短くて美しい言語です。

ただし、C 言語自体は通常、マシン アセンブラと混合されるため、その認識が複雑になり、歪められます。 もう XNUMX つの極端な方法は、言語に特定の「哲学」を課すことです。手続き型、オブジェクト、関数型、コンパイル型、解釈型、型付けなどです。 これは感情を加えますが、言語をより適切に説明するのには役立ちません。

真実はその中間にあり、C 言語の場合、それは厳密に哲学と機械の認識の中間にあります。

C 言語は独立した言語ではなく、通常の書き言葉に従いますが、同時にアセンブリ言語自体を制御します。 この立場は次のことを説明します プログラムの音声モデルそれに応じて、プログラムは音声、コード、コマンドの XNUMX つの下位タイプに分類されます。 C 言語は XNUMX 番目のコード タイプを担当します。

プログラム内での言語の位置を決定したら、その言語に関する情報を整理することができます。 階層型プログラム言語体系、周期システムの精神に基づいた C 言語を XNUMX ページで表現します。

を考慮してシステムが構築されています 応用言語のコミュニティ、彼らの言論の従属から生じます。 Matryoshka C ユニットの XNUMX セットを使用すると、さまざまな言語を記述および比較して、C++、PHP、JavaScript、C#、MySQL、Python などの一連の Matryoshka を作成できます。 さまざまな言語が基本言語の単位で記述されることは価値があり、正しいことです。

2. 第 1 章. プログラムの音声モデル。 クリアC

最初の章で紹介するのは、 プログラムの音声モデル、応用的なアプローチを反映しています。 彼によると、このプログラムには XNUMX つの明らかなシーケンシャル タイプがあります。

1. スピーチ - 問題を解決するプログラマーの直接のスピーチ、
2. コード化 - C 言語 (またはその他) で解を数学形式にエンコードします。
3. コマンド - 直接マシンコマンド。

音声モデルは、C がシンプルで理解しやすい言語である理由を説明します。 Xi は、私たちによく知られている人間の音声のイメージと類似性の中に構築されています。

XNUMX つ目のタイプのプログラムは、プログラマーの直接のスピーチです。 音声は人間の思考に対応します。 初心者のプログラマーは音声を使用してプログラムを作成します。最初はロシア語で、次にアクションを段階的にコード言語に変換します。 そして、まさにこのモデルに基づいて C 言語が作成されました。

音声で表現されたプログラマーの結論は、コード化された数値形式に変換されます。 この変換は次のように呼ぶ必要があります 反射、音声とコードは同じ性質（反射 - 誕生 - 性別）を持っているためです。 これは、プログラムの音声 (左側) とコード (右側) のタイプを比較すると明らかです。

反射が XNUMX 種類の表現だけで非常に簡単に行われるのは興味深いことです。

しかし、C 言語の最新の説明 (1978 年以降) には、言語全般を説明するため、または特にリフレクション タスクについて説明するための十分な名前のリストが含まれていません。 したがって、私たちは創造力を発揮してこれらの名前を紹介する必要があります。

言葉の選択は正確かつ明確でなければなりません。 これには特別なアプローチが必要でした。簡単に表現すると、母国語の厳密な使用です。 イギリス人にとっては英語でしょうが、私たちはイギリス人ではありません。 それで、私たちは持っているものを使ってロシア語を話してみましょう。

リフレクションは XNUMX 種類の式によって実行されます。

1. 計算 (HF) - オブジェクトのプロパティの変化を反映します。 オブジェクトのプロパティは数値で表現され、プロパティに対するアクションは数値に対するアクション、つまり操作になります。
2. 従属 (Pch) - アクションの順序の変更を反映します。 Pch の原型は複合音声文であるため、ほとんどのタイプの Pch は従属接続詞「if」、「otherwise」、「while」、「for」で始まります。 他の種類の PC がそれらを補完します。

ところで、C言​​語の記述では計算式に名前がなく、単に「式」と呼ばれているだけだということが信じられますか？ この後は、従属の種類に対する名前や関連付けが存在しないこと、そして実際、一般に名前、定義、一般化が不足していることは、もはや驚くべきことではなくなります。 これは、有名な K/R (「The C Language」、Kernighan/Ritchie、1978 年) が説明ではなく、言語の使用に関するガイドだからです。

ただし、言語の説明が必要です。 したがって、彼は提供されます 階層型プログラム言語体系.

3. 第 2 章 レイヤーシステム。 ブリーフC

説明は正確かつ非常に簡潔でなければなりません。 プログラム言語の場合、正面からの記述は難しい。

ここにプログラムがあります。 モジュールで構成されています。 モジュールはサブルーチンとコレクション (構造) で構成されます。 サブルーチンは、宣言、計算、従属などの個々の式で構成されます。 従属にはXNUMX種類もの種類があります。 従属はサブレベルとサブルーチンを接続します。 広告もいくつかあります。 ただし、宣言はサブルーチンやサブレベルだけでなく、モジュールやコレクションにも含まれます。 そして、ほとんどの表現は説明するのが非常に難しい単語で構成されているため、通常は元の単語と派生単語の XNUMX つのリストに単純に記載されており、言語の学習と使用を通じて慣れることになります。 これに句読点やその他の表現を追加してみましょう。

このようなプレゼンテーションでは、誰が誰の立場に立ったのかを理解するのは簡単ではありません。

言語を記述するための直接的な階層的アプローチは非常に複雑になります。 回りくどい検索を行うと、言語の音声の性質と命令面に基づいた言語の説明が得られます。 このようにして、メンデレーエフの周期システムと部分的に一致して、層システムが誕生しました。 プライ。 出版（42 年）から 1869 年後に判明したように、このシステムの周期性は電子的なものと関連しています。 レイヤー (1911 年、原子のボーア・ラザフォード模型)。 また、Layered システムと Periodic システムは、すべてのユニットが XNUMX ページに表形式で配置されているという点で似ています。

言語単位の説明は簡潔で、表現が 10 種類、その他の単位が 8 種類のみで、意味があり視覚的にもわかります。 初対面にしては珍しいですが。

言語単元は 6 つのレベルに分かれています。

1. 単位 - テーブルの行
2. 部門 - 属の特別なグループ (最初の行の一部)
3. 属 - 細胞 (分裂の主要なレベル)
4. 超種 - 種の区切り文字 (レアレベル)
5. タイプ - セルの下部または個別の単位式
6. パターン - 単位自体 (単語のみ)

サンプル単語の説明 辞書 - 同じ XNUMX つのレベルで構成される別個のサブシステム。

C 言語の音声コンポーネントは非常に明白ですが、それでも説明する価値があります。 しかし、言語のコマンド部分はコンパイル制御に正確に関連しており、その際に XNUMX 番目のタイプのプログラムであるコマンドが作成されます。 ここで、C 言語の最もエキサイティングな側面、つまり美しさについて説明します。

4. 以下の章。 ハンサムなシ

C 言語は現代のプログラミングの基礎です。 なぜ？ まず第一に、スピーチへの最大の対応によるものです。 第二に、マシン番号処理の制限を見事に回避したからです。

習氏は具体的に何を提案したのでしょうか？ 画像とレイヤー。

「イメージ」という言葉は、ギリシャ語の「プロトタイプ」-「タイプ」に由来する英語の「タイプ」という言葉の翻訳です。 ロシア語では、「タイプ」という言葉は表現されている概念の基礎を伝えておらず、さらに補助的な意味の「タイプ」と混同されています。

当初、このイメージは純粋に機械計算の問題を解決していましたが、その後、オブジェクト言語誕生の滑走路となりました。

このレイヤーは、マシンの問題と応用の問題の両方で、すぐにいくつかの問題を解決しました。 したがって、検討はシングルタスクのイメージから始まり、マルチタスク層に進みます。

歴史的プログラミングの不快な特徴の XNUMX つは、基本的な概念を含むほとんどの概念が定義なしで与えられていることです。 「プログラミング言語（川の名前）には整数型と浮動小数点型があります...」そして彼らはさらに引っ掻きました。 「タイプ」（画像）が何であるかを定義する必要はありません。著者自身がこれを完全に理解しておらず、「明確にするために」それを隠しているからです。 壁に固定すると、曖昧で役に立たない定義になってしまいます。 外来語の後ろに隠すのは非常に役立ちます。ロシア人の作家の場合は英語 (タイプ) の後ろ、イギリス人の場合はフランス語 (サブルーチン)、ギリシャ語 (ポリモーフィズム)、ラテン語 (カプセル化)、またはそれらの組み合わせ (アドホック ポリモーフィズム) の後ろにあります。

しかし、これは私たちの運命ではありません。 私たちが選択したのは、純粋なロシア語でバイザーを上げた定義です。

イメージ

イメージ は量の固有の名前であり、1) 量の固有の特性、および 2) 量に対する操作の選択を定義します。

「タイプ」（タイプ）という言葉は、定義の最初の部分「量の固有の特性」に対応します。 しかし、この画像の主な意味は XNUMX 番目の部分にあります。「量に対する演算の選択」です。

C に画像を導入するための開始点は、加算演算などの通常の計算です。

紙 数学では、手書きで書かれたものであれ、印刷されたものであれ、通常、数値が実数であると仮定して、数値の種類をあまり区別しません。 したがって、それらの処理操作は明確です。

マシン 数学では数値を整数と分数に厳密に分けます。 異なる種類の数値は、異なる方法でメモリに保存され、異なるプロセッサ命令によって処理されます。 たとえば、整数と分数を加算する命令は、XNUMX つの異なるプロセッサ ノードに対応する XNUMX つの異なる命令です。 ただし、整数と小数の引数を追加するコマンドはありません。

適用済み 数学、つまり C 言語は数値の種類を分離しますが、演算は組み合わせます。整数や分数の加算は XNUMX つのアクション記号で記述されます。

コンセプト イメージを明確に定義すると、他の XNUMX つのコンセプトについて明確に話すことができます。 値 и 操作.

大きさと動作

値 — 処理されている番号。

操作 — 初期値（引数）の値を処理して、最終的な数値（合計）を取得します。

大きさと動作は相互に関係しています。 それぞれの操作は数値的な結果をもたらすため、量となります。 そして、各値はプロセッサ レジスタとの間で値を転送した結果、つまり演算の結果です。 この関係にもかかわらず、重要なことは、辞書の異なるセクションで 3 つの単語が繰り返されるにもかかわらず、それらを別々に記述できる可能性であり、これが MAXNUMX で起こっていることです。

機械的なアプローチでは、プログラマーが使用するすべての数値を次のように分割しました。 チーム и データ。 以前は、両方とも数値でした。たとえば、コマンドは数値コードで記述されていました。 しかし、応用言語では、コマンドは数字ではなくなり、 言葉で и 行動の兆候。 数値としては「データ」だけが残りますが、そのように呼び続けるのは不合理です。なぜなら、機械から数学の観点への移行において、数値は元の数値で割られた量だからです（データ) と最後の (必須）。 「不明なデータ」というのは愚かに聞こえるでしょう。

また、チームは数学的アクションとサービス アクションの XNUMX つのタイプに分けられました。 数学的アクション - 演算。 公式の内容については後ほど説明します。

C 言語では、通常の紙と機械の明確な数学的演算、つまり単一の数学的演算が、ほぼ例外なく複数になります。

複数の操作とは、異なるタイプの引数と、意味が類似した異なるアクションを持つ、同じ名前の複数の操作です。

整数引数は演算全体に対応し、小数引数は小数演算に対応します。 この違いは、式 1/2 の合計が 0 ではなく 0,5 になる除算演算中に特に顕著です。 このような表記法は紙の数学の規則に対応していませんが、C 言語は (Fortran とは異なり) 規則に従おうとはしません。独自の規則に従って動作します。 適用済み ルール。

整数と分数が混在する場合、正しいもののみが含まれます 引数の値をキャストする — ある画像から別の画像への値の選択的変換。 確かに、整数と小数を足すと結果は小数になるので、演算のイメージは 取る 整数の引数を小数値に変換する操作。

いくつかの操作が残っています 複数と 独身。 このような演算は、3 つのタイプの引数、つまり除算剰余 - 整数引数、スタッキング (ビットごとの演算) - 自然整数に対してのみ定義されます。 MaXNUMX は、演算が定義されている画像を示す記号 (#^) で演算の多重度を示します。 これは重要ですが、これまであらゆる操作で見落とされてきた特性です。

すべての関数は任意の単位操作です。 例外は演算子です - 括弧以外の関数、言語に組み込まれています (独自の操作)。

宣伝

宣伝 - 操作に伴うアクション。

操作を主なアクションと考えると、操作を提供し、それとは異なる 1 つの付随するものを区別できます。 それは、2) 変動制御と XNUMX) 従属です。 このアクションはと呼ばれます 援助.

ここで話が逸れ、プログラミング教科書のロシア語翻訳について個別に述べる必要があります。 行動を記録するための新しい単語が K/R のテキストに導入されました ステートメント (式) では、マシン コマンドの概念を、1) 操作、2) 宣言、3) 従属 (「制御構成体」と呼ばれる) というさまざまなアクションに分割しようとしました。 この試みはロシア語の翻訳者によって埋もれ、「式」が「演算子」という言葉に置き換えられました。

1. 機械語の「コマンド」と同義になっており、
2. 「行動の兆候」というフレーズと同義であることが判明しました。
3. また、無制限の数の追加の値も受け取りました。 つまり、英語の記事「うーん」のようなものになってしまいました。

付随するアクションを検討するか、 援助.

可変制御

可変制御 (UP) - 変数セルの作成/削除。
UE は、値のイメージを示すという別の理由ですでに書き込まれている変数を宣言するときに暗黙的に発生します。 明示的に管理されるビューは XNUMX つだけです 追加の変数 malloc() 関数と free() 関数を使用します。

暗黙的アクションは何も書く必要がないため、書くのに便利ですが、理解するのがより難しく、考慮に入れて解釈するのがより難しいことに注意してください。

提出

提出 — レイヤーセクションを接続/無効にします。

C 言語は、アセンブラの従属とは異なる、アクションの順序を制御する応用的な方法を提供しました。 主部（従属節）と従属部（下位・サブルーチン節）に明確に分けた複合音声文を反映・展開します。

宣言と提出はどちらも完全にコンセプトに基づいて構築されています 層.

層

層 は、限定された単一レベルの選択的な式のセットです。

この層は、明示的および暗黙的にいくつかのタスクを同時に引き受けます。

1. プログラムの編成
2. 名前の可視性を（暗黙的に）制限する、
3. 変数（メモリセル）の管理（暗黙的）、
4. 従属に関する従属節の定義、
5. 関数と選択の定義など。

機械語にはレイヤーという概念がなかったのでK/Rにも登場しませんでしたし、もし存在しないものであればその後の書籍で導入することは異端であり自由思想となります。 したがって、非常に便利で非常に明白であるにもかかわらず、レイヤーという概念はまったく登場しませんでした。

レイヤーがなければ、プログラムのアクションやルールの多くを簡潔かつ明確に説明することができません。 たとえば、なぜ XNUMX コペイカという単純な goto はダメで、トリッキーな while は良いのかということです。 ダイクストラのように、無力に誓うことしかできません（「プログラマーのスキルは、プログラム内での goto 文の出現頻度に反比例する関数です。」つまり、goto を使用するのはヤギだけです。正当化のレベルは神です）。確かに、あなたの本があれば、これはそれほど恐ろしいことではありません。私たちは何も説明する必要はありませんが、すでに述べたように、これは私たちの運命ではありません。

ところで、ダン・リッチーは、goto という表現には必要性も美しさもなかったので、まさに名前のない概念を検索するための鍵として goto を残したものと考えられます。 しかし、リッチー自身が与えたくなかった、言語の新しい原則についてのシンプルでわかりやすい説明が必要であり、その概念はまさにその概念に基づいていました。 層.

偏差

偏差 — 新しい名前の通常のプロパティを変更します。

最も重要な逸脱は、プログラムのレイヤー プロパティに正確に関連しており、「静的」という XNUMX つの単語で表現されますが、レイヤーの種類ごとに異なる意味を持ちます。

5. 最終章。 適用言語の共通性

応用言語は、 比喩的な 言語（画像があり、「入力された」）。 これらは、画像の明示的または暗黙的な使用に基づいています。 さらに、ここでも矛盾が生じます。明示的なイメージは理解しやすいですが、利便性は低く、その逆も同様です。

（テーブルレイアウトがまだ納品されていないため、テーブルを写真で示しています。）

C 以降、応用言語の発展は比喩性を高める方向に進みました。 高度なイメージを理解するために最も重要なのは、C の直系の子孫である C++ 言語です。 彼は、量に対する操作の任意の選択のアイデアを開発し、新しい名前であるオブジェクトを受け取った合成式の選択に基づいてそれを具体化します。 ただし、C++ は、新しいコレクション型とそれに関連するルールの過負荷により、C ほど簡潔で表現力が豊かではありません。 さて、「オーバーロード」についてお話しましょう。

オーバーロードとポリモーフィズム

「オーバーロード」という言葉は、 複数の操作.

マシン（システム）プログラマー 複数の 「この記号 (+) は何を意味しますか? 整数の加算、分数の加算、さらにはシフト?! 私たちの時代にはそんな風に書かなかったのに！」 したがって、選択された単語には否定的な意味合い（「やりすぎ」、「疲れた」）が含まれます。 アプリケーション プログラマにとって、複数の操作は基礎であり、C 言語の主要な成果であり遺産であるため、あまりにも自然なことであるため、認識されていないことがよくあります。

C++言語の場合 複数の 元の操作だけでなく、関数 (個別の関数とクラスに結合されたメソッド) にも拡張されました。 複数のメソッドにより、拡張クラスでメソッドをオーバーライドする機能が追加されました。これは漠然と「ポリモーフィズム」と呼ばれていました。 多態性と過負荷の組み合わせにより、爆発的な混合物が生成され、「真」と「アドホック」という XNUMX つの多態性に分かれました。 名前が付けられているにもかかわらず、これだけを理解することは可能です。 広告への道は外国人の名前で舗装されています。

「オーバーロード」という形式の宣言は、次の言葉でより適切に表現されます。 追加のお知らせ — 異なるイメージの引数を持つ同じ名前の関数の宣言を追加します。

形式の宣言は「ポリモーフィズム」と呼ぶ方が適切です。 再発表 — 同じイメージの引数を持つ同じ名前の関数の新しい拡張層内の重複する宣言。

そうすれば、異なるイメージ（引数）の同じメソッドを理解するのは簡単になります。 追加発表されました、そして XNUMX つの画像 - 再発表された.

ロシア語の言葉が決める。

滑走路

高度に比喩的な言語の概念を検討すると、基本的な概念を明確に定義することの重要性が確認されます。 C を正しく記述すれば、高度な比喩言語を簡単に楽しく学ぶことができます。

これは特に重要です 暗黙の高度に比喩的な言語 (PHP、JavaScript)。 彼らにとって、オブジェクト (合成イメージ) の重要性は C++ よりもさらに高くなりますが、イメージの概念そのものが暗黙的でとらえどころのないものになります。 利便性の観点からはシンプルになっていますが、理解の観点からはより困難になっています。

したがって、プログラミング言語の学習は C 言語から始めて、C ファミリーの言語が登場する順序で学習を進める必要があります。

言語の記述についても同様です。 さまざまな言語の単位性別のセットは、C 言語と同じか、C 言語よりも少ないです。 型とサンプルの数は双方向で異なる場合があります。C++ には C よりも多くの型がありますが、JavaScript の型は少ないです。

MySQL 言語は特筆に値します。 共通点は何もないように思えますが、彼はマトリョーシカによって完璧に表現されており、彼を知ることはより速く簡単になります。 現代のプログラミングの食堂である Web にとっての重要性を考えると、これは重要なことです。 そして、MySQL があるところには、他の SQL もあります。 まあ、あらゆる種類の Fortran-Pascal-Python も Matryoshka を手に入れるとすぐに記述されます。

したがって、C 言語の応用記述とそれに続く言語の統一記述という素晴らしいことが私たちを待っています。 「私たちの目標は明確であり、私たちの任務は明確です。 働け、同志たち！ （嵐のように長く続く拍手、オベーションに変わる。全員起立）」

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出所： habr.com