Матрјошка Ц. Слојевити систем програмског језика

Покушајмо да замислимо хемију без Мендељејевљевог периодног система (1869). Колико елемената је требало имати на уму, и то без посебног редоследа... (Онда - 60.)

Да бисте то урадили, само размислите о једном или неколико програмских језика одједном. Иста осећања, исти креативни хаос.

И сада можемо поново да проживимо осећања хемичара из XNUMX. века када су им у једном периодном систему понудили сво своје знање, и још мало више.

Књига „Матрјошка Ц. Слојевити систем програмског језика“ на први поглед представља све јединице језика Ц. Ово вам омогућава да их организујете, исправите застареле информације, па чак и разјасните сам концепт програма.

Данас је програмским информацијама потребна систематизација чак и више него хемијским елементима пре 150 година.

Прва потреба је подучавање. Мендељејев је почео да ствара свој систем када се суочио са питањем са којим елементом да почне да предаје: О, Х, Н, Хе, Ау... У исто време, било му је лакше – предавао је хемију најбољима – студентима Универзитет у Санкт Петербургу. А програмирање се већ учи у школи и ускоро ће почети у вртићу.

Друга потреба је научни приступ. Уз помоћ периодног система откривени су нови елементи и кориговани подаци о старим. Помогла је у стварању модела атома (1911). И тако даље.

Трећа потреба је да се разјасни концепт програма.

Модерно програмирање је једном ногом запело у 50-им годинама XNUMX. века. Тада су програми били једноставни, али машине и машински језици су били сложени, тако да се све вртело око машина и језика.

Сада је све обрнуто: програми су сложени и примарни, језици су једноставни и секундарни. Ово се зове примењени приступ, који изгледа свима познат. Али студенти и програмери су и даље уверени да је све исто.

Што нас враћа на прво предавање Приватдозента Мендељејева. Шта рећи бруцошима? Где је истина? То је питање.

Књига „Матрјошка Ц“ нуди свој одговор на ово питање. Слојевити систем програмског језика“. Штавише, упућено је не само студентима, већ и обученим програмерима, јер управо они, односно ми, морамо тражити истину и мењати поглед на свет.

Оно што следи је сажетак књиге.

1. Представљање

Године 1969. створен је језик Ц, који је постао основни програмски језик и остао је тако већ 50 година. Зашто је то тако? Пре свега, зато што је Ц примењен језик који је дао програм хуман уместо тога погледајте машина. Ово достигнуће су обезбедили језици из породице Ц: Ц++, ЈаваСцрипт, ПХП, Јава, Ц# и други. Друго, то је кратак и леп језик.

Међутим, сам језик Ц се обично меша са машинским асемблером, што компликује и искривљује његову перцепцију. Друга крајност је наметање одређене „филозофије“ језику: процедуралне, објектне, функционалне, компајлиране, интерпретиране, откуцане и тако даље. Ово додаје емоцију, али не помаже да се језик боље опише.

Истина је у средини, а за језик Ц је стриктно на средини између филозофске и машинске перцепције.

Језик Ц није независан, он се покорава обичном писаном језику, а истовремено контролише и сам асемблерски језик. Ова позиција описује Говорни модел програма, према којем се програм дели на три подређена типа: говор, код, команда. За други, тип кода, одговоран је језик Ц.

Након што одредите место језика у програму, можете организовати информације о њему, што чини Слојевити систем програмског језика, представљајући језик Ц у духу периодног система – на једној страници.

Систем је изграђен узимајући у обзир заједнице примењених језика, који произилазе из њихове говорне подређености. Један сет Матрјошки Ц јединица вам омогућава да опишете и упоредите различите језике, стварајући серију Матрјошки: Ц++, ПХП, ЈаваСцрипт, Ц#, МиСКЛ, Питхон и тако даље. Достојно је и исправно да се различити језици описују јединицама основног језика.

2. ГЛАВА 1. Говорни модел програма. Јасно Ц

Прво поглавље представља говорни модел програма, одражавајући примењени приступ. Према његовим речима, програм има три очигледна узастопна типа:

1. говор - директан говор програмера који решава проблем,
2. кодирано - кодирање решења у математички облик у Ц језику (или било ком другом)
3. а командовање – директне машинске команде.

Говорни модел објашњава зашто је Ц једноставан и разумљив језик. Си је изграђен по слици и подобију нама познатог људског говора.

Прва врста програма је директни говор програмера. Говор одговара људском мишљењу. Програмери почетници пишу програме користећи говор - прво на руском, а затим корак по корак преводећи акције на језик кода. И управо на овом моделу је настао Ц језик.

Закључци програмера, изражени у говору, претварају се у кодирани нумерички облик. Ову трансформацију треба назвати одраз, будући да говор и код имају исту природу (одраз – рођење – род). Ово је сасвим очигледно ако упоредимо говорни (лево) и код (десно) типове програма.

Занимљиво је да се рефлексија дешава врло једноставно – са само две врсте израза.

Међутим, савремени опис језика Ц (из 1978. године) не садржи довољан списак имена ни за описивање језика уопште, нити за задатак рефлексије посебно. Стога смо принуђени да будемо креативни и уведемо ова имена.

Избор речи мора бити прецизан и јасан. То је захтевало посебан приступ, укратко изражен на следећи начин: строга употреба матерњег језика. За Енглезе би то било Енглези, али ми нисмо Енглези. Зато ћемо искористити оно што имамо и покушати да говоримо руски.

Рефлексија се врши помоћу две врсте израза:

1. обрачун (ХФ) - одражава промену својстава објекта. Својство објекта се изражава бројем, тада је радња на својству акција на број – операција.
2. подређености (Пцх) - одражава промену редоследа акција. Прототип Пцх је говорна сложена реченица, стога већина типова Пцх почиње подређеним везницима „ако“, „иначе“, „док“, „за“. Други типови рачунара их допуњују.

Успут, можете ли вјеровати да у Ц опису нема назива за рачунске изразе - они се једноставно зову "изрази"? После овога, више неће бити изненађујуће што нема назива и асоцијације за врсту подређености, па чак и оскудица имена, дефиниција и генерализација уопште. То је зато што чувени К/Р („Тхе Ц Лангуаге”, Кернигхан/Ритцхие, 1978) није опис, већ водич за коришћење језика.

Међутим, ипак бих волео да имам опис језика. Стога је он понуђен Слојевити систем програмског језика.

3. ГЛАВА 2. Систем слојева. Бриеф Ц

Сваки опис мора бити тачан и крајње концизан. У случају програмског језика, фронтални опис је тежак.

Овде имамо програм. Састоји се од модула. Модули се састоје од потпрограма и колекција (структура). Потпрограми се састоје од појединачних израза: декларације, прорачуни, субординација. Постоји чак десет врста субординације. Субординација повезује поднивое и потпрограме. Постоји и неколико реклама. Међутим, декларације су укључене не само у потпрограме и поднивое, већ и у модуле и колекције. А већина израза се састоји од речи које је толико тешко описати да се обично једноставно дају у две листе – оригиналне и изведене речи, са којима ћете се упознати током учења и употребе језика. Хајде да томе додамо знакове интерпункције и низ других израза.

У таквој презентацији није лако разумети ко је на кога стао.

Директан хијерархијски приступ описивању језика био би превише сложен. Заобилазна претрага води до описа језика на основу његове говорне природе и командне стране. Тако је настао Систем слојева, који се делимично поклапа са Периодним системом Мендељејева, који је такође слагати. Како се испоставило 42 године након његовог објављивања (1869), периодичност система је повезана са електронским слојева (1911, Бор-Ратерфордов модел атома). Такође, Слојевити и Периодични системи су слични по табеларном распореду свих јединица на једној страници.

Опис језичких јединица је кратак – свега 10 врста израза и 8 врста других јединица, као и смислених и визуелних. Иако необично за прво познанство.

Језичке јединице су подељене у 6 нивоа:

1. јединице – редови табеле
2. одељења – посебне групе родова (делови првог реда)
3. род - ћелије (главни ниво деобе)
4. суперврсте - сепаратори врста (редак ниво)
5. врсте - формуле јединица на дну ћелије или одвојено
6. обрасци - саме јединице (само за речи)

Пример речи описује речник - посебан подсистем састављен од истих шест нивоа.

Говорна компонента језика Ц је прилично очигледна, иако и даље заслужује опис. Али командни део језика је управо везан за контролу компилације, током које се ствара трећа врста програма – командна. Овде долазимо до најузбудљивијег аспекта Ц језика: лепоте.

4. СЛЕДЕЋА ГЛАВА. Хандсоме Си

Језик Ц је основа модерног програмирања. Зашто? Прво, због највеће кореспонденције са говором. Друго, зато што је лепо заобишла ограничења машинске обраде бројева.

Шта је тачно Си предложио? Слика и слој.

Реч "имаге" је превод енглеске речи "типе", која потиче од грчког "прототипе" - "тип". У руском језику реч "тип" не преноси камен темељац концепта који се изражава, штавише, меша се са помоћним значењем "тип".

У почетку, слика је решавала проблем чисто машинског прорачуна, а затим је постала писта за рађање објектних језика.

Слој је одмах решио неколико проблема - и машинских и примењених. Стога ће разматрање почети са сликом једног задатка и прећи на слој са више задатака.

Једна од непријатних карактеристика историјског програмирања је да је већина концепата, укључујући и основне, дата без дефиниција. „Програмски језик (име река) има типове целих и плутајућих бројева...” и они су загребали даље. Није потребно дефинисати шта је „тип” (слика), јер то сами аутори не разумеју у потпуности и прећуткују „ради јасноће”. Ако су причвршћени за зид, даће нејасну и бескорисну дефиницију. Много помаже скривање иза страних речи: за руске ауторе - иза енглеског (тип), за Енглезе - иза француског (потпрограм), грчког (полиморфизам), латинског (енкапсулација) или њихових комбинација (ад-хоц полиморфизам).

Али ово није наша судбина. Наш избор су дефиниције са подигнутим визиром на чистом руском.

Имаге

Имаге је префигуративно име величине, које дефинише 1) суштинска својства количине и 2) избор операција за количину.

Реч „тип“ (тип) одговара првом делу дефиниције: „својства величине“. Али главно значење слике је у другом делу: „одабир операција према количинама“.

Полазна тачка за увођење слике у Ц је нормалан прорачун, као што је операција сабирања.

Папир Математика, било да је написана руком или штампана, не прави велику разлику између типова бројева, обично под претпоставком да су стварни. Стога су њихове операције обраде недвосмислене.

Машина Математика строго дели бројеве на целе бројеве и разломке. Различити типови бројева се различито чувају у меморији и обрађују различитим инструкцијама процесора. На пример, упутства за сабирање целих бројева и разломака су две различите инструкције које одговарају два различита процесорска чвора. Али не постоји команда за додавање целобројних и разломака аргумената.

Примењено математика, односно језик Ц, раздваја типове бројева, али комбинује операције: сабирање за целе бројеве и/или разломке се пише једним знаком акције.

Јасна дефиниција слике концепта нам омогућава да дефинитивно говоримо о два друга концепта: магнитуде и операција.

Величина и рад

Вредност — број који се обрађује.

Операција — обрада вредности почетних вредности (аргумената) за добијање коначног броја (укупног).

Величина и рад су међусобно повезани. Свака операција је величина јер има нумерички резултат. А свака вредност је резултат преноса вредности у/из регистра процесора, односно резултат операције. Упркос овом односу, главна ствар је могућност њиховог засебног описа, додуше уз понављање једне речи у различитим деловима речника, што се дешава у МА3.

Машински приступ је поделио све бројеве које је програмер користио команде и подаци. Раније су оба била бројеви, на пример, команде су писане нумеричким кодовима. Међутим, у примењеним језицима команде су престале да буду бројеви и постале су у речима и акциони знаци. Као бројеви остају само „подаци“, али је апсурдно и даље их тако називати, јер у преласку са машинске на математичку тачку гледишта, бројеви су количине које се деле са оригиналом (подаци) и коначно (потребан). „Непознати податак“ ће звучати глупо.

Екипе су такође биле подељене у две врсте акција: математичке и сервисне. Математичке радње – операције. Касније ћемо доћи до званичних ствари.

У језицима Ц, уобичајене недвосмислене папирне и машинске операције, или појединачне, математичке операције скоро универзално постају вишеструке.

Више операција су више операција истог имена са различитим врстама аргумената и различитим, сличним по значењу, акцијама.

Целобројни аргументи одговарају целој операцији, а фракциони аргументи фракционој операцији. Ова разлика је посебно јасна током операције дељења, када израз 1/2 даје укупно 0, а не 0,5. Таква нотација не одговара правилима папирне математике, али језик Ц не тежи да их се придржава (за разлику од Фортрана) – он игра по свом примењена правила.

У случају мешања целих бројева и разломака, укључен је једини исправан довођење вредности аргумента — селективна трансформација вредности из једне слике у другу. Заиста, када се сабирају цео и разломак број, резултат је разломак, тако да слика операције покупити операција претварања целобројног аргумента у вредност разломка.

Остало је још неколико операција множинаИ једно. Такве операције су дефинисане само за једну врсту аргумената: остатак дељења - целобројни аргументи, слагање (операције по битовима) - природни цели бројеви. Ма3 означава мноштво операција са знацима (#^) који означавају слике за које је операција дефинисана. Ово је важно, али претходно занемарено својство сваке операције.

Све функције су произвољне јединичне операције. Изузетак су оператери - функције без заграда, уграђен у језик (оригиналне операције).

Помоћ

Помоћ - радња која прати операцију.

Ако операцију сматрамо главном радњом, онда можемо разликовати две пратеће које обезбеђују операцију и разликују се од ње. То су 1) променљива контрола и 2) субординација. Ова акција се зове помоћ.

Овде треба да одступимо и посебно кажемо о руским преводима уџбеника програмирања. У текст К/Р уведена је нова реч за бележење акција изјава (израз), који је покушао да подели концепте машинске команде на различите акције: 1) операција, 2) декларација и 3) подређеност (назване "контролне конструкције"). Овај покушај су закопали руски преводиоци, заменивши „израз“ речју „оператер“, што:

1. је постала синоним за машинску реч "команда",
2. испоставило се да је синоним за фразу „знак акције“,
3. а такође добија неограничен број додатних вредности. То јест, претворио се у нешто слично енглеском чланку „уххххххххххххххххххххххххххххххххххх

Размотрите пратеће радње, или помоћ.

Променљива контрола

Променљива контрола (УП) - креирање/брисање променљивих ћелија.
УЕ се јавља имплицитно када се декларише променљива, која је већ написана из другог разлога - да би се назначила слика вредности. Само једним приказом се експлицитно управља додатне варијабле користећи маллоц() и фрее() функције.

Треба напоменути да су имплицитне радње погодније за писање, јер уопште не захтевају писање, али их је теже разумети - теже их је узети у обзир и протумачити.

Подређеност

Подређеност — повежите/онемогућите секције слојева.

Језик Ц је понудио примењени метод контроле редоследа акција, различит од асемблерског – подређености. Она одражава и развија говорну сложену реченицу са јасном поделом на главни део (подређена клаузула) и подређени део (подниво/подпрограмски делови).

И декларација и подношење су у потпуности изграђени на концепту слој.

Слој

Слој је ограничени селективни скуп израза на једном нивоу.

Слој је експлицитно и имплицитно преузео неколико задатака одједном:

1. организовање програма
2. ограничавање видљивости имена (имплицитно),
3. управљање променљивим (меморијским ћелијама) (имплицитно),
4. дефиниција подређених реченица за субординацију,
5. дефиниције функција и селекција и друго.

У машинским језицима није постојао концепт слоја, тако да се није појавио у К/Р, а ако нечега није било, онда би увођење у наредне књиге било јерес и слободоумље. Дакле, концепт слоја се уопште није појавио, иако је изузетно користан и сасвим очигледан.

Без слоја, немогуће је кратко и јасно објаснити многе радње и правила програма. На пример, зашто је гото једноставно као три копејке лоше, а лукаво док је добро. Можете само беспомоћно псовати, као што је урадио Дијкстра („вештина програмера је функција која обрнуто зависи од учесталости појављивања гото наредби у њиховим програмима.“ Укратко, само козе користе гото. Ниво оправдања је Бог.) Истина, ово и није толико страшно ако у вашим књигама не морамо ништа да објашњавамо, али, као што смо већ рекли, то није наша судбина.

Иначе, може се претпоставити да је Ден Ричи оставио гото управо као кључ за тражење неког неименованог појма, јер у изразу гото није било потребе ни лепоте. Али било је потребно једноставно и разумљиво објашњење нових принципа језика, које сам Ричи није желео да да, а који су управо засновани на концепту слој.

Одступање

Одступање — промена уобичајених својстава новог имена.

Најважније одступање се управо односи на својства слоја програма, а описује се једном речју „статичан“, која у свакој врсти слоја има различито значење.

5. ПОСЛЕДЊЕ ГЛАВА. Заједничкост примењених језика

Примењени језици су фигуративно језицима (са сликом, „укуцаним“). Они се заснивају на експлицитној или имплицитној употреби слике. Штавише, овде се опет појављује контрадикција: експлицитна слика је разумљивија, али мање згодна, и обрнуто.

(Изглед табеле још није достављен, па је табела приказана са сликом.)

Након Ц, развој примењених језика кренуо је путем повећања њихове фигуративности. Најважнији за разумевање високе слике је директни потомак Ц - језика Ц++. Он развија идеју произвољног избора операција за количине и отелотворује је на основу синтетичког избора израза, који добија ново име - објекат. Међутим, Ц++ није тако концизан и изражајан као Ц због преоптерећења нових типова колекција и њихових повезаних правила. Узгред, хајде да причамо о „преоптерећењу“.

Преоптерећење и полиморфизам

Реч „преоптерећење“ је застарели термин за стварање у машинском учењу више операција.

Машински (системски) програмери множина операције би могле бити досадне: „Шта значи овај знак (+): сабирање целих бројева, сабирање разломака или чак померање?! У наше време нису тако писали!" Отуда негативна конотација изабране речи („претерано”, „уморан”). За програмера апликација, вишеструке операције су камен темељац, главно достигнуће и наслеђе језика Ц, толико природно да се често не препознају.

На језику Ц++ множина проширен не само на оригиналне операције, већ и на функције – како појединачне тако и комбиноване у класе – методе. Са више метода дошла је и могућност да се они заобиђу у проширеним класама, што је нејасно названо „полиморфизам“. Комбинација полиморфизма и преоптерећења произвела је експлозивну мешавину која се поделила на два полиморфизма: „прави“ и „ад-хоц“. Ово је могуће разумети само упркос додељеним називима. Пут до огласа поплочан је страним именима.

Декларација облика „преоптерећење“ је боље изражена у речи додатно саопштење — додавање декларације функције истог имена са аргументима различите слике.

Декларацију облика „полиморфизам“ боље је назвати поновно објављивање — декларација која се преклапа у новом слоју проширења функције истог имена са аргументима исте слике.

Тада ће бити лако разумети да су исте методе различитих слика (аргумената) - додатно најављено, и једна слика - поново огласио.

Руске речи одлучују.

Писта

Разматрање појмова високо фигуративних језика потврђује важност јасне дефиниције основних појмова. Са правилно описаним Ц, учење високофигуративних језика биће лако и пријатно.

Ово је посебно важно за имплицитних високо фигуративних језика (ПХП, ЈаваСцрипт). За њих значај објеката (композитних слика) постаје још већи него у Ц++, али сам концепт слике постаје имплицитан и неухватљив. Са становишта погодности, постали су једноставнији, али са становишта разумевања постали су тежи.

Стога би требало да почнете да учите програмске језике са језиком Ц и идите даље редоследом којим се појављују језици породице Ц.

Исто важи и за описивање језика. Различити језици имају исти или мањи скуп јединица полова од језика Ц. Број типова и узорака може да се разликује у оба смера: Ц++ има више типова од Ц, док ЈаваСцрипт има мање.

МиСКЛ језик заслужује посебну пажњу. Чини се да нема ништа заједничко, али Матрјошка га савршено описује, а упознавање постаје брже и лакше. Што је важно, с обзиром на његову важност за веб – трпезаријски пут савременог програмирања. А где је МиСКЛ, ту су и други СКЛ-ови. Па све врсте Фортран-Пасцал-Питхона описује и Матрјошка, чим се дочепају.

Дакле, чекају нас велике ствари - примењени опис језика Ц и јединствени опис језика који га прате. „Наши циљеви су јасни, задаци су дефинисани. На посао, другови! (Буран, дуготрајан аплауз, који прелази у овације. Сви устају.)“

Ваша мишљења ће бити саслушана са великом пажњом, ваша помоћ у креирању веб странице лутке за гнезда биће примљена са великом захвалношћу. Потпуније информације о књизи налазе се на веб страници, вешто скривеној у Матрјошки Ц.

Извор: ввв.хабр.цом