6. Programmiersprachen im Überblick

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1 Was ist das: eine Programmiersprache? 6. im Überblick Formale Sprache *), die zur Beschreibung von Berechnungen in omputern verwendet wird: Programme = Daten + Algorithmen *) Mengen von Wörtern über einem Alphabet: L A* (Folge von Symbolen) Wichtig: - Sprache für menschlichen Leser verständlich; - effizient implementierbar Sprache hat Syntax (vgl. Grammatiken, EBNF) und Semantik (Bedeutung, Wirkung). Version: 21. Okt Probleme und Fragen : eine Auswahl Mehr als 1000 unterschiedliche in Forschungsgruppen, internationalen Komitees sowie in omputerfirmen entwickelt [Wilson 93] IBM:, PL1 Sprachen, Dialekte, Versionen... und das Hauptproblem der Vielfalt: Portabilität Klassifikation: Wie kann eine Ordnung in die Vielfalt gebracht werden? Klassifikation... nach Anwendungsgebieten... nach der Historie... nach generationen... nach Programmierparadigmen... nach Verbreitungsgrad Sun: IFIP: Algol 60, Algol 68 Universitäten:,, LU DoD: obol, Simula 67 obol Object obol 95 Mesa Smalltalk Snobol Objective- ++ Maschinensprachen Occam APL DL 2 BPL SETL Lotus Algol 60 hill Modula-3 SPSS Turbo- DELPHI Oberon Prolog II # SP Beta Standard-ML Algol 68 Prolog Forth oncurrent Alphard Opal LU Haskell OPS-5 lipper RPG T Linda Hope Miranda Scheme ommon Oberon-2 PHP LEX SQL YA awk SDL Latex Postscript HTML UML Z Act-One VDM 3 4

2 und Varianten Welche Programmiersprache... -P Standard- oncurrent VAX- DE- Turbo- - Version Version Version Version Version 6... Object DELPHI Sprachdialekt Version ompiler Portabilitätsprobleme 77 IV 90, 95 HP sollte man beherrschen?... ist weit verbreitet?... ist die beste?... ist modern? Sollte man möglichst viele beherrschen? Hauptziel: Portabilität keine Dialekte - Version 1.3 (Mai 2000) - Version Version Version Version 8 (März 2014) Kernighan-Ritchie- ANSI (Standard) Visual Borland... Wie kann eine Ordnung in die Vielfalt von gebracht werden? nach Anwendungsgebieten... nach der Historie... nach generationen... nach Programmierparadigmen... nach Verbreitungsgrad... nach Anwendungsgebieten 7 8

3 und Anwendungen (1) und Anwendungen (2) Wissenschaftlich-technischer Bereich (Physik): Kommerzieller Bereich (Banken, Verwaltung): obol Künstliche Intelligenz (Expertensysteme...): Prolog,, Haskell... Systemsoftware (ompiler, Betriebssysteme):, ++,,, DL 2 Echtzeit: 95, Pearl Datenbanken: SQL Telekommunikation: hill Achtung: Viele Sprachen sind universell anwendbar (, ++,,,, Python...) Statistik: SPSS R (statistische Auswertung von big data, 1990, pupulär ab 2010) Schriften / Texte: Latex, Postscript ompiler-generatoren: Lex, Yacc formale Spezifikationen: Z SW-Architekturen: UML Nicht mehr im engeren Sinne 9 10 Entwicklung von (Quelle: nach Appelrath, Ludewig 'Scriptum Informatik 1995)... nach der Historie FORTH alte Sprachen APL IV OO Sprachen Simula 67 oncurrent Algol-Familie Algol58 Algol60 Algol-W obol Algol68 Außenseiter BPL PROLOG Smalltalk-80 Modula Mesa OPS HP- Delphi 95 Ruby (1995), Python (1995), PHP (1997), # (2000), Swift (Apple, 2014), uda (2015) 12

4 Internet: Informationen zu Liste (aller) (Stand ): Liste objektorientierter (Stand 30. Mai 2015): Zeittafel: nach generationen Programmiersprachgenerationen der 1. Generation: Maschinensprachen der 2. Generation: der 3. Generation: höhere algorithmische u. objektorientierte Sprachen,,,,... der 4. Generation: Tabellenkalkulation, Datenbanksprachen Lotus, Superalc, dbase... der 5. Generation: Sprachen der künstlichen Intelligenz Prolog,, OPS-5... deskriptive Sprachen Abstraktionsniveau... nach Programmierparadigmen Ganz wichtig! 15 16

5 Programmiermodell (Paradigma) Programmiermodell (Paradigma) imperative (algorithmische) maschinennah höhere objektorientierte funktionale deskriptive logische imperative Klassifikation (algorithmische) wird später deskriptive noch einmal maschinennah höhere objektorientierte diskutiert funktionale nale logische,,,, obol, hill, Forth, Achtung: Mischformen - : objektorientiert, imperativ - ommon : objektorientiert, funktional, imperativ Oberon-2,, Simula 67, ++, Object obol, Beta,, Delphi # Haskell,, Scheme, Hope, Miranda, Standard ML Prolog, Prolog II, OPS-2 Programmentwicklung folgt einem Modell konzentriert sich auf Beschreibung von - Algorithmen - Objekten - Funktionalen Zusammenhängen - Logik des Problems 17,,,, obol, hill, Forth, Achtung: Mischformen - : objektorientiert, imperativ - ommon : objektorientiert, funktional, imperativ Oberon-2,, Simula 67, ++, Object obol, Beta,, Delphi # Haskell,, Scheme, Hope, Miranda, Standard ML Prolog, Prolog II, OPS-2 18 Programmiermodell: imperativ Programmiermodell: objektorientiert Orientiert am Algorithmusbegriff: Orientiert auf Beschreibung von kooperierenden Objekten: - Programme als Folgen sequentiell auszuführender Anweisungen Auf von-neumann-rechner ausgerichtet: - Anweisungen verändern Daten im Speicher Basiskonzepte: - Variable: zur Datenspeicherung - Anweisung: zur Bearbeitung von Variablen-Werten Objekt = Semantische Einheit aus - Daten (Variablen) - Operationen / Algorithmen zur Bearbeitung der Daten Strukturierungsmethode: - Teilalgorithmus, d. h. Prozedur, Methode, Funktion Klasse = Beschreibungsform für ähnliche Objekte Programm = Menge von Klassen 19 20

6 Programmiermodell: logisch Programm = auf die logische Beschreibung eines Problems orientiert Beispiel: Beschreibung von Relationen zwischen 'Daten' / d.h. zwischen 'Objekten der Realität' mittels der Prädikatenlogik elternteil (lisa, maria). elternteil (hans, maria). schwester (X, Y) :- elternteil (Z, X), elternteil (Z, Y), weiblich (X). Programmiermodell: funktional Programm = Ein funktionales Programm beschreibt eine Komposition von (mathematischen) Funktionen. Mathematische Funktion f: D W (Definitionsbereich, Wertevorrat) - Keine Zuweisung von Werten an Variablen; - Keine Beschreibung von Algorithmen; z.b. kein Zyklus - Kein Von-Neumann-Rechner als Hardware-Modell Beispiel: Programmmap, das Funktion f auf alle Elemente einer Liste anwendet, z.b map (add 1) [1,2,3] => [2,3,4] map (mult 2) [1,2,3] => [2,4,6] weiblich (maria). weiblich (lisa). maennlich (hans). Problem beschrieben; nicht: Algorithmus 21 Realisiert durch folgendes funktionales Programm map: map f [] = [] (1. Fall: leere Liste []) map f (x:xs) = f x : map f xs (2. Fall: nicht-leere Liste) (Funktion f auf nicht-leere Liste x:xs angewandt, wobei x erstes Element, xs die Restliste ist; : ist Verkettung)) 22 Gegenstand der Vorlesung GdP Resümee maschinennah höhere objektorientierte imperative (algorithmische),,,, obol, hill, Forth, Oberon-2,, Simula 67, ++, Object obol, Beta,, Delphi # funktionale Haskell,, Scheme, Hope, Miranda, Standard ML deskriptive logische Prolog, Prolog II, OPS-2 Logik für Informatiker 23 Es kommt nicht so sehr darauf an, möglichst viele zu beherrschen, sondern vielmehr: Konzepte (Anweisungen, Typen...) Programmiertechniken (Sortieren, Suchen...) Komponentenbildung (Modularisierung: Zerlegung von großen Programmen) Paradigmen (objektorientiert, imperativ, logisch, funktional) Methoden zur Entwicklung komplexer Software (Software Engineering) theoretische Grundlagen der Programmierung Teamarbeit Kenntnisse der Fachdisziplin Man muss in der Lage sein, sich zielgerichtet in eine neue Sprache einzuarbeiten! Man sollte Vertreter wichtiger Sprachklassen aktiv beherrschen: (oder ++,, Smalltalk, Delphi), (oder ), Prolog,... 24

7 : Warum so viele und immer wieder neue? Warum denn so viele und immer wieder neue? Simula 67 obol Object obol 95 Mesa Smalltalk APL Snobol DL 2 BPL SETL Algol 60 Turbo- DELPHI Oberon Modula-3 ++ hill SPSS Prolog II # SP Algol 68 Prolog Beta oncurrent Forth Alphard Opal LU Haskell OPS-5 Hope Miranda Scheme ommon Oberon-2 LEX SQL Latex HTML YA Z awk SDL Postscript UML Act-One Objective- Standard-ML Maschinensprachen Occam Lotus lipper RPG T Linda PHP VDM 25 PHP (1997), # (2000) 26 Kooperationsprojekte der Gruppe Softwaretechnik (Bothe) Warum denn so viele und immer wieder neue? Kandidaten für DIE endgültige Sprache in der Vergangenheit 1950 Daimler (Stuttgart): (Diplomarbeit) Leipniz-Institut: 77, 90, 95 (zwei Diplomarbeiten) Institut für Physik der HU: ++ Hahn-Meitner-Institut: Turbo-, LabVIEW (visuelle Programmierung) Siemens: # Institut für Psychologie der HU: Smalltalk APL IV FORTH 77 Simula 67 Smalltalk-80 oncurrent Algol58 Algol60 Algol-W Modula Mesa obol Algol68 BPL PROLOG OPS HP- Delphi 95 Ruby (1995), Python (1995), PHP (1997), # (2000), Swift (Apple, 2014), uda (2015) 28

8 Alte Sprachen und immer wieder neue Sprachen: neue Programmiertechnologien und -aufgaben Die Macht der alten Sprachen FORTH Die Macht der 1962 APL 1966 alten Sprachen IV 77 Spezialaufgaben: wiss. Rechnen, kommerzieller Bereich HP- Smalltalk-80 Delphi Algol58 Algol60 Strukturierte Simula Programmierung: 67 Algol-W Anweisungen und Daten Komplexität von SW: Modulare oncurrent und Objektorientierte Programmierung Modula Mesa obol Algol68 Neue Erkenntnisse und Technologien 95 Paradigmen BPL ++ Andere PROLOG Spezielle Ziele: - Portabilität OPS5 - Flexibilität - Sicherheit -.. Fakten zu obol 1960 entwickelt Anwendung: kommerzieller Bereich (Banken, Verwaltung) weltweit mehr als 200 Milliarden LO obol-ode im Einsatz pro Jahr: 5 Milliarden LO neu geschriebener obol-ode 86 % aller Geschäftsdaten durch obol-systeme verarbeitet Gründe: - Reife von obol durch ihre Weiterentwicklung, - Spezialalgorithmen für kaufmännische Berechnungen, - Routine (Quelle: omputer Zeitung, 3. März 2003) Ruby (1995), K. Bothe, Institut für Informatik, HU Verändertes Python (1995), PHP (1997), # (2000), Swift (Apple, 2014), uda (2015) Berlin, GdP, WS 2015/16 technologisches Umfeld: Internet, Webseiten The 2015 Top Ten Programming Languages *)... nach Verbreitungsgrad *) Quelle: IEEE Spectrum, Juli

9 The 2015 Top Ten Programming Languages The 2015 Top Ten Programming Languages What are the most popular programming languages? The only honest answer: It depends. Are you trying to land a job at a hot mobile app startup, model electricity flows across a continent, or create an electronic art project? Languages are tools, and what s a must have in one domain can be a whatever in another. (2015) (2014) and are in first place, data-analysis language R is rising in popularity, newcomers like Apple's Swift and Nvidia's uda are making waves. Quelle: IEEE Spectrum, Juli Quelle: IEEE Spectrum, Juli