ALP I Geschichtliche Einführung in die Programmiersprachen

Transkript

1 ALP I Geschichtliche Einführung in die Programmiersprachen Sammet, J. Programming Languages. History and Fundamentals. Prentice Hall, SS

2 Wie viele Programmiersprachen? Es gibt mehr als 2000 Programmiersprachen, die im kommerziellen Bereich bekannt sind oder gewesen sind. mehr als 200 davon haben sich im Laufe der Geschichte stärker verbreitet (einige) Firmen entwickeln eigene private Sprachen es gibt viele akademische Programmiersprachen und es kommen immer mehr Programmiersprachen hinzu 2

3 Programmiersprachen Eine Programmiersprache ist ein durch einen Rechner interpretierbarer Formalismus mit eindeutig definierter Syntax und Semantik. Die Syntax einer Programmiersprache regelt die erlaubten Kombinationen von Symbolen. Die Semantik einer Programmiersprache ist die Definition der den zulässigen Programmen zugeordneten Bedeutungen. 3

4 Erste programmgesteuerte Maschine Lochkarten-Steuerung der Jacquard-Maschine Jacquard Looms 1801 "Programm 4

5 Programm gesteuerter Rechner 1941 Konrad Zuse Programm Maschinensprache 5

6 Steinzeit der elektronischen Computer Bevor das Wort Software existierte Elektronisch Vakuumröhren 30 Tonnen Schnell: 5000 Additionen pro Sekunde Dezimalzahlen Programmierbar durch Datenfluss 6

7 Programmierung eigentlich kein Programm 7

8 Programmsteuerung 8

9 40er Jahre Das Wort Software existierte noch nicht. die ENIAC hatte keine Software am Anfang stand "Layette" bei der UNIVAC Corporation für die Programme Wurde später durch das Wort "Software" ersetzt 9

10 30er Jahre Erste Programmiersprache Alonzo Church Stephen C. Kleene Lambda-Kalkül universelle abstrakte Programmiersprache nur die Hardware fehlte 10

11 30er Jahre Alan Turing ( ) On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem Turing-Maschine Ein Modell, um die Klasse der intuitiv berechenbaren Funktionen zu bilden. 11

12 Die eigentliche Geschichte der Programmiersprachen begann, bevor es Rechner gab. Konkretisiert wurde später mit: der Entwicklung der ersten elektronischen Rechenmaschinen, dem Konzept der von-neumann-maschine, die 1945 die Notwendigkeit eines gespeicherten Programms postulierte, und mit dem Konzept des imperativen Programmierens 12

13 Programmiersprachen Maschinensprache Assembler- Programmiersprache Höhere Programmiersprachen LOAD LOAD #1 C #2 B MULT #1 #2 #3 LOAD #4 A ADD #3 #4 #1 STORE #1 C C = A + B*C Die ersten Programmiersprachen sind rein imperativ! Ein Programm wird als eine Folge von Befehlen, die den internen Zustand einer Maschine (bzw. die Speicherinhalte) verändern, interpretiert. 13

14 Assembler-Programm Beispiel: LABEL: LOAD #1 A LOAD #2 B ADD #1 #2 #3 STORE #3 C JUMP LABEL Register

15 Erste Höhere Programmiersprachen Zuweisung D = A + B*C rein imperativ! LOAD #1 C LOAD #2 B MULT #1 #2 #3 LOAD #4 A ADD #3 #4 #1 STORE #1 D Der Inhalt einer Speichervariable wird verändert. 15

16 Die ersten drei höheren Programmiersprachen John Backus John McCarthy FORmula TRANslator Lisp Grace Hopper LISt Processor Cobol COmmon Business Oriented Language 16

17 Lisp 1958 schrieb McCarthy ein Paper mit einem einfachen Lisp- Interpreter, der wiederum in Lisp geschrieben war. Lambda-Kalkül ist die grundlegende Basis für seine minimalen Lisp- Funktionen. Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen Daten und Programmanweisungen. Dies ermöglicht unter anderem, Programme zur Laufzeit beliebig zu manipulieren Ein Lisp-Programm ist eine Liste, die einen abstrakten Syntaxbaum darstellt. ( + (+ a (* b c) d ) 17

18 Software-Krise 60er und 70er Jahre hohe Entwicklungskosten Software-Fehler sind sehr teuer die Sicherheitsprobleme steigen - Hardware wurde billiger - Software wurde erheblich teurer - viele Programmiersprachen! - viele neue Programmiertechniken! 18

19 Schichten-Architektur 50-70er Höhere Programmiersprachen Anwendungsprogramme Assembler Texteditoren Übersetzer für verschiedene Sprachen Betriebssystem Hardware 19

20 Software-Krise John Bakus 1977 Lecture for the ACM Turing award session "Can Programming be liberated from the von Neumann Style? A Functional Style and its Algebra of Programs FP (Funktionale Programmiersprache) 20

21 UNIX + C Gerätetreiber C LOAD #1 C LOAD #2 B LOAD #4 A STORE #1 C C-Compiler C Dateisystem C C-Compiler C Netzdienste C Graphische Benutzeroberfläche C++ LOAD #1 C LOAD #2 B MULT #1 #2 #3 LOAD #4 A ADD #3 #4 #1 STORE #1 C Mini-Kernel u.s.w Gerätetreiber Netzdienste Graphische Benutzeroberfläche C++ C C Mini-Kernel Dateisystem C u.s.w

22 UNIX + C Hardware ist ständig billiger geworden. Das UNIX-Betriebssystem wird kostenlos verteilt. Mit UNIX entstehen viele neue Hardwarefirmen. Viele Rechner entstehen, die nur in C programmierbar sind. Ab 1973 verbreitete sich C sehr stark als Programmiersprache C C++ Java C# 22

23 C Hochprogrammiersprachen C-Sprache C wurde ursprünglich für die Programmierung von Betriebssystemen entworfen. Assemblersprachen 23

24 Eigenschaften von C Die Programme sind sehr kompakt Erlaubt Hardware nahe Programmierung In C lassen sich sehr effiziente Programme schreiben Es ist weiterhin sehr verbreitet 24

25 Eigenschaften von C Gute Der Programmierer kann machen, was er will. Schlechte Der Programmierer kann machen, was er will. Der C-Compiler geht davon aus, dass der Programmierer genau weiß, was er will, und meldet fast keine Warnungen beim Übersetzen des Programms. Die meisten Fehler bei C-Programmen treten erst zur Laufzeit auf. 25

26 C ist eine formatfreie Sprache! m(f,a,s)char*s; {char c;return f&1?a!=*s++?m(f,a,s):s[11]:f&2?a!=*s++?1+m(f,a,s):1:f&4?a--? putchar(*s),m(f,a,s):a:f&8?*s?m(8,32,(c=m(1,*s++,"arjan Kenter. \no$../.\""), m(4,m(2,*s++,"pocnwauvbvxrsoqatkjurgxyydqbzhlwknjdmtgeischfmplizef"),&c),s)): 65:(m(8,34,"rgeQjPruaOnDaPeWrAaPnPrCnOrPaPnPjPrCaPrPnPrPaOrvaPndeOrAnOrPnOrP\ noapnpjpaorpnprpnprptpnpraapnbrnnsrnnbapeorcnproncapnoapnpjptpnaapnprpnprcapn\ BrAnxrAnVePrCnBjPrOnvrCnxrAnxrAnsrOnvjPrOnUrOnornnsrnnorOtCnCjPrCtPnCrnnirWtP\ ncjprcapnotprcneranojpronvtpnnrcnnrnnrepjprptnrunnrntpnbtpraapncrnnorpjprrtpn\ CaPrWtCnKtPnOtPrBnCjPronCaPrVtPnOtOnAtnrxaPnCjPrqnnaPrtaOrsaPnCtPjPratPnnaPrA\ apnaaptpnnaprvapnnjprktpnwaorwtonnapnwaprcapnntojprrtonwanrotpncapnbtcjpryton\ UaOrPnVjPrwtnnxjPrMnBjPrTnUjP"),0);} main(){return m(0,75,"miwltouqjgsbnikyvtxodafbucfzspmwnchegrdlapkyvrjxeqzh");} smile.c The International Obfuscated C Code Contest 26

27 Die Welt der Programmiersprachen teilte sich Höhere Programmiersprachen Deklarative Sprachen Was? Imperative Sprachen Wie? Prozedurale Funktionale Sprachen Logische Sprachen Objektorientierte Programmiersprachen Aspektorientierte Programmiersprachen in ALP I in ALP II 27

28 Deklarative Programmiersprachen Programm in Prolog Mutter( luise, maria ). Mutter( anne, maria ). Mutter( maria, andrea ). Vater( luise, peter ). Vater( maria, joachim ). Oma( X, Y ) :- Mutter( X, Z ), Mutter( Z, Y ). Oma( X, Y ) :- Vater( X, Z ), Mutter( Z, Y ). Geschwister( X, Y ) :- Mutter( X, Z ), Mutter( Y, Z ). Geschwister( X, Y ) :- Vater( X, Z ), Vater( Y, Z ).?Oma( anne, andrea ). 28

29 deklarativ vs. imperativ - Sprachen basieren auf einem mathematischen Formalismus - Wissen über ein Problem rein deklarativ darstellbar - Intelligentes System, das Fragen an das Programm beantworten kann - Sprachen sind von der dahinterstehenden Hardware geprägt - Befehlssequenz (Zustände) - zeitlicher Ablauf im Programm sichtbar kompakter robuster einfacher effizienter 29

30 Deklarative Programmiersprachen LISP v COMMON LISP COMMON LISP ANSI SCHEME SASL FP v FL HOPE ML Erlang MIRANDA HASKELL Clean Haskell Curry Caml OCaml PROLOG PARLOG 30

31 Warum Haskell? sehr einfach Programme sind klein, übersichtlich und einfacher zu warten sehr nützlich als Spezifikationssprache Programmeigenschaften sind einfacher zu beweisen Algorithmen können auf einem höheren Niveau formuliert und analysiert werden Moderne Programmiersprache mit Anwendung in der Industrie Ausführungsgeschwindigkeit ist hier nicht wichtig! 31

32 FORTRAN PROGRAM PRINT *, "WELCOME TO FU!" END PROGRAM 32

33 Pascal program HelloWorld; begin Writeln( 'Welcome to FU!' ); end. 33

34 C #include <stdio.h> int main(void){ printf( "'Welcome to FU!'\n" ); return 0; } 34

35 C++ #include <iostream.h> class Hello { public: Hello () { cout << "'Welcome to FU!'" < endl; } }; int main(void){ Hello(); return 0; } 35

36 Java public class HelloWorldProgram { public static void main ( String[] args ) { System.out.println( "'Welcome to FU! " ); } } 36

37 C# using System; class HelloWorld { static void Main() { Console.WriteLine("Welcome to FU"); } } 37

38 Algol60 begin end string s := 'Welcome to FU'; integer i; for i := 1 step 1 until length(s) do outsymbol(2,s,i); 38

39 ADA with ada.text_io; use ada.text_io; procedure helloworld is begin put_line( "Welcome to FU" ); end helloworld; 39

40 Cobol IDENTIFICAL DIVISION PROGRAM-ID HELLO ENVIROMENT DIVISION CONFIGURATION SECTION SOURCE-COMPUTER IBM-PC OBJECT-COMPUTER IBM-PC INPUT-OUTPUT SECTION FILE-CONTROL SELECT AUSGABE ASSIGN TO SI DATA DIVISION FILE-SECTION FD AUSGABE LABEL RECORD OMITTED DATA RECORD ZEILE PICTURE X(80) WORKING STORAGE SECTION PROCEDURE DIVISION BEGIN OPEN OUTPUT AUSGABE MOVE "WELCOME TO FU!" TO ZEILE CLOSE AUSGABE STOP RUN. 40

41 Lisp (print "Welcome to FU!") Python print ('Welcome to Fu!') 41

42 Haskell "Welcome to FU!" GHCI Haskell-Interpreter GHC Haskell-Compiler main = putstrln "Welcome to FU!" Quelle: 42