Урок №1. Введение в программирование

Компьютеры понимают только очень ограниченный набор инструкций, и чтобы заставить их что-то делать, нужно чётко сформулировать задание, используя эти же инструкции. Программа (также «приложение» или «программное обеспечение»/«софт») — это набор инструкций, которые указывают компьютеру, что ему нужно делать. Физическая часть компьютера, которая выполняет эти инструкции, называется «железом» или аппаратной частью (например, процессор, материнская плата и т.д.). Этот первый урок является началом серии уроков по программированию на С++ для начинающих.

Машинный язык

Процессор компьютера не способен понимать напрямую языки программирования, такие как C++, Java, Python и т.д. Очень ограниченный набор инструкций, которые изначально понимает процессор, называется машинным кодом (или ещё «машинным языком»). То, как эти инструкции организованы, выходит за рамки этого введения, но стоит отметить две вещи.

Во-первых, каждая команда (инструкция) состоит только из двух цифр: 0 или 1. Эти числа называются битами (сокращенно от англ. «binary digit») или двоичным кодом.

Например, одна команда машинного кода архитектуры x86 выглядит следующим образом:

10110000 01100001

Во-вторых, каждый набор битов переводится процессором в инструкции для выполнения определённого задания (например, сравнить два числа или переместить число в определённую ячейку памяти). Разные типы процессоров обычно имеют разные наборы инструкций, поэтому инструкции, которые будут работать на процессорах Intel вполне вероятно, что не будут работать на процессорах Xenon, которые используются в игровых приставках Xbox. Раньше, когда компьютеры только начинали массово распространяться, программисты должны были писать программы непосредственно на машинном языке, что было очень неудобно, сложно и занимало намного больше времени, нежели сейчас.

Язык ассемблера

Так как программировать на машинном языке — удовольствие специфическое, то программисты изобрели язык ассемблера. В этом языке каждая команда идентифицируется коротким именем (а не набором единиц с нулями), и переменными можно управлять через их имена.

Таким образом, писать/читать код стало гораздо легче. Тем не менее, процессор всё равно не понимает язык ассемблера напрямую.Его также нужно переводить, с помощью ассемблера, в машинный код. 

Ассемблер — это транслятор (переводчик), который переводит код, написанный на языке ассемблера, в машинный язык. В Интернете этот язык называют просто «Ассемблер».

Преимуществом Ассемблера является производительность (точнее скорость выполнения) и он до сих пор используется, когда это имеет решающее значение.

Тем не менее, причина подобного преимущества заключается в том, что программирование на этом языке адаптируется к конкретному процессору. Программы, адаптированы под один процессор, не будут работать с другим. Кроме того, чтобы программировать на Ассемблере, по-прежнему нужно знать очень много не очень читабельных инструкций для выполнения даже простого задания.

Например, вот та же команда, что выше, но на языке ассемблера:

mov al, 061 - перемещаем значение 61 в регистр AL

Высокоуровневые языки программирования

Для решения проблем читабельности кода и чрезмерной сложности были разработаны высокоуровневые языки программирования. C, C++, Pascal, Java, JavaScript и Perl — это всё языки высокого уровня. Они позволяют писать и выполнять программы, не переживая о совместимости кода с разными архитектурами процессоров. Программы, написанные на языках высокого уровня, также должны быть переведены в машинный код перед выполнением.

Есть два варианта:

1. компиляция, которая выполняется компилятором
2. интерпретация, которая выполняется интерпретатором.

Компилятор — это программа, которая читает код и создаёт автономную (способную работать независимо от другого аппаратного или программного обеспечения) исполняемую программу, которую процессор понимает напрямую. При запуске программы весь код компилируется целиком, а затем создаётся исполняемый файл и уже при повторном запуске программы компиляция не выполняется.

Если по-простому, то процесс компиляции выглядит следующим образом:

Интерпретатор — это программа, которая напрямую выполняет код, без его предыдущей компиляции в исполняемый файл. Интерпретаторы более гибкие, но менее эффективны, так как процесс интерпретации выполняется повторно при каждом запуске программы.

Процесс интерпретации: 

Любой язык программирования может быть компилируемым или интерпретируемым, однако, такие языки, как C, C++ и Pascal — компилируются, в то время как «скриптовые» языки, такие, как Perl и JavaScript — интерпретируются. Некоторые языки программирования (например, Java) могут как компилироваться, так и интерпретироваться.

Преимущества высокоуровневых языков программирования

Преимущество №1: Легче писать/читать код. Вот та же команда, что выше, но на языке C++:

а = 97;

Преимущество №2: Требуется меньше инструкций для выполнения определённого задания. В C++ вы можете сделать что-то вроде а = b * 2 + 5; в одной строке. В языке ассемблера вам пришлось бы использовать 5 или 6 инструкций.

Преимущество №3: Вы не должны заботиться о таких деталях, как загрузка переменных в регистры процессора. Компилятор или интерпретатор берёт это на себя.

Преимущество №4: Высокоуровневые языки программирования портативнее под различные архитектуры (но есть один нюанс).

Нюанс заключается в том, что многие платформы, такие как Microsoft Windows, имеют свои собственные специфические функции, с помощью которых писать код намного легче. Но тогда придётся пожертвовать портативностью, так как функции, специфические для одной платформы, вполне вероятно, что могут не работать на другой платформе. Обо всём этом мы детальнее поговорим в следующих уроках.

Источник

Понравилась статья? Тогда поделитесь ссылкой с друзьями! Также не забывайте подписаться на наш канал и посетить наш чат