Языки программирования

В 21 веке программы стали настолько привычной частью нашей жизни, что порой мы их даже не замечаем. Вспомните свой утренний будильник на смартфоне, приложение для заказа еды или браузер, через который вы сейчас читаете эту статью. Все эти инструменты – результат работы программистов, людей, которые владеют искусством создания программ.

Программирование – это творческий процесс, направленный на решение задач и воплощение идей в виде последовательности инструкций, понятных компьютеру. Эти инструкции мы записываем на специальных языках – языках программирования.

Подобно тому, как люди общаются на разных языках, например, русском или английском, программисты также используют разные языки для «разговора» с компьютером. Каждый язык имеет свои особенности, правила (которые мы называем синтаксисом) и лучше подходит для определенных задач. Некоторые языки со временем становятся более популярными, другие – менее.

Например, индекс TIOBE определяет популярность языков программирования на основе анализа поисковых запросов, связанных с ними. И уже несколько лет подряд Python уверенно занимает лидирующие позиции в этом рейтинге, обгоняя таких «ветеранов», как C++, Java и C#.

Языки программирования как иностранные языки

Представьте, что вы хотите сказать: «Привет, мир!» на разных иностранных языках. На английском вы скажете: «Hello world!», а на китайском: «世界你好!» (Shìjiè nǐ hǎo).

Аналогично и в программировании. Одна и та же задача может быть решена с использованием разных языков, и код при этом будет выглядеть по-разному.

Давайте взглянем на простой пример – вывод на экран фразы «Привет, мир!». Вот как это делается на языке JavaScript:

console.log("Привет, мир!");

А вот тот же самый результат на Python:

print("Привет, мир!")

Знакомимся с функцией print() в Python

Python предлагает множество готовых команд, которые называются функциями. Эти функции позволяют нам выполнять различные действия, например, выводить информацию на экран, производить математические расчеты или работать с файлами.

Функции в Python обычно записываются строчными буквами и всегда сопровождаются парой круглых скобок (). Внутри этих скобок могут находиться параметры – данные, которые мы передаем функции для её работы.

Для вывода текста на экран в Python используется функция print(). В её круглых скобках мы можем указать текст, который хотим отобразить, заключив его в кавычки.

Хотя сами языки программирования могут быть разными, многие ключевые слова и понятия в них основаны на английском языке. Например, функция print() переводится как «печатать» или «выводить».

Также языки программирования имеют строгие правила записи команд – синтаксис. Любая, даже незначительная ошибка в написании может привести к тому, что программа не будет работать. Так, после слова print обязательно должны идти круглые скобки (), а строка для вывода должна быть заключена в кавычки " или '.

Компьютер и машинный код

Возникает закономерный вопрос: «Неужели компьютер понимает английский язык?». Конечно же, нет. Языки программирования созданы для удобства нас, программистов. На самом деле компьютер «говорит» на своем собственном языке – машинном коде, который представляет собой последовательность нулей и единиц.

Для центрального процессора компьютера 0 и 1 – это всего лишь электрические сигналы: отсутствие тока и его наличие, как выключатель света в положении «выкл.» и «вкл.». Любая информация, будь то буква, число или команда, должна быть представлена в виде такой последовательности нулей и единиц.

Например, фраза «Привет, мир!» в представлении компьютера выглядит примерно так:

11010000 10011111 11010001 10000000 11010000 10111000 11010000 10110010 11010000 10110101 11010001 10000010 00101100 00100000 11010000 10111100 11010000 10111000 11010001 10000000 00100001

Для более компактной записи машинного кода часто используется шестнадцатеричная система счисления, где помимо цифр от 0 до 9 используются буквы от A до F (соответствующие числам от 10 до 15). В этом случае последовательность 11010000 превращается в D0, что уже выглядит немного проще.

Но согласитесь, что писать программы в таком виде крайне сложно и неудобно. Поэтому для облегчения жизни программистов были созданы языки программирования.

Уровни языков программирования

В зависимости от того, насколько язык программирования близок к машинному коду, их разделяют на низкоуровневые и высокоуровневые.

Низкоуровневые языки, такие как Ассемблер, предоставляют прямой доступ к ресурсам компьютера – процессору и оперативной памяти. Они используются для написания драйверов устройств, программ для микроконтроллеров и антивирусов, где важен максимальный контроль над «железом». Однако Ассемблер довольно сложен в изучении и использовании, а его команды зависят от конкретной архитектуры процессора.

Вот пример вывода сообщения «Привет, мир!» на языке Ассемблер (для Linux/x86):

SECTION .data
  msg: db "Привет, мир!",10
  len: equ $-msg
   
  SECTION .text
  global _start
  _start: mov edx, len
          mov ecx, msg
          mov ebx, 1    ; stdout
          mov eax, 4    ; write(2)
          int 0x80
          mov ebx, 0
          mov eax, 1    ; exit(2)
          int 0x80

Как видите, даже этот простой пример выглядит гораздо сложнее, чем на Python.

Высокоуровневые языки, такие как Python, JavaScript, PHP и многие другие, делают процесс программирования значительно проще и быстрее. Они скрывают множество низкоуровневых деталей, позволяя программистам сосредоточиться на логике решения задачи, а не на особенностях работы процессора. Функция print() в Python – яркий пример удобства высокоуровневого языка.

Как компьютер понимает наши команды?

Но как же компьютер понимает код, написанный на высокоуровневом языке? Для этого существует процесс трансляции – преобразования кода в машинный код. Трансляция может выполняться двумя основными способами: с помощью компилятора или интерпретатора.

Представьте, что вы нашли рецепт торта, написанный на незнакомом вам языке, но вы твёрдо решили его приготовить.

Компиляция похожа на заказ полного перевода рецепта в бюро переводов. Вы отдаете весь текст рецепта, ждете, пока его полностью переведут на понятный вам язык, и только после этого начинаете готовить.

Компилируемые языки (например, C, C++, Java, C#) сначала полностью переводятся в машинный код с помощью специальной программы – компилятора. Результатом работы компилятора является исполняемый файл, который можно запустить на компьютере. Компиляция обычно обеспечивает более высокую скорость работы программы и больший контроль над ресурсами компьютера, но требует времени на предварительную сборку программы и часто привязывает программу к определенной операционной системе.

Интерпретация похожа на то, как если бы вы попросили друга, владеющего нужным вам языком, переводить вам рецепт в процессе готовки. Он переводит строку, вы выполняете действие, затем переходите к следующей строке и так далее.

Интерпретируемые языки (например, Python, JavaScript, PHP) выполняются построчно с помощью специальной программы – интерпретатора. Интерпретатор читает, анализирует и тут же выполняет каждую строку кода. Такой подход упрощает процесс разработки и отладки, так как вы можете сразу видеть результат выполнения каждой команды, но может немного замедлить работу программы по сравнению с скомпилированным кодом.

Python является интерпретируемым языком, что делает его отличным выбором для начинающих, так как вы можете быстро писать и запускать код, сразу видя результат своих действий.

1. Что такое язык программирования?

2. Что делает функция print("Привет, мир!") в Python?

3. В виде чего компьютер представляет любую информацию?

4. По какому принципу языки программирования разделяются на высокоуровневые и низкоуровневые?

5. Чем отличаются компилируемые языки программирования от интерпретируемых?