Читать книгу "Код. Тайный язык информатики - Чарльз Петцольд"

Языки высокого уровня имеют свои преимущества и недостатки. Основная ценность в том, что их обычно легче изучать и использовать, чем языки ассемблера. Программы, написанные на языках высокого уровня, часто получаются более понятными и краткими. Кроме того, такие языки в основном являются переносимыми, то есть не зависят от конкретного процессора, что позволяет программисту не учитывать базовую структуру компьютера, где будет работать программа. Разумеется, если хотите запустить программу более чем на одном процессоре, вам потребуются компиляторы, которые генерируют машинный код для этих процессоров. Исполняемые файлы по-прежнему будут специфическими для каждого из них.

Однако код, написанный хорошим ассемблерным программистом, почти всегда превосходит код, созданный компилятором. Это означает, что исполняемый файл, получившийся из программы, написанной на языке высокого уровня, будет более объемным и медленным по сравнению с функционально идентичной программой, написанной на языке ассемблера. (В последние годы это стало менее очевидным в связи с усложнением микропроцессоров и усовершенствованием компиляторов в плане оптимизации кода.)

Несмотря на то что язык высокого уровня может упростить работу с процессором, он не сделает его более мощным. С помощью ассемблера вы можете получить доступ ко всем функциям процессора. Поскольку высокоуровневый язык необходимо преобразовывать в машинный код, он может только сократить возможности процессора. Действительно, если высокоуровневый язык является переносимым, он не может использовать функции, характерные для определенных процессоров.

Например, многие процессоры предусматривают команды побитового сдвига. Как вы помните, эти команды сдвигают содержащиеся в аккумуляторе биты вправо или влево. Однако таких команд практически не существует ни в одном высокоуровневом языке программирования[32]. Если перед вами стоит задача, требующая использования побитового сдвига, придется имитировать его путем умножения или деления на 2. (Нельзя сказать, что это плохо: многие современные компиляторы используют команды побитового сдвига процессора для умножения или деления на степень двойки.) Кроме того, во многих языках не предусмотрены и булевы операции над битами[33].

На заре эры домашних компьютеров большинство прикладных программ были написаны на ассемблере. Однако в наши дни этот язык используется редко и только для решения особых задач[34]. По мере добавления в процессоры аппаратного обеспечения для конвейеризации — одновременного прогрессивного выполнения нескольких команд — язык ассемблера постоянно усложнялся. В то же время компиляторы становились все более интеллектуальными. Увеличение емкости диска и оперативной памяти современных компьютеров также сыграло свою роль: программистам больше не нужно создавать код, требующий небольшого объема памяти и умещающийся на небольшой дискете.

Несмотря на то что разработчики многих ранних компьютеров пытались формулировать для них задачи, используя алгебраическую форму записи, первым настоящим рабочим компилятором считается A-0 для компьютера UNIVAC, созданный в 1952 году Грейс Мюррей Хоппер (1906–1992) в корпорации Remington Rand. Доктор Хоппер пришла в компьютерную индустрию в 1944 году, когда присоединилась к команде Говарда Эйкена для работы над компьютером «Марк I». В свои восемьдесят с лишним лет она продолжала работать в этой сфере, занимаясь связями с общественностью в корпорации Digital Equipment Corporation (DEC).

Самый старый из используемых сегодня языков высокого уровня — ФОРТРАН (FORTRAN) (хотя за прошедшие годы он был многократно пересмотрен). Названия многих языков программирования пишутся прописными буквами, потому что являются акронимами. Название FORTRAN образовано от слов FORmula и TRANslation («трансляция формул»). Он был разработан в IBM для компьютеров серии 704 в середине 1950-х годов. На протяжении многих лет именно ФОРТРАНом пользовались ученые и инженеры. Он предусматривает обширную поддержку операций с плавающей точкой и работу с комплексными числами (которые, как я объяснил в предыдущей главе, представляют собой комбинации действительных и мнимых чисел).

У каждого языка программирования существуют сторонники и противники, которые могут горячо отстаивать свои предпочтения. В попытке занять нейтральную позицию при описании следующих концепций программирования я выбрал язык, который почти никто уже не использует, — АЛГОЛ (ALGOL — ALGOrithmic Language, алгоритмический язык; так же называется вторая по яркости звезда в созвездии Персея).

АЛГОЛ подходит для исследования природы высокоуровневых языков программирования, поскольку во многих отношениях это прямой предок многих популярных языков общего назначения, разработанных за последние 40 лет. Даже сегодня люди называют некоторые языки программирования языками типа АЛГОЛ.

Первая версия этого языка, АЛГОЛ 58, была разработана международным комитетом программистов в 1957 и 1958 годах. Два года спустя, в 1960-м, язык был доработан, а его пересмотренная версия получила название АЛГОЛ 60. Со временем появился АЛГОЛ 68, однако в этой главе я буду обращаться к версии, описанной в документе «Переработанное описание алгоритмического языка АЛГОЛ 60», который был завершен в 1962 году и впервые опубликован в 1963-м.

Давайте напишем краткий код на языке АЛГОЛ. Предположим, у нас есть компилятор под названием ALGOL.COM, который работает под управлением операционной системы CP/M или MS-DOS. Наша первая программа, написанная на языке АЛГОЛ, — текстовый файл с именем FIRST.ALG. Обратите внимание на тип файла ALG.

Программа на этом языке должна быть заключена между словами begin и end. Отобразим следующую текстовую строку.

Вы можете запустить компилятор, указав на программу FIRST.ALG, следующим образом.

ALGOL FIRST.ALG

Скорее всего, в ответ компилятор выведет что-то вроде этого.

Line 3: Unrecognized keyword 'ende'

К орфографическим ошибкам компилятор относится строже, чем придирчивый преподаватель. Я допустил ошибку в слове end, когда писал код, поэтому компилятор сообщил мне о наличии синтаксической ошибки. Вместо ende он ожидал встретить ключевое слово, которое способен распознать.