Логическое программирование
Создание языка искусственного интеллекта PROLOG (PROgramming in LOGic – программирование в терминах логики) в 1973 г. французским ученым Аланом Кольмероэ открыло новую область – логическое или реляционное программирование.
Концепция логического программирования базируется на понятии отношение. Логическая программа – это совокупность аксиом и правил, определяющих отношения между объектами и целью. Выполнение программы представляет собой попытку доказательства логического утверждения, построенного из программы по правилам, определенным семантикой используемого языка. Результатом вычислений является вывод следствий из аксиом. Алгоритм логической программы предполагает определение и перечень специфических свойств объектов и отношений между ними, а не определение порядка выполнения отдельных шагов. Это подтверждает декларативный характер логического языка программирования. Логические программы не отличаются высоким быстродействием, так как процесс их выполнения сводится к построению прямых и обратных цепочек рассуждений разнообразными методами поиска.
Программа на языке Пролог, в основу которой положена математическая модель теории исчисления предикатов, строится из последовательности фактов и правил, затем формулируется утверждение, которое Пролог будет пытаться доказать с помощью введенных правил. Пользователь только описывает структуру задачи, а внутренний механизм Пролога сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления,
Объектно-ориентированное программирование (ООП)
Пионером данного направления явился язык Smalltalk, первоначально предназначенный для реализаций функций машинной графики. Работа над языком началась в 1970 г. в исследовательской лаборатории XEROX (США), а закончилась в 1980 г. окончательным вариантом интерпретатора Smalltalk-80. Данный язык оригинален тем, что его синтаксис очень компактен и базируется исключительно на понятии объекта. В нем отсутствуют операторы или данные, все, что входит в Смолток, является объектами, а объекты общаются друг с другом исключительно с помощью сообщений. В настоящее время версия VisualAge for Smalltalk развивается компанией IBM.
Основой объектно-ориентированного программирования (ООП) является понятие объект. Его суть состоит в том, что объект объединяет в себе структуры данных и характерные только для него процедуры (методы) их обработки. Такой подход полностью меняет стиль программирования, он заключается в отображении физических объектов реального мира на программную среду. Работать с объектами удобнее и естественнее, чем с традиционными конструкциями процедур преобразования данных. Объединение данных и свойственных им процедур обработки в одном объекте, детальная реализация которых остается скрытой для пользователей, называется инкапсуляцией и является одним из важнейших принципов ООП.
Другим фундаментальным понятием ООП является класс. Класс есть шаблон, на основе которого может быть создан конкретный программный объект, он описывает свойства и методы, определяющие поведение объектов этого класса. В ООП класс представляет собой абстрактный тип данных и является механизмом для создания объектов. Объявление класса есть логическая абстракция, определяющая новый тип объекта, а определение объекта как экземпляра класса создает этот объект физически, т.е. размещает объект в памяти.
ООП является более естественным, так как предоставляет возможность выбрать имеющиеся или создать новые объекты и организовать взаимодействия между ними. Следовательно, объектно-ориентированные языки по сравнению с процедурными являются языками более высокого уровня.
Следующими важнейшими принципами ООП являются наследование и полиморфизм. Наследование предусматривает создание новых классов на базе существующих и позволяет классу-потомку иметь (наследовать) все свойства класса-родителя. При работе с объектами иерархии «родители - дети - и т.д.» разрешается задавать одинаковые имена различным по реализации методам, для обработки объектов разных ступеней иерархии. Это явление называется полиморфизм. Благодаря полиморфизму в ООП обработка объектов упрощается, так как одинаковым действиям объектов соответствуют одноименные методы.
Полиморфизм (от греч. «многоликость») означает, что рожденные объекты обладают информацией о том, какие методы они должны использовать в зависимости от того, в каком месте цепочки наследования они находятся. Другим основополагающим принципом ООП является модульность, – объекты заключают в себе полное определение их характеристик, никакие определения методов и свойств объекта не должны располагаться вне его, это делает возможным свободное копирование и внедрение одного объекта в другие.
Т.е. использование функций не является принципом объектно-ориентированного программирования.
К наиболее распространенным современным языкам ООП относятся C++ и Java.
Язык C++ был разработан в начале 80-х гг. Бьерном Страуструпом в лаборатории Bell корпорации AT&T. Им была создана компактная компилирующая система, в основе которой лежал язык С, дополненный элементами языков BCPL, Simula-67 и Алгол-68. Более ранние версии языка были известны как «С с классами». В июле 1983 г. C++ был впервые использован за пределами исследовательской группы автора, однако тогда еще многие особенности языка не были придуманы. К 1990 г. была выпущена третья версия языка C++, стандартизированная американским государственным комитетом стандартов ANSI.
В 1990 г. сотрудник корпорации Sun Д. Гослинг на основе расширений C++ разработал объектно-ориентированный язык Oak, основным достоинством которого было обеспечение сетевого взаимодействия различных по типу устройств. Новая интегрируемая в Internet версия языка получила название Java. С января 1995 г. Java получает распространение в Internet. По определению автора, Java является простым объектно-ориентированным и архитектурно-нейтральным языком интерпретирующего типа, обеспечивающим надежность, безопасность и переносимость, обладает высокой производительностью, многопоточностью и динамичностью.
Синтаксис языков C++ и Java во многом совпадает. Принципиальным различием является то, что язык C++ компилируемый в машинный код, a Java - в платформо-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт), этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора – виртуальной Java-машины (Java Virtual Machine, JVM), версии которой созданы сегодня для любых платформ. С точки зрения возможностей объектно-ориентируемых средств, Java имеет ряд преимуществ перед C++. Механизм наследования, реализованный в Java, обязывает к более строгому подходу к программированию, что способствует надежности и читабельности кода. Язык C++ обладает сложной и трудной для понимания системой наследования. Возможности динамического связывания объектов одинаково хорошо представлены в обоих языках, но синтаксическая избыточность C++ и здесь принуждает к выбору языка Java.
Идеи ООП проникли во многие процедурные языки. Например, в состав интегрированной системы программирования Паскаль (корпорации Borland International), начиная с версии 5.5, входит специальная библиотека ООП Turbo Vision.
Рассмотрим пример объектно-ориентированного программирования:
Создадим класс Животные. Животные обладают следующими характеристиками: вес, рост. Они могут делать следующие действия: издавать звук.
Итак:
class Animals //название класса
{
Weight, //переменная, в которой хранится вес
Height; //переменная, в которой хранится рост
Voice(); //функция издающая звук
}
Теперь создадим классы Кошка и Собака, унаследовав их от класса Животные.
class Cat : Animals
{
};
class Dog : Animals
{
}
Поскольку, классы Кошка и Собака унаследованы от класса Животные, они обладают всеми атрибутами класса Животные – Weight, Height, Voice(). Это называется – наследование.
Создадим теперь конкретные экземпляры класса Кошка и Собака, т.е. объекты:
Cat Barsik; //создали кота Барсик
Dog Muhtar; //создали собаку Мухтар
Определим рост и вес для Барсика и Мухтара:
Weight=10 – так написать нельзя, т.е. нужно указывать чей рост и вес будем определять.
Barsik.Weight=10; //установили для Барсика вес 10 кг
Barsik.Height =50; //установили для Барсика рост 50 см
Muhtar.Weight=60;
Muhtar.Height =80;
Определение параметров объекта через обращение к нему – называется инкапсуляцией.
Поскольку, и класс Кошка и класс Собака унаследованы от класса Животные, у них одинаковая функция – издавать звук. Переопределим эту функцию для этих классов, чтобы собака лаяла, а кошка мяукала. Такое переопределение функции называется перегрузкой функции. Это переопределение выполняется при создании класса:
class Cat : Animals
{
Voice()
{
Mau;
}
};
class Dog : Animals
{
Voice()
{
Gav;
}
}
Теперь, при подаче звука животным:
Barsik.Voice(); //результат – Mau, замяукал
Muhtar.Voice(); //результат – Gav, загавкал
Принцип переопределения (перегрузки) функций называется полиморфизмом.
Системы программирования
С середины 90-х гг. многие объектно-ориентированные языки реализуются как системы визуального программирования. Такие системы имеют интерфейс, позволяющий при составлении текста программы видеть те графические объекты, для которых она пишется. Отличительной особенностью этих систем является наличие в них среды разработки программ из готовых «строительных блоков», позволяющих создавать интерфейсную часть программного продукта в диалоговом режиме, практически без написания программных операций. Система берет на себя значительную часть работы по управлению компьютером, что делает возможным в простых случаях обходиться без особых знаний о деталях ее работы. Она сама пишет значительную часть текста программы: описания объектов, заголовки процедур и многое другое. Программисту остается только вписать необходимые строчки, определяющие индивидуальное поведение программы, которые система не в состоянии предвидеть. Но даже в этих случаях система сама указывает место для размещения таких строк. К объектно-ориентированным системам визуального проектирования относятся: Visual Basic, Delphi, C++ Builder, Visual C++. Это системы программирования самого высокого уровня.
VВА (Visual Basic for Application) является общей языковой платформой для приложений Microsoft Office (Excel, Word, Power Point и др.). VBA соблюдает основной синтаксис и правила программирования языков Бейсик-диалектов. VBA помогает довольно сильно расширить возможности приложений за счет написания макросов – программ, предназначенных для автоматизации выполнения многих операций. VBA позволяет создавать объекты управления графического интерфейса пользователя, задавать и изменять свойства объектов, подключать к ним необходимый для конкретного случая программный код. С помощью VBA можно производить интеграцию между различными программными продуктами. Программы на языке VBA для приложений создаются двумя способами: в автоматическом режиме как результат построения клавишной макрокоманды или путем написания программного кода.