プログラミング言語に基づく：構文糖または言語開発の歴史

産業用プログラミングに関する当社の入門コースからの抜粋を引き続き掲載します。

パート3：構文シュガーまたは言語開発の歴史

このパートでは、プログラミング言語の開発の歴史について説明し、どのOOPと関数型プログラミングもアクセス可能な方法で説明します。 他の部品はここにあります 。





構文糖は、PLの構文に追加するための一般用語であり、言語の使用をより便利にしますが、新しい機能を追加しません。



PLの開発の全歴史は、構文糖の甘さを増す物語です。

機械語

すべては、特定のコンピュータープラットフォームの構造と特性を考慮した言語である、マシン依存の言語で始まりました。 電卓でプログラムを作成した人は、プログラムがどのようにコンパイルされたかを覚えています。



計算結果が書き込まれた12個のレジスタ（これらはギガバイトのRAMですか？）、オフセットレジスタのペア（チューリングマシンを思い出してください、はい、レジスタは次のコマンドを取得するデータレジスタを示しました！）、および次のコマンドを書き込む必要があるコマンドのレジスタ操作（値の読み取り、値の書き込み、2つのメモリレジスタの値の追加など）。

フォンノイマンアーキテクチャ

これらのデバイスのアーキテクチャでさえ、現代のコンピュータの標準であるフォンノイマンアーキテクチャに必ずしも対応していませんでした。

実際、フォンノイマンアーキテクチャでは、メモリをプロセッサから分離し、メモリに可変プログラムを格納します。 電卓は通常、実行可能プログラムの固定セットを持つデバイスでした。



実際、フォンノイマンアーキテクチャへの移行により、最初はパンチテープとパンチカードから、外部ソースから自動的に実行されるプログラムを設定できるようになりました。

人々はそのようにプログラミングし、特定のレジスタに対応するカードに穴を開け、ビットごとの値を設定しました。 多くの話は、厄介な技術者がこれらの段ボールの積み重ねを床に落としたときに、文字通り何百ものパンチされたカードでいっぱいのプログラムが崩壊した方法に関連しています。

アセンブラー

機械コードでのプログラミングはあまり便利ではなかったため、最初の機会にアセンブラーが登場しました-機械操作を繰り返す言語ですが、人間が読める命令と紙にペンを書いてアルゴリズムをビットのセットとしてではなく、より意味のあるテキストとして記述する機能を備えています。



アセンブラーはマシンのアーキテクチャにも関連付けられています（そのコマンドはプロセッサーの命令を繰り返すため）が、深byへの一歩はすでにとられており、言語は砂糖の結晶でますます成長し始めました。

スタック言語

最初の兆候は、データスタックの使用でした。 スタックは、任意のデータの一時的な保存の問題を解決するように見えました。 もちろん、データはレジスタに保存できますが、この場合、取得したいデータである各レジスタの名前を覚えておく必要があります。



スタックの特徴的な機能は、スタックからデータを取得するための特別な手順です。いつでも、スタックの最上位の要素のみが利用可能です。 スタックに最後にロードされたアイテム。 スタックから最上位の要素をアンロードすると、自動ホーンと同様に、次の要素が利用可能になります-そこに押し込まれた最初のカートリッジにアクセスできるのは最後のカートリッジのみです。



現在、これは非常に不快に思えるかもしれませんが、ルーチンの作成を許可しました。



サブルーチンを呼び出す前に、特別な名前のスタックにデータを入力します。 サブルーチンは、パラメーターがスタックに配置される順序を知っており、そこからそれらを選択して実行で使用し、実行時に、同じスタックまたは別のスタックに作業結果を配置できます。 さらに、メインプログラムには、サブルーチンに制御を移す前に、データをスタックに保存する機能があります。 制御を返した後、プログラムは単にその値をスタックから復元し、プロセッサのレジスタ内のデータがサブルーチンによって消去される可能性があるという事実に注意を払いません。

マクロアセンブラー

次のステップはマクロアセンブラでした。 マクロアセンブラは、マクロプロセッサ用のプログラムであり、マクロプロセッサは、より高いレベルの言語（マクロアセンブラ）からマシンコードへの変換プログラムです。 たとえば、スタックを使用するための独自のコマンドを作成することが可能になりました。



スタックコマンド（プッシュ、ポップ）、データスタックをコピーするコマンドが生成されます。



マクロアセンブラーは、数十または数百のプロセッサー命令がある高レベル言語を生成します。 フォート、アルゴル、ベーシックが旅を始めます...

モジュラー言語

拡張された構文の禁止された成果を味わったプログラマーは停止せず、モジュール性を望みました。別個に書かれたプログラムモジュールを呼び出して、そのアルゴリズムを詳しく調べないのはとても便利です。 主なことは、入力としてデータを受け取る方法と結果を返す方法を知ることです。



アセンブラには、モジュールの命名と接続、さまざまなサブプログラムの呼び出し時の制御の転送と戻りを容易にするコマンドが補充されます。 データ交換インターフェースが開発されています。 データ構造の概念が浮上しています。

手続き言語

モジュラー言語への論理的な追加は、プロシージャまたはサブプログラムの概念でした。 サブプログラムには2つの重要な機能があります。



1.名前が付けられている、つまり 名前でルーチンを呼び出すことができます

2.サブプログラムを呼び出したので、呼び出された場所から同じ場所に制御を戻すことが確実にわかります。



たとえば、BASICでは、サブルーチンはGOSUB：Label：として呼び出されました。

機能

不足していることが1つだけあります。親プログラム（サブルーチンの呼び出し元）の変数が損なわれないようにしたかったからです。 しかし、どうでしたか？ グローバルスペースのすべての変数は、サブプログラムで使用を開始すると、それらを上書きします。



そのため、関数とローカル変数の概念が考案されました。名前付きサブルーチンを呼び出し、そこにいくつかの値を渡します。 ルーチンは、渡された値をローカルの名前付き変数として扱います。



開発に伴い、関数は結果を返す機能を獲得しました。それ以前は、戻り値がグローバル変数の1つに記録されていたためです。



この機能には次の機能があります。



1.彼女の名前は

2.パラメータがそこに転送されます

3.渡されたパラメーターは、関数内でのみ名前付きパラメーターとして使用できます。関数外では表示されません

4.関数は、この関数の外部からは見えないローカルの名前付きパラメーターを使用できます

5.関数は作業の結果を返すことができます



関数構文の紹介は、手続き型プログラミング言語を調和的に補完します。

関数型言語

自然な欲求は、呼び出されたときに呼び出された関数の親関数のローカル変数を観察する機能で関数を補完することでした。



トワイライト・マインドのこの天才を解決するために、実行コンテキストの概念が生まれます。これは、実行時に関数が使用できる名前付き変数の領域です。 このデータ領域は継承拡張可能になります。子関数が呼び出されると、子関数内で宣言された変数で補充された独自のコンテキストが作成されます。 さらに、これらの変数は、ドーター関数の外では見えません。 ただし、それらは、孫娘関数、孫娘関数などを呼び出すときに使用できます。



実行コンテキストを継承する機能は、クロージャーと呼ばれます。



実行コンテキストと完全に連携する機能により、関数型プログラミング言語が生成されます。



最後に、関数をパラメーターとして渡して別の関数を呼び出したり、サブルーチンを実行した結果として関数を返したりする機能を追加することで、これらが完了します。

データ型

同時に、プログラマーの考えは止まりませんでした。 プログラマーがデータ型を発明しました。

最初は、結局のところ、データはバイナリ形式でのみ利用可能でした-ゼロと単一のもの。



人々にとって、実際的な問題を解決するには、より高いレベルの抽象化で操作する方が便利です。 そのため、整数データ型は、負であるかどうかを示す機能なしで表示されます（バイト、符号なし整数、符号なし長整数など）。



次に、それらの開発として-負の数を記録する機能を備えたデータ型（最初のビットでエンコードされ、それに関連して不平等+0および-0の面白いインシデントがありました）。 さらに、浮動小数点を使用したより便利な作業のために、float型とdouble float型が発生しました（ご想像のとおり、double floatは同じfloatですが、小数点の前後にさらに文字を書き込むことができます）。



浮動小数点型の興味深いバイト表現は、原則として、数値を渡すために、負の数値を指定するかどうかを指定する機能を備えた同じ整数が必要であり、数値の先頭から何桁が必要かを示すことです。



論理演算では、原則として、同じゼロと1で完全に十分でしたが、より複雑なために、真と偽の2つの値を持つブール型にラップされました（ちなみに、同じ単位とゼロでした）。



ひどく必要な次のタイプのプログラマーは配列でした。 データ配列は、最後にポップされたアイテムだけでなく、一般的に番号で誰にでも自由にアクセスできる可能性があるため、スタックとは根本的に異なっていました。 配列は接着されたセルとしてプログラマーに提示され、その中にデータが配置されていたため、配列は最初に特定のサイズで一度に設定され、このサイズは変更できませんでした。



しかし、結局のところ、細胞は必ずしも満たされていませんか？ したがって、空のセルの指定が必要であり、タイプnullが発生します。 実際、最初はコード0x0のシンボルであり、このセルにゼロ値を書き込み、それを読み取って、値0の符号なし整数としてではなく、ヌルとして正確に解釈する必要がある場合に、おかしな事件を引き起こしました。



配列を宣言するために、メモリフラグメント（バッファ）が予約され、このフラグメントに配置されるセルの数と、その中に配置される要素が示されます。 また、Richieにint型の配列にlong型の要素を書き込ませないでください！ 最良の場合、それに続く要素が破損し、最悪の場合、バッファオーバーフローが発生し、割り当てられたメモリバッファのすぐ後ろにある他の非配列データが破損する可能性がありました。



ちなみに、文字列は、最初は文字の配列として正確に表示されていました（別のデータ型charを導入する必要がありました。これは本質的にbyteに対応していました）。 このため、行の長さは事前に宣言する必要がありました。



可変長文字列に対処するために、文字列の終わりをマークするヌルマーカーを考え出しました。 つまり、前述のように、文字列は配列でしたが、この配列の長さは、文字列を収容するのに十分な大きさにすぐに設定されました（640kbのメモリで、すべてのプログラムに十分です）。 行は配列の先頭から始まり、その末尾はnullバイトとしてマークされました。nullが文字列と見なされなかった後に来るもの。



綿密な調査でヌルマーカーを使用して行の終わりをマークする紙の良いアイデアはひどいことが判明しました。行の中央にヌルを追加して、そこからたくさんの小康状態を得るのを妨げるものは何もありませんでした。 このようにして、C弦の時代が始まりました。

参照資料

メモリバッファのようにデータを扱う作業の編成は、データ自体ではなく、それらへのリンクを転送する関数を呼び出すときに興味深い機会をもたらしました。



以前はどうでしたか？ 変数の値は関数に転送され、これらの値は、元のデータへの損傷を避けるために、関数の名前付き変数にコピーされました。



ただし、割り当てられたメモリフラグメントのアドレスの値を関数に渡すだけで、そこから利用可能なデータ型の変数を読み取ることができます。 そのため、別のデータ型-リンクが登場しました。



リンクは、メモリブロックが割り当てられる変数へのリンクです。 変数を操作するためのメソッドは、値（このメモリブロックで直接）と参照（変数からポインタを読み取り、それに従って、メモリ内の値を変更）の両方に表示されます。

データ構造

私たちはそれのために戦い、それに出くわしたように思えます：変数を損なうことがないように関数内の変数を隔離しましたが、今私たちはあなたが足で撃つことができる銃を与えています！



しかし、ここではありませんでした。参照渡しの変数を渡すことで、単純なデータ型（データ構造）から構造全体を構築するユニークな機会が提供されました



たとえば、…からの配列へのリンクの配列へのリンクを整理することが可能になりました。したがって、ツリー全体を構築できます！



当然、このような配列は実用的な値を持ちません。これはすべて単純なデータ型を使用して整理できるためですが、addNode、removeNodeなどの関数を追加して、プログラムでツリーを操作し、これらの関数のデータ構造へのリンクを渡すと、実用的で非常に魅力的なデザインです。

構造言語

したがって、プログラマーは自分のプログラムに便利な独自のタイプのデータを作成できることがわかりました。データ構造を作成し、それらを操作する機能を記述するだけです。



これが、構造プログラミング言語の表示方法です。 新しいデータ型を記述する機能、この型に何らかの名前を付けて操作を設定する機能をすぐに追加します。

たとえば、文字列は配列としてだけでなく、+演算子を介した連結関数と[]演算子を介した任意の文字へのアクセスを備えた二重リンクリストとして表すことができます。



次の機能を備えた構造言語（Pascal、C）の急速な成長が始まります。



1.データ構造を記述するための正式な言語があります（* Cの.hファイル）

2.記述された構造に名前を付ける機会があります（BTree）

3.彼らは、このデータ構造で操作を示す能力を持っています

対象

独自のデータ型を作成する機能は、このデータ型内で作業するための機能を持ちたいという情熱をプログラマに抱かせます。



これらの明るい心の願望への応答として、オブジェクトの概念が生まれます。 オブジェクトは単なるデータ型ではなく、構造化された情報を格納する単なるリンクではなく、同じリンクを介して利用可能なこの情報を処理するための関数でもあります。



これの下に普遍的な哲学があります：



「オブジェクトとは、特定の状態と動作を持ち、プロパティ（属性）とそれらの操作（メソッド）の値が指定された仮想空間内の特定のエンティティです。」

カプセル化

深い哲学的研究により、オブジェクトにはカプセル化などの特性があることがわかります。カプセル化は、データとこのデータを操作する方法を組み合わせるオブジェクトの特性として定義されます。 哲学者は一般的に再帰的な定義が大好きです。



カプセル化の本質は簡単です。オブジェクトのメソッド（オブジェクトに含まれるデータ）をオブジェクトのメソッドを使用せずに変更できる場合、オブジェクトはオブジェクトではありません。 さらに、オブジェクトのパブリック変数は、誰もが変更できるすべてのものにアクセス可能であるため、このオブジェクト自体の内部状態を変更する方法であると考えられています。



実際、$ object-> property = 12345; これは、メソッド$ object-> setProperty（12345）と同等であると見なされます。操作でオブジェクトの名前を指定しないと、$プロパティ変数に直接アクセスできないためです。

継承

オブジェクトの哲学者の前でさえ、プログラマーは、データ構造を扱うとき、データ構造を拡張する方法を非常に望み、考え出し、cub構造の親構造図を継承しました。



データと関数を組み合わせたオブジェクトを作成すると、興味深いエンジニアリングタスクが発生しました。そのような方法で回避する方法です。構造を継承し、関数を継承し、相続人に新しい機能を追加します。



しかし、問題は、親オブジェクトに関数があり、相続人に関数があり、異なることをすることですが、その名前は-まあ-同じです。 この問題の解決策はポリモーフィズムと呼ばれていました。

多型

哲学者たちは大騒ぎし、「多相性とは、同じ仕様を持つオブジェクトが異なる実装を持つ能力である」という定義を与えました。 ここで、仕様とは、オブジェクト（パブリック変数を含む）を操作するメソッドの名前と署名を意味します。



多型には多くの認識がありますが、そのうちのいくつかを次に示します。

-純粋な多型（署名多型）

-パラメトリック多型（メソッド名による多型）

-再定義（抽象化、抽象クラス）

-オーバーロード（子孫メソッドによる祖先メソッドの不完全な置換）

抽象化

哲学的思考も静止していませんでした。 哲学者は、継承の性質を研究した後、それを抽象化に置き換えることができることに気付きました。



抽象化はそのようなものです...どのように説明しますか？ ここにオブジェクトがあります-素晴らしい、これはマテリアルです。 また、このオブジェクトが何であるかというアイデアもあります。どのメソッドを公開するべきか、これらのメソッドは何をすべきかですが、詳細はありません。 実際、コードの現実に規約をキャストできるオブジェクトまたは抽象祖先のインターフェースについて説明しました。

OOP

実際、OOPはオブジェクト指向プログラミングです。 これは、カプセル化、継承、ポリモーフィズムの3つの概念すべての中でオブジェクトを操作するプログラマーの能力です。 さて、カプセル化、抽象化、多態性。



OOPパラダイムは、MVCモデルとは何の関係もありません（一部のPHPプログラマーの意見とは異なります）。 OOPは、継承されたオブジェクトと同様に、データおよびデータ処理メソッドでのみ機能しています。



手続き型および構造型プログラミングのパラダイムとは対照的に、オブジェクトがある場合、それらは継承されません。 さて、またはオブジェクトがない場合、すべてのデータは配列、構造、割り当てられたメモリバッファで送信されます。

クラス指向プログラミング

オブジェクトプログラミングでは、多くのオブジェクトを作成する必要があります（奇妙なことに）。 したがって、何らかの方法でオブジェクトの階層を整理し、何らかの方法でそれらを退屈させる必要があります。



これらの願望に応えて、クラスインスタンスの概念が開発されました。 クラスとは何ですか？ クラスは、データのないメソッドと関数のコレクションです。 クラス自体は機能していません;機能するにはデータが必要です。 実際、作業オブジェクトを取得するには、クラスをインスタンス化する必要があります-「このクラスで説明する関数と、これから説明するデータを使用してオブジェクトを作成してください」と言います。



実際、クラスは、インターフェースのようにオブジェクトのAPIを記述するだけでなく、データ処理用の関数を設定することもできる、糖の構文上のスライスです。



クラスシステムを使用すると、オブジェクトのプロパティ、オブジェクトのプロパティを継承するためのルール、およびオブジェクトデータにアクセスするためのルールを正式に記述することができます。 クラスを使用すると、クラス指向プログラミングのパラダイムが設定されます。



クラスはクールなものですが、クラスがなくても動作するオブジェクト指向言語があるため、OOPには必要ありません。

プロトタイププログラミング

継承を指定する別の方法は、プロトタイプを作成することです。 プロトタイププログラミングでは、オブジェクトのインスタンスはなく、オブジェクトは独自の方法で存在します。 ただし、オブジェクトごとに、1つまたは複数のプロトタイプ（プロパティとメソッドが継承するオブジェクトのリスト）を指定できます。



歴史的に、JavaScriptなどの言語で共有されるプロトタイプ継承モデルは、クラス記述よりも古いです。 しかし、クラス指向プログラミングは、APIとフレームワークを記述するのにより便利であることが判明しました（ご存じのように、性的成熟したJavaプログラマーはすべて、PHPプログラマーの成熟度が自己記述CMSによって決定されるように、独自のフレームワークを記述する必要があります）。