Среды и системы программирования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступление

В 1822 году английский математик Чарльз Бэббидж изобрел первую в мире вычислительную машину, названную им «разностной». С этого изобретения начался новый виток развития в истории человечества.

Построена разностная машина была в 1854 году Георгом Шутцем, а первая программа для нее была создана Адой Лавлейс. Предназначалась эта машина для вычисления различных числовых последовательностей и математических выражений. Разностная машина работала при помощи различных шестерней, а данные вводились в нее при помощи специальных рукояток. Процесс ввода в машину данных для вычислений и считывания результата был долгим и трудоемким, а стоило изобретение достаточно дорого, что не позволило разностной машине снискать большую популярность.

Спустя несколько десятков лет в вычислительных машинах стали использоваться перфокарты, отверстия на которых служили для ввода и вывода информации, однако и этот способ ввода программ был не слишком удобен. По сути, программы для вычислительных машин писались на низкоуровневых языках программирования (иначе говоря, в машинных кодах).

Со временем совершенствовались вычислительные машины и усложнялись задачи, которые перед ними ставились, появились первые компьютеры. Если для создания простых программ еще можно было использовать переключатели и перфокарты, то для более-менее сложных задач такой метод был уже непригоден. Это привело к появлению высокоуровневых языков программирования. Пик их разработки пришелся на 60-70-е года двадцатого века.

Рисунок 1. Основные высокоуровневые языки программирования

Основные типы высокоуровных языков программирования строятся на следующих парадигмах:

· процедурное программирование (Fortran, Basic, Cobol, Algol, Pascal, Ada, С, Logo, FoxPro);

· объектно-ориентированное программирование (Simula, Smalltalk, Object Pascal, C++, Java);

· визуально-событийное программирование (Visual Basic, Delphi, Visual C++, Visual Java, Visual C#);

· функциональное программирование (Lisp);

· логическое программирование (Prolog).

1. Интегрированная среда разработки

Интегрированная среда разработки, ИСР (англ. IDE, Integrated development environment) -- система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения (ПО).

Интегрированные среды разработки были созданы для того, чтобы максимизировать производительность программиста благодаря тесно связанным компонентам с простыми пользовательскими интерфейсами. Это позволяет разработчику сделать меньше действий для переключения различных режимов, в отличие от дискретных программ разработки. Однако, так как ИСР является сложным программным комплексом, то лишь после долгого процесса обучения среда разработки сможет качественно ускорить процесс разработки ПО. Для уменьшения барьера вхождения многие достаточно интерактивны, а для облегчения перехода с одной на другую интерфейс у одного производителя максимально близок, вплоть до использования одной ИСР.

ИСР представляет собой единственную программу, в которой проводится вся разработка ПО. Использование ИСР для разработки программного обеспечения является прямой противоположностью способа, в котором используются несвязанные инструменты, такие как текстовый редактор, компилятор и др.

ИСР, обычно, содержит много функций для создания, изменения, компилирования, развертывания и отладки программного обеспечения. Цель среды разработки заключается в том, чтобы абстрагировать конфигурацию, необходимую, чтобы объединить утилиты командной строки в одном модуле, который позволит уменьшить время, чтобы изучить язык, и повысить производительность разработчика. Например, ИСР позволяет проанализировать код и тем самым обеспечить мгновенную обратную связь и уведомить о синтаксических ошибках. В то время, как большинство современных ИСР являются графическими, они использовались ещё до того, как появились системы управления окнами (которые реализованы в Microsoft Windows или X11 для *nix-систем). Они были основаны на тексте, используя функциональные клавиши или горячие клавиши, чтобы выполнить различные задачи (например, Turbo Pascal).

Первые ИСР были созданы для работы через консоль или терминал. Dartmouth BASIC был первым языком, который был создан с ИСР (и был также первым, который был разработан для использования в консоли или терминале). Эта ИСР (часть Dartmouth Time Sharing System) была командная (то есть управлялась при помощи команд), и поэтому очень отличалась от управляемых с помощью меню, графических ИСР, распространённых сегодня. Однако, это позволяло редактировать, управлять файлами, компилировать, отлаживать и выполнять программы способом, непротиворечивым современным ИСР.

2. Компоненты ИСР

Обычно, среда разработки включает в себя:

* текстовый редактор,

* компилятор и/или интерпретатор,

* отладчик.

Иногда ИСР содержит также средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов -- для использования при объектно-ориентированной разработке ПО.

Рассмотрим основные элементы ИСР более подробно.

Редактор исходного кода.

Редактор исходного кода -- это текстовый редактор, специализированный под нужды разработчиков ПО.

Редактор исходного кода работает с последовательностью символов в текстовых файлах и обеспечивает расширенную функциональность -- подсветку синтаксиса, сортировку строк, конвертацию кодировок, показ кодов символов и т.п.

Редактор кода может быть не только встроенным в интегрированную среду разработки инструментом, но и отдельной программой. Примеры отдельных программ -- редакторов кода:

· Emacs (один из самых мощных по возможностям, многоцелевой, свободный редактор).

· jEdit (свободный редактор на Java).

· Kate (мощный расширяемый свободный текстовый редактор с подсветкой синтаксиса для массы языков программирования и разметки).

· Notepad (входит в состав Microsoft Windows).

· Vim (один из самых мощных по возможностям редактор для программистов).

· EditPlus (текстовый редактор для Windows, предназначенный для программирования и веб-разработки).

Компилятор.

Компилятор -- программа или техническое средство, выполняющее компиляцию.

Компиляция -- трансляция программы, составленной на исходном языке высокого уровня, в эквивалентную программу на низкоуровневом языке, близком машинному коду, или в сам машинный код. Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а результатом его работы -- эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код).

Виды компиляции:

Генерация машинного кода.

Если компилятор создает машинный код, то скомпилированная с его помощью программа будет привязана к конкретной операционной системе или процессору, однако будет обладать максимально возможной производительностью.

Такие компиляторы сейчас используются достаточно редко.

Генерация кода на низкоуровневом языке.

Если компилятор транслирует исходный код программы в низкоуровневый язык (например, ассемблер), который может быть выполнен многими процессорами, то такая программа будет более переносима (сможет выполняться не только на том компьютере, на котором была скомпилирована, но и на ряде других).

Генерация байт-кода и динамическая компиляция.

Результатом работы компилятора может быть программа на специально созданном низкоуровневом языке, подлежащем интерпретации виртуальной машиной (специальной программой). Такой язык называется псевдокодом или байт-кодом. Как правило, он не является машинным кодом какого-либо компьютера и программы на нём могут исполняться на различных архитектурах, где имеется соответствующая виртуальная машина, но в некоторых случаях создаются аппаратные платформы, напрямую поддерживающие псевдокод какого-либо языка. Например, псевдокод языка Java называется байт-кодом Java и выполняется в Java Virtual Machine, для его прямого исполнения была создана спецификация процессора picoJava. Для платформы .NET Framework псевдокод называется Common Intermediate Language (CIL), а среда исполнения -- Common Language Runtime (CLR).

Некоторые реализации интерпретируемых языков высокого уровня (например, Perl) используют байт-код для оптимизации исполнения: затратные этапы синтаксического анализа и преобразование текста программы в байт-код выполняются один раз при загрузке, затем соответствующий код может многократно использоваться без промежуточных этапов.

Из-за необходимости интерпретации байт-код выполняется значительно медленнее машинного кода сравнимой функциональности, однако он более переносим (не зависит от операционной системы и модели процессора). Чтобы ускорить выполнение байт-кода, используется динамическая компиляция, когда виртуальная машина транслирует псевдокод в машинный код непосредственно перед его первым исполнением (и при повторных обращениях к коду исполняется уже скомпилированный вариант).

Отладчик.

Отладчик или дебаггер (англ. debugger) является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик представляет собой программный инструмент, позволяющий программисту наблюдать за выполнением исследуемой программы, останавливать и перезапускать её, прогонять в замедленном темпе, изменять значения в памяти и даже, в некоторых случаях, возвращать назад по времени.

Типичный процесс написания программы можно представить так:

1. Программирование -- внесение в программу новой функциональности, исправление ошибок в имеющейся.

2. Тестирование (ручное или автоматизированное; программистом, тестером или пользователем; «дымовое», в режиме чёрного ящика или модульное…) -- обнаружение факта ошибки.

3. Воспроизведение ошибки -- выяснение условий, при которых ошибка случается. Это может оказаться непростой задачей при программировании параллельных процессов и сложных проектов.

4. Отладка -- обнаружение причины ошибки.

Отладка -- это этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится: узнавать текущие значения переменных и выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Существуют две технологии отладки:

· Использование отладчиков -- программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.

· Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода -- на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием.

Две приведенные технологии являются взаимодополняющими, то есть наиболее эффективны в совокупности, при этом для первой из них нужна специальная программа. Поэтому большая часть ИСР содержит в себе встроенный отладчик, что многократно ускоряет процесс поиска ошибок в написанном коде.

3. Виды интегрированных сред разработки

интегрированный программный компилляция отладчик

Деление интегрированных сред разработки на отдельные группы весьма условно, в основном происходит оно по трем факторам:

· предоставляемый функционал.

Некоторые интегрированные среды разработки содержат встроенный справочник по языку, инспектор классов, инструменты для разработки графического интерфейса пользователя и др. Однако эти функции не обязательные и могут присутствовать не в каждой интегрированной среде разработки.

· поддерживаемые языки.

Хотя и существуют ИСР, предназначенные для нескольких языков программирования -- такие как Eclipse, Embarcadero RAD Studio, Qt Creator, последние версии NetBeans, Xcode или Microsoft Visual Studio, но обычно ИСР предназначается для одного определённого языка программирования -- как, например, Visual Basic, Delphi, Dev-C++.

· лицензионное или свободное ПО.

Некоторые интегрированные среды разработки являются свободно распространяемыми, однако большинство из них -- лицензионные, за использование которых придется платить.

Рассмотрим более подробно две ИСР: PascalABC.NET и Microsoft Visual Studio.

PascalABC.NET.

PascalABC.NET -- свободно распространяемая интегрированная среда разработки. Язык системы близок к языку программирования Delphi, реализован на платформе Microsoft.NET и содержит все основные элементы современных языков программирования: модули, классы, перегрузку операторов, интерфейсы, исключения, обобщенные классы, сборку мусора, лямбда-выражения, а также некоторые средства параллельного программирования.

Предыстория -- создание PascalABC.

Система PascalABC создавалась на факультете математики, механики и компьютерных наук ЮФУ как учебная среда программирования (автор -- доцент С.С. Михалкович).

Система представляла собой фактически интерпретатор языка программирования Паскаль с интегрированной оболочкой. Язык, в основном, соответствовал входному языку Object Pascal. Некоторые возможности, например, записи с вариантами, опускались «как бесполезные». Система PascalABC разрабатывалась в среде Delphi для операционных систем, использующих Win32 API.

Несмотря на неполную реализацию языка, система стала удачной заменой уже давно устаревшей системе Turbo Pascal в первоначальном обучении программированию. Уже с версии 2.0 PascalABC стал надёжной средой программирования для начинающих, имеющей практически полную реализацию Pascal. Система широко использовалась на мехмате ЮФУ как для обучения студентов, так и в работе Детской компьютерной школы мехмата ЮФУ. Её использование также отмечалось в ряде средних школ Ростова-на-Дону. Благодаря созданию сайта системы PascalABC её использование существенно расширилось, система стала известна за пределами Ростова-на-Дону, как учебную систему её использовали во многих регионах СНГ. В каталоге Soft@Mail.ru программа PascalABC в 2006 году признавалась программой недели.

Система Pascal ABC с сентября 2007 года не развивается и не поддерживается, однако её страница продолжает функционировать и с этой страницы можно загрузить PascalABC версии 3.0.1.

История развития PascalABC.NET.

В 2005--2006 система была полностью переработана: изменён язык реализации -- на C#, и изменена её архитектура -- на полноценный компилятор языка Delphi с расширениями, связанными с платформой .NET. Новая система получила название PascalABC.NET. В июне 2009 года появилась стабильная версия 1.2 (1.2.0.325) PascalABC.NET.

Консольный компилятор PascalABC.NET функционирует на Linux и MacOS под Mono, однако среда разработки не является кроссплатформенной.

В 2007-2008 годах был зафиксирован интерес к системе PascalABC.NET из Болгарии и других стран.

В сентябре 2009 г. появилась веб-среда разработки, позволяющая запускать программы на PascalABC.NET непосредственно из окна браузера. Для зарегистрированных пользователей доступен личный файловый архив программ с возможностью навигации. В августе 2010 г. в WDE появилась возможность создавать простые графические приложения.

В августе 2011 г. осуществлен переход на .NET 4.0 (версия 1.8). В январе 2012 г. веб-среда разработки WDE также была переведена на .NET 4.0.

С мая 2012 г. в веб-среду разработки добавлена поддержка компиляторов C#, VB.NET, Iron Python и F#, в связи с чем она была переименована в ProgrammingABC.NET WDE.

В феврале 2013 г. вышла версия PascalABC.NET 2.0 с дизайнером форм.

Особенности языка.

Язык PascalABC.NET близок к реализации Delphi (Object Pascal). В нем отсутствует ряд специфических языковых конструкций Delphi, таких как открытые массивы, записи с вариантами, Variant-тип и т. п., некоторые конструкции изменены (не требуется писать overload, иной синтаксис перегрузки операций, вместо процедурных переменных используются делегаты .NET, интерфейсы реализованы в стиле C# и т. д.). Кроме этого, добавлен ряд возможностей:

· Операторы:

+=, -=, /=, *=.

· Внутриблочные описания переменных.

· Описание переменных в заголовке цикла for.

· Инициализация переменной при присваивании (var n: integer := 10;).

· Автоопределение типа переменной при инициализации (var x := 1;).

· Цикл foreach.

· Подпрограммы с переменным числом параметров.

· Множества set на базе произвольных типов (set of integer).

· Методы в записях.

· Наряду со стандартным, упрощённый синтаксис модулей.

· Структурная эквивалентность типов для динамических массивов, указателей, множеств и процедурных типов.

· Двумерные динамические массивы.

· Все типы данных -- это классы.

· Инициализаторы полей классов и записей.

· Операция new для вызова конструктора.

· Возможность определять методы как внутри, так и вне интерфейса класса.

· Перегрузка операций.

· Интерфейсы в стиле .NET.

· Подключение пространств имен .NET в разделе uses.

· Обобщённые классы, интерфейсы, подпрограммы и процедурные переменные.

· Статические конструкторы.

· Автоматическая сборка мусора для объектов.

· Атрибуты.

· Методы расширения.

· Лямбда-функции.

· Поддержка директив OpenMP.

· Поддержка неуправляемого кода через external.

Особенности среды разработки.

Интегрированная среда PascalABC.NET обеспечивает подсветку синтаксиса, подсказку по коду (подсказка по точке, подсказка параметров подпрограмм, всплывающая подсказка по коду), форматирование текста программы по запросу, переход к определению и реализации имени, элементы рефакторинга.

Внутренние представления PascalABC.NET позволяют создавать компиляторы других языков программирования и встраивать их в среду с помощью специальных плагинов.

В среде присутствуют настройки редактора кода (например, изменение шрифта редактора, включение и отключение подсветки синтаксиса), компилятора и Intellisence (анализ кода во время написания программы)

Среда располагает полноценным справочником по языку с описанием основных синтаксических конструкций и примерами.

Microsoft Visual Studio.

Microsoft Visual Studio -- это линейка продуктов компании Майкрософт, включающих интегрированную среду разработки программного обеспечения и ряд других инструментальных средств. Данные продукты позволяют разрабатывать как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом, в том числе с поддержкой технологии Windows Forms. А также веб_сайты, веб-приложения, веб-службы как в родном, так и в управляемом кодах для всех платформ, поддерживаемых Microsoft Windows, Windows Mobile, Windows CE, .NET Framework, Xbox, Windows Phone .NET Compact Framework и Microsoft Silverlight.

В стандартный пакет Visual Studio входит поддержка нескольких языков (например, C#, Basic.NET, C++), а так же имеется возможность добавить поддержку других языков при помощи устанавливаемых плагинов.

В Visual Studio предусмотрена возможность существенного расширения возможностей, что позволяет разработчикам интегрировать собственные инструменты и пакеты. Visual Studio является одной из самых распространенных сред разработки в мире, поэтому на данный момент в открытом доступе находится огромное количество расширений и дополнений для этой ИСР.

Существуют как бесплатные выпуски Visual Studio (например, Visual Studio Express 2012 for Windows Desktop), так и лицензионные. В свободно распространяемых версиях Visual Studio отсутствуют некоторые функции, а разработчику приходится постоянно продлевать регистрацию продукта.

Редактор кода.

Visual Studio включает в себя редактор исходного кода с поддержкой технологии IntelliSense и возможностью простейшего рефакторинга кода. Он позволяет использовать такие языки, как C#, VB.NET, C++, HTML, JavaScript, XAML, SQL и многие другие, при этом для всех них поддерживается выделение синтаксиса и автозавершение кода IntelliSense.

· Благодаря CodeLens разработчики получают информационные индикаторы для своего кода, показывающие ссылки и сведения о модульных тестах.

· При использовании совместно с Team Foundation Server 2013 возможности CodeLens расширяются -- журнал кода становится доступен каждому классу/методу, а интеграция с Lync облегчает совместную работу.

· Карта кода позволяет лучше понять сложный исходный код посредством визуализации.

· Пункт выпадающего меню «Показать определение» дает возможность лучше понимать код при помощи внутренних ссылок.

· Редактор кода содержит эффективные инструменты для рефакторинга кода, а также возможности поиска дублирующегося кода.

Отладчик.

Встроенный отладчик может работать как отладчик уровня исходного кода, так и как отладчик машинного уровня.

Он позволяет разработчикам:

· Задавать точки остановки, оптимизировать код и легко устранять ошибки.

· Выполнять отладку проектов локально, либо на удаленных устройствах.

· Получать представление об исключениях благодаря полноценной и содержательной информации.

· Изменять код, вызвавший исключение, без перекомпиляции всего проекта с помощью операции "Изменить и продолжить".

· Вести расширенную многопотоковую отладку.

· Выполнять отладку игр DirectX и приложений с помощью графических средств отладки.

· Выполнять отладку с ведением журнала на базе IntelliTrace.

Кроме того, у разработчиков есть возможность использовать карты кода с интеграцией отладчика для визуализации выполнения кода. Такое средство может быть очень полезным при работе над проектом большой команды разработчиков.

Средства тестирования.

Visual Studio предоставляет средства тестирования, помогающие внедрить процедуры тестирования, такие как ручное и автоматическое тестирование, произвольное тестирование и нагрузочное тестирование. Эти инструменты тестирования позволяют получить полезную информацию, которая контекстно предоставляется разработчику в среде разработки, поэтому ошибки легче воспроизводятся, а контроль качества осуществляется на протяжении всего процесса разработки. Кроме того, тест-инженеры могут эффективнее планировать, выполнять и отслеживать тесты с помощью веб-средства управления тестами или интерфейса, предоставляемого Microsoft Test Manager.

На тестируемых компьютерах можно развернуть сборщики комплексных диагностических данных, чтобы собирать все данные -- от журналов событий до видео. К созданным в процессе работы приложения ошибкам автоматически прикрепляются исходные данные, что значительно повышает шансы успешной отладки.

В больших проектах выявить все ошибки вручную достаточно сложно, поэтому особое внимание в Visual Studio уделяется автоматическому тестированию. В первую очередь это позволяет легко выявлять неполадки в пользовательском интерфейсе приложений.

Другие элементы среды

В первую очередь Visual Studio предназначена для разработки оконных приложений Windows и веб-приложений. Для облегчения создания графического интерфейса в таких приложениях Visual Studio содержит редактор форм для упрощения создания графического интерфейса приложения и веб-редактор. Также данная ИСР включает в себя дизайнер классов и дизайнер схемы баз данных. Visual Studio позволяет создавать и подключать сторонние дополнения (плагины) для расширения функциональности практически на каждом уровне, такие как:

· добавление поддержки систем контроля версий исходного кода (как например, Subversion и Visual SourceSafe)

· добавление новых наборов инструментов (например, для редактирования и визуального проектирования кода на предметно-ориентированных языках программирования или инструментов для прочих аспектов процесса разработки программного обеспечения (например, клиент Team Explorer для работы с Team Foundation Server)).

Поддерживаемые платформы.

Visual Studio 2013 предлагает унифицированную среду разработки для создания приложений, ориентированных на обширный спектр платформ Microsoft, таких как классические приложения, приложения Магазина Windows и приложения Windows Phone, а также мобильные и обычные веб-приложения, облачные службы и многое другое. Visual Studio предоставляет подходящую среду разработки независимо от того, какой язык программирования выбран разработчиком, и какой тип приложений планируется создать. Кроме того, различные дополнения для Visual Studio позволяют разрабатывать приложения для отличных от Windows платформ (например, мобильные приложения для устройств на платформах Android и iOS). Многие библиотеки классов в Visual Studio являются переносимыми, что облегчает перенос приложений с одной платформы на другую (например, с Windows Phone на Windows 7).

Создание приложений для Windows.

Рабочий стол Windows.

Visual Studio позволяет легко создавать привлекательные пользовательские интерфейсы с помощью таких средств .NET, как WPF, Windows Forms и других классических технологий.

Кроме того, в Visual Studio дает возможность разрабатывать и насыщенные графикой приложение, например игры и графические редакторы.

Windows Phone 8.

Visual Studio позволяет разрабатывать приложения для Windows Phone, ориентированные на мощные устройства.

В этой среде у разработчика есть возможность использовать практически любой язык программирования, включая C#, VB и C++, для разработки приложений и XAML для создания полнофункциональных пользовательских интерфейсов либо DirectX для разработки игр.

В Visual Studio есть возможность подключения эмулятора Windows Phone, профилей производительности, сетевой симуляция и отладчика для упрощения написания мобильных приложений.

Кроме того, за счет специальных библиотек классов упрощено создание приложений для Windows Phone, активно использующих доступ к Интернету. Имеется возможность создания облачных приложений.

Создание веб-сайтов и служб.

Visual Studio располагает всеми средствами для создания веб_сайтов и веб-приложений, как, например, платформа ASP.NET. Встроенный в данную платформу редактор веб-форм позволяет минимизировать затраты времени на создание пользовательского интерфейса. Кроме того, веб-приложения используют привычную многим разработчикам событийную модель, что облегчит обучение и создание своих первых веб-приложений.

Visual Studio позволяет легко разрабатывать веб-решения в расширенном редакторе HTML и JavaScript с поддержкой IntelliSense и проверки схем.

В данной среде присутствуют средства для быстрого тестирования созданных веб-страниц и веб-приложений в различных браузерах. Найденные проблемы легко устранять с помощью таких возможностей, как интегрированный отладчик, инспектор страниц и привязывание к браузеру.

Заключение

В настоящее время происходит активное развитие информационных технологий. Жизнь каждого человека тесно связана с компьютерами, без них невозможна работа заводов и фабрик. Поэтому сейчас высоко ценится умение создавать программы, а передовые информационные компании разрабатывают все новые и новые языки и системы программирования.

При написании реферата использовались цифровые образовательные ресурсы.

Размещено на Allbest.ru

...