На первый взгляд, между компьютерными и человеческими языками нет никакого сходства. Изучение языка — это гуманитарная дисциплина, а программирование — техническая дисциплина. На самом деле, эти языки служат разным целям.
Эта статья описывает основные структуры программирования и предназначена для всех, кто хочет их понять. Однако она не описывает всех нюансов, потому что их слишком много. Если бы я описывал их все, это было бы очень скучно и утомительно.
Мы будем использовать C-подобный синтаксис, т.е. похожий на язык C, но мы не будем иметь дело с заголовочными файлами, указателями и другими особенностями относительно простых языков, а будем использовать синтаксис языков более высокого уровня, которые делают за нас тяжелую работу. В частности, мы будем использовать синтаксис языка Java. Добро пожаловать под капот.
Двоичная система счисления
Числа в двоичной системе состоят только из двух символов. Ноль и один. 00000001 — число один. 00000010 — число два. 00000100 — число четыре. Как видите, число удваивается, если сдвинуть его влево. Чтобы получить число три, нужно написать 00000011. Все необходимые номера могут быть заполнены таким образом. В данном примере мы использовали восьмизначное двоичное число, т.е. число является восьмизначным. Чем больше цифр имеет число, тем большее значение оно может иметь. Например, восьмизначное число может иметь максимальное значение 255, если считать ноль, то 256, а в программировании ноль считается всегда. Если число увеличить на единицу, оно становится девятизначным и его разрядность удваивается, таким образом, оно становится 512. В программировании, однако, этого никогда не происходит, и обычно каждая последующая цифра удваивается. Одна цифра, затем 2 цифры, затем 4 цифры, затем 8 цифр, затем 16 цифр, затем 32 цифры и так далее.
Шестнадцатеричная система счисления
Все это похоже на двоичную систему, только вместо нулей и единиц используются цифры от 0 до 15. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, где A равно 10, B равно 11, C равно 12, D равно 13, E равно 14, F равно 15.
Знак минус в программировании
Буквы и знаки
Буквы, символы, смайлики и т.д. также представлены цифрами. Буква A может быть числом 00000001 или любым числом, или даже комбинацией чисел, в зависимости от кодировки символов. Существует множество кодировок.
Типы данных
В программировании существуют типы данных. Числовые типы, такие как 233, рассмотренные выше. Называется int почти везде, от слова integer. Типы с плавающей точкой, такие как 198,76, почти повсеместно называются float. Буквы имеют тип char, строки — тип string. Тип bool имеет два значения — true и false. Этот тип имеет различные реализации в разных языках, но самая простая — это когда ноль ложен, а все остальные числа истинны. Нестандартные типы данных, такие как числа с фиксированной точкой, не рассматриваются.
Применение
Прежде чем числа могут быть использованы в программировании, они должны быть объявлены, т.е. объявлены существующими в языке программирования.
Это типичное объявление примитивного типа.
Сначала мы пишем тип, а затем имя переменной, т.е. наше число. Мы всегда заканчиваем наши выражения или любое выражение точкой с запятой. Теперь мы можем использовать переменную по ее имени.
Здесь мы присваиваем переменной значение. В отличие от математики, = в программировании означает, что вы берете значение в правой части и присваиваете его переменной в левой части. = — это оператор знака/сброса.
Вы можете комбинировать оператор и присваивание, т.е. сразу инициализировать переменную.
Буквы выделяются одинарными кавычками, строки — двойными кавычками. Числа типа int не подчеркиваются.
Для чисел с плавающей запятой одинарной точности в конце добавляется символ f.
Синтаксис (программирование)
Синтаксис — это аспект языка программирования, который описывает структуру программ в терминах наборов символов (обычно без ссылки на содержание). Синтаксис языка противоположен его семантике. Синтаксис языка описывает «чистый» язык, а семантика приписывает значения (действия) различным синтаксическим конструкциям.
Каждый язык программирования имеет синтаксическое описание. Обычно синтаксис языка определяется правилами Бэкуса-Наура.
Обычно синтаксис проверяется в начале процесса компиляции. В компилируемых языках программирования проверка синтаксиса происходит либо во время интерпретации (выполнения), либо во время предварительной компиляции в промежуточном коде. Кроме того, проверка синтаксиса может быть выполнена непосредственно во время редактирования исходного кода с помощью IDE.
Синтаксис записи функции
Синтаксис функциональной нотации — это строгие правила, которые необходимо соблюдать при написании кода функций; разновидность функциональной нотации. Если синтаксис функции неверен, компилятор вернет ошибку, и программа не будет создана, пока ошибка не будет исправлена.
Синтаксические ошибки, содержащиеся во входных данных функции (неправильная сигнатура):
Смотреть что такое «Синтаксис (программирование)» в других словарях:
Синтаксис (значения) — Синтаксис: в словаре есть статья «Синтаксис» Синтаксис (греч.)
Объектно-ориентированное программирование в Python — Объектно-ориентированное программирование в Python Программирование в Python в соответствии с парадигмой ООП: Python с самого начала разрабатывался как объектно-ориентированный язык программирования.
Паттерн (программирование) — Паттерны — это инструмент C++ для кодирования общих алгоритмов без указания конкретных параметров (например, типов данных, размеров буфера, значений по умолчанию). В C++ можно создавать шаблоны функций.
Конструктор (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Конструктор. В объектно-ориентированном программировании конструктор класса (от constructor, иногда сокращенно ctor) — это специальный блок операторов, вызываемый при создании объекта.
SSI (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. SSI. SSI (Server Side Includes Server Side Inclusion) — простой язык для динамической «сборки» веб-страниц на сервере из отдельных компонентов и экспорта полученного HTML на клиента.
Видо-ориентированное программирование — Примеры программирования Агент-ориентированное Агент-ориентированное Композиционно-ориентированное Комбинаторное Декларативное (в отличие от императивного) Ограничения Оперативное Поток данных Таблично-ориентированное (электронные таблицы) Реактивное.
Loop (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Loop. В этой статье или разделе перечислены источники или внешние.
Для чего нужно изучение синтаксиса
Если кто-то не знает синтаксис языка программирования, он не знает этот язык и не может писать на нем программы. Даже если код логически корректен, компилятор или интерпретатор не сможет его прочитать, если в нем есть синтаксические ошибки. Компьютеры — это не люди: Человек может прочитать неправильно написанное предложение, машина — нет.
Поэтому изучение синтаксиса языка — это первый шаг к изучению программирования в целом. Разные языки программирования имеют разный синтаксис, поэтому одни и те же программы выглядят в них по-разному. Но как только вы поймете принцип, следующие языки будет легче выучить.
Примеры правил синтаксиса
- Вид скобок, которые используются при записи той или иной команды.
- Регистрозависимость — есть ли для языка разница между строчными и прописными буквами.
- Необходимость использовать пробелы и переносы строки — или ее отсутствие. Например, в Python это часть синтаксиса, а в JavaScript они не так важны.
- Необходимость или отсутствие необходимости указывать тип переменной при создании.
- Порядок расположения команд и сочетания их друг с другом.
- Символ, которым обозначается комментарий в коде.
Это лишь несколько примеров. Существует еще много подобных правил, которые различны для каждого языка. Чем лучше вы знаете синтаксис выбранного вами языка программирования, тем меньше риск допустить ошибку при написании кода.
Разница между синтаксисом и семантикой
Есть еще одно похожее понятие, но оно противоположно синтаксису: семантика. Семантика описывает значение слов и команд.
Синтаксис определяет правильность написания, а семантика — смысловую правильность значения. Мы можем взять пример из естественных человеческих языков:
- «Я любить Москва это город» — предложение, написанное неправильно с точки зрения синтаксиса. Но его смысл понятен, по крайней мере человеку;
- «Я люблю деревню Санкт-Петербург» — предложение, которое правильно синтаксически. Но семантически оно неверно, ведь Санкт-Петербург — это город, а не деревня. Значение слова совсем другое. Поэтому непонятно: человек ошибся или действительно имел в виду какую-то деревню с таким же названием.
То же самое справедливо и для языков программирования. Синтаксис отвечает за то, понимает ли компьютер то, что вы ему говорите. Семантика касается внутренней логики скриптов, смысла инструкций.
Синтаксис в программировании
Синтаксис — это самая простая и наиболее развитая часть описания алгоритмического языка.
Грамматика определяется системой синтаксических правил (обычно называемых простыми правилами в описаниях языка). На уровне грамматики определяются термины, последовательное разворачивание которых, называемое выводом, в конечном итоге приводит к их представлению в виде последовательностей символов. Символы также называются терминальными терминами, в то время как все остальные термины называются нетерминальными терминами. Термины могут быть семантическими понятиями, то есть языковыми конструкциями, для которых определяется определенное действие абстрактного компьютера, и вспомогательными понятиями, которые необходимы только для построения текста, но не имеют самостоятельного значения. Минимальные семантические понятия соответствуют записям. Некоторые понятия вводятся только для того, чтобы сделать текст удобочитаемым. Минимальные термины (такие как знаки препинания) считаются естественными вспомогательными знаками.
Но даже задача полного описания синтаксиса является достаточно сложной и требует разделения на отдельные задачи.
- контекстно-свободную грамматику ( КС-грамматику ) языка;
- правила задания контекстных зависимостей (например, соответствия между описаниями и именами).
Концепция контекстно-свободной грамматики была первой строгой концепцией для описания практических алгоритмических языков. Понятие контекстно-свободной грамматики скрывает за своей внешней простотой серьезную теорию. Эта грамматика представлена в различных формах (синтаксические диаграммы, типы метаязыка Backus-Naurus или расширенные типы метаязыка) и обычно сопровождает систематическое изложение конкретного языка. Такое конкретное представление грамматики KC довольно просто и может быть преподано в любом учебнике по программированию.
Полезно сказать, что мы можем охарактеризовать КС-грамматику языка как ту часть его синтаксиса, которая игнорирует проблемы, связанные с зависимостью интерпретации словаря от описания имен в программе.
Контекстные зависимости ограничивают набор правильных программ. Например, правило «все идентификаторы должны иметь описание в программе» означает, что программе с неописанными именами не место в языке (хотя она приемлема с точки зрения контекстно-свободного синтаксиса).
Неоднократные попытки формально описать контекстные зависимости в определении языков показали, что эта задача гораздо сложнее, чем определение бесконтекстного синтаксиса. Более того, даже такие естественные правила, как только что представленное, при формальном описании становятся громоздкими и очень трудными для понимания человеком. По этой причине учебники редко прибегают к формализованному описанию контекстных зависимостей (одно из немногих исключений — Algol 68).
Пример 4.2.1. Требование, чтобы каждое имя было описано (особенно в Паскале и Си), принимает следующий вид.
- Для каждого имени должно быть описание, в котором оно встречается.
- Это описание должно стоять либо в данном, либо в охватывающем его блоке и предшествовать в тексте программы использованию данного имени.
- Два описания одного и того же имени в одном и том же блоке не считаются ошибкой лишь в том случае, если первое из них является предварительным упоминанием, а второе — полноценным описанием.
- Если есть несколько описаний одного и того же имени в разных блоках, действующим считается то из них, которое стоит в самом внутреннем блоке.
- Если действующее описание определяет имя как глобальное, то оно не должно противоречить никакому другому глобальному описанию того же имени, встречающемуся в других блоках программы.
семантика в программировании
Мы определяем семантику как соответствие между синтаксически корректными программами и действиями абстрактного исполнителя. Однако остается вопрос, как определить это соответствие. Семантика в основном определяется индукцией (рекурсией) по синтаксическим определениям.
Цель программиста — добиться желаемого результата, выполняя программу на определенном оборудовании. Но когда он пишет программу, он думает о программе как об абстрактной сущности и обычно не хочет знать о регистрах, процессоре и других объектах, специфичных для аппаратного обеспечения. С точки зрения программиста, естественно думать о вычислительной модели языка программирования как об абстрактной вычислительной сущности, определяемой описанием языка. В пользу этой позиции говорит и тот факт, что перевод и исполнение могут быть выполнены на разных конкретных компьютерах. Согласно этой точке зрения, когда мы говорим о модели программы, мы всегда имеем в виду ее образ в виде инструкций абстрактного компьютера, а не конкретного компьютера.
Понятие компьютерной модели языка естественным образом распространяется на случаи, когда используются библиотеки программ. Библиотеки, формализованные описанием языка, могут считаться частью реализации языка, независимо от того, как реализованы библиотечные средства: в самом языке или нет. Другими словами, библиотечные средства — это дополнительные инструкции для оценщика абстрактного языка. Библиотеки, которые не зависят от определения языка, можно считать расширениями языка, то есть возникновением новых языков, включающих исходный язык. Хотя таких расширений может быть много, рассмотрение вычислительной модели языка вместе с его библиотеками вполне соответствует мышлению человека, разрабатывающего программу.
Семантическое соответствие между вводом, программой и действием обычно определяется только полным текстом программы, который включает, в частности, все тексты используемых библиотечных модулей, но для понимания и обработки программы необходимо, чтобы синтаксически завершенные части программы могли быть интерпретированы независимо по окружающему тексту. Следует отметить, что современные системы почти никогда не отвечают этому требованию. Очень часто для того, чтобы понять ошибку в программе, необходимо проанализировать обширные библиотечные тексты.
Реализованный язык всегда является прагматическим компромиссом между абстрактной вычислительной моделью и ее реализуемостью.
Рассматривая приемы и примеры программирования на разных языках, необходимо как можно дальше отойти от конкретных особенностей и научиться видеть за ними общие черты, чтобы оставшиеся различия были уже фундаментальными. Один из способов отличить существенное от несущественного — посмотреть на отношения между синтаксисом и семантикой. Например, оказывается, что некоторые синтаксические особенности грамматики КС языка не являются существенными для описания его семантики.
Стандартное синтаксическое определение языка устанавливает определенные синтаксические правила для построения программы в виде строки. Это определяет, какие строительные блоки могут быть вставлены в текст программы (конкретное представление программы).
Действия абстрактного оценщика определяются структурным представлением программы и не зависят от многих особенностей конкретного синтаксиса. Например, для присваивания важно только то, что у него есть цель и источник; сам символ присваивания ( =, := или, например, LET) совершенно не важен. Кроме того, не имеет значения, в каком порядке элементы задания расположены в тексте программы. Например, конструкция COBOL
который присваивает значение выражения X+Y приемнику Z, точно такой же, как и регулярный оператор присваивания.
Чтобы четко отличить конкретное представление от структуры содержания, стоит подумать о конкретном и абстрактном синтаксисе. Предположим, что абстрактный синтаксис всех вышеперечисленных форм акта присваивания одинаков.
X = a * b + c * d; X = (a * b) + (c * d); (4.1) X = ((a * b) + (c * d)),
и подобные им полностью эквивалентны с точки зрения абстрактного синтаксиса, в то время как они различаются с точки зрения текстового представления.
Поэтому необходима структура синтаксических понятий, соответствующая алгоритмически разрешимому 8 (см., например, 20 ) понятию эквивалентности программ. Однако это понятие эквивалентности должно быть чрезвычайно простым, поскольку теоретические результаты показывают, что нетривиальные понятия эквивалентности программ нетривиально разрешимы. Выбранное понятие эквивалентности определяет структурное представление синтаксиса, используемого для идентификации абстрактного оценщика (абстрактное синтаксическое представление).
Часть абстрактного синтаксического представления — это движение, наиболее часто используемое на практике. Он определяет понятие синтаксической эквивалентности, которая, очевидно, тождественна функциональной эквивалентности. Например, предложения в примере 4.1 могут быть описаны следующим понятием синтаксической эквивалентности: Скобки вокруг подвыражений, связанных операцией с более высоким приоритетом, чем операция, применяемая к их результату, могут быть опущены. В этом смысле присвоение считается операцией, которая имеет более низкий приоритет, чем любая из арифметических операций. Это определяет, например, эквивалентность выражений в Prolog. Например, подвыражение X + 3 является просто другой версией +(X,3) в Prolog и сначала преобразуется в форму без символов, когда вычисляются атрибуты выражения.
Другая возможность, открывающаяся при переходе к абстрактным синтаксическим определениям, вытекает из определения эквивалентности частичных выражений для сложения и умножения
Операторы языка программирования
Операнд — это элемент языка, который определяет полное описание действия, которое должно быть выполнено. Каждый оператор представляет собой законченную фразу языка программирования и определяет полный шаг обработки данных. Операнды могут включать служебные слова, данные, выражения и другие операторы. В английском языке это понятие обозначается словом «statement», что также означает «заявление».
Каждый оператор в любом языке программирования имеет определенный синтаксис и семантику. Под синтаксисом оператора понимается система правил (грамматика), определяющая его обозначения с помощью элементов алфавита данного языка, который вместе с различными символами содержит, например, служебные слова. Термин семантика оператора относится к смыслу оператора, т.е. к действиям, которым соответствует тот или иной оператор. Обозначение i := i + 1 является примером синтаксически корректного обозначения оператора присваивания в Паскале, семантика которого в данном случае такова: взять значение ячейки памяти, соответствующей переменной i, прибавить его к единице и записать результат в ту же ячейку памяти.
В большинстве процедурных языков программирования набор операторов практически идентичен и состоит из оператора присваивания, операторов выбора, операторов цикла, операторов вызова процедур и операторов перехода. Иногда различают также пустые (без действия) и сложные операторы. Многие операторы являются способом представления определенных алгоритмических конструкций (см. «Алгоритмические конструкции».
Оператор присваивания
Присвоение — это действие компьютера, в результате которого переменная получает значение вычисляемого выражения (оно помещается в ячейку памяти, соответствующую переменной). В языках программирования для описания этого действия существует оператор присваивания.
Как правило, оператор присваивания записывается следующим образом:
В Паскале, например, в качестве символа присваивания используется комбинация символов :=. В некоторых других языках это символ равенства.
Результатом оператора присваивания является изменение состояния данных: все переменные, кроме переменной в левой части оператора присваивания, не меняют своих значений, и эта переменная принимает значение выражения в правой части оператора присваивания. В большинстве случаев тип выражения должен совпадать с типом переменной. Если это не так, оператор либо рассматривается как синтаксически неверный, либо тип выражения преобразуется в тип переменной (см. раздел «Типы данных»).
Дополнительные операторы
Эти операторы также называются условными операторами. Условные операторы используются для программирования алгоритмов, содержащих алгоритмическое построение ветвей.
В языках программирования существует несколько типов условных операторов. Полный условный оператор соответствует полной алгоритмической ветвящейся структуре:
В языке программирования соответствующий условный оператор имеет вид:
если B, то S1, иначе S2
Если выражение B, оцененное в начале выполнения условного оператора, имеет значение «true», то выполняется оператор S1, в противном случае выполняется оператор S2. S1 и S2 могут быть составными операторами.
