Conceitos de Linguagens de
Programação
Aula 01 – Introdução
Edirlei Soares de Lima
<edirlei@iprj.uerj.br>
O que é uma Linguagem de
Programação?
•
•
Na programação de computadores, uma linguagem de
programação serve como meio de comunicação entre o
indivíduo que deseja resolver um determinado problema e o
computador.
A linguagem de programação deve fazer a ligação entre o
pensamento humano (muitas vezes de natureza não
estruturada) e a precisão requerida para o processamento
pelo computador.
O que é uma Linguagem de
Programação?
•
Uma linguagem de programação auxilia o programador no
processo de desenvolvimento de software:
–
–
–
–
–
Projeto;
Implementação;
Teste;
Verificação;
Manutenção do software;
O que é uma Linguagem de
Programação?
•
•
Uma linguagem de programação é uma linguagem destinada
para ser usada por uma pessoa para expressar um processo
através do qual um computador possa resolver um problema.
Os modelos/paradigmas de linguagens de programação
correspondem a diferentes pontos de vista dos quais
processos podem ser expressados.
–
Exemplos: Imperativo, orientado a objeto, funcional, lógico
O que é uma Linguagem de
Programação?
•
Para que se tornem operacionais, os programas escritos em
linguagens de alto nível devem ser traduzidos para linguagem
de máquina.
O que é uma Linguagem de
Programação?
•
•
A conversão de um código em linguagem alto nível para
linguagem de máquina é realizada através de sistemas
especializados:
Compiladores ou Interpretadores
Esses sistemas recebem como entrada uma representação
textual da solução de um problema (expresso em uma
linguagem fonte) e produzem uma representação do mesmo
algoritmo expresso em uma linguagem de máquina.
Por que estudar Linguagens de
Programação?
•
Aumentar a capacidade de expressar ideias:
–
Conhecimento amplo dos recursos de linguagem reduz as
limitações no desenvolvimento de software;
–
A melhor compreensão das funções e implementação das
estruturas de uma linguagem de programação nos leva a
usar a linguagem de modo a extrair o máximo de sua
funcionalidade e eficiência;
–
Recursos ou facilidades podem ser simulados.
Por que estudar Linguagens de
Programação?
•
Maior conhecimento para escolha de linguagens
apropriadas:
–
Algumas linguagens são mais apropriadas para resolver
determinados problemas;
–
Escolher a melhor linguagem para um problema específico
devido ao conhecimento de novos recursos é difícil para:
•
Programadores antigos;
•
Desenvolvedores sem educação formal;
Por que estudar Linguagens de
Programação?
•
Entender melhor a importância da implementação:
–
Leva a um entendimento do porquê das linguagens serem
projetadas de determinada maneira;
–
Melhora as escolhas que podemos fazer entre as
linguagens de programação e as consequências das
opções;
–
Nos permite desenvolver programas mais eficientes;
Por que estudar Linguagens de
Programação?
•
Maior capacidade para aprender novas linguagens:
–
Na computação, o aprendizado contínuo é fundamental;
–
Compreender os conceitos gerais das linguagens torna
mais fácil entender como eles são incorporados na
linguagem que está sendo aprendida;
–
TIOBE Index for July 2015:
http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/i
Por que estudar Linguagens de
Programação?
•
Avanço global da computação:
–
Nem sempre as linguagens mais populares são melhores,
por quê?
•
Imposição!
–
Por que existem várias linguagens de programação?
•
Resolução específica de problemas.
Domínios de Programação
•
Computadores têm sido aplicados a uma infinidade
de áreas...
Domínios de Programação
Aplicações Cientificas
Os primeiros computadores que surgiram na década de 40
foram projetados e utilizados para aplicações cientificas.
•
•
Nesta categoria se enquadram todos os problemas que
necessitam um grande volume de processamento, com
operações geralmente feitas em ponto flutuante, e com
poucas exigências de entrada e saída.
–
Uma da preocupações primarias neste tipo de aplicação é a eficiência.
•
As aplicações científicas incentivaram a criação de algumas
linguagens de alto nível, como por exemplo o Fortran.
Fortran – Exemplo
program teste
real a, b, s
read *, a, b
s = a + b
print *, a, ' + ' , b
print *, ' = ' , s
end
Compilador Online: http://www.tutorialspoint.com/compile_fortran_online.php
Domínios de Programação
Aplicações Comerciais
•
•
•
O desenvolvimento de aplicações comerciais teve inicio na
década de 50.
A primeira linguagem bem sucedida para o desenvolvimento
de aplicações comerciais foi o COBOL (em 1960).
As linguagens de programação comerciais se caracterizam
pela facilidade de elaborar relatórios e armazenar números
decimais e dados de caracteres.
IDENTIFICATION DIVISION.
PROGRAM-ID. Teste.
DATA DIVISION.
WORKING-STORAGE SECTION.
COBOL– Exemplo
0
0
0
0
1 Num1
1 Num2
1 Result
1 Operador
PIC 9.
PIC 9.
PIC 99.
PIC X.
PROCEDURE DIVISION.
Calcula.
PERFORM 3 TIMES
DISPLAY "Numero 1: "
ACCEPT Num1
DISPLAY "Numero 2: "
ACCEPT Num2
DISPLAY "Operador (+ ou *): "
ACCEPT Operador
IF Operador = "+" THEN
ADD Num1, Num2 GIVING Result
END-IF
IF Operador = "*" THEN
MULTIPLY Num1 BY Num2 GIVING Result
END-IF
DISPLAY "Result is = ", Result
END-PERFORM.
STOP RUN.
Domínios de Programação
Inteligência Artificial
O desenvolvimento de aplicações para inteligência artificial
teve inicio no final da década de 50.
•
•
Essas aplicações caracterizam-se pelo uso de computações
simbólicas em vez de numéricas (são manipulados nomes e
não números);
•
•
A primeira linguagem desenvolvida para IA foi a funcional LISP
(1959).
No início dos anos 70 surge a programação lógica: Prolog.
LISP – Exemplo
(defun fatorial (num)
(
cond ((zerop num) 1)
t (* num (fatorial (- num 1))))
(
)
)
(
(
setq n 6)
format t "Fatorial ~d = ~d" n (fatorial n))
Compilador Online: http://www.tutorialspoint.com/execute_lisp_online.php
Prolog – Exemplo
pai(fred, marcos).
pai(ricardo, pedro).
pai(pedro, paulo).
avo(X,Y) :- pai(X, Z), pai(Z, Y).
?- avo(X, paulo).
Compilador Online: http://www.tutorialspoint.com/execute_prolog_online.php
Domínios de Programação
Software Básico
O software básico (sistema operacional) deve possuir
eficiência na execução por propiciar suporte a execução de
outros aplicativos.
•
•
As linguagens de programação para este tipo de sistema
devem oferecer execução rápida e ter recursos de baixo nível
que permitam ao software fazer interface com os dispositivos
externos.
•
O sistema operacional UNIX foi desenvolvido quase
inteiramente em C (tornando-o fácil de portar para diferentes
máquinas).
Critérios de Avaliação de Linguagens
•
•
Um dos critérios mais importantes para julgar uma linguagem
de programação é a facilidade com que os programas são
lidos e entendidos.
Antes dos anos 70: linguagens foram criadas pensado em
termos de escrita de código.
–
Eficiência e legibilidade da máquina;
–
As linguagens foram projetadas mais do ponto de vista do computador
do que do usuário.
•
Na década de 70 foi desenvolvido o conceito de ciclo de vida
de software: manutenção.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
•
A facilidade de manutenção é determinada em grande parte,
pela legibilidade dos programas, dessa forma ela se tornou
uma medida importante da qualidade dos programas e das
linguagens.
•
A legibilidade deve ser considerada no contexto do domínio
do problema.
–
Um programa escrito em uma linguagem não apropriada para o
domínio do problema se mostra antinatural, "enrolado" e difícil de
ser lido.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
1. Simplicidade geral:
–
A simplicidade geral de uma linguagem de programação
afeta fortemente sua legibilidade;
–
Uma linguagem com um grande número de componentes
básicos é mais difícil de ser manipulada do que uma com
poucos desses componentes.
•
Os programadores que precisam usar uma linguagem grande
tendem a aprender um subconjunto dela e ignorar seus outros
recursos.
•
Isso pode ser um problema quando o leitor do programa aprende
um conjunto diferente de recursos daquele que o autor aplicou
em seu programa.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
1. Simplicidade geral:
–
Uma segunda característica que complica a legibilidade é a
multiplicidade de recursos (mais que uma maneira de
realizar uma operação particular);
–
Exemplo em C:
cont = cont + 1;
cont += 1;
cont++;
Mesmo significado
quando usadas em
expressões separadas!
++cont;
Critérios de Avaliação: Legibilidade
1. Simplicidade geral:
–
Um terceiro problema é a sobrecarga de operadores, na
qual um único símbolo tem mais que um significado.
–
Apesar de ser um recurso útil, pode ser prejudicial a
legibilidade se for permitido aos usuários criar suas
próprias sobrecargas.
•
Exemplo: sobrecarregar o + para adicionar inteiros, reais,
concatenar strings, somar vetores...
Critérios de Avaliação: Legibilidade
1. Simplicidade geral:
–
A simplicidade de linguagens, no entanto pode ser levada
ao extremo, por exemplo a forma e o significado da
maioria das instruções em Assembly são modelos de
simplicidade, entretanto torna os programas em Assembly
menos legíveis.
–
Falta instruções de controle mais complexas, o que torna
necessário o uso de mais comandos para expressar
problemas do que os necessário em linguagens de alto
nível.
section.text
global _start
_
start:
mov eax,'3'
Assembly – Exemplo
sub eax,'0'
mov ebx,'4'
sub ebx,'0'
add eax,ebx
add eax,'0'
mov [sum],eax
mov ecx,msg
mov edx,len
mov ebx,1
mov eax,4
int 0x80
mov ecx,sum
mov edx,1
mov ebx,1
mov eax,4
int 0x80
mov eax,1
int 0x80
section .data
msg db "Resultado:",0xA,0xD
len equ $ - msg
segment .bss
sum resb 1
Critérios de Avaliação: Legibilidade
2. Ortogonalidade:
–
A ortogonalidade diz respeito a possibilidade de combinar
entre si, sem restrições, os componentes básicos da
linguagem para construir estruturas de controle e dados.
–
–
Exemplo: permitir combinações de estruturas de dados,
como arrays de estruturas;
Contra exemplo: não permitir que um array seja usado
como parâmetro para uma função;
Critérios de Avaliação: Legibilidade
2. Ortogonalidade:
–
A linguagem C possui dois tipos de dados estruturados,
arrays e registros (struct), sendo que:
•
•
Registros podem ser retornados de funções, arrays não.
Parâmetros são passados por valor, a menos que sejam arrays –
que obrigatoriamente são passados por referência.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
3. Instruções de controle:
–
A revolução da programação estruturada da década de 70
foi, em parte, uma reação à má legibilidade causada pelas
limitadas instruções de controle das linguagens das décadas
de 50 e 60.
–
–
Reconheceu-se que o uso indiscriminado de instruções
gotoreduz criticamente a legibilidade de programas.
Em certas linguagens, entretanto, instruções gotoque se
ramificam para cima, às vezes, são necessárias;
•
Exemplo: gotoé usado na construção de laços while em FORTRAN.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
3. Instruções de controle:
–
Restringir instruções goto das seguintes maneiras pode
tornar os programas mais legíveis:
•
As instruções goto devem preceder seus alvos, exceto quando
usadas para formar laços;
•
•
Os seus alvos nunca devem estar tão distantes;
O número de usos deve ser limitado;
–
A partir do final da década de 60, as linguagens projetadas
passaram a ter instruções de controle suficientes e
portanto a necessidade da instrução gotofoi quase
eliminada.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
4. Tipos de dados e estruturas:
–
A presença de facilidades adequadas para definir tipos de
dados e estruturas de dados em uma linguagem é outro
auxílio significativo para a legibilidade.
–
Exemplo: supondo que um tipo numérico seja usado para
um sinalizador porque não há nenhum tipo booleano na
linguagem:
•
terminou = 1, não é tão claro como terminou = true
–
Outro avanço: tipos enumerados.
Critérios de Avaliação: Legibilidade
5. Considerações sobre sintaxe:
–
A sintaxe ou a forma dos elementos de uma linguagem
tem um efeito significativo sobre a legibilidade dos
programas.
–
Exemplos de opções de projeto sintático que afetam a
legibilidade:
•
Formas identificadoras: restringir os identificadores a tamanhos
muitos pequenos prejudica a legibilidade, impedindo que variáveis
sejam nomeadas com nomes conotativos. Exemplos:
–
FORTRAN 77: máximo 6 caracteres;
–
BASIC ANSI: uma letra ou uma letra e um número;
Critérios de Avaliação: Legibilidade
5. Considerações sobre sintaxe:
–
Exemplos de opções de projeto sintático que afetam a
legibilidade:
•
Palavras especiais: a aparência de um programa e sua consequente
legibilidade são fortemente influenciadas pelas formas das palavras
especiais de uma linguagem (begin, end, for...);
•
Exemplos: Pascal exige pares de begin/end para formar grupos em
todas as construções de controle, a linguagem C usa chaves;
–
Ambas as linguagens sofrem porque os grupos de instruções são
sempre encerrados da mesma maneira, o que torna difícil determinar
qual grupo está sendo finalizado quando um end ou } aparece;
–
O FORTAN 90 e o ADA tornam isso mais claro, usando uma sintaxe de
fechamento distinta para cada tipo de grupo de instrução. (if...end if /
loop...end loop);
Critérios de Avaliação: Capacidade de Escrita
•
A capacidade de escrita é a medida da facilidade em que
uma linguagem pode ser usada para criar programas para
um domínio de problema escolhido;
•
•
A maioria das características da linguagem que afetam a
legibilidade também afetam a capacidade de escrita;
Deve ser considerada no contexto do domínio de problema-
alvo da linguagem.
Critérios de Avaliação: Capacidade de Escrita
•
Exemplo: Construção de uma interface gráfica
C
versus
C++
Critérios de Avaliação: Capacidade de Escrita
1. Simplicidade e Ortogonalidade:
–
–
–
Se uma linguagem de programação tem um grande
número de construções, alguns programadores não
estarão familiarizados com todas;
Pode acarretar o uso incorreto de alguns recursos e uma
utilização escassa de outros que podem ser mais elegantes
ou eficientes do que os usados;
Podem ocorrer usos de recursos desconhecidos com
resultados não esperados.
Critérios de Avaliação: Capacidade de Escrita
2. Suporte para abstração:
–
Abstração: capacidade de definir e, depois usar estruturas
ou operações complicadas de uma maneira que permita
ignorar muito dos detalhes.
•
Exemplo: uso de funções provenientes de bibliotecas;
–
Tipos de Abstração:
•
Abstração de Processo: algoritmos em geral;
•
Abstração de Dados: tipos de dados e estruturas de dados.
Critérios de Avaliação: Capacidade de Escrita
3. Expressividade:
–
Formas convenientes de especificar computações, onde
uma expressão representa muitas computações.
–
Exemplos:
•
•
•
i++, ao invés de i = i + 1;
forao invés do while;
cindo C++ ao invés de nextIntdo Java
int v;
Scanner entrada;
entrada = new Scanner(System.in);
v = entrada.nextInt();
int v;
cin >> v;
Critérios de Avaliação: Confiabilidade
•
Um programa é confiável se ele se comportar de acordo com
suas especificações sob todas as condições.
•
Recursos que afetam a confiabilidade:
–
–
–
–
Verificação de Tipos;
Manipulação de Exceções;
Apelidos (Aliasing);
Legibilidade e Facilidade de Escrita;
Critérios de Avaliação: Confiabilidade
1. Verificação de Tipos:
–
Visa testar se existem erros de tipos de dados no programa
por meio do compilador ou durante a execução do programa;
–
A verificação de tipos durante a compilação é a mais indicada.
Quanto antes for detectado o erro, menos caro é fazer todos
os reparos necessários.
•
Exemplo: Java
–
A verificação de tipos em C é bastante fraca:
int vet[50];
vet[100] = 8.5;
Critérios de Avaliação: Confiabilidade
2. Manipulação de Exceções:
–
Capacidade de um programa de interceptar erros em tempo
de execução, pôr em prática medidas corretivas e, depois,
prosseguir.
–
Exemplos em C++ e Java:
try
{
try
{
...
...
}
}
catch (Exception &exception) catch(Exception e)
{
}
{
}
...
...
Critérios de Avaliação: Confiabilidade
3. Apelidos (Aliasing):
–
Consiste em ter um ou mais métodos, ou nomes, distintos
para fazer referência à mesma área de memória.
–
Exemplos em C:
union Data{
char c = 'x';
char *p;
int i;
float f;
p = &c;
char str[20];
*p = 'z';
};
union Data data;
data.i = 10;
data.f = 220.5;
strcpy(data.str, "Programa");
Critérios de Avaliação: Confiabilidade
4. Legibilidade e Facilidade de Escrita:
–
–
–
Tanto a legibilidade como a facilidade de escrita influenciam
a confiabilidade.
Quanto mais fácil é escrever um programa, mais
probabilidade ele tem de estar correto.
Programas de difícil leitura complicam também sua escrita e
sua modificação.
Critérios de Avaliação: Custo
•
•
Custo final de uma linguagem de programação é uma função
de muitas de suas características.
Custo de Treinamento: cresce em função da simplicidade e
da ortogonalidade da linguagem e da experiência dos
programadores;
•
Custo da Escrita: Os esforços originais para projetar e
implementar linguagens de alto nível foram motivados pelos
desejos de diminuir os custos para criar software;
Critérios de Avaliação: Custo
•
Custo do Sistema de Implementação: uma linguagem de
programação cujo sistema de implementação seja caro, ou
rode somente em hardware caro, terá muito menos chance
de tornar-se popular;
•
•
Custo do Projeto da Linguagem: se uma linguagem de
programação exigir muitas verificações de tipos durante a
execução, proibirá a execução rápida do código;
Custo de Compilação: problema amenizado com o
surgimento de compiladores otimizados e de processadores
mais rápidos.
Critérios de Avaliação: Custo
•
•
Custo da Má confiabilidade: falhas podem ocasionar
insucesso do software e ações judiciais;
Custo de Manutenção: depende principalmente da
legibilidade. O custo de manutenção pode atingir de duas a
quatro vezes o custo de desenvolvimento;
Como Escolher uma Linguagem?
•
•
•
Implementação:
–
Disponibilidade quanto à plataforma;
–
Eficiência: velocidade de execução do programa objeto;
Competência:
–
Experiência do programador;
–
Competência do grupo envolvido;
Portabilidade:
–
Necessidade de executar em várias máquinas diferentes;
Como Escolher uma Linguagem?
•
•
Sintaxe:
–
Certos tipos de aplicação acomodam-se melhor em certas
sintaxes;
Semântica:
–
Algumas linguagens são mais adequadas para
processamento concorrente, outras são mais otimizadas
para recursividade;
Como Escolher uma Linguagem?
•
•
Ambiente de programação:
–
Ferramentas para desenvolvimento de software diminuem
o esforço de programação;
–
Existência de bibliotecas;
Modelo de computação
–
O Paradigma Lógico pode ser mais adequado para algumas
aplicações de inteligência artificial, enquanto que o
Paradigma Orientado a Objeto é mais adequado para
aplicações comerciais;
Trabalho 1
•
Em dupla, pesquise sobre a linguagem de programação
sorteada para a sua dupla. Mostre o histórico da linguagem,
características, importância, estrutura, vantagens/desvantagens,
versões e classificação (nível, geração e paradigma). Apresente
exemplos de código-fonte.
•
•
A dupla deverá:
–
Apresentar a pesquisa em aula (15 minutos para cada dupla);
–
Entregar um relatório (em PDF);
Data de entrega e apresentação: 10/09
Leitura Complementar
•
•
Sebesta, Robert W. Conceitos de Linguagens
de Programação. Editora Bookman, 2011.
Capítulo 1: Aspectos Preliminares