Γλώσσες και προγραμματιστικά υποδείγματα

Από τα bits στις λέξεις

Ο επεξεργαστής καταλαβαίνει μόνο τη γλώσσα μηχανής: εντολές γραμμένες ως αριθμοί σε δυαδικό. Οι πρώτοι προγραμματιστές έγραφαν ακριβώς αυτό, και ένα λάθος bit σήμαινε ώρες αναζήτησης. Από τότε, κάθε γενιά γλωσσών απομακρύνεται λίγο ακόμα από τη μηχανή και πλησιάζει τον άνθρωπο.

Οι δυαδικοί κωδικοί της πρώτης γραμμής είναι φανταστικοί, όπως ο επεξεργαστής του μαθήματος για την αρχιτεκτονική. Κάθε πραγματικός επεξεργαστής έχει τους δικούς του. Η συμβολική γλώσσα είναι απλώς ονόματα για τους ίδιους κωδικούς, μία προς μία, άρα είναι κι αυτή δεμένη με έναν συγκεκριμένο τύπο επεξεργαστή. Μια γλώσσα υψηλού επιπέδου δεν είναι: το ίδιο πρόγραμμα μπορεί να τρέξει σε υπολογιστή, σε κινητό ή σε εξυπηρετητή.

Οι μεταφραστές

Αφού η μηχανή καταλαβαίνει μόνο γλώσσα μηχανής, κάθε άλλη γλώσσα χρειάζεται μεταφραστή.

• Ο συμβολομεταφραστής (assembler) μετατρέπει συμβολική γλώσσα σε γλώσσα μηχανής.
• Ο μεταγλωττιστής (compiler) μεταφράζει ολόκληρο το πρόγραμμα μία φορά και παράγει ένα εκτελέσιμο αρχείο. Μετά, το πρόγραμμα τρέχει χωρίς τον μεταγλωττιστή.
• Ο διερμηνέας (interpreter) διαβάζει το πρόγραμμα και το εκτελεί απευθείας, εντολή προς εντολή, κάθε φορά που τρέχει.

Προγραμματιστικά υποδείγματα

Ένα προγραμματιστικό υπόδειγμα (programming paradigm) είναι ένας τρόπος σκέψης για το πώς περιγράφεται μια λύση. Δεν είναι γλώσσα: πολλές γλώσσες, όπως η Python, υποστηρίζουν περισσότερα από ένα.

Το ίδιο πρόβλημα, «το άθροισμα των τετραγώνων των άρτιων αριθμών μιας λίστας», σε τρία υποδείγματα, όλα σε Python:

numbers = [3, 8, 5, 2, 10, 7]

# Διαδικαστικό: βήματα που αλλάζουν μια μεταβλητή
total = 0
for x in numbers:
    if x % 2 == 0:
        total += x * x
print(total)

# Συναρτησιακό: σύνθεση συναρτήσεων, καμία μεταβλητή δεν αλλάζει
print(sum(map(lambda x: x * x, filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))))


# Αντικειμενοστραφές: δεδομένα και λειτουργίες μαζί σε ένα αντικείμενο
class NumberBag:
    def __init__(self, items):
        self.items = list(items)

    def evens(self):
        return NumberBag(x for x in self.items if x % 2 == 0)

    def sum_of_squares(self):
        return sum(x * x for x in self.items)


bag = NumberBag(numbers)
print(bag.evens().sum_of_squares())

Και οι τρεις τυπώνουν 168, γιατί οι άρτιοι είναι $8$, $2$ και $10$, και $64 + 4 + 100 = 168$.

• Στο διαδικαστικό, η μεταβλητή total αλλάζει τιμή σε κάθε επανάληψη. Για να καταλάβεις το πρόγραμμα, το ακολουθείς βήμα-βήμα.
• Στο συναρτησιακό, δεν αλλάζει τίποτα: το filter κρατά τους άρτιους, το map τους υψώνει στο τετράγωνο, το sum τους προσθέτει. Διαβάζεται από μέσα προς τα έξω, σαν μαθηματική σύνθεση.
• Στο αντικειμενοστραφές, τα δεδομένα και οι λειτουργίες τους είναι πακεταρισμένα μαζί στην κλάση NumberBag. Όποιος τη χρησιμοποιεί ζητά από το αντικείμενο να κάνει κάτι, χωρίς να ξέρει πώς είναι φτιαγμένο μέσα.

Στο λογικό υπόδειγμα δεν γράφεις καν πώς βρίσκεται η απάντηση. Δηλώνεις γεγονότα («η Άννα είναι μητέρα της Ελένης») και κανόνες («Χ είναι γιαγιά του Ζ αν Χ είναι μητέρα του Υ και Υ είναι γονέας του Ζ»), και ρωτάς: «ποιος είναι γιαγιά της Μαρίας;». Το σύστημα βρίσκει μόνο του τη διαδρομή.

Δύο παρατηρήσεις ακόμα. Η SQL, που θα δούμε στις βάσεις δεδομένων, είναι δηλωτική (declarative) γλώσσα: λες τι δεδομένα θέλεις και όχι πώς να βρεθούν. Και η HTML δεν είναι γλώσσα προγραμματισμού αλλά γλώσσα σήμανσης: περιγράφει τη δομή ενός εγγράφου, δεν εκτελεί υπολογισμούς.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση