'زبانهای برنامهنویسی' ساختارهای زبانی دستورمداری در رایانهها هستند که بهوسیلهٔ آنها میتوان یک الگوریتم را بهوسیلهٔ ساختارهای دستوری متفاوت برای اجرای رایانه توصیف کرد و با این روش امکان نوشتن برنامه جهت تولید نرمافزارهای جدید بوجود میآید. معمولاً هر زبان برنامهنویسی دارای یک محیط نرمافزاری برای وارد کردن متن برنامه، اجرا، همگردانی و رفع اشکال آن هستند. عموماً زبانهای برنامهنویسی را به پنج نسل تقسیم میکنند:
نسل اول زبان ماشین - زبان صفرو یک
نسل دوم زبانهایی مانند اسمبلی -قابل فهم تر برای انسان
نسل سوم زبانهایی مانند کوبول و پی ال وان و... -دستورات قابل فهم تر برای انسان و نیاز به کمپایلرها
نسل چهارم مثل زبانهای اوراکل و فاکس پرو و اس کیو الها - نزدیک به محاورههای انسانی
نسل پنج زبانهایی مانند prolog , ops5 - تمرکز بر حل مسئله و استفاده از الگوریتمهای نوشته شده توسط برنامه نویس
یک زبان برنامهنویسی یک زبان مصنوعی است که برای بیان محاسباتی که توسط یک ماشین (مخصوصا رایانه) قابل انجام است، طراحی شدهاست. زبانهای برنامهنویسی برای ایجاد برنامههایی به کار میروند که رفتار یک ماشین را مشخص میکنند، الگوریتم دقیق را بیان میکنند، و یا روشی برای ارتباط انسانند. بسیاری از زبانهای برنامهنویسی تعدادی قالب از ویژگیهای نوشته شده دستوری(syntax) و معناشناسی (semantics) دارند، چرا که رایانهها دستورات دقیقاً مشخص نیاز دارند. برخی توسط سند خصوصیات (specification document) تعیین شدهاند. (برای مثال یک استاندارد ISO)، در حالی که برخی دیگر دارای پیادهسازی غالبی میباشند.(مانند Perl) اولین زبان برنامهنویسی به قبل از اختراع رایانه باز میگردد، و برای هدایت رفتار ماشینهایی مانند دستگاههای نساجی اتوماتیک و نوازندههای پیانو به کار میرفت. هزاران زبان برنامهنویسی خلق شدهاند، بیشتر در زمینهٔ رایانه، زمینهای که هر ساله بسیاری دیگر ایجاد میشوند.
تقسیمبندی
زبانهای برنامهنویسی را میتوان از چهار دیدگاه متفاوت مورد بررسی قرار داده و تقسیم بندی کرد: الف) روشهای برنامهنویسی ۱-زیر روالی ۲-ساخت یافته ۳-مدولار ۴-شئ گرا ب) نزدیکی به زبان ماشین ۱-سطح پایین ۲-سطح میانی ۳-سطح بالا ج) نوع ترجمه ۱-مفسری ۲-کامپایلری د) رابط برنامهنویسی ۱-مبتنی بر متن ۲-مبتنی بر گرافیک (ویژوال)
تعاریف
ویژگیهایی که غالباً برای تشکیل یک زبان برنامهنویسی مهم شمرده میشوند:
تابع :یک زبان برنامهنویسی، زبانی است که برای نوشتن برنامههای رایانهای به کار میرود که رایانهای را برای انجام محاسبات یا اجرای الگوریتم و یا احتمالاً کنترل دستگاههای خارجی مثل چاپگر، ربات و... درگیر میکنند.
هدف: زبانهای برنامهنویسی با زبانهای طبیعی تفاوت دارند و آن اینکه زبانهای طبیعی فقط برای فعل و انفعالات بین مردم به کار میروند، در حالیکه زبانهای برنامهنویسی همچنین به انسانها اجازه میدهد که از طریق دستورات با ماشینها ارتباط برقرار کنند. برخی زبانهای برنامهنویسی بوسیله یک دستگاه استفاده میشوند تا دستگاه دیگری را کنترل کند. برای مثال برنامههای پست اسکریپت(post script) غالباً توسط برنامه دیگری برای کنترل یک چاپگر و یا نمایشگر ایجاد میشوند.
ساختارها: زبانهای برنامهنویسی ممکن است ساختارهایی برای تعریف و تغییر داده ساختارها یا کنترل جریان اجرا داشته باشند.
توان بیانگر: نظریه محاسبات، زبانها را بوسیله محاسباتی که توان بیان آنها را دارند طبقهبندی میکند. تمام زبانهای «کامل تورینگ» میتوانند مجموعه یکسانی از الگوریتمها را پیادهسازی کنند.ANSI/ISO SQL و Charity مثالهایی هستند از زبانهایی که کامل تورینگ نیستند، ولی غالباً زبان برنامهنویسی نامیده میشوند.
برخی مولفین اصطلاح «زبان برنامهنویسی» را محدود به آنهایی میکنند که میتوانند تمام الگوریتمهای ممکن را پیادهسازی کنند، گاهی اوقات اصطلاح «زبان رایانه» برای زبانهای برنامهنویسی محدودتر به کار میرود. زبانهای غیر محاسباتی، مانند زبانهای مارک آپ(markup) HTML یا گرامرهای قراردادی مثل BNF، معمولاً زبان برنامهنویسی محسوب نمیشوند. یک زبان برنامهنویسی (که میتواند کامل تورینگ نباشد) ممکن است در این زبانهای غیر محاسباتی (میزبان) تعبیه شوند.
کاربرد
زبان برنامهنویسی یک مکانیزم ساخت یافته برای تعریف دادهها، و عملیات یا تبدیلهایی که ممکن است بطور اتوماتیک روی آن داده انجام شوند، فراهم میکند. یک برنامه نویس از انتزاعات آماده در زبان استفاده میکند تا مفاهیم به کار رفته در محاسبات را بیان کند. این مفاهیم به عنوان یک مجموعه از سادهترین عناصر موجود بیان میشوند (مفاهیم ابتدایی نامیده میشوند). زبانهای برنامهنویسی با غالب زبانهای انسانی تفاوتی دارد و آن این است که نیاز به بیان دقیق تر و کامل تری دارد. هنگام استفاده از زبانهای طبیعی برای ارتباط با دیگر انسانها، نویسندگان و گویندگان میتوانند مبهم باشند و اشتباهات کوچک داشته باشند، و همچنان انتظار داشته باشند که مخاطب آنها متوجه شده باشد. اگرچه، مجازا، رایانهها "دقیقاً آنچه که به آنها گفته شده را انجام میدهند." و نمیتوانند "بفهمند" که نویسنده دقیقاً چه کدی مد نظر نویسنده بودهاست] البته امروزه برنامههایی برای انجام این کار تولید شدهاند و تلاشهای بسیاری در این زمینه انجام شده ولی هنوز به نتیجهٔ رضایت بخشی نرسیده است[. ترکیب تعریف زبان، یک برنامه، و ورودی برنامه بطور کامل رفتار خروجی را به هنگام اجرای برنامه (در محدوده کنترل آن برنامه) مشخص میکند. برنامههای یک رایانه ممکن است در یک فرایند ناپیوسته بدون دخالت انسان اجرا شوند، یا یک کاربر ممکن است دستورات را در یک مرحله فعل و انفعال مفسر تایپ کند. در این حالت "دستور"ها همان برنامهها هستند، که اجرای آنها زنجیروار به هم مرتبطند. به زبانی که برای دستور دادن به برنامهای استفاده میشود، زبان اسکریپت میگویند. بسیاری از زبانها کنار گذاشته شدهاند، برای رفع نیازهای جدید جایگزین شدهاند، با برنامههای دیگر ترکیب شدهاند و در نهایت استعمال آنها متوقف شدهاست. با وجود اینکه تلاشهایی برای طراحی یک زبان رایانه" کامل" شدهاست که تمام اهداف را تحت پوشش قرار دهد، هیچیک نتوانستند بطور کلی این جایگاه را پر کنند. نیاز به زبانهای رایانهای گسترده از گستردگی زمینههایی که زبانها استفاده میشوند، ناشی میشود:
محدوده برنامهها از متون بسیار کوچک نوشته شده توسط افراد عادی تا سیستمهای بسیار بزرگ نوشته شده توسط صدها برنامه نویس است
توانایی برنامه نویسها: از تازهکارهایی که بیش از هر چیز به سادگی نیاز دارند تا حرفهایهایی که با پیچیدگی قابل توجهی کنار میآیند.
برنامهها باید سرعت، اندازه و سادگی را بسته به سیستمها از ریزپردازندها تا ابر رایانهها متناسب نگه دارند.
برنامهها ممکن است یک بار نوشته شوند و تا نسلها تغییر نکنند، و یا ممکن است پیوسته اصلاح شوند.
در نهایت، برنامه نویسها ممکن است در علایق متفاوت باشند: آنها ممکن است به بیان مسائل با زبانی خاص خو گرفته باشند.
یک سیر رایج در گسترش زبانهای برنامهنویسی این است که قابلیت حل مسائلی با درجات انتزاعی بالاتری را اضافه کنند. زبانهای برنامهنویسی اولیه به سختافزار رایانه گره خورده بودند. همانطور که زبانهای برنامهنویسی جدید گسترش پیدا کردهاند، ویژگیهایی به برنامهها افزوده شده که به برنامه نویس اجازه دهد که ایدههایی که از ترجمه ساده به دستورات سختافزار دورتر هستند نیز استفاده کند. چون برنامه نویسها کمتر به پیچیدگی رایانه محدود شدهاند، برنامههای آنها میتواند محاسبات بیشتری با تلاش کمتر از سوی برنامه نویس انجام دهند. این به آنها این امکان را میدهد که کارایی بیشتردر واحد زمان داشته باشند. «پردازندههای زبان طبیعی» به عنوان راهی برای ازبین بردن نیاز به زبانهای اختصاصی برنامهنویسی پیشنهاد شدهاند. هرچند، این هدف دور است و فواید آن قابل بحث است. «ادسگر دیجسترا» موافق بود که استفاده از یک زبان رسمی برای جلوگیری از مقدمه سازی ساختارهای بیمعنی واجب است، و زبان برنامهنویسی طبیعی را با عنوان «احمقانه» رد کرد، «آلن پرلیس» نیز مشابها این ایده را رد کرد. مطابق با متدولوژی نامتجانس استفاده شده توسط langpop.com در سال ۲۰۰۸، ۱۲ زبان پرکاربرد عبارتند از: C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, Shell, SQL, and Visual Basic.
المانها
تمام زبانهای برنامهنویسی تعدادی بلوکهای ابتدایی برای توضیح داده و پردازش یا تبدیل آنها (مانند جمع کردن دو عدد با انتخاب یک عضو از یک مجموعه) دارند. این «عناصرابتدایی» بوسیله قوانین معناشناسی و دستوری تعریف میشوند که ساختار و معنای مربوطه را توضیح میدهند.
دستور(syntax)
فرم سطحی یک زبان برنامهنویسی دستور آن نامیده میشود. غالب زبانهای برنامهنویسی کاملاً متنی اند؛ و از دنبالهٔ متون شامل کلمات، اعداد، نشانگذاری، بسیار شبیه زبان نوشتاری طبیعی استفاده میکنند. از طرف دیگر، برنامههایی نیز وجود دارند که بیشتر گرافیکی اند، و از روابط بصری بین سمبلها برای مشخص کردن برنامه استفاده میکنند. دستور یک زبان ترکیبات ممکن سمبلها برای ایجاد یک برنامهٔ درست را از نظر دستوری مشخص میکند. معنایی که به یک ترکیب سمبلها داده میشود با معناشناسی اداره میشود (قراردادی یا نوشته شده در پیادهسازی منبع). از آنجا که اغلب زبانها متنی هستند، این مقاله دستور متنی را مورد بحث قرار میدهد.
دستور زبان برنامهنویسی معمولاً بوسیله ترکیب عبارات معین (برای ساختار لغوی) و فرم توضیح اعمال (برای ساختار گرامری) تعریف میشوند. متن زیر یک گرامر ساده، به زبان lisp است: expression ::= atom | list atom ::= number | symbol number ::= [+-]?['۰'-'۹']+ symbol ::= ['A'-'Za'-'z']. * list ::= '(' expression* ')' این گرامر موارد ذیل را مشخص میکند:
یک عبارت یا atom است و یا یک لیست
یک atom یا یک عدد است و یا یک سمبل
یک عدد دنباله ناشکستهای از یک یا تعداد بیشتری اعداد دهدهی است، که یک علامت مثبت و یا منفی میتواند پیش از آن بیاید.
یک سمبل حرفی است که بعد از هیچ یا تعدادی کاراکتر (جز فاصله) میآید.
یک لیست تعدادی پرانتز است که میتواند صفر یا چند عبارت در خود داشته باشد.
"۱۲۳۴۵"، "()"، "(a b c۲۳۲ (۱))" مثالهایی هستند از دنبالههای خوش فرم در این گرامر.
همه برنامههایی که از لحاظ دستوری درست هستند، از نظر معنا درست نیستند. بسیاری از برنامههای درست دستوری، بد فرم اند، با توجه به قوانین زبان؛ و ممکن است (بسته به خصوصیات زبان و درست بودن پیادهسازی) به خطای ترجمه و یا استثنا(exception) منتج شود. در برخی موارد، چنین برنامههایی ممکن است رفتار نامشخصی از خود نشان دهند. حتی اگر یک برنامه در یک زبان به خوبی بیان شده باشد، ممکن است دقیقاً مطلوب نویسنده آن نبوده باشد.
به عنوان مثال در زبان طبیعی، ممکن نیست به برخی از جملات درست از لحاظ گرامری، معنای خاصی اطلاق کرد و یا ممکن است جمله نادرست باشد:
"ایدههای بی رنگ سبز با خشم میخوابند."از نظر دستوری خوش فرم است ولی معنای مورد قبولی ندارد.
"جان یک مجرد متاهل است." از نظر دستوری درست است، ولی معنایی را بیان میکند که نمیتواند درست باشد.
این قسمت از زبان C از نظر دستوری درست است، اما دستوری را انجام میدهد که از نظرمعنایی تعریف نشده است (چون p یک اشاره گر خالی است، عمل p->real,p->im معنای خاصی ندارد) complex *p = NULL; complex abs_p = sqrt (p->real * p->real + p->im * p->im);
گرامر مورد نیاز برای مشخص کردن یک زبان برنامهنویسی میتواند با جایگاهش در «سلسله مراتب چامسکی» طبقهبندی شود. دستور اغلب زبانهای برنامهنویسی میتواند بوسیله یک گرامر نوع ۲ مشخص گردد، برای مثال، گرامرهای مستقل از متن.
معناشناسی ایستا
معناشناسی ایستا محدودیتهایی بر روی ساختار مجاز متنها تعیین میکند که بیان آنها در فرمول دستوری استاندارد مشکل و یا غیر ممکن است. مهمترین این محدودیتها به وسیله سیستم نوعگذاری انجام میشود.
سیستم نوع گذاری
یک سیستم نوع گذاری مشخص میکند که یک زبان برنامهنویسی چگونه مقادیر و عبارات را در نوع(type) دستهبندی میکند، چگونه میتواند آن نوعها را تغییر دهد و رفتار متقابل آنها چگونهاست. این کارعموما توضیح داده ساختارهایی که میتوانند در آن زبان ایجاد شوند را شامل میشود. طراحی و مطالعه سیستمهای نوع گذاری بوسیله ریاضیات قراردادی را تئوری نوع گذاری گویند.
نسل اول زبان ماشین - زبان صفرو یک
نسل دوم زبانهایی مانند اسمبلی -قابل فهم تر برای انسان
نسل سوم زبانهایی مانند کوبول و پی ال وان و... -دستورات قابل فهم تر برای انسان و نیاز به کمپایلرها
نسل چهارم مثل زبانهای اوراکل و فاکس پرو و اس کیو الها - نزدیک به محاورههای انسانی
نسل پنج زبانهایی مانند prolog , ops5 - تمرکز بر حل مسئله و استفاده از الگوریتمهای نوشته شده توسط برنامه نویس
یک زبان برنامهنویسی یک زبان مصنوعی است که برای بیان محاسباتی که توسط یک ماشین (مخصوصا رایانه) قابل انجام است، طراحی شدهاست. زبانهای برنامهنویسی برای ایجاد برنامههایی به کار میروند که رفتار یک ماشین را مشخص میکنند، الگوریتم دقیق را بیان میکنند، و یا روشی برای ارتباط انسانند. بسیاری از زبانهای برنامهنویسی تعدادی قالب از ویژگیهای نوشته شده دستوری(syntax) و معناشناسی (semantics) دارند، چرا که رایانهها دستورات دقیقاً مشخص نیاز دارند. برخی توسط سند خصوصیات (specification document) تعیین شدهاند. (برای مثال یک استاندارد ISO)، در حالی که برخی دیگر دارای پیادهسازی غالبی میباشند.(مانند Perl) اولین زبان برنامهنویسی به قبل از اختراع رایانه باز میگردد، و برای هدایت رفتار ماشینهایی مانند دستگاههای نساجی اتوماتیک و نوازندههای پیانو به کار میرفت. هزاران زبان برنامهنویسی خلق شدهاند، بیشتر در زمینهٔ رایانه، زمینهای که هر ساله بسیاری دیگر ایجاد میشوند.
تقسیمبندی
زبانهای برنامهنویسی را میتوان از چهار دیدگاه متفاوت مورد بررسی قرار داده و تقسیم بندی کرد: الف) روشهای برنامهنویسی ۱-زیر روالی ۲-ساخت یافته ۳-مدولار ۴-شئ گرا ب) نزدیکی به زبان ماشین ۱-سطح پایین ۲-سطح میانی ۳-سطح بالا ج) نوع ترجمه ۱-مفسری ۲-کامپایلری د) رابط برنامهنویسی ۱-مبتنی بر متن ۲-مبتنی بر گرافیک (ویژوال)
تعاریف
ویژگیهایی که غالباً برای تشکیل یک زبان برنامهنویسی مهم شمرده میشوند:
تابع :یک زبان برنامهنویسی، زبانی است که برای نوشتن برنامههای رایانهای به کار میرود که رایانهای را برای انجام محاسبات یا اجرای الگوریتم و یا احتمالاً کنترل دستگاههای خارجی مثل چاپگر، ربات و... درگیر میکنند.
هدف: زبانهای برنامهنویسی با زبانهای طبیعی تفاوت دارند و آن اینکه زبانهای طبیعی فقط برای فعل و انفعالات بین مردم به کار میروند، در حالیکه زبانهای برنامهنویسی همچنین به انسانها اجازه میدهد که از طریق دستورات با ماشینها ارتباط برقرار کنند. برخی زبانهای برنامهنویسی بوسیله یک دستگاه استفاده میشوند تا دستگاه دیگری را کنترل کند. برای مثال برنامههای پست اسکریپت(post script) غالباً توسط برنامه دیگری برای کنترل یک چاپگر و یا نمایشگر ایجاد میشوند.
ساختارها: زبانهای برنامهنویسی ممکن است ساختارهایی برای تعریف و تغییر داده ساختارها یا کنترل جریان اجرا داشته باشند.
توان بیانگر: نظریه محاسبات، زبانها را بوسیله محاسباتی که توان بیان آنها را دارند طبقهبندی میکند. تمام زبانهای «کامل تورینگ» میتوانند مجموعه یکسانی از الگوریتمها را پیادهسازی کنند.ANSI/ISO SQL و Charity مثالهایی هستند از زبانهایی که کامل تورینگ نیستند، ولی غالباً زبان برنامهنویسی نامیده میشوند.
برخی مولفین اصطلاح «زبان برنامهنویسی» را محدود به آنهایی میکنند که میتوانند تمام الگوریتمهای ممکن را پیادهسازی کنند، گاهی اوقات اصطلاح «زبان رایانه» برای زبانهای برنامهنویسی محدودتر به کار میرود. زبانهای غیر محاسباتی، مانند زبانهای مارک آپ(markup) HTML یا گرامرهای قراردادی مثل BNF، معمولاً زبان برنامهنویسی محسوب نمیشوند. یک زبان برنامهنویسی (که میتواند کامل تورینگ نباشد) ممکن است در این زبانهای غیر محاسباتی (میزبان) تعبیه شوند.
کاربرد
زبان برنامهنویسی یک مکانیزم ساخت یافته برای تعریف دادهها، و عملیات یا تبدیلهایی که ممکن است بطور اتوماتیک روی آن داده انجام شوند، فراهم میکند. یک برنامه نویس از انتزاعات آماده در زبان استفاده میکند تا مفاهیم به کار رفته در محاسبات را بیان کند. این مفاهیم به عنوان یک مجموعه از سادهترین عناصر موجود بیان میشوند (مفاهیم ابتدایی نامیده میشوند). زبانهای برنامهنویسی با غالب زبانهای انسانی تفاوتی دارد و آن این است که نیاز به بیان دقیق تر و کامل تری دارد. هنگام استفاده از زبانهای طبیعی برای ارتباط با دیگر انسانها، نویسندگان و گویندگان میتوانند مبهم باشند و اشتباهات کوچک داشته باشند، و همچنان انتظار داشته باشند که مخاطب آنها متوجه شده باشد. اگرچه، مجازا، رایانهها "دقیقاً آنچه که به آنها گفته شده را انجام میدهند." و نمیتوانند "بفهمند" که نویسنده دقیقاً چه کدی مد نظر نویسنده بودهاست] البته امروزه برنامههایی برای انجام این کار تولید شدهاند و تلاشهای بسیاری در این زمینه انجام شده ولی هنوز به نتیجهٔ رضایت بخشی نرسیده است[. ترکیب تعریف زبان، یک برنامه، و ورودی برنامه بطور کامل رفتار خروجی را به هنگام اجرای برنامه (در محدوده کنترل آن برنامه) مشخص میکند. برنامههای یک رایانه ممکن است در یک فرایند ناپیوسته بدون دخالت انسان اجرا شوند، یا یک کاربر ممکن است دستورات را در یک مرحله فعل و انفعال مفسر تایپ کند. در این حالت "دستور"ها همان برنامهها هستند، که اجرای آنها زنجیروار به هم مرتبطند. به زبانی که برای دستور دادن به برنامهای استفاده میشود، زبان اسکریپت میگویند. بسیاری از زبانها کنار گذاشته شدهاند، برای رفع نیازهای جدید جایگزین شدهاند، با برنامههای دیگر ترکیب شدهاند و در نهایت استعمال آنها متوقف شدهاست. با وجود اینکه تلاشهایی برای طراحی یک زبان رایانه" کامل" شدهاست که تمام اهداف را تحت پوشش قرار دهد، هیچیک نتوانستند بطور کلی این جایگاه را پر کنند. نیاز به زبانهای رایانهای گسترده از گستردگی زمینههایی که زبانها استفاده میشوند، ناشی میشود:
محدوده برنامهها از متون بسیار کوچک نوشته شده توسط افراد عادی تا سیستمهای بسیار بزرگ نوشته شده توسط صدها برنامه نویس است
توانایی برنامه نویسها: از تازهکارهایی که بیش از هر چیز به سادگی نیاز دارند تا حرفهایهایی که با پیچیدگی قابل توجهی کنار میآیند.
برنامهها باید سرعت، اندازه و سادگی را بسته به سیستمها از ریزپردازندها تا ابر رایانهها متناسب نگه دارند.
برنامهها ممکن است یک بار نوشته شوند و تا نسلها تغییر نکنند، و یا ممکن است پیوسته اصلاح شوند.
در نهایت، برنامه نویسها ممکن است در علایق متفاوت باشند: آنها ممکن است به بیان مسائل با زبانی خاص خو گرفته باشند.
یک سیر رایج در گسترش زبانهای برنامهنویسی این است که قابلیت حل مسائلی با درجات انتزاعی بالاتری را اضافه کنند. زبانهای برنامهنویسی اولیه به سختافزار رایانه گره خورده بودند. همانطور که زبانهای برنامهنویسی جدید گسترش پیدا کردهاند، ویژگیهایی به برنامهها افزوده شده که به برنامه نویس اجازه دهد که ایدههایی که از ترجمه ساده به دستورات سختافزار دورتر هستند نیز استفاده کند. چون برنامه نویسها کمتر به پیچیدگی رایانه محدود شدهاند، برنامههای آنها میتواند محاسبات بیشتری با تلاش کمتر از سوی برنامه نویس انجام دهند. این به آنها این امکان را میدهد که کارایی بیشتردر واحد زمان داشته باشند. «پردازندههای زبان طبیعی» به عنوان راهی برای ازبین بردن نیاز به زبانهای اختصاصی برنامهنویسی پیشنهاد شدهاند. هرچند، این هدف دور است و فواید آن قابل بحث است. «ادسگر دیجسترا» موافق بود که استفاده از یک زبان رسمی برای جلوگیری از مقدمه سازی ساختارهای بیمعنی واجب است، و زبان برنامهنویسی طبیعی را با عنوان «احمقانه» رد کرد، «آلن پرلیس» نیز مشابها این ایده را رد کرد. مطابق با متدولوژی نامتجانس استفاده شده توسط langpop.com در سال ۲۰۰۸، ۱۲ زبان پرکاربرد عبارتند از: C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, Shell, SQL, and Visual Basic.
المانها
تمام زبانهای برنامهنویسی تعدادی بلوکهای ابتدایی برای توضیح داده و پردازش یا تبدیل آنها (مانند جمع کردن دو عدد با انتخاب یک عضو از یک مجموعه) دارند. این «عناصرابتدایی» بوسیله قوانین معناشناسی و دستوری تعریف میشوند که ساختار و معنای مربوطه را توضیح میدهند.
دستور(syntax)
فرم سطحی یک زبان برنامهنویسی دستور آن نامیده میشود. غالب زبانهای برنامهنویسی کاملاً متنی اند؛ و از دنبالهٔ متون شامل کلمات، اعداد، نشانگذاری، بسیار شبیه زبان نوشتاری طبیعی استفاده میکنند. از طرف دیگر، برنامههایی نیز وجود دارند که بیشتر گرافیکی اند، و از روابط بصری بین سمبلها برای مشخص کردن برنامه استفاده میکنند. دستور یک زبان ترکیبات ممکن سمبلها برای ایجاد یک برنامهٔ درست را از نظر دستوری مشخص میکند. معنایی که به یک ترکیب سمبلها داده میشود با معناشناسی اداره میشود (قراردادی یا نوشته شده در پیادهسازی منبع). از آنجا که اغلب زبانها متنی هستند، این مقاله دستور متنی را مورد بحث قرار میدهد.
دستور زبان برنامهنویسی معمولاً بوسیله ترکیب عبارات معین (برای ساختار لغوی) و فرم توضیح اعمال (برای ساختار گرامری) تعریف میشوند. متن زیر یک گرامر ساده، به زبان lisp است: expression ::= atom | list atom ::= number | symbol number ::= [+-]?['۰'-'۹']+ symbol ::= ['A'-'Za'-'z']. * list ::= '(' expression* ')' این گرامر موارد ذیل را مشخص میکند:
یک عبارت یا atom است و یا یک لیست
یک atom یا یک عدد است و یا یک سمبل
یک عدد دنباله ناشکستهای از یک یا تعداد بیشتری اعداد دهدهی است، که یک علامت مثبت و یا منفی میتواند پیش از آن بیاید.
یک سمبل حرفی است که بعد از هیچ یا تعدادی کاراکتر (جز فاصله) میآید.
یک لیست تعدادی پرانتز است که میتواند صفر یا چند عبارت در خود داشته باشد.
"۱۲۳۴۵"، "()"، "(a b c۲۳۲ (۱))" مثالهایی هستند از دنبالههای خوش فرم در این گرامر.
همه برنامههایی که از لحاظ دستوری درست هستند، از نظر معنا درست نیستند. بسیاری از برنامههای درست دستوری، بد فرم اند، با توجه به قوانین زبان؛ و ممکن است (بسته به خصوصیات زبان و درست بودن پیادهسازی) به خطای ترجمه و یا استثنا(exception) منتج شود. در برخی موارد، چنین برنامههایی ممکن است رفتار نامشخصی از خود نشان دهند. حتی اگر یک برنامه در یک زبان به خوبی بیان شده باشد، ممکن است دقیقاً مطلوب نویسنده آن نبوده باشد.
به عنوان مثال در زبان طبیعی، ممکن نیست به برخی از جملات درست از لحاظ گرامری، معنای خاصی اطلاق کرد و یا ممکن است جمله نادرست باشد:
"ایدههای بی رنگ سبز با خشم میخوابند."از نظر دستوری خوش فرم است ولی معنای مورد قبولی ندارد.
"جان یک مجرد متاهل است." از نظر دستوری درست است، ولی معنایی را بیان میکند که نمیتواند درست باشد.
این قسمت از زبان C از نظر دستوری درست است، اما دستوری را انجام میدهد که از نظرمعنایی تعریف نشده است (چون p یک اشاره گر خالی است، عمل p->real,p->im معنای خاصی ندارد) complex *p = NULL; complex abs_p = sqrt (p->real * p->real + p->im * p->im);
گرامر مورد نیاز برای مشخص کردن یک زبان برنامهنویسی میتواند با جایگاهش در «سلسله مراتب چامسکی» طبقهبندی شود. دستور اغلب زبانهای برنامهنویسی میتواند بوسیله یک گرامر نوع ۲ مشخص گردد، برای مثال، گرامرهای مستقل از متن.
معناشناسی ایستا
معناشناسی ایستا محدودیتهایی بر روی ساختار مجاز متنها تعیین میکند که بیان آنها در فرمول دستوری استاندارد مشکل و یا غیر ممکن است. مهمترین این محدودیتها به وسیله سیستم نوعگذاری انجام میشود.
سیستم نوع گذاری
یک سیستم نوع گذاری مشخص میکند که یک زبان برنامهنویسی چگونه مقادیر و عبارات را در نوع(type) دستهبندی میکند، چگونه میتواند آن نوعها را تغییر دهد و رفتار متقابل آنها چگونهاست. این کارعموما توضیح داده ساختارهایی که میتوانند در آن زبان ایجاد شوند را شامل میشود. طراحی و مطالعه سیستمهای نوع گذاری بوسیله ریاضیات قراردادی را تئوری نوع گذاری گویند.
آخرین ویرایش: