Ποια είναι η ιεραρχία των γλωσσών προγραμματισμού και πώς διαφέρουν από την άποψη της πολυπλοκότητας των λειτουργιών;

Δεν υπάρχει μια ενιαία, παγκοσμίως συμφωνημένη "ιεραρχία" των γλωσσών προγραμματισμού με τον τρόπο που, ας πούμε, υπάρχει βιολογική ταξινόμηση. Ωστόσο, μπορούμε να μιλήσουμε για διαφορετικά επίπεδα * ή * κατηγορίες * των γλωσσών, που συχνά βασίζονται σε παράγοντες όπως το επίπεδο αφαίρεσης, το σκοπό, το πρότυπο και τους πόρους που χρειάζονται. Είναι περισσότερο σαν ένα φάσμα από μια άκαμπτη ιεραρχία. Επιπλέον, η πολυπλοκότητα είναι πολύπλευρη και εξαρτάται από την προοπτική:η πολυπλοκότητα για τον προγραμματιστή *μπορεί να είναι διαφορετική από την πολυπλοκότητα για τον υπολογιστή *.

Ακολουθεί μια κατανομή των κοινών κατηγοριών και πώς διαφέρουν, μαζί με τις σχετικές γλώσσες και τις εκτιμήσεις της λειτουργικότητας και της πολυπλοκότητας:

1. Κωδικός μηχανής / γλώσσα συναρμολόγησης (χαμηλότερο επίπεδο)

* Περιγραφή: Αντιπροσωπείες οδηγιών άμεσα εκτελέσιμες από την CPU. Ο κώδικας μηχανής είναι καθαρός δυαδικός (0s και 1s), ενώ η γλώσσα συναρμολόγησης χρησιμοποιεί μνημονικά (σύντομοι κωδικοί) για να αντιπροσωπεύει αυτές τις οδηγίες (π.χ. `add`,` mov ').

* Λειτουργικότητα: Προσφέρει άμεσο έλεγχο του υλικού. Επιτρέπει τη χειραγώγηση των διευθύνσεων μνήμης, των καταχωρητών και των σημαίων CPU.

* πολυπλοκότητα:

* * Πολυπλοκότητα προγραμματιστών:* Εξαιρετικά υψηλή. Απαιτεί βαθιά κατανόηση της αρχιτεκτονικής υπολογιστών. Ο κωδικός είναι λερωμένος και επιρρεπής σε σφάλματα. Δύσκολο να διαβάσετε, να γράψετε και να διατηρήσετε. Μη φορητή (δεμένη με μια συγκεκριμένη αρχιτεκτονική CPU).

* * Η υπολογιστική πολυπλοκότητα:* μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική όσον αφορά την ταχύτητα εκτέλεσης και τη χρήση μνήμης λόγω του άμεσου ελέγχου υλικού.

* Παράδειγμα: Συναρμολόγηση Intel x86, συγκρότημα βραχίονα. Σπάνια χρησιμοποιείται για προγραμματισμό γενικού σκοπού σήμερα, εκτός από πολύ συγκεκριμένες περιοχές (π.χ. ενσωματωμένα συστήματα με αυστηρούς περιορισμούς πόρων, φορτωτές εκκίνησης, οδηγούς συσκευών, πυρήνες κρίσιμες απόδοσης).

2. Οι γλώσσες χαμηλού επιπέδου (κοντά στο υλικό)

* Περιγραφή: Παρέχετε περισσότερη αφαίρεση από τη συναρμολόγηση, αλλά εξακολουθεί να προσφέρει σημαντικό έλεγχο της διαχείρισης της μνήμης και των πόρων υλικού. Συχνά χρησιμοποιείται για τον προγραμματισμό του συστήματος.

* Λειτουργικότητα: Επιτρέπει την ακριβή κατανομή μνήμης, την αριθμητική δείκτη και την άμεση αλληλεπίδραση με τα API του λειτουργικού συστήματος.

* πολυπλοκότητα:

* * Πολυπλοκότητα προγραμματιστών:* Υψηλή. Απαιτεί καλή κατανόηση της διαχείρισης της μνήμης, των δεικτών και των κλήσεων συστήματος. Πιο εύχρηστη από τη συναρμολόγηση, αλλά εξακολουθεί να απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στη λεπτομέρεια.

* * Υπολογιστική πολυπλοκότητα:* μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική. Επιτρέπει στους προγραμματιστές να βελτιστοποιούν για συγκεκριμένες αρχιτεκτονικές υλικού.

* Παραδείγματα: C, C ++, Rust (η σκουριά είναι αναμφισβήτητα υψηλότερο επίπεδο από το C, αλλά η εστίασή του στην ασφάλεια της μνήμης και το χαμηλό επίπεδο ελέγχου το τοποθετεί εδώ σε πολλές απόψεις).

* Χρήση περιπτώσεων: Λειτουργικά συστήματα, προγράμματα οδήγησης συσκευών, κινητήρες παιχνιδιών, ενσωματωμένα συστήματα, υπολογιστική υψηλής απόδοσης.

3. Οι γλώσσες μεσαίου επιπέδου (Bridge the Gap)

* Περιγραφή: Προσφέρετε ισορροπία μεταξύ ελέγχου χαμηλού επιπέδου και αφαίρεσης υψηλού επιπέδου. Συχνά χρησιμοποιούνται για προγραμματισμό γενικού σκοπού και εργασίες σε επίπεδο συστήματος.

* Λειτουργικότητα: Παρέχετε χαρακτηριστικά όπως ο αντικειμενικός προσανατολισμένος προγραμματισμός, η συλλογή απορριμμάτων (σε ορισμένες περιπτώσεις) και οι βιβλιοθήκες για κοινά καθήκοντα.

* πολυπλοκότητα:

* * Πολυπλοκότητα προγραμματιστών:* Μέτρια. Ευκολότερο να μάθετε και να χρησιμοποιείτε από τις γλώσσες χαμηλού επιπέδου. Παρέχουν αφαίρεσης που απλοποιούν την ανάπτυξη.

* * Υπολογιστική πολυπλοκότητα:* Η καλή απόδοση, συχνά συγκρίσιμη με τις γλώσσες χαμηλού επιπέδου, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται καλά βελτιστοποιημένοι μεταγλωττιστές.

* Παραδείγματα: C ++, Java (αν και η Java έχει μετακινηθεί όλο και περισσότερο προς το άκρο υψηλού επιπέδου του φάσματος), C#, GO.

* Χρήση περιπτώσεων: Ανάπτυξη παιχνιδιών, εφαρμογές επιχειρήσεων, εξαρτήματα λειτουργικού συστήματος, λογισμικό γενικής χρήσης.

4. Γλώσσες υψηλού επιπέδου (εστίαση στην αφαίρεση και την αναγνωσιμότητα)

* Περιγραφή: Υπογραμμίστε την παραγωγικότητα και την αναγνωσιμότητα του προγραμματιστή. Παρέχετε ισχυρές αφαίρεσης και αυτοματοποιήστε πολλές εργασίες.

* Λειτουργικότητα: Τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν τη αυτόματη διαχείριση μνήμης (συλλογή απορριμμάτων), τις πλούσιες τυποποιημένες βιβλιοθήκες, τις δομές δεδομένων υψηλού επιπέδου και την υποστήριξη για διάφορα παραδείγματα προγραμματισμού (αντικειμενοστραφή, λειτουργική κλπ.).

* πολυπλοκότητα:

* * Πολυπλοκότητα προγραμματιστών:* Χαμηλή. Εύκολο στη μάθηση και τη χρήση. Επικεντρωθείτε στην επίλυση προβλημάτων και όχι στη διαχείριση λεπτομερειών χαμηλού επιπέδου.

* * Υπολογιστική πολυπλοκότητα:* Συνήθως λιγότερο αποτελεσματική από τις γλώσσες χαμηλού επιπέδου λόγω των γενικών εξόδων αφαίρεσης και της αυτόματης διαχείρισης μνήμης. Η απόδοση μπορεί να ποικίλει ευρέως ανάλογα με την υλοποίηση της γλώσσας και τον τρόπο γραφής του κώδικα.

* Παραδείγματα: Python, Javascript, Ruby, PHP, Swift, Kotlin.

* Χρήση περιπτώσεων: Ανάπτυξη ιστοσελίδων, σενάρια, επιστήμη δεδομένων, μηχανική μάθηση, ανάπτυξη εφαρμογών για κινητά, ταχεία πρωτότυπα.

5. Γλώσσες πολύ υψηλού επιπέδου / γλώσσες συγκεκριμένων τομέων (DSLS)

* Περιγραφή: Σχεδιασμένο για συγκεκριμένες εργασίες ή τομείς. Παρέχετε εξειδικευμένη σύνταξη και χαρακτηριστικά που διευκολύνουν την επίλυση προβλημάτων σε αυτήν την περιοχή. Συχνά χτισμένο πάνω από άλλες γλώσσες υψηλού επιπέδου.

* Λειτουργικότητα: Παρέχετε αφαίρεσης προσαρμοσμένες στον τομέα προορισμού. Μπορεί να περιλαμβάνει ενσωματωμένες λειτουργίες, βιβλιοθήκες και τύπους δεδομένων που είναι ειδικοί για την εργασία.

* πολυπλοκότητα:

* * Πολυπλοκότητα προγραμματιστών:* Χαμηλή για εργασίες εντός του τομέα. Μπορεί να είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί για προγραμματισμό γενικού σκοπού.

* * Υπολογιστική πολυπλοκότητα:* ποικίλλει ευρέως ανάλογα με την υποκείμενη εφαρμογή.

* Παραδείγματα: SQL (για ερωτήματα βάσης δεδομένων), R (για στατιστική υπολογιστική), MATLAB (για αριθμητικό υπολογισμό), HTML/CSS (για τη δομή της ιστοσελίδας και το στυλ). Οι τακτικές εκφράσεις μπορούν να θεωρηθούν DSL για αντιστοίχιση προτύπων.

* Χρήση περιπτώσεων: Ανάλυση δεδομένων, επιστημονικός υπολογιστής, ανάπτυξη ιστού, διαχείριση βάσεων δεδομένων.

Βασικές διαφορές και συμφωνίες:

| Χαρακτηριστικό | Γλώσσες χαμηλού επιπέδου (C/C ++) Γλώσσες υψηλού επιπέδου (Python/Javascript)

| -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Επίπεδο αφαίρεσης | Χαμηλή | Υψηλή |

| Διαχείριση μνήμης | Εγχειρίδιο (έλεγχος προγραμματιστή) Αυτόματη (συλλογή σκουπιδιών)

| Απόδοση | Υψηλή | Χαμηλότερη (αλλά συχνά βελτιστοποιημένη) |

| Μέγεθος κώδικα | Μεγαλύτερο | Μικρότερη |

| Φορητότητα | Χαμηλότερα (συχνά συγκεκριμένη πλατφόρμα) Υψηλότερο (cross-platform)

| Χρόνος ανάπτυξης | Μακρύτερα | Βραχύτερο |

| Χειρισμός σφαλμάτων | Περισσότερο εγχειρίδιο | Πιο αυτόματη |

Σημαντικές εκτιμήσεις:

* Επίπεδο αφαίρεσης: Οι γλώσσες υψηλότερου επιπέδου αφελήθηκαν περισσότερο από τα υποκείμενα στοιχεία υλικού και συστήματος. Αυτό τους καθιστά ευκολότερο στη χρήση, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε γενικά έξοδα απόδοσης.

* Διαχείριση μνήμης: Οι γλώσσες χαμηλού επιπέδου απαιτούν χειροκίνητη διαχείριση μνήμης, η οποία δίνει στον προγραμματιστή περισσότερο έλεγχο, αλλά εισάγει επίσης τον κίνδυνο διαρροών μνήμης και άλλων σφαλμάτων. Οι γλώσσες υψηλού επιπέδου χρησιμοποιούν συχνά συλλογή απορριμμάτων για την αυτοματοποίηση της διαχείρισης μνήμης, η οποία απλοποιεί την ανάπτυξη, αλλά μπορεί να επηρεάσει την απόδοση.

* απόδοση: Γενικά, οι γλώσσες χαμηλότερου επιπέδου είναι ταχύτερες και πιο αποτελεσματικές από τις γλώσσες υψηλότερου επιπέδου, επειδή παρέχουν πιο άμεσο έλεγχο του υλικού. Ωστόσο, οι σύγχρονες γλώσσες υψηλού επιπέδου έχουν συχνά εξελιγμένους μεταγλωττιστές και περιβάλλοντα χρόνου εκτέλεσης που μπορούν να βελτιστοποιήσουν τον κώδικα για την απόδοση. Επίσης, συχνά η συμφόρηση δεν είναι η γλώσσα, αλλά ο αλγόριθμος.

* Φορητότητα: Οι γλώσσες υψηλού επιπέδου είναι συνήθως πιο φορητές από τις γλώσσες χαμηλού επιπέδου, επειδή εξαρτώνται λιγότερο από το υποκείμενο υλικό και το λειτουργικό σύστημα.

* Καμπύλη μάθησης: Οι γλώσσες υψηλότερου επιπέδου είναι γενικά πιο εύκολο να μάθουν από τις γλώσσες χαμηλού επιπέδου, επειδή έχουν απλούστερη σύνταξη και πιο διαισθητικές έννοιες.

* καταλληλότητα τομέα: Η καλύτερη γλώσσα για μια συγκεκριμένη εργασία εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις του έργου. Οι γλώσσες χαμηλού επιπέδου χρησιμοποιούνται συχνά για εφαρμογές κρίσιμης σημασίας απόδοσης, ενώ οι γλώσσες υψηλού επιπέδου χρησιμοποιούνται συχνά για ταχεία ανάπτυξη πρωτοτύπων και ανάπτυξης ιστού.

Συνοπτικά, η «ιεραρχία» είναι περισσότερο ένα φάσμα που βασίζεται στην αφαίρεση. Υπάρχει ένα συμβιβασμό μεταξύ ελέγχου, αποτελεσματικότητας και ευκολίας χρήσης. Η επιλογή της γλώσσας εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις του έργου, την εμπειρογνωμοσύνη του προγραμματιστή και την επιθυμητή ισορροπία μεταξύ αυτών των παραγόντων.