Domínios de Programação

1. Domínios de Programação • Aplicações Científicas • Aplicações Comerciais • Inteligência Artificial • Programação de Sistemas • Linguagens de Scripting • Linguagens para Propósitos Especiais

2. Domínios de ProgramaçãoAplicações Científicas • Estruturas de dados simples: matrizes • Operações aritméticas em ponto flutuante • FORTRAN, ALGOL 60 • Nenhuma linguagem é significativamente melhor do que o FORTRAN até hoje

3. Domínios de ProgramaçãoAplicações Comerciais • Facilidade para produzir relatórios • Exemplo: COBOL (60) • Há pouco desenvolvimento nas linguagens de aplicação comercial, além do que foi feito para COBOL (usado ainda hoje)

4. Domínios de ProgramaçãoInteligência Artificial • Computações simbólicas, e não numéricas • LISP • PROLOG

5. Domínios de ProgramaçãoProgramação de Sistemas • Desenvolvimento de software básico (sistemas operacionais) • Linguagens para programação de sistemas exigem execução rápida • PL/S (IBM), BLISS (Digital), Extended ALGOL (Burroughs) • Unix e C (poucas restrições de segurança)

6. Domínios de ProgramaçãoLinguagens de Scripting • Script é uma lista de comandos em um arquivo, para serem executados “em lote” • sh • ksh (Bell Labs) • awk (Aho, Wienberger e Kernighan) • tcl • Perl

7. Critérios de Avaliação de Linguagens • Legibilidade • Facilidade de Escrita (“writability”) • Confiabilidade • Custo

8. Critérios de Avaliação de LinguagensLegibilidade • Simplicidade: poucos componentes básicos, cuidado com a multiplicidade de recursos, overloading inteligente de operadores • Ortogonalidade: conjunto consistente de regras para combinar construções primitivas, com poucas exceções • Instruções de controle • Tipos e estruturas de dados • Sintaxe

9. Critérios de Avaliação de LinguagensFacilidade de escrita • Simplicidade: grande número de construções diferentes leva a dificuldades para escrever programas • Suporte para abstração: capacidade de definir estruturas/operações complexas ignorando detalhes. Abrstração pode ser em dados e em código. • Expressividade: adequação das formas de especificar computações

10. Critérios de Avaliação de LinguagensConfiabilidade • Verificação de tipos • Tratamento de exceções • Aliasing • Pouca legibilidade ou pouca facilidade de escrita tendem a gerar programas pouco confiáveis

11. Critérios de Avaliação de LinguagensCusto • Treinamento • Escrita de código • Compilação • Execução • Implementação • Manutenção • da má confiabilidade

12. Influências sobre o Projeto de Linguagens • Arquitetura dos computadores • Metodologias de programação ao longo da história

13. Influências sobre o Projeto de LinguagensArquitetura dos computadores • Últimos 40 anos: imensa maioria das linguagens de programação foi projetada em função da arquitetura Von Neumann • As linguagens baseadas nesta arquitetura são denominadas linguagensimperativas

14. Influências sobre o Projeto de LinguagensArquitetura dos computadores Modelo da arquitetura de Von Newmann MEMÓRIA resultados (“piped”) GARGALO de Von Newmann instruções e dados (“piped”) ULA UC E/S CPU

15. Influências sobre o Projeto de LinguagensArquitetura dos computadores • Execução de código numa máquina Von Newmann: ciclo “fetch-execute” • Programas: residem na memória mas são executados na CPU (cada instrução é transferida da memória para o processador) • Endereço da próxima instrução: mantido num registro chamado “program counter”

16. Influências sobre o Projeto de LinguagensArquitetura dos computadores EXECUÇÃO • inicialize o program counter • repeat forever • fetch • decode • execute

17. Influências sobre o Projeto de LinguagensMetodologias de Programação • Final anos 60: Programação Estruturada • Anos 70: projeto “top-down”, refinamento, modularidade, verificação de tipos, mais instruções de controle • Final anos 70: abstração de dados • Anos 80: programação orientada a objetos • Anos 90: concorrência, internet

18. Categorias de Linguagens • Imperativas: Pascal, C... • Ordem específica das instruções é importante • Orientadas a Objetos: C++, Delphi, Java... • Hierarquização, classificação, extrema modularização/abstração (código e dados) • Funcionais (LISP) e Lógicas (Prolog) • Baseadas na computação de funções ou regras de inferência. A recursão é um conceito natural nestas linguagens

19. “Trade-offs” no Projeto de Linguagens • Confiabilidade vs. Custo de manutenção • Expressividade vs. Legibilidade • Flexibilidade vs. Segurança

20. Métodos de Implementação • Compilação • Interpretação Pura • Sistemas híbridos

21. Comp. FORTRAN Interface de computadores virtuais Comp.Pascal Comp. C Sistema Operacional Interp. LISP Interpretador de Macroinstruções Comp. Ada Núcleo da Máquina Interp. comandos SO Assembler ...

22. O processo de compilação Programa-fonte alto nível Analisador Léxico tokens Analisador Sintático parse trees Tabela de símbolos Analisador Semântico Gerador de código intermediário Otimização cód. intermediário Gerador de código ling. máquina - baixo nível dados de entrada Máquina Resultados

23. Interpretação pura • Programas são interpretados por outro programa (interpretador), sem conversão • Interpretador = simulador de software, máquina virtual cujas instruções são um programa em ling. alto nível • vantagem: facilidade de depuração • desvantagem: lentidão, muito espaço de memória • Exemplos: Linguagens de scripting, LISP...

24. Sistemas Híbridos • Perl • Implementações iniciais de Java • código intermediário de Java = “código de bytes” • portabilidade • cód. bytes + interpretador = Java Virtual Machine • hoje: tradução do cód. bytes p/ cód. máquina • applets Java = são baixados em código de bytes