Как устроены языки программирования

Как работают языки программирования

Суть подобных языков чаще всего объясняют так: это набор символов и фраз, с помощью которых «общаются» компьютер и человек. Но на самом деле все устроено немного сложнее.

Компьютер оперирует не словами и символами, а набором нулей и единиц. Поэтому даже если язык программирования максимально близок к математическому, машина без дополнительных разъяснений все равно не «понимает» кусочки кода, которые для нее создает человек. Вот почему у каждого языка есть два яруса:

• код, который пишет программист,
• пакет компиляторов и интерпретаторов — это дополнительные программы, которые переводят код в набор команд для машины.

У компьютерных языков есть библиотеки: готовые части кода, которые не нужно писать с нуля (это уже сделали другие пользователи). Разработчик может интегрировать в программу тот или иной блок библиотеки: например, кнопку с определенной анимацией, встроенный переводчик на сайте, видеопроигрыватель и другие элементы. Библиотеки не только ускоряют процесс создания программ, но и минимизируют количество ошибок в коде. Чем популярнее язык программирования, тем более разветвленные и разнообразные библиотеки для него собраны.

Из каких элементов состоят языки программирования

Любой современный компьютерный язык имеет 3 основных уровня.

• Лексика. Это конечный набор слов и специальных символов, которые используются в языке. Из них, как из кирпичиков, состоит любая программа.
• Синтаксис. Слова в языке сочетаются друг с другом в определенном логическом порядке, и его нельзя нарушать. В противном случае код просто не будет работать: машина не поймет, чего от нее хочет человек.
• Семантика. Это самый сложный уровень. Программист не просто пишет синтаксически верную конструкцию, но и следит за тем, чтобы она корректно работала и компьютер выполнял ту команду, которая ожидается.

Зачем людям так много языков программирования

Разные цели. Практически любой компьютерный язык решает много задач и может обслуживать разные сферы. Однако исторически сложилось, что тот или иной код используют в определенных областях IT-разработки. Например, на Python программируют работу серверов, нейросетей, дата-центров, на языке С координируют работу операционных систем компьютеров, на JavaScript пишут мобильные и десктопные приложения, а COBOL используют для настройки банкоматов и банковских карт.

Неординарные задачи. Иногда программисты создают язык с нуля, чтобы помочь каким-то исследованиям или настроить новое оборудование, созданное инженерами. Например, старейшую систему Fortran в свое время придумали для сложных математических и статистических вычислений.

Ускорение работы. В начале 2022 года стало известно, что специалисты Массачусетского технологического института создали новый язык ATL. Его можно применять в тех сферах, где нужно быстро упорядочивать огромные массивы данных: например, при обработке изображений или обучении нейронных сетей. Раньше в таких случаях приходилось жертвовать либо скоростью, либо точностью вычислений. С новым языком этого не требуется: код не только хорошо работает сам по себе, но и попутно способен оптимизировать другие программы, установленные на компьютере.

Развлечение. Некоторые программисты придумывают коды «из любви к искусству». Так они пытаются создать более лаконичные и совершенные языки, где в дальнейшем люди будут допускать меньше ошибок.

Каким языкам программирования стоит учиться

Определитесь, в какой сфере вы будете работать, и выберите соответствующий этому профилю язык. Например, для различных операционных систем используют С или С++, а для веб-программирования — JavaScript и PHP. Однако большинство современных систем достаточно универсальны, их можно адаптировать и применять в разных областях. Поэтому важно смотреть и на то, насколько язык популярен и перспективен: чем большее количество софта он обслуживает, тем выше вероятность того, что и спустя несколько лет именно на нем будут «разговаривать» компьютер и человек.

• C — для драйверов и операционных систем. Код достаточно универсальный, не требует большого количества ресурсов, в меру прост. Поэтому велика вероятность, что в ближайшие годы его популярность не уменьшится.
• C++ — для операционных систем, разработки компьютерных игр. Язык используется в большом количестве популярных программ уровня Adobe и Office, и его замена на другие коды не ожидается.
• Java — для работы с графикой и звуком в системах Windows, Linux, MacOS. На этом языке написано большое количество различных библиотек, которые значительно ускоряют процессы разработки.
• JavaScript — для веб-разработки, мобильных и десктопных приложений.
• Python — универсальный и самый популярный язык программирования с 2021 года. Он несколько медленнее других кодов, но зато легок в освоении, у него достаточно простой синтаксис. На нем обрабатывают большие массивы данных и программируют нейронные сети. Поэтому такой язык однозначно претендует на звание лидера в IT в ближайшие годы.