Системы программирования: основные понятия. Лекция 2: Современные системы программирования презентация

Вопросы лекции
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

1. Современные системы программирования
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Современные системы программирования
Согласно ГОСТ 19781-90, система программирования (programming system) — система, образуемая языком программирования, компиляторами или интерпретаторами программ, представленных на этом языке, соответствующей документацией, а также вспомогательными средствами для подготовки программ к форме, пригодной для выполнения.
Системой программирования будем называть комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования и отладки программного обеспечения.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

состав современных систем программирования
интегрированная среда разработчика программ;
транслятор языка программирования;
компоновщик или редактор связей;
библиотеки стандартных программ (подпрограмм) и функций;
вспомогательные программные средства — программы отладки;
справочная система.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

2. интегрированная среда разработчика программ
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

IDE и редакторы кода
IDE (Integrated Development Environment) и редактор кода – это виды программного обеспечения, предназначенные для работы над приложениями, их разработки и тестирования. Возможности этих инструментов отличаются.
Как правило, IDE состоит из:
самого текстового редактора для написания и редактирования кода;
компилятора – инструмента, позволяющего перевести текст, написанный на языке программирования, в набор машинных кодов;
отладчика, проверяющего код и устраняющего в нем ошибки;
инструментов для автоматизации сборки кода, ускоряющих процесс разработки.
Многие IDE позволяют настраивать дополнительные фреймворки и библиотеки для расширения возможностей разработки.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
постоянно расширяющийся магазин дополнений, предоставляющий надстройки для расширения возможностей взаимодействия с IDE;
встроенная технология автозавершения кода IntelliSense;
возможности для командной работы: управление доступами к проекту, полностью настраиваемые параметры редактора;
мультиязычность;
индивидуальная настройка рабочей панели;
есть поддержка split screen.
Microsoft Visual Studio
отсутствие возможности работы на Linux ОС;
это достаточно тяжеловесная среда. Если у вас нет необходимости разрабатывать консольные приложения, то можно рассмотреть более подходящий редактор кода.

Microsoft Visual Studio
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
автозавершение кода, автопоиск и исправление ошибок в коде;
поддержка сред для веб-разработки Django, Flask, Google App Engine, Pyramid и web2py;
интеграция с системами контроля версий;
интеграция с Jupyter Notebook, Anaconda и другими библиотеками;
отладчик, профилировщик Python, встроенные терминал и инструменты баз данных.
PyCharm
версия Community не поддерживает многие инструменты, нет профилировщика Python и поддержки баз данных;
отсутствует возможность оплаты Professional версии в Беларуси.

PyCharm
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
автозавершение и исправление кода;
мультиязычность;
удобная рабочая среда, которая интуитивно понимает ваши действия и автоматически вызывает нужные инструменты;
интеграция с системами контроля версий;
анализ кода в реальном времени и надежные рефакторинги.
IntelliJ IDEA
отсутствие в Community-версии инструментов профилирования, баз данных;
отсутствует возможность удаленной разработки;
сложная платформа для начинающих разработчиков.

IntelliJ IDEA
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
бесплатная интегрированная среда для разработки;
возможность просмотра значений переменных;
доступная функция анализа ошибок с подсказками в случае нахождения ошибок;
автодополнение кода;
кроссплатформенность, дает возможность работать на Windows, macOS, Linux.
Spyder
инструмент во многом предназначен для работы с данными. Для других задач подходит не так хорошо, как другие IDE.

Spyder
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
бесплатная опенсорс среда;
мультиязычность;
доступны расширение возможностей и тонкая настройка за счет дополнительных плагинов;
вокруг IDE сформировано большое комьюнити, помогающее с решением возникающих проблем;
настраиваемый интерфейс;
возможность интеграции JUnit и проведения оптимизации тестов.
Eclipse
возможности Eclipse не такие большие, как у Microsoft Visual Studio, но она распространяется с открытым исходным кодом, поэтому можно настраивать под свои потребности;
сложная IDE для разработчиков-новичков.

Eclipse
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных IDE
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
доступна возможность установки пакетов для работы с другими языками;
умное автозавершение кода и визуальный отладчик;
простой и настраиваемый интерфейс рабочего пространства;
возможности совместной разработки при работе в команде.
NetBeans
большое потребление памяти.

NetBeans
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных редакторов кода
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
кроссплатформенность: поддержка на Windows, macOS и Linux;
встроенная технология автодополнения кода IntelliSense;
множество бесплатных расширений в маркетплейсе;
полностью бесплатный редактор.
Visual Studio Code
в Visual Studio Code доступно меньше инструментов, чем в полноценной IDE от Microsoft;
отсутствует поддержка split screen.

Visual Studio Code
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных редакторов кода
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
большой выбор дополнений для поддержки синтаксиса и редактирования кода;
навигация Goto Anything дает возможность быстро получать доступ к файлам;
позволяет быстро перемещаться между проектами с сохранением изменений;
множественное выделение позволяет вносить изменения в строки кода сразу в нескольких местах.
Sublime Text
для полного использования всех функций необходимо приобрести лицензии;
отсутствует функция автоматической отладки и боковая панель, как, например, в Visual Studio Code.

Sublime Text
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сравнение популярных редакторов кода
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
подходит для начинающих;
редактор можно настроить под свои требования;
возможность установки новых плагинов;
мультиязычность;
интеграция с Node.js, включая запуск веб-сервера прямо из редактора.
Atom
сильная нагрузка на мощности из-за встроенного браузера, внутри которого постоянно выполняется JavaScript-код.

Atom
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

3. Трансляторы
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Трансляторы: компилятор и интерпретатор
Транслятор (англ. translator - переводчик) - это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.
Компилятор (англ. compiler - составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.
Интерпретатор (англ. interpreter - истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.
!!!

интерпретатор
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

интерпретатор
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

компилятор
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Компилятор
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Байт-код
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
Язык Java вообще применил гибридный метод – программа на самом деле компилируется, но не в машинный код, а в специальный байт-код, который выполняется в виртуальной машине. То есть интерпретатор Java – это как бы отдельный компьютер внутри компьютера, который исполняет программы в своих собственных машинных кодах.
Компилятору Java не нужно переводить программы в разные машинные коды для разных систем – он переводит их всегда в один и тот же код для своей собственной виртуальной машины, которая на всех системах работает одинаково. Но так как этот код – не нативный, т.е. не "родной" код для процессора, то он по-прежнему интерпретируется виртуальной машиной, которая переводит его в нативный код. Но так как этот код уже оптимизирован для интерпретации (он почти машинный, "полуфабрикат"), то и интерпретатор работает гораздо быстрее.

различия компилятора и интерпретатора
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
преимущества

различия компилятора и интерпретатора
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
недостатки

Компилятор и интерпретатор отличия
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

Сходства
Интерпретатор и компилятор производят трансляцию кода, служат для его выполнения и понимания машиной;
Оба типа переводчиков помогают в отладке.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
Интерпретируемые:
Python
Ruby
PHP
Lisp
JavaScript
Perl
BASIC
Компилируемые:
C
C++
C#
Delphi
Go
Pascal
Rust
Компилируемые в байт код:
Java
Scala
Kotlin
Groovy

4. Компоновщик, отладчик, загрузчик
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

компоновщик
Компоновщик (также редактор связей, англ. linker, link editor) — программа, которая производит компоновку — принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним исполняемый модуль.
Загрузочный модуль (объектный файл) может быть помещен операционной системой в оперативную память и выполнен.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ

загрузчик
Загрузчик - системная обрабатывающая программа.
Загрузчик помещает находящиеся в его входном наборе данных объектные и загрузочные модули в оперативную память, объединяет их в единую программу, корректирует перемещаемые адресные константы с учетом фактического адреса загрузки и передает управление в точку входа созданной программы.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
При запуске новой программы загрузчик должен:
Считать данные из запускаемого файла.
Если необходимо — загрузить в память недостающие динамические библиотеки.
Заменить в коде новой программы относительные адреса и символические ссылки на точные, с учётом текущего размещения в памяти, то есть выполнить связывание адресов (англ. Relocation).
Создать в памяти образ нового процесса и запланировать его к исполнению.

отладчик
Отладчик - системная программа, которая позволяет управлять процессом исполнения пользовательской программы, является инструментом для поиска и исправления ошибок в программе.
Кафедра теоретической физики и теплотехники ФТФ
Базовый набор функций отладчика
появление интегрированных сред разработки
появление возможностей аппаратной поддержки средств отладки во многих вычислительных системах