Расширенная форма Бэкуса-Наура

Как уже говорилось, отсутствие в нотации формальных грамматик (и БНФ) средств явного задания повторений создает ряд трудностей. Во-первых, определения оказываются сложными для понимания, недостаточно наглядными из-за обилия рекурсий. Во-вторых, возникают проблемы с тем, что грамматики, дающие подходя- щие семантические деревья, оказываются леворекурсивными. При описании Модулы-2 и Оберона Н. Вирт использовал расширенную Бэкуса-Наура форму (РБНФ). Главные модификации касаются введения скобок { и} для повторений, а [ и ] — для обозначения необязательного вхождения цепочек терминалов и нетерминалов в правые части правил. Соглашения относительно обозначений терминалов и нетерминалов также изменены, что не столь принципиально. В дальнейшем мы будем пользоваться именно РБНФ. Вот как она определяется в спецификации Оберона-2: Варианты разделяются знаком |. Квадратные скобки [ и ] означают необязательность записанного внутри них выражения, а фигурные скобки { и } означают его повторение (возможно, 0 раз). Нетерминальные символы начинаются с заглавной буквы (например, Оператор). Терминальные символы или начинаются малой буквой (например, идент), или записываются целиком заглавными буквами (например, begin), или заключаются в кавычки (например, ":="). К этому следует добавить, что в роли знака «есть по определению» в РБНФ используется «=», а каждое правило заканчивается точкой. Вот так может быть определен синтаксис идентификатора (имени) с помощью РБНФ:

Имя = Буква { Буква | Цифра }.

Являясь метаязыком, РБНФ должна быть пригодна для описания языков, имеющих практический интерес. В том числе с помощью РБНФ может быть определен и синтаксис самой РБНФ:

Синтаксис = { Правило }.

Правило = Имя "=" Выражение

Выражение = Вариант { "I" Вариант }.

Вариант - Элемент { Элемент }.

Элемент = Имя | Цепочка | "{" Выражение "}" |

"[" Выражение "]" | "{" Выражение "}".

Цепочка = "'" { символ ) "'" | '"'{ символ } '"'.

В этих определениях не сделано различий между именами, обозначающими терминалы и нетерминалы, хотя сформулировать это на РБНФ было бы несложно. Различение имен вынесено за рамки синтаксиса и может быть специфицировано (и специфицируется) отдельно. Подобным же образом часто поступают при определении языков программирования.

25. Технология структурного программирования при разработке серьезных программных комплексов, основана на следующих принципах:

– программирование должно осуществляться сверху вниз;

– весь проект должен быть разбит на модули (подпрограммы) с одним входом и одним выходом;

– подпрограмма должна допускать только три основные структуры – последовательное выполнение, ветвление (if, case) и повторение (for, while, repeat).

– недопустим оператор передачи управления в любую точку программы (goto);

– документация должна создаваться одновременно с программированием в виде комментариев к программе.

Структурное программирование эффективно используется для решения различных математических задач, имеющих алгоритмический характер.

Структу́рное программи́рование — методология разработки программного обеспечения, в основе которой лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков. Предложена в 70-х годах XX века Э. Дейкстрой, разработана и дополнена Н. Виртом.

В соответствии с данной методологией

1. Любая программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов базовых конструкций:

   • последовательное исполнение — однократное выполнение операций в том порядке, в котором они записаны в тексте программы;

   • ветвление — однократное выполнение одной из двух или более операций, в зависимости от выполнения некоторого заданного условия;

   • цикл — многократное исполнение одной и той же операции до тех пор, пока выполняется некоторое заданное условие (условие продолжения цикла).

В программе базовые конструкции могут быть вложены друг в друга произвольным образом, но никаких других средств управления последовательностью выполнения операций не предусматривается.

2. Повторяющиеся фрагменты программы (либо не повторяющиеся, но представляющие собой логически целостные вычислительные блоки) могут оформляться в виде т. н. подпрограмм (процедур или функций). В этом случае в тексте основной программы, вместо помещённого в подпрограмму фрагмента, вставляется инструкция вызова подпрограммы. При выполнении такой инструкции выполняется вызванная подпрограмма, после чего исполнение программы продолжается с инструкции, следующей за командой вызова подпрограммы.

3. Разработка программы ведётся пошагово, методом «сверху вниз».

Сначала пишется текст основной программы, в котором, вместо каждого связного логического фрагмента текста, вставляется вызов подпрограммы, которая будет выполнять этот фрагмент. Вместо настоящих, работающих подпрограмм, в программу вставляются «заглушки», которые ничего не делают. Полученная программа проверяется и отлаживается. После того, как программист убедится, что подпрограммы вызываются в правильной последовательности (то есть общая структура программы верна), подпрограммы-заглушки последовательно заменяются на реально работающие, причём разработка каждой подпрограммы ведётся тем же методом, что и основной программы. Разработка заканчивается тогда, когда не останется ни одной «затычки», которая не была бы удалена. Такая последовательность гарантирует, что на каждом этапе разработки программист одновременно имеет дело с обозримым и понятным ему множеством фрагментов, и может быть уверен, что общая структура всех более высоких уровней программы верна. При сопровождении и внесении изменений в программу выясняется, в какие именно процедуры нужно внести изменения, и они вносятся, не затрагивая части программы, непосредственно не связанные с ними. Это позволяет гарантировать, что при внесении изменений и исправлении ошибок не выйдет из строя какая-то часть программы, находящаяся в данный момент вне зоны внимания программиста.

Теорема о структурном программировании:

Основная статья: Теорема Бома-Якопини

Любую схему алгоритма можно представить в виде композиции вложенных блоков begin и end, условных операторов if, then, else, циклов с предусловием (while) и может быть дополнительных логических переменных (флагов). Эта теорема была сформулирована итальянскими математиками К. Бомом и Дж. Якопини в 1966 году и говорит нам о том, как можно избежать использования оператора перехода goto.

26. Функциона́льное программи́рование — раздел дискретной математики и парадигма программирования, в которой процесс вычислениятрактуется как вычисление значений функций в математическом понимании последних (в отличие от функций как подпрограмм в процедурном программировании).

Противопоставляется парадигме императивного программирования, которая описывает процесс вычислений как последовательное изменениесостояний (в значении, подобном таковому в теории автоматов). При необходимости, в функциональном программировании вся совокупность последовательных состояний вычислительного процесса представляется явным образом, например как список.

Функциональное программирование предполагает обходиться вычислением результатов функций от исходных данных и результатов других функций, и не предполагает явного хранения состояния программы. Соответственно, не предполагает оно и изменяемость этого состояния (в отличие от императивного, где одной из базовых концепций является переменная, хранящая своё значение и позволяющая менять его по мере выполнения алгоритма).

На практике отличие математической функции от понятия «функции» в императивном программировании заключается в том, что императивные функции могут опираться не только на аргументы, но и на состояние внешних по отношению к функции переменных, а также иметь побочные эффекты и менять состояние внешних переменных. Таким образом, в императивном программировании при вызове одной и той же функции с одинаковыми параметрами, но на разных этапах выполнения алгоритма, можно получить разные данные на выходе из-за влияния на функцию состояния переменных. А в функциональном языке при вызове функции с одними и теми же аргументами мы всегда получим одинаковый результат: выходные данные зависят только от входных. Это позволяет средам выполнения программ на функциональных языках кешироватьрезультаты функций и вызывать их в порядке, не определяемом алгоритмом и распараллеливать их без каких-либо дополнительных действий со стороны программиста (см.ниже Чистые функции)

λ-исчисления являются основой для функционального программирования, многие функциональные языки можно рассматривать как «надстройку» над ними^[1].

27. Параллельные вычисления — такой способ организации компьютерных вычислений, при котором программы разрабатываются как набор взаимодействующих вычислительных процессов, работающих параллельно (одновременно). Термин охватывает совокупность вопросов параллелизма в программировании, а также создание эффективно действующихаппаратных реализаций. Теория параллельных вычислений составляет раздел прикладной теории алгоритмов.^[1]

Существуют различные способы реализации параллельных вычислений. Например, каждый вычислительный процесс может быть реализован в виде процесса операционной системы, либо же вычислительные процессы могут представлять собой набор потоков выполнения внутри одного процесса ОС. Параллельные программы могут физически исполняться либо последовательно на единственном процессоре — перемежая по очереди шаги выполнения каждого вычислительного процесса, либо параллельно — выделяя каждому вычислительному процессу один или несколько процессоров (находящихся рядом или распределённых в компьютерную сеть).

Основная сложность при проектировании параллельных программ — обеспечить правильную последовательность взаимодействий между различными вычислительными процессами, а также координацию ресурсов, разделяемых между процессами.

28. Объектно-ориентированное программирование - это подход к

разработке программного обеспечения, основанный на объектах, а не

на процедурах. Этот подход позволяет максимизировать принципы мо-

дульности и "сокрытия информации". Объектно-ориентированное прог-

раммирование базируется на связывании или инкапсуляции структур

данных и процедуры, которая работает с данными в структуре, с мо-

дулем.

29. Интерпрета́тор — программа (разновидность транслятора) или аппаратное средство, выполняющее интерпретацию.^[1]

Интерпрета́ция — пооператорный (покомандный, построчный) анализ, обработка и тут же выполнение исходной программы или запроса (в отличие от компиляции, при которой программа транслируется без её выполнения)