Классификация языков программирования

Варианты классификации:

По парадигме (декларативные, императивные, структурированные и т.п.)
По системе типов (динамические, статические, сильно- и слаботипизированные, нетипизированные и т.п.)
По уровню абстракции (высокого, низкого уровня)
По модели исполнения (компилируемые, интерпретируемые)
По “поколению”

По системе типов

Наиболее категоричное – типизированные и нетипизированные.

Нетипизированные языки: позволяют любую возможную операцию над любыми данными

Нетипизированные: Это обычно какие-либо языки ассемблера, которые работают непосредственно с двоичным представлением данных в памяти.

С точки зрения теории типов очень немногие из современных языков являются типизированными в полном смысле этого слова. Большинство являются типизированными в некоторой мере. Так, многие языки позволяют выходить за пределы системы типов, принося типобезопасность в жертву более точному управлению исполнением программы.

Типизированные языки: определяют типы данных, с которыми работает любая операция. Например, операция деления работает над числами – для строк эта операция не определена.

Типизированные языки, в свою очередь классифицируются:

по моменту проверки типов
по строгости этой проверки

По моменту проверки типов

Статически типизированные языки: типы всех выражений точно определены до выполнения программы, обычно проверяются при компиляции. Например, C++, C#, Java, Haskell, F#.
Динамически типизированные языки: производят проверку типов на этапе выполнения. Иначе говоря, типы связаны со значением при выполнении, а не с текстовым выражением. Не требуют указания типов выражений. Например, Lisp, Perl, Python, JavaScript и Ruby.

Следует отметить, что в статически типизированных языках часто есть элементы динамической типизации, напр. dynamic в C# или механизмы RTTI, такие как dynamic_cast в C++.

Динамически типизированные языки:

Помимо прочего, это позволяет одной переменной иметь значения разных типов в разные моменты исполнения программы. Однако, ошибки типов не могут быть автоматически обнаружены, пока фрагмент кода не будет выполнен. Это усложняет отладку и несколько подрывает идею типобезопасности в целом. Примерами динамически типизированных языков являются Lisp, Perl, Python, JavaScript и Ruby.

Языки со статической типизацией

Явно типизированные языки: требуют явного указания типов. К ним относятся, например, C, C++, C#, Java.
Типовыводящие языки: определяют (выводят) типы большинства выражений автоматически, и требуют явного аннотирования только в сложных и неоднозначных случаях. К ним относятся, например, Haskell и OCaml.

По строгости типизации

Слабо типизированные языки: неявно конвертируют один тип в другой, скажем, строки в числа и наоборот. Это может быть удобно в некоторых случаях, однако многие программные ошибки могут быть пропущены. Усложняется отладка. Например Perl, JavaScript, C.
Сильно типизированные языки: не позволяют неявную конверсию, и требуют явной. Дают сильные гарантии типобезопасности, но код может становиться крайне многословным. Например C++, Java, Haskell.

По уровню абстракции

Сильно зависит от современных представлений о “высоком уровне абстракции”

Языки низкого уровня – это машинный код и языки ассемблера
остальные – в некотором смысле высокого уровня
многие считают C и C++ языками низкого уровня
Java, Python, Ruby и т.п. общепринято считаются языками высокого уровня.

По модели исполнения

Компилируемые, транс-компилируемые или интерпретируемые.

Интерпретируемые: исполняются непосредственно, без этапа компиляции.; Напр. PHP, Perl, Bash, Python, JavaScript
Компилируемые: исходные коды компилируются, т.е. переводятся в исполнимую форму до выполнения.; Напр: С, С++, Algol, Fortran, Haskell;; В байт-код: Python, Java
Транс-компилируемые: транслируются в другой язык.; Напр. C++ (исторически, в C), Haskell (исторически, в С), Fortran (иногда, в С), Fay (в JavaScript)

Интерпретируемые

Программа, называемая интерпретатором, читает каждое выражение, определяет сообразное действие, и совершает его. Гибридный вариант может генерировать машинный код “на лету” и исполнять его.

Компилируемые

Компиляция может производиться непосредственно в машинный код, или в какое-либо промежуточное представление (байт-код), которое потом интерпретируется виртуальной машиной.

Транс-комп

Частой целью для транс-компилируемых языков является C. Также последнее время популярной целью является JavaScript (как единственный язык, исполняемый в браузере).

Линии сильно размыты, поскольку существуют компиляторы для традиционно интерпретируемых языков, и, напротив, интерпретаторы для традиционно компилируемых.

Классификация по “поколению”

Поколение – несколько условная характеристика, которая в значительной мере связана с историей появления современных языков программирования.

Языки первого поколения (1GL): машинные языки
Языки второго поколения (2GL): языки ассемблера
Языки третьего поколения (3GL): Более абстрактные, чем 2GL. Снимают заботу о непринципиальных деталях с плеч программиста.; Fortran, ALGOL и COBOL – первые 3GL; C, C++, Java, BASIC и Pascal – можно назвать 3GL; в общем случае подразумевает только структурную парадигму

Языки первого поколения: 1GL – это машинные языки. Исторически, программы на этих языках вводились при помощи переключателей на передней панели ЭВМ, либо “писались” на перфокартах и позже перфолентах. Программа на 1GL состоит из 0 и 1 и сильно привязана к конкретному железу, на котором она должна исполняться.
Языки второго поколения: Это общая категория для различных языков языков ассемблера. С одной стороны, код языков 2GL может читать человек, и он должен быть конвертирован в машино-читаемую форму (этот процесс называется ассемблированием, или сборкой). С другой стороны, этот язык специфичен к процессору и прочему аппаратному окружению.
Языки третьего поколения: Более абстрактные, чем 2GL, это языки, которые перекладывают заботу о непринципиальных деталях с плеч программиста на плечи компьютера. Fortran, ALGOL и COBOL являются первыми 2GL. C, C++, Java, BASIC и Pascal так же могут быть отнесены к 3GL, хотя в общем 3GL подразумевает только структурную парадигму (в то время как C++, Java работают в том числе в ООП)

Языки четвертого поколения (4GL): Определение несколько расплывчато. Ещё более высокий уровень абстракции.; Узкая область применения; Напр., FoxPro, LabView G, SQL, Simulink; Есть мнение, что 4GL ⊂ DSL (domain specific language)
Языки пятого поколения: попытка разработать класс языков, которые “пишут программы сами”; Напр. Prolog, OPS5, Mercury; широкого практического применения не нашли

Языки четвертого поколения: Определение несколько расплывчато, однако в целом сводится к еще более высокому уровню абстракции, чем 3GL. Однако, подобный уровень абстракции часто требует сужения области применения. Так, например, FoxPro, LabView G, SQL, Simulink являются 4GL, однако находят применение в узкой специфической области. Некоторые исследователи считают, что 4GL являются подмножеством DSL (domain specific language, язык, специфичный к области).
Языки пятого поколения: В конце 80-х – начале 90-х была попытка разработать класс языков, которые “пишут программы сами”. По идее, программист должен был описывать как программа должна себя вести, а остальное должен был делать компьютер. К примерам можно отнести Prolog, OPS5, Mercury. Хотя эти языки остаются интересными с теоретической точки зрения, широкого практического применения они не нашли.

Парадигмы программирования

Теорема Бёма-Якопини

Любая вычислимая функция может быть представлена комбинацией трёх управляющих структур:

Последовательности
Ветвления
Итерации