Langages et paradigmes
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Langages et paradigmes Olivier Lecarme Master d’Informatique, première année 2007–2008 Introduction Première partie I Introduction Langages et paradigmes 2/318 Introduction Organisation Plan Organisation de cet enseignement Il est organisé en plusieurs périodes : 1. Semaines 39 à 43 : Introduction générale I I 2h de cours par semaine : 2h de travaux dirigés par semaine : lectures dirigées et commentées, exercices Langages et paradigmes 3/318 Introduction Organisation Plan Organisation 2. Étude de trois langages de programmation (C++, Caml et Icon) : I Semaines 39 à 42 : C++ I I I 2h de cours par semaine 2h de travaux pratiques par semaine Semaines 43 à 46 : Caml et Icon : I I Langages et paradigmes 1h30 de cours par semaine : deux séances par langage 1h30 de travaux pratiques par semaine : deux séances par langage 4/318 Introduction Organisation Plan Organisation 3. Semaines 47 à 51 : Mini-projet I I I groupes de 5 un sujet différent par groupe le sujet est à traiter dans les trois langages 4. Semaine 3 : Conclusion I I présentation des mini-projets (écrite et orale) cours de synthèse et conclusion (par courrier) Langages et paradigmes 5/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Nombre de langages Pourquoi tant de langages de programmation ? I Nombre de langages Il existe plusieurs milliers de langages de programmation, et on continue d’en créer. Pourquoi ? Langages et paradigmes 6/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Nombre de langages Nombre de langages I Évolution de la discipline : I I I I passage du langage machine au langage d’assemblage puis aux langages de haut niveau progrès dans les formalismes de description progrès dans les techniques de compilation courants nouveaux en méthodologie : programmation structurée, programmation modulaire, programmation par objets, etc. Langages et paradigmes 7/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Nombre de langages Nombre de langages I Variété des problèmes à résoudre : I I I I I I I manipulation de données symboliques structures de données très complexes opérations complexes sur chaînes de caractères programmation de bas niveau pour les systèmes d’exploitation représentation du raisonnement logique nouveaux problèmes spécifiques applications hautement sécuritaires Langages et paradigmes 8/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Nombre de langages Nombre de langages I Préférences personnelles : I I I I I I I questions de goûts personnels principalement écrire bref ou écrire clair ? récursivité ou itération ? pointeurs explicites ou non ? sécurité ou liberté ? un seul langage « universel » ou plusieurs langages spécialisés ? l’interactivité est-elle importante ? Langages et paradigmes 9/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Succès des langages Succès des langages Parmi les milliers de langages qui ont été définis et implémentés, quelques centaines seulement sont encore utilisés, et quelques dizaines le sont de manière importante. Langages et paradigmes 10/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Succès des langages Succès des langages Qu’est-ce qui fait qu’un langage a du succès ? I Puissance d’expression : I I I tout langage permet de tout exprimer, mais plus ou moins facilement certaines caractéristiques ont une grande importance sur la facilité de programmation les possibilités d’abstraction sont les plus importantes Langages et paradigmes 11/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Succès des langages Succès des langages I Facilité d’utilisation : I I I facilité d’apprentissage pour un débutant rapidité des progrès absence de pièges et de surprises I Facilité d’implémentation : I I I I sur des machines peu coûteuses rapidité de construction d’une nouvelle implémentation transportabilité de l’implémentation absence de freins légaux ou commerciaux Langages et paradigmes 12/318 Introduction Pourquoi tant de langages ? Succès des langages Succès des langages I Qualité de l’implémentation : I I I bonnes performances dès le début restrictions faites au langage pour le permettre convivialité des outils annexes I Facteurs économiques et autres : I I I I I I support par un industriel puissant : Fortran, Cobol, PL/I support par un organisme public : Ada campagne publicitaire : Java occupation d’une niche spécifique : Prolog difficulté du changement inertie Langages et paradigmes 13/318 Introduction Catégories de langages Catégories Catégories de langages de programmation I Comment les définir Les catégories ont des limites floues. On ne s’intéressera de toutes manières ici qu’aux « vrais » langages de programmation, en excluant les langages d’assemblage, les macro-processeurs, etc. Langages et paradigmes 14/318 Introduction Catégories de langages Catégories Catégories de langages I Langages « impératifs » ou procéduraux. I Modèle de von Neumann : I I I le calcul est décrit par les changements d’état des variables Fortran, Algol, Pascal, Basic, C, Ada, Icon, etc. c’est le modèle le plus répandu, en particulier parce qu’il est conforme à la structure des ordinateurs. Langages et paradigmes 15/318 Introduction Catégories de langages Catégories Catégories de langages I Modèle par objets : I I I I variante ou spécialisation du modèle de von Neumann le calcul est décrit par les interactions entre objets Simula 67, Smalltalk, Eiffel, C++ , Java, etc. c’est le modèle le plus à la mode. Langages et paradigmes 16/318 Introduction Catégories de langages Catégories Catégories de langages I Langages déclaratifs I Modèle fonctionnel : I I I I fondé sur le lambda-calcul : un programme est une fonction qui fournit un résultat à partir d’arguments Lisp, Scheme, ML, etc. c’est le modèle préféré des mathématiciens. Modèle par flot de données : I I I le calcul se fait par les données qui traversent des nœuds fonctionnels Id, Val, Sisal modèle d’importance actuelle marginale. Langages et paradigmes 17/318 Introduction Catégories de langages Catégories Catégories de langages I Modèle logique : I I I I le calcul est la tentative de trouver des données qui satisfont des équations logiques Prolog presque uniquement les tableurs ordinaires peuvent se rattacher à ce modèle modèle résistant dans sa niche. En fait, la plupart des langages fonctionnels incluent des mécanismes procéduraux, et on peut programmer de manière fonctionnelle dans la plupart des langages procéduraux. Langages et paradigmes 18/318 Introduction Catégories de langages Pourquoi étudier les langages ? Pourquoi étudier les langages de programmation ? I Quelques raisons fondamentales : I I I I I position centrale dans l’informatique professionnelle permettre de choisir le langage le plus approprié au problème faciliter l’apprentissage de nouveaux langages découvrir les mécanismes et principes sous-jacents améliorer votre esprit critique Langages et paradigmes 19/318 Introduction Catégories de langages Pourquoi étudier les langages ? Pourquoi étudier I Comprendre les décisions de conception et d’implémentation pour mieux utiliser les langages : I I Comprendre les caractéristiques obscures : on peut les ramener aux grands principes si on les connaît. Choisir parmi les différentes manières de faire la même chose, en particulier en tenant compte des coûts : I I I I Langages et paradigmes passage par valeur de variables encombrantes passage par nom utilisation d’astuces pour améliorer les performances évaluation des compromis entre encombrement et rapidité 20/318 Introduction Catégories de langages Pourquoi étudier les langages ? Pourquoi étudier I Simuler des caractéristiques manquantes : I I I I programmation structurée par discipline et commentaires conventions de nommage pour imiter la modularité simulation des générateurs à l’aide de fonctions et de variables statiques simulation de la récursivité Langages et paradigmes 21/318 Introduction Catégories de langages Pourquoi étudier les langages ? Pourquoi étudier I Appliquer les connaissances acquises à d’autres situations similaires : I I I I I langages de commande, shells générateurs de rapports outils programmables (Emacs) fichiers de configuration et options de commandes langages de description (HTML, XML) Langages et paradigmes 22/318 Introduction Catégories de langages Formalismes de définition des langages Formalismes de définition I Aspects lexicaux : I I I en général non séparés de la syntaxe distinction entre symboles et représentation en Algol 60 et Algol 68 pas de formalisme spécifique I Aspects syntaxiques : I I I forme normale de Backus à partir d’Algol 60 notation originale mais sans descendance pour Cobol extensions variées à BNF, sans uniformisation Langages et paradigmes 23/318 Introduction Catégories de langages Formalismes de définition des langages Formalismes I Aspects sémantiques : I I I I I I I I utilisation de la langue naturelle la plus fréquente expression stéréotypée dans les documents de normalisation Vienna Definition Language pour PL/I grammaires de van Wijngaarden (grammaires à deux niveaux) pour Algol 68 (effet néfaste) définition axiomatique pour Pascal Vienna Definition Method pour Modula-2 à part Algol 68, la formalisation apparaît tardivement peu d’influence sur la définition du langage Langages et paradigmes 24/318 Introduction Normalisation des langages Organismes de normalisation Normalisation des langages I Organismes de normalisation I Organismes nationaux : I I I I AFNOR en France DIN en Allemagne BSI au Royaume-Uni ANSI et FBS aux États-Unis Langages et paradigmes 25/318 Introduction Normalisation des langages Organismes de normalisation Organismes I Organismes influents : I I IEEE aux États-Unis Grandes associations (ACM) I Organismes internationaux : I I I ISO CCITT IFIP Langages et paradigmes 26/318 Introduction Normalisation des langages Rôles de la normalisation Rôles de la normalisation I rassembler des définitions divergentes I clarifier la définition I faire évoluer le langage I définir un nouveau langage I clairement ces buts sont contradictoires Langages et paradigmes 27/318 Introduction Normalisation des langages Difficultés de la normalisation Difficultés de la normalisation I lourdeur générale des mécanismes I intérêts contradictoires des participants I non-représentativité des participants I conflits entre précision et clarté I trop grande lenteur Langages et paradigmes 28/318 Introduction Normalisation des langages Quelques exemples de normalisations Quelques exemples de normalisations I Fortran I I I le premier exemple de normalisation de langage de programmation seul moyen d’évolution du langage après Fortran IV dominante : conserver la compatibilité avec les programmes existants I PL/I I I normalisation inutile simple officialisation de la définition du langage par IBM Langages et paradigmes 29/318 Introduction Normalisation des langages Quelques exemples de normalisations Exemples I Algol 68 : la norme ISO est un pointeur sur le document de l’IFIP I Pascal I I I I I première normalisation d’un langage n’émanant pas d’une puissance économique conflit entre l’ISO et l’ANSI tentative de ne faire que clarifier deux extensions indispensables ensuite, définition d’un nouveau langage Langages et paradigmes 30/318 Introduction Normalisation des langages Quelques exemples de normalisations Exemples I C I I I une grande partie du document sert à préciser ce qui n’est pas précisé l’important est de ne pas invalider les compilateurs des fabricants de logiciel représentés dans le comité travail interne à l’ANSI Langages et paradigmes 31/318 Introduction Normalisation des langages Quelques exemples de normalisations Exemples I Modula-2 I I I travail similaire à celui pour Pascal : propre à l’ISO, pas d’intervention de l’auteur du langage choix malheureux de VDM comme formalisme norme ayant « tué » le langage Langages et paradigmes 32/318 Introduction Tableau généalogique Commentaires sur le tableau Tableau généalogique I Commentaires sur le tableau I I I I I dates approximatives filiations schématiques et parfois discutables choix de langages supposés représentatifs : les plus importants devraient être présents certains langages très anciens sont encore très utilisés : Cobol, Lisp certains langages ne font plus parler d’eux, mais sont utilisés par des communautés fidèles : APL, Simula 67, Snobol4, Algol 68 Langages et paradigmes 33/318 Introduction Tableau généalogique Commentaires sur le tableau Généalogie I certains langages sont mentionnés mais n’ont pas d’utilisation importante I parmi les implémentations libres ou gratuites : I I FSF : C, C++ , Fortran 77, Pascal, Ada 95, Prolog, Java, Eiffel, Cobol (en cours) : suite de compilation avec langage intermédiaire unique autres : Oberon, Scheme, Snobol4, Icon, Perl, APL, etc. Langages et paradigmes 34/318 Introduction Tableau généalogique Quelques mots sur quelques langages Quelques mots sur quelques langages I Fortran : « traducteur de formules » plus efficace qu’un bon programmeur (Backus, IBM) I Algol 60 : langage d’expression des algorithmes pour la communauté scientifique (universitaires européens et américains, Backus, Naur, McCarthy, Bauer, Rutishauser, Woodger, Perlis, Vauquois, etc.) I Cobol : la langue américaine pour dire ce qui doit être fait dans les affaires (Codasyl, IBM) I Lisp : λ-calcul, auto-définition, traitement de listes (McCarthy, MIT) Langages et paradigmes 35/318 Introduction Tableau généalogique Quelques mots sur quelques langages Quelques langages I APL : tout s’exprime par combinaison d’opérateurs et élargissement aux tableaux (Iverson) I PL/I : applications numériques et commerciales dans le même langage, « tout marche » (IBM) I Algol 68 : groupe WG 2.1 de l’IFIP, principes de base poussés au paroxysme (van Wijngaarden) I Snobol4 : modèle de Markov, traitement de chaînes de caractères (Griswold, Bell Labs) I Pascal : contre Algol 68, simple, systématique, fait pour enseigner les bases de la programmation (Wirth) Langages et paradigmes 36/318 Introduction Tableau généalogique Quelques mots sur quelques langages Quelques langages I C : programmation de bas niveau la plus concise possible, pas d’avenir prévu (Ritchie, Bell Labs) I Prolog : moteur d’évaluation d’équations logiques, pris comme emblème du projet d’ordinateurs de 5e génération (Colmerauer et Roussel) I Ada : appel d’offres du Ministère de la Défense américain, évaluation internationale (Ichbiah) I Java : projet initial sans avenir, marketing et publicité pour contrer Microsoft (Gosling, Sun) Langages et paradigmes 37/318
