Paradigmas de Linguagens de Programação - Departamento de ...

Razões para Estudar Conceitosde LPs❂ Aumentar a capacidade de expressaridéias• A profundidade com que pensamos éinfluenciada pelo poder expressivo dalinguagem com a qual nos comunicamos;• É difícil para as pessoas expressar estruturasque elas não conseguem descrever;• Programadores sofrem o mesmo problema!!!UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 3

Razões para Estudar Conceitosde LPs❂ Permitir simular estruturas de outraslinguagens naquela que estiver usando• Index em FORTRAN, substring em C• subprograma em Pascal, função sem retornoem CUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 4

Razões para Estudar Conceitosde LPs❂ Melhorar o entendimento da importânciada implementação• Permite usar a linguagem maisinteligentemente, pois estará avaliando asconseqüências de suas decisõesUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 7

Razões para Estudar Conceitosde LPs❂ Melhorar a habilidade de projetar novaslinguagens• Um dia você poderá precisar projetar uma• Mesmo que não, a experiência éenriquecedoraUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 8

Domínios de Programação❂ Aplicações Científicas• Estruturas de dados simples• Operações em ponto-flutuante• Primeira linguagem:– FORTRAN (Formula Translator)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 10

Domínios de Programação❂ Aplicações Comerciais• Início da década de 50• 1960: COBOL (Até hoje...)• Produção de relatórios, armazenamento deinformações, etc.• Muitas funções se tornaram aplicações bemdefinidas e consolidadas:– planilhas, folhas de pagamento, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 11

Domínios de Programação❂ Inteligência Artificial• Primeira Linguagem:– LISP (funcional) - 1959• Linguagem mais usada:– PROLOG• Dialeto híbrido:– OBJLOG (lógica + OO)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 12

Domínios de Programação❂ Programação de Sistemas• Softwares do sistema:– Sistema Operacional.• Eficiência na execução• Características de baixo nível• Linguagem mais utilizada: C– Quase todo o Unix é escrito nelaUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 13

Domínios de Programação❂ Linguagens de Scripts• Consiste em se agrupar uma lista decomandos em um arquivo a ser executado• Auxiliam na execução de tarefas do dia-a-dia• Perl– crescimento sensível de importância com a WWW– desenvolvimento de aplicações que usam CGI• Shell (UNIX)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 14

Domínios de Programação❂ Linguagens de Propósito Específico• Atendem a um determinado domínio deproblema– GPSS (General Purpose Statistic Simulation)– RPG (Report(Generator)– ANS.1 (Abstract(Sintaxe One)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 15

Critérios Para Avaliar LPs❂ Faz-se necessário avaliar ascaracterísticas das diversas LPs,observando-se os impactos sobre oprocesso de desenvolvimento de software❂ Precisamos de Critérios...UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 16

Critérios Para Avaliar LPs❂ Legibilidade❂ Aplicabilidade❂ Escritabilidade❂ CustosUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 17

Legibilidade❂ Facilidade com que um programa pode serlido e entendido❂ Conseqüência da “Crise“de Software”❂ Booch (1970) propôs o conceito de ciclo devida❂ Deve ser considerada no contexto dodomínio do problemaUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 18

Legibilidade❂ Simplicidade• Afeta fortemente a legibilidade• Linguagens com um grande número decomponentes básicos são mais difíceis deaprender do que aquelas com um númeroreduzido• Alguns programadores aprendem apenas umsubconjunto da linguagemUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 19

Legibilidade• Multiplicidade de Características:count = count + 1; count += 1;count++;++countcount;• Sobrecarga de Operadores• Simplicidade demais pode ser um problema:– Assembly (reduzido número de estruturas)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 20

Legibilidade❂ Ortogonalidade• Um conjunto de construções pode sercombinado para formar um outro conjunto– Apontadores em C (apontam p/ qualquer tipo)– Adição em Assembly (adição separada)• Ortogonalidade demais pode causarproblemas:– ALGOL 68UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 21

Legibilidade❂ Declarações de Controle• Um programa que pode ser lido (quase)linearmente do início ao fim é muito mais fácilde entender do que um programa repleto dedesvios (goto’s(goto’s)– FORTRAN– BASIC• Estruturas de controle (if(if-then-else, while, , for)permitem uma leitura mais compreensívelUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 22

Legibilidade❂ Tipos e Estruturas de Dados• A possibilidade de definir estruturas e tipos dedados também afeta a legibilidadeINT fim_de_arquivo = 1;BOOLEAN fim_de_arquivo = true;while( not fim_de_arquivo == 1)while( not fim_de_arquivo )UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 23

Legibilidade❂ Sintaxe• A forma dos elementos tem um efeitosignificativo sobre a linguagem– Identificadores– FORTRAN 77 (6 caracteres)– BASIC ANSI (1 caractere ou 1 caractere seguido de 1número)– Java (não tem limite)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 24

Legibilidade– Palavras Especiais:– PASCAL (begin-end)– FORTRAN 90 e ADA (if-endif)– FORTRAN 90 permite que se defina variáveis com nomesdo e end» if if > then then then = else else else = endif endif– Forma e significado– A aparência deve ao menos parcialmente indicar opropósito.» static em C;UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 25

Escritabilidade❂ Indica o quão facilmente uma linguagempode ser usada em um determinadodomínio de problema❂ Deve ser considerada no contexto dodomínio do problema da linguagem❂ COBOL versus CUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 26

Escritabilidade❂ Simplicidade e Ortogonalidade• Se uma linguagem tiver um grande número deconstruções, programadores podem não sefamiliarizar com todas– Mal uso de algumas e desuso de outras• Ortogonalidade demais pode prejudicar aescritabilidadeUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 27

Escritabilidade❂ Suporte para Abstração• Possibilidade de se definir e usar estruturascomplexas sem que os aspectos internos deiplementação dessas estruturas sejam vistospelo programador– Implementação de uma Árvore Binária em FORTRAN,Pascal e em JavaUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 28

Escritabilidade❂ Expressividade• Pode se referir a diversas características– count++;(C, C++, Java)– for (Pascal, C)UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 29

Confiabilidade❂ Um programa é dito confiável se eleexecuta de acordo com suasespecificações sob quaisquercircunstânciasUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 30

Confiabilidade❂ Checagem de Tipos• Verifica se os valores atribuídos aos tiposestão de acordo com os definidos• Quando uma linguagem faz uma verificaçãorigorosa de seus tipos, diz-se que ela éfortemente tipada.– Java e Pascal – C UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 31

Confiabilidade❂ Manipulação de Exceções• É a possibilidade de um programa interceptarum erro em tempo de execução, tomar asmedidas adequadas e continuar (ou não) aexecução– Java, C++ e Ada – Pascal, C e FORTRAN UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 32

Confiabilidade❂ “Aliasing”• É a possibilidade de se ter duas ou maisreferências para um mesmo local da memória• É uma técnica perigosa de programação– C (apontadores e Unions)– Java não possui essa propriedadeUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 33

Confiabilidade❂ Legibilidade e Escritabilidade• Quanto mais fácil de escrever um programa,maior a probabilidade dele estar certo• Quanto mais fácil de escrever um programa,maior a facilidade de corrigi-loe de (re(re-)escrevê-loUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 34

Custo❂ É uma função de algumas outrascaracterísticas• 1) Custo de Treinamento– ortogonalidade e simplicidade• 2) Custo de escrever programas na linguagem– escritabilidade• 3) Custo de compilar programasUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 35

Custo• 4) Custo de executar programas– projeto da linguagem• 5) Custo do sistema de implementação• 6) Custo da confiabilidade pobre• 7) Custo de manutenção– muitas outras características, sobretudo alegibilidadeUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 36

Considerações sobre osCritérios de Avaliação❂ Pode haver outros critérios:• portabilidade, generalidade, definição, etc.❂ Critérios são subjetivos• legibilidade, escritabilidade, , etc.❂ Critérios têm valores diferentes, dependendo daperspectiva:• implementadores, usuários, projetistasUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 37

Influências no Projeto de LPs❂ Arquitetura do Computador• Arquitetura de Von Neumann influenciou fortemente aadoção de linguagens imperativasMemóriaResultados das OperaçõesInstruções e dadosUCPALUUCUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 38

Influências no Projeto de LPs❂ Devido à Arquitetura de Von Neumann ascaracterísticas centrais das linguagensimperativas são:• variáveis células de memória• atribuições operaçõções• sequenciamentoUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 39

Influências no Projeto de LPs❂ Metodologias de Programação• orientação a processos• orientação a dadosUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 40

Categorias de Linguagens❂ Imperativas❂ Funcionais❂ Orientadas a Objeto❂ LógicasUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 41

Imperativas❂ Do Latim: Imperare (significa “comandar”)❂ Baseiam-se em comandos que atualizamvariáveis armazenadas na memória❂ Em princípio, podem ser implementadas deforma eficiente (devido à arquitetura)❂ Domínio: Aplicações comerciais, S.O., etc.❂ Exemplos: Pascal, C, COBOL, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 42

Funcionais❂ Baseiam-se em princípios da matemáticapara realizar computações• Funções❂ Interação (Imperativa) x Recursão❂ Domínio: Matemática, I.A.❂ Exemplos: LISP, , ML, Scheme, CLOS, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 43

Orientadas a Objetos❂ Baseiam-se no conceito de classes❂ Atributos + Métodos = Classe;❂ Hoje aplica-se a praticamente todos osdomínios❂ Exemplos: Java, C++, Simula 67, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 44

Lógicas❂ Baseiam-se na noção de que um programaimplementa uma relação ao invés de ummapeamento❂ Domínio: Inteligência Artificial❂ Exemplo: PrologUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 45

Métodos de Implementação❂ Compilação❂ Interpretação Pura❂ Implementação Híbrida• Interpretação de Código ArmazenadoUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 46

Compilação❂ Consiste em se traduzir um programa fontepara um programa em linguagem demáquina (ou montagem), , que pode serexecutado (quase) diretamente❂ Execução rápida❂ Fortran, , C, COBOL, , Pascal, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 47

CompilaçãoOtimizaçãoDadosCódigoFonteAnalisadorLéxicoAnalisadorSintáticoGerador de Cod.Interm. (e AnalisadorSemântico)Geradorde CódigoComputadorResultadosTabela deSímbolosUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 48

Interpretação Pura❂ Executa (“interpreta”) os comandos docódigo fonte❂ Simula uma máquina virtual❂ “Debugging”” mais simples❂ 10 a 100 vezes mais lenta que a compilação❂ Scripts Shell, Prolog, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 49

Interpretação PuraCódigoFonteInterpretadorResultadosUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 50

Implementação Híbrida❂ Utiliza as duas abordagens anteriores❂ Traduz um programa fonte - de alto nível -para um programa intermediário de fácilinterpretação❂ Java (atualmente já é possível compilar),Perl, etc.UFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 51

Implementação HíbridaDadosCódigoFonteAnalisadorLéxicoAnalisadorSintáticoGerador de Código.IntermediárioInterpretadorResultadosUFPB/CCT/DSC Paradigmas de Linguagens de Programação 52