Prozedurale Programmierung

Strukturierte Programmierung

Modulare Programmierung

Objektorientierte Programmierung

Die imperative Programmierung versucht, einen Computer möglichst wie eine Maschine zu beobachten, frei nach der von-Neumann-Architektur.

Computer werden dabei als eine Ansammlung von Speicherzellen betrachtet, die in verschiedene Datenstrukturen unterteilt sind.

Zweige der imperativen Programmierung sind z. B.

• die prozedurale Programmierung, welche versucht, einen Algorithmus in mehrere Teile zu untergliedern,

• die strukturierte Programmierung, mit dem Ziel ebenfalls eine Unterteilung zu erreichen, jedoch auf Basis der Verwendung lediglich dreier Kontrollstrukturen,

• die modulare Programmierung, mit dem Ziel, ein Programm in Module zu unterteilen,

• die objektorientierte Programmierung, die eine Sichtweise eines Programms nahe der realen Welt verfolgt.

• Imperative Programmierung: Wie etwas berechnet werden soll.

• Deklarative Programmierung: Was berechnet werden soll.

• Funktionale Programmierung

• Logische Programmierung

Genau wie ein Computer den von uns Menschen entwickelten Programmcode nicht verstehen kann (Verständnis ist im Wesentlichen auf die Abfolge von Nullen und Einsen beschränkt), ist es umgekehrt auch kompliziert und meist unwirtschaftlich für den Programmierer, ausschließlich in Maschinencode zu denken. Dennoch sei darauf hingewiesen, dass in der Frühphase der Informatik Computerprogramme genau so geschrieben wurden. Um diese Problematik zu umgehen, bietet sich der Einsatz von Compilern an, welche zwischen beiden Extremen vermitteln. Statt tatsächlich mit Maschinencode zu arbeiten, bedienen wir uns also einer Hochsprache, um so syntaktisch sinnvoll mit verschiedenen Sprachelementen eine Abweisungsabfolge erstellen zu können.

Die Übersetzung der Hochsprache in eher primitiven Maschinencode wird dann von den Compilern erledigt.

Es ist in gewissem Rahmen möglich, einen einmal kompilierten Programmcode (welcher dann als Maschinencode vorliegt) wieder in den Programmcode zurückzuübersetzen. Dies ist möglich unter dem Einsatz eines Decompilers. Der entsprechende Vorgang wird dann als „dekompilieren“ bezeichnet.

Ein Interpreter übersetzt nicht den Programmcode komplett in Maschinencode

durchläuft diesen systematisch, prüft den Code auf Korrektheit, ruft dann für jeden erkannten Befehl die entsprechende Routine aus der eigenen Bibliothek des Interpreters auf und führt diesen dann entsprechend aus.

Interpretierte Sprachen, deren Ausführung auf der Nutzung eines Interpreters basiert, sind:Python, Perl, PHP etc.

Ein Nachteil von interpretierten Sprachen ist die Ausführungsgeschwindigkeit.

Da das Durchlaufen und auch Ausführen des Codes k viele Zwischenschritte und damit auch Zeit benötigt,

Dadurch sind Interpretierte sprachen langsamer als kompilierte.

Ein Vorteil ist, dass nicht zu Beginn der Programmausführung bereits der gesamte Code kompiliert wird.

Dadurch wird diese: Speichereffizienter und schneller debugged.

Bei der Sprache C++ handelt es sich um eine kompilierte Sprache.

Dies bedeutet, dass bei Ausführen des Programms der gesamte Quelltext zunächst in einen Maschinencode übersetzt werden muss.

Der dabei ablaufende Vorgang wird als Kompilierung bezeichnet und von einem Compiler durchgeführt.

Sollen Bibliotheken oder Funktionen aus anderen C++-Programmen eingebunden werden, so erfolgt dies durch das Linking, welches sich an die Kompilierung anschließt.

Während bei kompilierten Sprachen eine vollständige Übersetzung des Quellcodes erfolgt, ist dies bei interpretierten Sprachen nicht der Fall, da diese erst zur Laufzeit kompiliert werden.

• Unter Maschinensprache wird diejenige Programmiersprache verstanden, welche am nächsten an der Hardware eines Computers ausgeführt werden kann.

• Diese beinhaltet reine Bytes bzw. eine Abfolge von Zahlen.

Maschinensprachen die erste Generation darstellen, oft als 1GL (1st Generation Language) abgekürzt.

• Die Darstellung von Maschinencode erfolgt dabei in der gängigen Praxis als Hexadezimalcode

• Höhere Programmiersprachen werden vor der eigentlichen Ausführung in der Regel kompiliert oder interpretiert,

• wobei der Quellcode in Maschinencode übersetzt (kompilieren)

• oder zur Laufzeit erst entsprechend übersetzt wird (interpretieren).

• Unter einer Assembler-Sprache wird eine Programmiersprache verstanden, welche wie die Maschinensprache spezifisch auf einen Typ eines Computers zugeschnitten ist.

• Die Assemblersprachen können als Zwischenstufe der Sprachenhierarchie zwischen reinen Maschinensprachen und den höheren Sprachen verstanden werden.

Bei Assembler-Sprachen handelt es sich um Programmiersprachen der zweiten Generation (2GL), da sie auf einer höheren Abstraktionsstufe arbeiten als der klassische Maschinencode.

Wesentliche Vorteile:

• deutlich höheren Effizienz und Ablaufgeschwindigkeit (z. B. bei komplexen mathematischen Berechnungen)

• da Assembler-Code immer sehr hardwarenah ausgerichtet ist und damit allumfassend z. B. den verwendeten Prozessortyp ausnutzen kann.

Wesentliche Nachteile:

• Fehlen der direkten Portierbarkeit eines Assembler-Programms, da dies zunächst nur für eine verwendete Architektur verwendet wird.

• Soll ein Assembler-Code portiert werden, ist es erforderlich, den Quellcode entsprechend abzuändern, bei Hochsprachen reicht eine Neu-Kompilierung des Codes mittels eines Compilers für das Zielsystem.

• Ebenso fällt Assembler-Code in der Regel länger aus da oft mehrere Befehle in Serie ausgeführt werden müssen, um eine Operation implementieren zu können.

Vorteile:

• Reservieren von Speicher wird dabei weitestgehend automatisiert erledigt

• Es ist möglich, leistungsfähige Software zu entwickeln

• ohne mit den Details der Hardware vertraut zu sein

• und mit einem für den Menschen lesbaren Code.

• Maschinencode ist die Form von Code, welche komplett auf die Funktionsweise beispielsweise eines Mikroprozessors zugeschnitten ist. Im Vordergrund steht dabei die Funktionalität und nicht die Lesbarkeit des Codes.

• Assembler-Sprachen gehen eine Abstraktionsebene weiter und verwenden eine mnemonische Abstraktion, wobei einfache Codewörter benutzt werden, um Operationen bzw. die Speicherverwaltung, die ein Prozessor durchführen soll, zu beschreiben.

• Höhere Sprachen verwenden nahezu vollständig lesbare Formulierungen für Anweisungen eines Programmablaufs, wobei die Speicherverwaltung meist eigenständig von der benutzten Sprache übernommen wird und nicht mehr explizit vom Entwickler.

• Die Syntax einer Sprache beschreibt, wie Symbole und Schlüsselwörter verwendet werden müssen, damit der ausgearbeitete Code am Ende auch die Aufgaben ausführt, für die er entwickelt wurde (ohne z. B. Fehler zu produzieren).

• die Semantik ordnet den jeweiligen Schlüsselwörtern eine Bedeutung zu, sodass ein Computer beim Durchlaufen des Codes auch erkennen kann, welche Operation ausgeführt werden soll.

• Die Pragmatik hingegen beschäftigt sich mit der Fragestellung, für welche Probleme genau eine betrachtete Programmiersprache geeignet ist und was mit ihr bewirkt werden kann.

• Variablen dienen in der Programmierung als abstrakter Behälter zum Ablegen von Werten verschiedenster Natur.

• Die Typisierung beschäftigt sich mit der Fragestellung, in welchen Wertebereichen die jeweiligen Variablen ausgeprägt sein dürfen, sodass keine Laufzeitfehler resultieren.