Paradigmas de Linguagem de Programação

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1 Paradigmas de Linguagem de Programação Evolução das Linguagens de Programação Histórico das Linguagens de Programação Década de 40: código de máquina No início da década não havia nenhuma linguagem de programação de alto nível e nem linguagem de montagem; Problemas no desenvolvimento com código de máquina motivaram inventar os assemblers e as linguagens de montagem; Problemas que demoravam duas semanas para rodar em código de máquina, podiam ser programados em algumas horas usando Speedcoding. Linguagens Short code, Speedcoding. 1

2 Histórico das Linguagens de Programação Década de 50: Programação Alto Nível Formatação de entrada e saída; Nome de variáveis de até 6 caracteres (no Fortran 1, pois no Fortran 0 eram apenas 2 caracteres); Instrução de seleção IF e a instrução DO LOOP; Interesse por IA em meados do século; Fortran mudou drasticamente e para sempre o uso de computadores. Linguagens Primeira linguagem de alto nível compilada (Imperativa): Fortran Linguagem para Inteligência Artificial (Funcional): LISP Histórico das Linguagens de Programação Década de 60: Independência de Arquitetura Algol influenciou as linguagens de programação subsequente; Permitiu dois meios diferentes de passagem de parâmetros: por valor e por nome; Permitiu que os procedimentos fossem recursivos; Surge o acesso por terminal remoto a um computador (antes disso, a maioria dos programas eram introduzidos por cartão perfurados ou fita de papel); Linguagens Paradigma Estruturado: ALGOL Paradigma Orientado a Objeto: COBOL Paradigma Procedural: Basic 2

3 Histórico das Linguagens de Programação Década de 70: Simplicidade de Projeto Linguagem mais segura PASCAL; A academia troca o ensino do FORTRAN para PASCAL; Pouca contribuição para o desenvolvimento de novas linguagens; Instruções de controle adequadas e facilidades de estruturação de dados; Linguagens Paradigma Estruturado: PASCAL Paradigma Imperativo: C Histórico das Linguagens de Programação Década de 80: modularização Ênfase em mecanismos de LP e abstrações Correção de programas: verificação de tipos, exceções Programação em tempo real, e concorrente e distribuída Programação orientada a objetos (herança) Linguagens Programação distribuída: ADA 83 Orientada a Objetos: Smalltalk 3

4 Histórico das Linguagens de Programação Década de 90: base na estrutura Estruturação de Dados: encapsulamento Estruturação da Computação: classe Estruturação do Programa: classes e objetos Programação para Internet: plataforma neutra Linguagens Object Pascal C++ ADA 95 Java Histórico das Linguagens de Programação 4

5 Classificação das Linguagens de Programação 1 Quanto ao Nível 2 Quanto a Geração 3 Quanto ao Paradigma Classificação das LPs - Quanto ao Nível 1.1 Baixo Nível 1.2 Médio Nível 1.3 Alto Nível 5

6 Classificação das LPs - Quanto ao Nível Baixo Nível São linguagens voltadas para a máquina; Genericamente são chamadas de linguagens Assembly. Classificação das LPs - Quanto ao Nível Baixo Nível Vantagens: Maior velocidade de processamento; ocupa menos espaço na memória. Desvantagens: Pouca portabilidade, logo, um código gerado para um tipo de processador não serve para outro; difícil de ser programado. 6

7 Classificação das LPs - Quanto ao Nível Médio Nível São linguagens voltadas ao ser humano e a máquina; Possuem comandos muito simples e outros muito complicados; Exemplo: Linguagem C Pode-se acessar registros do sistemas, acessar diretamente a memória e, ao mesmo tempo, realizar operações de alto nível como condicionais e estrutura de repetição. Classificação das LPs - Quanto ao Nível Baixo Nível Vantagens: Linguagens poderosas, permitindo o desenvolvimento de diversos tipos de softwares, desde os mais simples aos mais complexos. Desvantagens: Alguns comandos com sintaxe muito difícil de compreender. 7

8 Classificação das LPs - Quanto ao Nível Alto Nível São linguagens voltadas ao ser humano; Utilizam sintaxe mais estruturada, tornando o seu código mais fácil de entender e de reparar; São linguagens independentes da arquitetura do computador*; Classificação das LPs - Quanto ao Nível Alto Nível Vantagens: por serem compiladas ou interpretadas, possuem maior portabilidade, podendo ser executadas em várias plataformas com o mínimo de alterações; Por ser uma linguagem menos estruturada, a programação torna-se mais fácil Desvantagens: As rotinas geradas (em linguagem de máquina) são mais genéricas e, por tanto, mais complexas e assim, são mais lentas e ocupam mais memória. 8

9 Classificação das LPs - Quanto a Geração 2.1 1ª Geração 2.2 2ª Geração 2.3 3ª Geração 2.4 4ª Geração 2.5 5ª Geração Classificação das LPs - Quanto a Geração Primeira Geração Os primeiros computadores eram programados em linguagem de máquina, em notação binária A instrução , quando executada, realiza a soma do valor armazenado no registrador 0001, com o dado armazenado na posição de memória

10 Classificação das LPs - Quanto a Geração Segunda Geração Compreende as linguagens simbólica ou de montagem (Assembly); Foi projetada para minimizar as dificuldades da programação em notação binária Códigos de operação e endereços binários foram substituídos por mnemônicos: mov, mul, add, label, goto Assim, a instrução de máquina evoluiu para: ADD R1, Total Classificação das LPs - Quanto a Geração Segunda Geração 10

11 Classificação das LPs - Quanto a Geração Segunda Geração Projeto em Delphi 22 linhas, revertendo para Assembly terá aproximadamente 15 mil linhas! Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Linguagem orientada ao usuário Surgiram na década de 60 Algumas são voltadas a solução de problemas científicos: Fortran, Pascal, Algol. Outras são voltadas para solução de problemas comerciais: Cobol Linguagens Procedimentais (procedurais ou imperativas) e Linguagens Declarativas 11

12 Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Linguagem Procedimentais: o programa específica uma sequência de passos (procedimentos) para solucionar um problema As instruções pertencem geralmente a três classes: - instruções de entrada e saída - instruções de cálculos aritméticos e lógicos - instruções de controle de fluxo de execução. Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Linguagens Declarativas: dividem-se em duas classes: Funcionais - Baiseiam-se na teoria das funções recursivas (LISP) Lógicas - A base é a lógica matemática, um programa declara fatos (dados e relações entre eles) e cláusulas lógicas (regras de dedução), permitindo deduzir novas verdades (PROLOG) 12

13 Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Exemplo Prolog: gosta(joão,flores). gosta(joão,maria). gosta(paulo,maria). Em seguida realizaremos uma questão:?- gosta(joão,x). Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Exemplo Prolog: Dados os fatos: pai(arthur,silvio). pai(arthur,carlos). pai(carlos,xico). pai(silvio,ricardo). Utilizaremos a seguinte regra: avo(x,z) :- pai(x,y), pai(y,z). Se colocarmos as querys abaixo, qual serão as saídas (YES ou NO)??- avo(arthur,xico),avo(arthur,ricardo).?- avo(carlos,arthur),avo(silvio,arthur). 13

14 Classificação das LPs - Quanto a Geração Terceira Geração Classificação das LPs - Quanto a Geração Quarta Geração Linguagens orientadas à aplicação Os programas escritos em linguagens de quarta geração necessitam de menor número de linhas de código Em geral, essas linguagens são projetadas para atender a classes específicas de aplicações Facilita a programação e o produto final é intuitivo para o usuário* Mais agilidade para o desenvolvimento de aplicações Minimiza o problema de depuração Exemplo de linguagens: SQL, PHP 14

15 Classificação das LPs - Quanto a Geração Quinta Geração São usadas principalmente na área de IA sistemas especialistas, processadores de linguagem natural e sistemas com bases de conhecimento Facilitam a representação do conhecimento que é essencial para a simulação de comportamentos inteligentes Armazena conhecimento complexo de modo que a máquina pode obter inferências a partir da informação codificada Classificação das LPs Quanto ao Paradigma Dicionário: 1. Algo que serve de exemplo geral ou de modelo; 2. Conjunto das formas que servem de modelo de derivação ou de flexão; 3. Conjunto dos termos ou elementos que podem ocorrer na mesma posição ou contexto de uma estrutura. 15

16 Classificação das LPs Quanto ao Paradigma Forma utilizada para resolver um problema computacional; O paradigma de uma linguagem de programação é a sua identidade Pode dizer-se que um paradigma é um ponto de vista que determina como uma realidade é entendida e como se atua sobre ela Classificação das LPs Quanto ao Paradigma Algumas linguagens criadas durante a história, introduziram novas formas de se pensar sobre programação, resultando em formas (paradigmas) distintas de soluções para problemas de algoritmos Fortran: imperativa LISP: funcional Simula: orientada a objetos Prolog: lógica 16

17 Classificação das LPs Quanto ao Paradigma Outras linguagens são evolução de linguagens mais antigas Exemplo: Linguagem C++ Trata-se de uma evolução da linguagem C (imperativa) com características de orientação a objetos, importadas de Simula Exemplo: Linguagem C++ Paradigma orientada a objetos + paradigma concorrente Exemplo: ADA Paradigma Imperativo + paradigma concorrente Classificação das LPs Quanto ao Paradigma 17

18 Alguns dos Principais Paradigmas Paradigma Imperativo (estado, atribuição, sequência) Basic, Pascal, C, Assembly, ADA Paradigma Funcional (função, aplicação, avaliação) Lisp, Miranda, Haskell, SCHEME Paradigma Lógico (relação, dedução) Prolog Paradigma Orientado a Objetos (objeto, troca de mensagem) C++, JAVA, Eiffel, Ocaml, Python Paradigma Concorrente (processo, comunicação síncrona ou assíncrona) Ada, JAVA Histórico das Linguagens de Programação As linguagens a seguir foram selecionadas com base nos rankings TIOBE e IEEE Spectrum; Como os rankings sofrem atualizações constantes, serão apresentadas as linguagens que ficaram nos primeiros lugares e outras com tendência de subir no ranking. 18

19 Ranking IEEE Spectrum Figura1 Ranking IEEE Spectrum (2017) Ranking IEEE Spectrum Figura2 Ranking IEEE Spectrum WEB (2017) 19

20 Ranking IEEE Spectrum Figura3 Ranking IEEE Spectrum MOBILE (2017) Ranking IEEE Spectrum Figura4 Ranking IEEE Spectrum Acadêmico e Empresarial (2017) 20

21 Ranking IEEE Spectrum Figura5 Ranking IEEE Spectrum Embarcado (2017) Ranking TIOBE Figura6 Ranking TIOBE (2017) 21

22 C (2º IEEE, 2º TIOBE) História Década de 70: Dennis Ritchie AT&T Bell Labs; Seu uso inicial ficou restrito a alguns laboratórios; Kernighan e Ritchie lançaram o livro The C Programming Language; A partir desta publicação, C ganhou novas características: Biblioteca padrão de I/O, structs, long int, unsign int; De 1983 a 1989 comitê ANSI. Características Paradigma Imperativo; Acesso direto a memória e disco. Hello, World! #include <stdio.h> int main(void) { for(int i=0; i<4; i++) printf("hello, world!\n"); } return 0; 22

23 C++ (4º IEEE, 3º TIOBE) História Década de 80: Bjarne Stroustrup; Objetivo inicial era criar uma nova versão para o Kernel Unix; Durante o desenvolvimento do novo kernel, novas funcionalidades foram adicionadas a linguagem C; O nome inicial era C com classes, 3 anos depois passou a ser chamada de C++. Características Multi-Paradigma; Compatibilidade com C; Portabilidade. Hello, World! #include <iostream> int main() { for(int i=0; i<4; i++) std::cout << "Hello, world!\n"; } 23

24 JAVA (3º IEEE, 1º TIOBE) História Década de 90: Projeto Green Sun Microsystem; Criar novas tecnologias que permitissem a comunicação entre diferentes dispositivos (TV, vídeo cassete, etc); O projeto não deu certo origem à Linguagem Java; A expansão da internet permitiu o crescimento e popularização da linguagem. Características Sintaxe similar a outras mais antigas como C e C++; Paradigma Orientado a Objetos; Portabilidade: WORA. Hello, World! import java.util.*; import java.lang.*; class Rextester { public static void main(string args[]) { for(int i=0; i<4; i++) System.out.println("Hello, World!"); } } 24

25 Python (1º IEEE, 5º TIOBE) História Início dos anos 90 Instituto de Pesquisa Nacional para Matemática e Ciência da Computação (CWI) Países Baixos; Parte da sintaxe deriva de C; Terceira versão da linguagem foi lançada em dezembro de 2008; Características Legibilidade do código, com sintaxe moderna e clara; Suporte a múltiplos paradigmas de programação; Poema: The Zen of Python Hello, World! for x in range(0, 4): print ("Hello, World!") 25

26 JavaScript (7º IEEE, 7º TIOBE) História JavaScript Java; Desenvolvida pela Netscape com nome de LiveScript; Criada para navegadores com objetivo de proporcionar maior interatividade nas páginas; Sua última versão é de março de 2011; Influenciada por C e Java; Características Não é exatamente uma linguagem de programação; Pode ser executada dentro de programas ou dentro de outras linguagens; Client-Side. Hello, World! for (var i = 0; i < 4; i++) { } print("hello, world!") 26

27 PHP (8º IEEE, 6º TIOBE) História Criada em 1994; Em 1997 foi lançado um pacote trazendo um interpretador de comandos SQL; A terceira versão (PHP 3) contava com o recurso de orientação a objetos; Em 1998, Zeev e Gutmans escreveram o PHP 4, abandonando completamente o PHP 3; O PHP 5 veio para corrigir algumas falhas em relação a OO presente no PHP5; Características Modularizada, ideal para servidores web; Suporte a programação estruturada e a orientação a objetos; Server-side. Hello, World! <?php for($i = 0; $i < 4; $i++){ echo "Hello, world! "; }?> 27

28 C# (5º IEEE, 4º TIOBE) História Julho 2002: Microsoft; Faz parte de um conjunto de ferramentas oferecidas na plataforma.net, a qual foi criada para melhorar a comunicação entre diferentes tecnologias utilizadas pela empresa; Pensava-se que C# era uma sobreposição de 4 símbolos +; Porém, a cerquilha se refere ao sinal sustenido, o qual aumenta em meio tom uma nota; Foram realizadas 6 versões, e a sétima está em desenvolvimento. Características Paradigma orientado a objetos; Interface Web; Componentes de softwares de diferentes linguagens podem interagir; Sintaxe simples e de fácil compreensão. Hello, World! public class Program { public static void Main(string[] args) { for(int i=0; i<4; i++) Console.WriteLine("Hello, world!"); } } 28

29 Kotlin (- IEEE, 44 TIOBE) História Junho de JetBrains; Segundo o criador, Dmitry Jemerov, a maioria das linguagens não possuíam as características que eles estavam procurando; O objetivo era criar uma linguagem que compilasse tão ou mais rápido que o java; Em 2017 o google anunciou suporte oficial para o Kotlin; Características Paradigma orientado a objetos; Interoperável com código java; Influenciada por java, C# e Scala. Hello, World! fun main(args: Array<String>) { for (i in 1..4) println("hello, world!") } 29

30 Swift (10º IEEE, 12º TIOBE) História Apresentada pela Apple em 2015; Sua criação levou 5 anos; A linguagem é uma alternativa a objective-c; Linguagem open source liberdade para os programadores; Características Uso geral; Multi-paradigmática. Hello, World! for i in 0..<4 { } print("hello, world!") 30

31 Escolha de uma linguagem de programação O programador deve escolher a mais adequada para usar em cada aplicação; A escolha da LP está diretamente ligada a três fatores: Complexidade do sistema a ser desenvolvido; Características peculiares da aplicação; Facilidades que as linguagens oferecem ao suporte de metodologias de desenvolvimento. Atividade Veja a atividade no site 31

32 Referências Material de aula professor Celso Olivete Júnior UNESP SEBESTA, Robert W. Conceitos de linguagens de programação. 9ª ed. Porto Alegre: Bookman, p. ISBN IEEE Spectrum. Disponível em: TIOBE. Disponível em: 32