Владстон Феррейра Фило - Теоретический минимум по Computer Science [Все что нужно программисту и разработчику]

Рис. 7.13.Стоимость дисковой памяти в расчете на гигабайт объема

В этой главе мы разобрались с несколькими простыми принципами устройства компьютеров. Мы увидели, что всё , поддающееся вычислению, можно выразить в виде простых команд. Мы также узнали, что существует программа, называемая компилятором, которая транслирует наши сложные вычислительные команды в простые, понятные для ЦП. Компьютеры способны делать сложные вычисления просто потому, что их процессоры выполняют огромное количество базовых операций.

Мы узнали, что наши компьютеры имеют быстродействующие процессоры, но относительно медленную память. Доступ к памяти осуществляется не наугад, а согласно пространственной и временной локальностям. Это позволяет использовать более быстрые типы памяти для кэширования тех данных, доступ к которым производится наиболее часто. Мы проследили применение этого принципа на нескольких уровнях кэширования: от кэша L1 вниз по иерархической лестнице вплоть до третичной памяти.

Принцип кэширования, речь о котором шла в этой главе, применим во многих сценариях. Идентификация частей данных, которые используются вашим приложением чаще, и ускорение доступа к ним — одна из наиболее широко используемых стратегий, предназначенных для ускорения компьютерных программ.

• Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. — СПб.: «Питер», 2017.

• Современная реализация компилятора на C (Modern Compiler Implementation in C, Appel, https://code.energy/appel).

Мы хотим, чтобы компьютеры нас понимали. Вот почему мы выражаем наши предписания на языке программирования: это язык, который машина поймет. Вы не можете просто взять и сказать на языке Шекспира или Пушкина, что компьютер должен сделать, — если только вы не взяли на работу программиста либо не попали в сюжет научно-фантастического фильма. Пока что только программисты обладают неограниченными полномочиями сообщать машине, что ей делать. По мере углубления ваших познаний в языках программирования ваши возможности как программиста будут расти. В этой главе вы научитесь:

определять лингвистику , которая управляет программным кодом;

хранить вашу драгоценную информацию внутри переменных ;

обдумывать решения в условиях разных парадигм .

Мы не будем вдаваться в синтаксический и грамматический формализм. Расслабьтесь и продолжайте читать!

Языки программирования очень сильно отличаются, но все они были созданы, чтобы делать одно: управлять информацией. С этой целью все они опираются на три основных структурных элемента. Значение представляет информацию. Выражение производит значение. Инструкция использует значение, чтобы дать команду компьютеру.

Вид информации, которую может содержать значение, варьируется от языка к языку. В самых элементарных языках значения содержат только очень простые данные, такие как целое число или число с плавающей точкой. Со временем языки становились сложнее: сперва они стали в качестве значений обрабатывать символы, потом — строки. В языке C, который по-прежнему остается очень низкоуровневым, можно задать структуру — способ определения значений, состоящих из групп других значений. Например, можно определить тип значения, именуемый координатой, которое будет состоять из двух чисел с плавающей точкой: широты и долготы.

Значения настолько важны, что их также называют объектами первого класса языка программирования. Языки допускают разнообразные виды операций со значениями: они могут создаваться во время выполнения функции, могут передаваться как параметры, возвращаться ею.

Вы можете создать значение двумя способами: написав литерал либо вызвав функцию . Вот пример выражения с литералом:

3

Бум! Мы буквально только что создали значение 3, написав: «3». Довольно прямолинейно. Как литералы можно создавать и другие типы значений. Большинство языков программирования позволит вам создать строковое значение Привет мир , набрав на клавиатуре «Привет мир». Функции же генерируют значение согласно методу или процедуре, которые запрограммированы в каком-то другом месте. Например:

getPacificTime()

Это выражение создало значение, равное текущему времени в Лос-Анджелесе. Если сейчас 4 часа утра, то метод вернет 4.

Еще одним базовым элементом любого языка программирования является оператор . Оператор может объединять простые выражения для формирования более сложных. Например, оператор + позволяет создать значение, равное времени в Нью-Йорке:

Когда в Лос-Анджелесе 4 часа утра, наше выражение сведется к 7. В действительности выражение — это любая запись, которую компьютер сможет свести к единственному значению. Большие выражения могут сочетаться с другими выражениями посредством операторов, формируя еще более крупные выражения. В конечном счете даже самое сложное выражение всегда будет вычислено и сведено к единственному значению.

Наряду с литералами, операторами и функциями выражения могут также содержать круглые скобки. Они позволяют управлять порядком выполнения операторов : (2 + 4) 2сводится к 6 2, которое, в свою очередь, сводится к 36. Выражение 2 + 4 2сводится к 2 + 16, а затем к 18.

В то время как выражение представляет значение, инструкция используется, чтобы дать компьютеру команду сделать что-то. Например, эта инструкция заставит его показать сообщение:

print("привет мир").

Рис. 8.1. [84] Любезно предоставлено http://geek-and-poke.com .

Более сложные примеры включают условная инструкция if , инструкции циклов while и for. Разные языки программирования поддерживают разные типы инструкций.

Определения.Некоторые языки программирования имеют специальные инструкции, именуемые определениями . Они изменяют состояние программы, добавляя не существовавшие ранее объекты, такие как новые значения или функции [85] Иногда такие сущности могут быть импортированы из заранее созданных внешних библиотек. . Чтобы обратиться к объекту, который мы определили, мы должны назвать его. Этот процесс называется привязкой имен . Например, имя getPacificTime должно быть привязано к определению функции, заданному где-то в другом месте.