Las tendencias en los lenguajes de programación

El estudio de los lenguajes de programación agrupa tres intereses diferentes; el del programador profesional, el del diseñador del lenguaje y del Implementador del lenguaje.

Además, estos tres trabajos han de realizarse dentro de las ligaduras y capacidades de la organización de una computadora y de las limitaciones fundamentales de la propia "calculabilidad". El termino "el programador" es un tanto amorfo, en el sentido de que camufla importantes diferencias entre distintos niveles y aplicaciones de la programación. Claramente el programador que ha realizado un curso de doce semanas en COBOL y luego entra en el campo del procesamiento de datos es diferente del programador que escribe un compilador en Pascal, o del programador que diseña un experimento de inteligencia artificial en LISP, o del programador que combina sus rutinas de FORTRAN para resolver un problema de ingeniería complejo, o del programador que desarrolla un sistema operativo multiprocesador en ADA.

En esta investigación, intentaremos clarificar estas distinciones tratando diferentes lenguajes de programación en el contexto de cada área de aplicación diferente. El "diseñador del lenguaje" es también un termino algo nebuloso. Algunos lenguajes (como APL y LISP) fueron diseñados por una sola persona con un concepto único, mientras que otros (FORTRAN y COBOL) son el producto de desarrollo de varios años realizados por comités de diseño de lenguajes.

El "Implementador del lenguaje" es la persona o grupo que desarrolla un compilador o interprete para un lenguaje sobre una maquina particular o tipos de maquinas. Mas frecuentemente, el primer compilador para el lenguaje Y sobre la maquina X es desarrollada por la corporación que manufactura la maquina X . Por ejemplo, hay varios compiladores de Fortran en uso; uno desarrollado por IBM para una maquina IBM, otro desarrollado por DEC para una maquina DEC, otro por CDC, y así sucesivamente. Las compañías de software también desarrollan compiladores y también lo hacen los grupos de investigación de las universidades. Por ejemplo, la universidad de Waterloo desarrolla compiladores para FORTRAN Y PASCAL, los cuales son útiles en un entorno de programación de estudiantes debido a su superior capacidad de diagnostico y velocidad de compilación.

Hay también muchos aspectos compartidos entre los programadores, diseñadores de un lenguaje implementadores del mismo. Cada uno debe comprender las necesidades y ligaduras que gobiernan las actividades de los otros dos.

Hay, al menos, dos formas fundamentales desde las que pueden verse o clasificarse los lenguajes de programación: por su nivel y por principales aplicaciones. Además, estas visiones están condicionadas por la visión histórica por la que ha transcurrido el lenguaje. Además, hay cuatro niveles distintos de lenguaje de programación.

Los "Lenguajes Declarativos" son los mas parecidos al castellano o ingles en su potencia expresiva y funcionalidad están en el nivel mas alto respecto a los otros. Son fundamentalmente lenguajes de ordenes, dominados por sentencias que expresan "Lo que hay que hacer" en ves de "Como hacerlo". Ejemplos de estos lenguajes son los lenguajes estadísticos como SAS y SPSS y los lenguajes de búsqueda en base de datos, como NATURAL e IMS. Estos lenguajes se desarrollaron con la idea de que los profesionales pudieran asimilar mas rápidamente el lenguaje y usarlo en su trabajo, sin necesidad de programadores o practicas de programación.

Los lenguajes de " Alto Nivel" son los mas utilizados como lenguaje de programación. Aunque no son fundamentalmente declarativos, estos lenguajes permiten que los algoritmos se expresen en un nivel y estilo de escritura fácilmente legible y comprensible por otros programadores. Además, los lenguajes de alto nivel tienen normalmente las características de " Transportabilidad". Es decir, están implementadas sobre varias maquinas de forma que un programa puede ser fácilmente " Transportado " (Transferido) de una maquina a otra sin una revisión sustancial. En ese sentido se llama "Independientes de la maquina". Ejemplos de estos lenguajes de alto nivel son PASCAL , APL y FORTRAN (para aplicaciones científicas ), COBOL (para aplicaciones de procesamiento de datos), SNOBOL( para aplicaciones de procesamiento de textos), LISP y PROLOG (para aplicaciones de inteligencia artificial), C y ADA (para aplicaciones de programación de sistemas) y PL/I (para aplicaciones de propósitos generales) .

Los "Lenguajes Ensambladores" y los "Lenguajes Maquina" son dependientes de la maquina. Cada tipo de maquina, tal como VAX de digital, tiene su propio lenguaje maquina distinto y su lenguaje ensamblador asociado. El lenguaje Ensamblador es simplemente una representación simbólica del lenguaje maquina asociado, lo cual permite una programación menos tediosa que con el anterior. Sin embargo, es necesario un conocimiento de la arquitectura mecánica subyacente para realizar una programación efectiva en cualquiera de estos niveles lenguajes.

Los siguiente tres segmentos del programa equivalentes exponen las distinciones básicas entre lenguajes maquina, ensambladores de alto nivel:

Como muestra este ejemplo, a mas bajo nivel de lenguaje mas cerca esta de las características de un tipo e maquina particular y mas alejado de ser comprendido por un humano ordinario. Hay también una estrecha relación ( correspondencia 1:1 ) entre las sentencias en lenguaje ensamblador y sus formas en lenguaje maquina codificada. La principal diferencia aquí es que los lenguajes ensambladores se utilizan símbolos (X,Y,Z,A para " sumar", M para "multiplicar"), mientras que se requieren códigos numéricos (OC1A4, etc.) para que lo comprenda la maquina.

La programación de un lenguaje de alto nivel o en un lenguaje ensamblador requiere, por tanto, algún tipo de interfaz con el lenguaje maquina para que el programa pueda ejecutarse. Las tres interfaces mas comunes: un "ensamblador" , un "compilador" y un "interprete". El ensamblador y el compilador traduce el programa a otro equivalente en el lenguaje X de la maquina "residente" como un paso separado antes de la ejecución. Por otra parte, el interprete ejecuta directamente las instrucciones en un lenguaje Y de alto nivel, sin un paso de procesamiento previo.

La compilación es, en general, un proceso mas eficiente que la interpretación para la mayoría de los tipos de maquina. Esto se debe principalmente a que las sentencias dentro de un "bucle" deben ser reinterpretadas cada vez que se ejecutan por un interprete. Con un compilador. Cada sentencia es interpretada y luego traducida a lenguaje maquina solo una vez.

Algunos lenguajes son lenguajes principalmente interpretados, como APL, PROLOG y LISP. El resto de los lenguajes -- Pascal, FORTRAN, COBOL, PL/I, SNOBOL, C, Ada y Modula-2 - son normalmente lenguajes compilados. En algunos casos, un compilador estará utilizable alternativamente para un lenguaje interpretado (tal como LISP) e inversamente (tal como el interprete SNOBOL4 de los laboratorios Bell). Frecuentemente la interpretación es preferible a la compilación en un entorno de programación experimental o de educación, donde cada nueva ejecución de un programa implicado un cambio en el propio texto del programa. La calidad de diagnosis y depuración que soportan los lenguajes interpretados es generalmente mejor que la de los lenguajes compilados, puesto que los mensajes de error se refieren directamente a sentencias del texto del programa original. Además, la ventaja de la eficiencia que se adjudica tradicionalmente a los lenguajes compilados frente a los interpretados puede pronto ser eliminado, debido a la evolución de las maquinas cuyos lenguajes son ellos mismos1lenguajes de alto nivel. Como ejemplo de estos están las nuevas maquinas LISP, las cuales han sido diseñadas recientemente por Symbolics y Xerox Corporations.

Los lenguajes de Programación son tomados de diferentes perspectivas. Es importante para un programador decidir cuales conceptos emitir o cuales incluir en la programación. Con frecuencia el programador es osado a usar combinaciones de conceptos que hacen al lenguaje "DURO" de usar, de entender e implementar. Cada programador tiene en mente un estilo particular de programación, la decisión de incluir u omitir ciertos tipos de datos que pueden tener una significativa influencia en la forma en que el Lenguaje es usado, la decisión de usar u omitir conceptos de programación o modelos.

Existen cinco estilo de programación y son los siguientes:

1. Orientados a Objetos.
2. Imperativa : Entrada, procesamiento y salidas de Datos.
3. Funcional : "Funciones", los datos son funciones, los resultados pueden ser un valor o una función.
4. Lógico : {T,F} + operaciones lógicos (Inteligencia Artificial).
5. Concurrente : Aún esta en proceso de investigación.

El programador, diseñador e implementador de un lenguaje de programación deben comprender la evolución histórica de los lenguajes para poder apreciar por que presentan características diferentes. Por ejemplo, los lenguajes "mas jóvenes" desaconsejan (o prohiben) el uso de las sentencias GOTO como mecanismo de control inferior, y esto es correcto en el contexto de las filosofías actuales de ingeniería del software y programación estructurada. Pero hubo un tiempo en que la GOTO, combinada con la IF, era la única estructura de control disponible; el programador no dispone de algo como la construcción WHILE o un IF-THEN-ELSE para elegir. Por tanto, cuando se ve un lenguaje como FORTRAN, el cual tiene sus raíces en los comienzos de la historia de los lenguajes de programación, uno no debe sorprenderse de ver la antigua sentencia GOTO dentro de su repertorio.

Lo mas importante es que la historia nos permite ver la evolución de familias de lenguajes de programación, ver la influencia que ejercer las arquitecturas y aplicaciones de las computadoras sobre el diseño de lenguajes y evitar futuros defectos de diseño aprendido las lecciones del pasado. Los que estudian se han elegido debido a su mayor influencia y amplio uso entre los programadores, así como por sus distintas características de diseño e implementacion. Colectivamente cubren los aspectos más importantes con los que ha de enfrentarse el diseñado de lenguajes y la mayoría de las aplicaciones con las que se enfrenta el programador. Para los lectores que estén interesados en conocer con mas detalle la historia de los lenguajes de programación recomendamos las actas de una recién conferencia (1981) sobre este tema, editadas por Richard Wexelblat. Vemos que FORTRAN I es un ascendente directo de FORTRAN II, mientras que FORTRAN, COBOL, ALGO 60, LISP, SNOBOL y los lenguajes ensambladores, influyeron en el diseño de PL/I.

También varios lenguajes están prefijados por las letras ANS. Esto significa que el American National Standards Institute ha adoptado esa versión del lenguaje como el estándar nacional. Una vez que un lenguaje esta estandarizado, las maquinas que implementan este lenguaje deben cumplir todas las especificaciones estándares, reforzando así el máximo de transportabilidad de programas de una maquina a otra. La policía federal de no comprar maquinas que no cumplan la versión estándar de cualquier lenguaje que soporte tiende a "fortalecer" el proceso de estandarizacion, puesto que el gobierno es, con mucho, el mayor comprador de computadoras de la nación.

Finalmente, la notación algebraica ordinaria, por ejemplo, influyo fuertemente en el diseño de FORTRAN y ALGOL. Por otra parte, el ingles influyo en el desarrollo del COBOL. El lambda calculo de Church dio los fundamentos de la notación funcional de LISP, mientras que el algoritmo de Markov motivo el estilo de reconocimiento de formas de SNOBOL. La arquitectura de computadoras de Von Neumann, la cual fue una evolución de la maquina mas antigua de Turing, es el modelo básico de la mayoría de los diseños de computadoras de las ultimas tres décadas. Esta maquina no solo influyeron en los primeros lenguajes sino que también suministraron el esqueleto operacional sobre el que evoluciono la mayoría de la programación de sistemas.

Una discusión mas directa de todos estos primeros modelos no están entre los objetivos de este texto. Sin embargo, es importante apuntar aquí debido a su fundamental influencia en la evolución de los primeros lenguajes de programación, por una parte, y por su estado en el núcleo de la teoría de la computadora, por otra. Mas sobre este punto, cualquier algoritmo que pueda describirse en ingles o castellano puede escribirse igualmente como una maquina de Turing (maquina de Von Neumann), un algoritmo de Markov o una función recursiva. Esta sección, conocida ampliamente como "tesis de Church", nos permite escribir algoritmos en distintos estilos de programación (lenguajes) sin sacrificar ninguna medida de generalidad, o potencia de programación, en la transición.