Gdy kupujesz za pośrednictwem linków afiliacyjnych zawartych w naszych treściach, możemy otrzymać prowizję, co nie wiąże się dla Ciebie z żadnymi dodatkowymi kosztami. Dowiedz się, jak działa nasz 
Czym jest język wysokiego poziomu?
Język wysokiego poziomu to rodzaj języka programowania, który ma uprościć proces programowania komputerowego i uczynienia go bardziej dostępnym.
W przeciwieństwie do języków niskiego poziomu, które są ściśle dostosowane do sprzętu komputerowego, języki wysokiego poziomu przypominają języki ludzkie zarówno pod względem składni (zestaw reguł określających kombinacje symboli, które są uważane za poprawnie skonstruowane programy), jak i semantyki (znaczenie tych symboli).
Takie podejście projektowe pozwala programistom pisać kody w bardziej intuicyjny sposób, koncentrując się na rozwiązywaniu problemów i opracowywaniu algorytmów bez zaprzątania sobie głowy zawiłościami architektury komputera.
Techopedia wyjaśnia pojęcie języka wysokiego poziomu
Zgodnie z zamysłem, języki wysokiego poziomu mają być łatwe do odczytania i napisania, abstrahując od złożoności języka maszynowego i koncentrując się na składni, która jest podobna do naturalnych języków ludzkich. Dzięki tej filozofii projektowania programiści mogą skoncentrować się bardziej na rozwiązywaniu problemów, a mniej na specyfice działania sprzętu komputerowego.
Właściwości języka wysokiego poziomu
Jedną z charakterystycznych cech języków wysokiego poziomu jest ich odłączenie od języka maszynowego. Język maszynowy lub kod maszynowy to surowy język binarny, który jest rozumiany bezpośrednio przez procesor komputera. Z kolei języki wysokiego poziomu pozwalają programistom pisać kod przy użyciu słów i symboli, które są łatwe do zrozumienia i zapamiętania.
Ten poziom abstrakcji oznacza, że dzięki językom wysokiego poziomu nie zajmujesz się szczegółami tego, co dzieje się wewnątrz maszyny, takimi jak zarządzanie pamięcią lub konkretne instrukcje dla procesora. Zamiast tego można skupić się na rozwijaniu logiki programu i pozwolić kompilatorowi lub interpreterowi języka zająć się tłumaczeniem instrukcji wysokiego poziomu na kod maszynowy.
W ten sposób programowanie staje się bardziej dostępne dla początkujących. Z kolei doświadczeni specjaliści doceniają czystszą i prostszą składnię, która koncentruje się na logice i funkcjonalności, a nie na ograniczeniach sprzętowych.
Cel języków wysokiego poziomu
Języki wysokiego poziomu mają na celu usprawnienie procesu kodowania i uczynienie go powszechnie dostępnym. Poniżej omawiamy niektóre z głównych celów, na których opiera się rozwój tych języków.
Łatwość użycia
Można powiedzieć, że języki wysokiego poziomu powstały po to, by maksymalnie uprościć proces programowania. Przyjmując składnię, która odzwierciedla język naturalny, języki te minimalizują krzywą uczenia się dla nowych programistów i zwiększają produktywność doświadczonych programistów. Ta przyjazna dla użytkownika natura uwidacznia się na kilka sposobów:
- Automatyczne zarządzanie pamięcią: W przeciwieństwie do języków niskiego poziomu, które wymagają ręcznej kontroli nad alokacją i dealokacją pamięci, języki wysokiego poziomu automatyzują ten proces. Zmniejsza to ryzyko wycieków pamięci i innych powiązanych błędów, pozwalając programistom skupić się na funkcjonalności ich aplikacji.
- Przejrzysta składnia: Języki wysokiego poziomu powstały z myślą o czytelności; charakteryzują się jasną i zwięzłą składnią. Nie tylko ułatwia to pisanie kodu, ale także upraszcza debugowanie i konserwację, ponieważ kod jest bardziej zrozumiały dla innych lub dla pierwotnego programisty, gdy wraca do niego po pewnym czasie.
Możliwość przenoszenia między systemami
Kolejną istotną zaletą języków wysokiego poziomu jest możliwość ich przenoszenia. Oznacza to, że oprogramowanie można uruchomić na różnych platformach sprzętowych bez konieczności wprowadzania znaczących modyfikacji. Jest to możliwe dzięki następującemu mechanizmowi:
- Kompilatory i interpretery: Są to programy, które tłumaczą kod wysokiego poziomu na kod maszynowy zrozumiały dla procesora komputera. Kompilator wykonuje to przed uruchomieniem programu. Natomiast interpreter tłumaczy kod podczas wykonywania programu, wiersz po wierszu. Ponieważ kompilator lub interpreter jest zaprojektowany specjalnie dla platformy docelowej, ten sam kod wysokiego poziomu może działać na dowolnej platformie, dla której istnieje odpowiedni kompilator lub interpreter.
- Kompatybilność między platformami: Języki wysokiego poziomu działają w odłączeniu od specyfiki sprzętu komputerowego, dzięki czemu programy napisane w tych językach można dostosować do różnych środowisk. Oznacza to, że program napisany w języku wysokiego poziomu może działać na komputerze z systemem Windows, Mac lub Linux przy minimalnych lub żadnych zmianach w kodzie źródłowym.
Wykonywanie języków wysokiego poziomu
Przekształcenie kodu języka wysokiego poziomu w kod maszynowy, który może być wykonywany przez procesor komputera, to podstawowy proces w programowaniu. Konwersja ta może odbywać się na dwa podstawowe sposoby: kompilację i interpretację.
Kompilator tłumaczy cały kod wysokiego poziomu na kod maszynowy przed uruchomieniem programu. Następnie kod maszynowy jest zapisywany jako plik wykonywalny, który można uruchomić na komputerze.
Skompilowane języki, takie jak C++, są znane z dużej szybkości wykonywania. Ponieważ tłumaczenie jest wykonywane od razu, program może działać bezpośrednio na sprzęcie bez potrzeby korzystania z kodu źródłowego lub kompilatora podczas wykonywania.
W przeciwieństwie do kompilatora, interpreter tłumaczy kod wysokiego poziomu na kod maszynowy w trakcie wykonywania programu, przetwarzając kolejne wiersze kodu.
Języki interpretowane, takie jak Python, oferują elastyczność i łatwość testowania, ponieważ zmiany mogą być wprowadzane do kodu i natychmiast uruchamiane bez potrzeby oddzielnego etapu kompilacji. Może to jednak prowadzić do wolniejszego czasu wykonywania w porównaniu do języków kompilowanych, ponieważ proces tłumaczenia odbywa się równocześnie z wykonywaniem kodu.
Rola kompilatorów i interpreterów
Kompilatory i interpretery służą jako pomost między kodem czytelnym dla człowieka napisanym przez programistów a kodem binarnym rozumianym przez komputery. Oto jak działają z językami programowania wysokiego poziomu:
- Kompilatory: Analizują cały kod źródłowy, wyłapując błędy i tłumacząc go na kod maszynowy. Proces ten obejmuje kilka etapów, w tym analizę leksykalną, parsowanie, analizę semantyczną i generowanie kodu. Wynikiem jest samodzielny plik wykonywalny, który można uruchomić na platformie docelowej.
- Interpretery: Odczytują kod źródłowy po jednej linii lub instrukcji na raz, tłumacząc go na instrukcje maszynowe i na bieżąco je wykonując. Metoda ta pozwala na interaktywne sesje kodowania i jest szczególnie przydatna w przypadku języków skryptowych.
- Kompilatory JIT (Just-In-Time): Niektóre języki, takie jak Java, wykorzystują podejście hybrydowe znane jako kompilacja Just-In-Time. W tym modelu kod wysokiego poziomu jest kompilowany do postaci pośredniej (kodu bajtowego), która jest uniwersalnie wykonywalna na różnych platformach za pomocą maszyny wirtualnej (VM). Następnie maszyna wirtualna kompiluje kod bajtowy do kodu maszynowego w czasie wykonywania. Takie podejście stanowi kompromis szybkością języków kompilowanych a elastycznością języków interpretowanych.
Przykłady i przypadki użycia języków wysokiego poziomu
Każdy język wysokiego poziomu ma swoje mocne strony. Poszczególne rodzaje języków nadają się do różnych projektów, dlatego poniżej pokazujemy przykłady znanych języków wysokiego poziomu i przykłady ich zastosowania.
| Język | Opis | Powszechne przypadki użycia |
| Python | Znany ze swojej prostoty i czytelności. Wszechstronny język używany w różnych dziedzinach. |
|
| Java | Oparty na klasach, obiektowy język zaprojektowany z myślą o minimalnych zależnościach implementacyjnych. |
|
| C# | Opracowany przez Microsoft, wieloparadygmatowy język przeznaczony głównie dla aplikacji desktopowych i internetowych. |
|
| JavaScript | Podstawa tworzenia stron internetowych, wykorzystywany zarówno we frontendzie, jak i w backendzie. |
|
| Ruby | Dynamiczny, refleksyjny, obiektowy język znany ze swojej prostoty i produktywności. |
|
| Swift | Opracowany przez Apple dla aplikacji iOS i Mac. Kładzie nacisk na bezpieczeństwo, wydajność i wzorce projektowe oprogramowania. |
|
| Kotlin | Statycznie typowany język, który działa na maszynie wirtualnej Java i może być używany do tworzenia aplikacji na Androida. |
|
| PHP | Powszechnie używany język skryptowy ogólnego przeznaczenia o otwartym kodzie źródłowym, który jest szczególnie odpowiedni do tworzenia stron internetowych i może być osadzony w HTML. |
|
| Go (Golang) | Opracowany przez Google, znany z prostoty, wydajności i silnego wsparcia dla programowania współbieżnego. |
|
Wady i zalety języków wysokiego poziomu
Jak każda technologia, również języki wysokiego poziomu mają swoje mocne strony i ograniczenia. Mając świadomość tych aspektów możemy wybrać właściwy język do konkretnego projektu.
Zalety
- Zwiększona produktywność: Języki wysokiego poziomu są z natury czytelne i proste, co oznacza, że programiści mogą pisać, czytać i utrzymywać kod szybciej niż w przypadku języków niskopoziomowych. Prostota składni i abstrakcja od szczegółów sprzętowych pozwalają na szybsze cykle rozwoju i szybsze iteracje
- Łatwość utrzymania: Dzięki przejrzystej składni i uporządkowanemu podejściu języki wysokiego poziomu ułatwiają debugowanie i aktualizację kodu. Programy napisane w tych językach są generalnie łatwiejsze w utrzymaniu przez cały cykl życia, co zmniejsza całkowity koszt ich posiadania.
- Dostępność dla początkujących programistów i amatorów: Przyjazny dla użytkownika charakter języków wysokiego poziomu obniża barierę wejścia do programowania.
Wady
- Kwestie wydajności: Jako że języki wysokiego poziomu działają w odłączeniu od sprzętu, mogą działać mniej wydajnie niż języki niskopoziomowe, szczególnie w zadaniach wymagających dużej ilości zasobów, takich jak przetwarzanie grafiki lub systemy czasu rzeczywistego.
- Możliwe ograniczenia w zakresie bezpośredniej kontroli sprzętu: W przypadku projektów wymagających bezpośredniej kontroli nad sprzętem, takich jak systemy wbudowane lub jądra systemów operacyjnych, języki wysokiego poziomu mogą nie oferować wymaganej szczegółowości.
Języki wysokiego poziomu kontra języki niskopoziomowe
Języki programowania są często klasyfikowane jako wysokopoziomowe lub niskopoziomowe, a każdy z nich służy innym celom podczas tworzenia oprogramowania.
| Aspekt | Języki wysokiego poziomu | Języki niskiego poziomu |
| Charakterystyka | Dostępne, czytelne i działające w odłączeniu od złożoności sprzętu. | Minimalna abstrakcja od architektury zestawu instrukcji komputera. |
| Poziom abstrakcji | Wysoki poziom abstrakcji od sprzętu. Programy są pisane przy użyciu konstrukcji przypominających ludzkie język. | Niski poziom lub brak odłączenia od sprzętu. Bezpośrednia kontrola nad sprzętem z bardziej złożoną składnią. |
| Łatwość użycia | Łatwiejsze do nauki i pisania. Automatyzują wiele zadań na poziomie systemu, takich jak zarządzanie pamięcią. | Trudniejsze w nauce i obsłudze. Wymagają szczegółowego zrozumienia sprzętu. |
| Tempo rozwoju | Szybszy rozwój dzięki prostszej składni i oddzieleniu od sprzętu. | Wolniejszy rozwój, ponieważ kod musi być precyzyjnie dostosowany do sprzętu. |
| Wydajność | Ogólnie wolniejsze ze względu na warstwę abstrakcji. Wystarczające dla większości aplikacji. | Wyższa wydajność i efektywność dzięki bezpośredniemu sterowaniu sprzętem. |
| Kontrola nad sprzętem | Ograniczona bezpośrednia kontrola nad sprzętem. Odpowiednie dla oprogramowania użytkowego. | Szczegółowa kontrola nad sprzętem. Idealne dla oprogramowania systemowego, takiego jak system operacyjny lub sterowniki. |
| Zastosowanie | Do tworzenia większości aplikacji: internetowych, mobilnych i biznesowych. | Gdy ważna jest wydajność, efektywność lub bezpośrednia kontrola nad sprzętem. |
| Przykłady | Python, Java, C#, JavaScript | Język asemblera, kod maszynowy |
Podsumowanie
Języki wysokiego poziomu usprawniają programowanie dzięki czytelnej dla człowieka składni. Jako że działają niezależnie od złożoności sprzętu, sprawdzają się na różnych platformach. Dodatkowo zapewniają też większą produktywność są łatwe w utrzymaniu w trakcie swojego cyklu życia. Z drugiej strony jednak mogą oferować mniejszą wydajność i kontrolę sprzętu w porównaniu z językami niskopoziomowymi. Języki wysokopoziomowe, takie jak Python, Java, C# i JavaScript, służą różnym celom, od tworzenia stron internetowych po analizę danych.
