TEMA 2. DISE

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TEMA 2.DISEÑO Y PARADIGMAS DE LOS LENGUAJES DE
PROGRAMACIÓN.

• Lecciones 3,4,5,6,7,8

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Precedentes (I)

• El diseño de lenguajes es un problema complejo
• En los lenguajes de programación hay muchos
  errores de diseño
• Se han considerado ideas erróneas
• FORTRAN
• uso del GOTO
• declaración implícita de variables
• COBOL
• Sentencias demasiado largas
• Farragoso de escribir y leer
• Uso del GOTO
• APL
• si puede significar algo, lo significa
• LISP
• una sintaxis simple es más fácil de aprender
• Los paréntesis dificultan escribir programas
• La lectura es compleja por una sintaxis demasiado
  homogénea

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Precedentes (II)

• C
• el programador sabe lo que hace
• Obtener direcciones de variables locales
• Printf no comprueba el tipo y número de los
  argumentos
• C
• se puede extender C al paradigma orientado a
  objeto (demasiados compromisos de compatibilidad)
• Uso intensivo de apuntadores a objetos
• Lenguaje demasiado complicado
• Un lenguaje se puede utilizar para todo tipo de
  desarrollo de software
• Aun con muchos errores de diseño es importante
  estudiar los lenguajes de programación existentes
  ya que aportan muchas ideas

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Consideraciones Preliminares

• Cual es el propósito del lenguaje?
• No hay un lenguaje bueno para todo
• Aplicación específica
• Bases de datos, sistemas expertos, cálculo
  numérico, programación simbólica, diseño
  algorítmico, etc.
• Es necesario diseñar un nuevo lenguaje?
• Ya existe un lenguaje apropiado
• El nuevo lenguaje se diferencia de los existentes
• Se consume demasiado tiempo en el diseño e
  implementación de un nuevo lenguaje
• Es demasiado fácil diseñar un lenguaje incompleto
• Lenguaje demasiado especializado
• Sacrificar características del lenguaje por un
  compilador simple.
• Otras opciones
• Un modulo o librería de funciones
• Ampliar un lenguaje de programación

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Fuentes de Ideas

• Lenguaje natural (COBOL)
• Fácil de leer y escribir
• Ambiguo
• Solo se puede implementar un subconjunto
• Lenguajes matemáticos (APL)
• No ambiguos
• Crípticos
• La programación no es matemáticas
• Lenguajes de programación
• Errores de diseño (pasado)
• Hay que valorar cada característica de un
  lenguaje existente antes de incluirla en el nuevo
  lenguaje
• Pruebas y experimentos
• Programar con el lenguaje antes de haber acabado
  su diseño
• Sirve para detectar los problemas del diseño y
  tomar decisiones difíciles.

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Objetivos y Filosofías de Diseño

• Comunicación humana
• Prevención y detección de errores
• Usabilidad
• Efectividad
• Compilabilidad
• Eficiencia
• Independencia de la máquina
• Simplicidad
• Uniformidad
• Ortogonalidad
• Generalización y especialización
• Otras filosofías de diseño

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Comunicación humana (I)

• Se busca una comunicación eficiente entre el
  programador y el ordenador
• Un buen nivel de comunicación se da cuando los
  programas son leíbles
• No ha de ser necesaria una documentación externa
  al programa (minimizar)
• Es más importante que un programa sea leíble que
  escribible
• Un programa se escribe una vez, pero se lee
  muchas durante su depuración, documentación y
  mantenimiento.
• Tendencia actual a separar la interfaz de la
  implementación de un módulo
• La sintaxis ha de reflejar la semántica
• Reducir las manipulaciones implícitas
• Coerciones (coerciones de PL/I o C)
• ON de BASIC para eventos o excepciones
• Constructores y destructores de C (necesarios,
  pero complican el seguimiento del flujo de
  ejecución)

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Comunicación humana (II)

• El lenguaje ha de representar los patrones de
  pensamiento humanos
• No hay que crear una sintaxis pensada
  exclusivamente para
• un modelo de cómputo teórico (l-calculus)
• un conjunto de instrucciones de la máquina
• facilitar la compilación (forth)
• El programador no es un ordenador
• Que el compilador entienda una estructura es
  posible que el programador no
• Evitar incluso la posibilidad de escribirlas
• Reducir el conocimiento contextual
• El programador no funciona con una pila como el
  programa compilado.

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Prevención y detección de errores

• El programador comete errores
• Hay que prevenir los errores
• El programador es su fuente
• El programador no sabe lo que hace y el
  compilador ha de limitar sus acciones (EUCLID,
  PASCAL)
• Hacer imposible cierto tipo de errores
• Ejecutar datos -gt control de flujo limitado
• Errores en el uso de datos -gt Tipado fuerte
• Apuntadores erróneos -gt Gestión de memoria
  implícita (LISP, PROLOG, ML, etc).
• Hay que facilitar su detección, identificación y
  corrección
• Redundancia
• Tener que declarar antes de utilizar.
• Evitar coerciones inductoras de errores
• float a int por su perdida de precisión
• Comprobaciones en tiempo de ejecución
• Indice de array fuera de limites
• Control sobre los apuntadores a NULL

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Lenguaje Utilizable y Efectivo

• Un lenguaje ha de ser fácil de utilizar
• Un lenguaje ha de ser fácil de aprender y
  recordar
• Evitar la necesidad de consultar el manual (C
  no cumple)
• Lenguaje simple (C no cumple)
• Aprendizaje incremental (PROLOG no cumple, LISP
  si cumple)
• El comportamiento del lenguaje ha de ser
  predecible
• el uso de void de C es incomprensible
• Efectividad
• Los detalles de implementación no han de
  oscurecer las intenciones del programador
• Soportar abstracción
• Modularidad Separar especificación de
  implementación
• Los Efectos de un cambio han de quedar
  localizados
• Evitar los trucos (programas ilegible)

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Otras filosofías de diseño

• Compilabilidad
• Se ha de poder compilar programa en un tiempo
  reducido
• Se ha de poder depurar o aplicar otras
  herramientas de análisis
• Eficiencia La ejecución ha de ser rápida
• Independencia de la máquina
• Simplicidad
• Uniformidad lenguaje predecible
• Ortogonalidad
• Todas las características del lenguaje se han de
  poder combinar
• Generalización y especialización
• La generalización dice que algo similar también
  es correcto, pero es difícil de implementar
• Hay que especializar para facilitar la
  implementación sin perder la utilidad del lenguaje

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Diseño Detallado

• Microestructura
• Estructura de las expresiones
• Estructuras de datos
• Estructuras de control
• Estructura de compilación
• Estructura de la entrada/salida

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Reducción del Tamaño
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Pragmatismo
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Ejemplos Lenguajes de Programación y su Diseño

• El lenguaje C
• Aplicación programación de sistemas
• Programador experto
• Sacar el mayor rendimiento posible del ordenador
• PASCAL
• Aplicación docencia
• Programador inexperto
• LISP
• Aplicación procesamiento simbólico
• Desarrollo rápido
• PROLOG
• Aplicación procesamiento simbólico
• Programación lógica
• Desarrollo rápido

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El Lenguaje C (I)

• Lenguaje pensado para el desarrollo de sistemas
  operativos (unix)
• Rendimiento/velocidad de ejecución
• Programador experto
• Código compacto
• Redimiento/Velocidad de ejecución
• Operaciones básicas simples
• Apuntadores
• uso para los strings y arrays
• Estructuras de datos referenciadas por
  apuntadores (paso por referencia explícito)
• Gestión de memoria explícita
• En las primeras versiones las funciones solo
  retornan datos que puedan ir en un registro del
  procesador
• Optimización explícita
• Incremento y decremento
• Operaciones con asignación incluida
• variables register

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El Lenguaje C (II)

• En contra de la velocidad
• Cálculos en coma flotante con la máxima precisión
  posible
• Programador experto
• Amplio uso de coerciones
• Implícitas
• char -gt int -gt double
• double lt- int lt.- char
• void -gt tipo, tipo -gt void
• Explícitas
• El programador puede convertir cualquier tipo de
  datos en cualquier otro.
• int -gt void
• Flujo de ejecución
• break y continue
• goto local
• long jump
• Obtención de direcciones
• Se puede obtener la dirección de cualquier
  variable aunque esta sea local

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El Lenguaje C (III)

• Prioridades de operadores complejas
• Casi cualquier combinación de operadores es
  aceptada por el compilador
• Otras cuestiones
• Falta de un método por defecto para la gestión de
  excepciones
• Códigos de error retornados por las funciones de
  la librería que continuamente ha de verificar el
  programa
• Faltan comentarios de una línea
• Palabras clave con diferentes significados según
  el contexto
• static
• Semántica ambigua
• Incrementos en una expresión
• Métodos para la escritura de programas
  transportables soportados por el programador
• Compilación condicional
• sizeof

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El Lenguaje C (IV)

• Sintaxis de los comentarios confundible (Ab/p)
• Código compacto
• La mayor parte de las instrucciones se traducen a
  unas pocas instrucciones de código máquina
• Faltan instrucciones de alto nivel
• Strings
• Tratamiento por apuntadores
• Gestión explicita de la memoria
• Considerar continuamente si la reserva de memoria
  es suficiente
• No hay copia de datos compuestos
• Asignación array a array

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PASCAL

• Docencia
• Estructura muy rígida de los programas
• Un buen nivel de abstracción
• Transportable
• Lenguaje simplificado
• Falta de módulos y librerías
• Librería básica muy limitada
• Escritura farragosa de los programas
• Minimización del uso de coerciones
• Todo lo que hace el programa se indica
  explícitamente
• Pensado para la resolución de problemas por
  subdivisión
• Definiciones anidables de funciones y
  procedimientos
• Tipado fuerte

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LISP

• Sintaxis demasiado simple
• Difícil escritura y lectura de los programas
• Comprobaciones semánticas en tiempo de ejecución
• Variables declaradas
• Tipos de datos
• Enfoque pragmático
• Programación imperativa y funcional
• Orientado a optimizar el desarrollo frente a la
  velocidad de ejecución
• Gestión de memoria implícita
• Uso de listas para todo
• Amplia librería de funciones
• Diseño por etapas
• Funciones repetidas
• setq y setf
• Parches para mantener compatibilidad
• forma de creación de los places

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PROLOG

• Programación declarativa y lógica
• Implementación del cálculo de predicados
• Faltan funciones (l-prolog)
• Difícil modularidad
• Un método de programación demasiado alejado de la
  programación habitual
• Gramática de operadores extensible
• Totalmente transportable
• Modulariza las búsquedas
• Convierte los bucles de una búsqueda en una
  secuencia lineal de aplicación de predicados

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C

• Orientación a objeto de C
• Mantener la compatibilidad con C
• Uso masivo de apuntadores
• Tratamiento de excepciones no soportado por las
  librerías estándar
• Rendimiento
• Complica el lenguaje
• Static en métodos
• Métodos virtuales y no virtuales
• Templates
• Destructores por gestión de memoria explícita
• Apuntadores y referencias
• Otros
• comentarios de una línea fáciles de escribir y
  leer (repetición de //)
• Implementación parcial de las coerciones

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ADA

• Lenguaje pensado para grandes proyectos de
  software
• Facilitar el uso de librerías
• Interfaz separa de la implementación del módulo
• Control exhaustivo sobre la interfaz
• Fácil lectura y detección de posibles bugs
• Sintaxis de las instrucciones de control de flujo
  con marcadores claros de inicio y fin (If then
  else end if)
• Etiquetas visibles ltltetiquetagtgt
• Coerciones explicitas
• Reducción de los errores
• Definición de excepciones para controlar errores
  de ejecución
• Acceso a array fuera de rango
• Un case del que no se selecciona ninguna opción
• Atributos asociados a las variables
• un array tiene asociado el atributo de su tamaño

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Opciones en el Diseño (I)

• Sintaxis de control de flujo
• Instrucción compuesta
• C, PASCAL (for () ...
• Instrucciones de control de flujo con claros
  marcadores de inicio y fin
• ADA
• Instrucción vacía
• Explicita ADA (null)
• Implícita C, PASCAL ( o nada)
• Lenguaje orientado a
• Instrucción ADA, PASCAL
• Expresión C, funcionales
• Marcadores de las estructuras sintácticas
• Si PASCAL, ADA
• No C, C
• Expresiones
• Riqueza de operadores C, C
• Pobreza de operadores PASCAL, ADA

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Opciones en el Diseño (II)

• Sistema de tipos
• No tipado LISP, BASIC
• Tipado C, PASCAL, ADA, etc.
• Código genérico
• Datos marcados con su tipo en ejecución
• Tipos paramétricos
• templates
• Gestión de memoria
• Explicita C, PASCAL, ADA
• Velocidad
• Implícita LISP, PROLOG, Java, funcionales
• Simplicidad
• Gestión de errores de ejecución
• Responsabilidad del programador C, C
• Responsabilidad del lenguaje ADA
• Excepciones sin declarar C
• Excepciones declaradas Java

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Opciones en el Diseño (III)

• Estructura declaraciones
• Rígida PASCAL, ADA
• Poco rígida C
• Libre C
• Ámbitos
• Expresión LISP
• Instrucción compuesta C, C, Java
• Función C, C, PASCAL, ADA
• Espacios de nombres
• Clases
• Paquetes
• Módulos
• Coerciones
• Explicitas ADA
• Pocas implícitas PASCAL
• Muchas implícitas C, C

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• Lección 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
  LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN. Valores.
  Almacenamiento. Ligaduras. Abstracción.

29

• Lección 6. SISTEMAS DE TIPOS Y LENGUAJES
  IMPERATIVOS. Monomorfismo. Polimorfismo. Tipos
  Paramétricos. Inferencia de Tipos. Coerciones.
  Subtipos. Flujos de control. Excepciones.

30

• Lección 7. ENCAPSULACIÓN Y PARADIGMAS DE OBJETOS.
  PROGRAMACIÓN FUNCIONAL Y PROGRAMACIÓN LÓGICA.
  Tipos abstractos. Objetos. Clases. Herencia.
  Funciones. Pattern matching. Valores y tipos.
  Funcionales. Programación lógica. Cláusulas,
  relaciones y términos. Concepto de mundo cerrado.

31

• Lección 8. CONCURRENCIA. ENTRADA, SALIDA Y
  FICHEROS. Paradigmas concurrentes de alto nivel
  (Rendezvous). Entrada / salida incluida en las
  primitivas del lenguaje o en bibliotecas de
  funciones. Tipos de datos y la entrada / salida.
  Conceptos de entrada / salida en un lenguaje.
  Ejemplos Pascal, C, C.

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(No Transcript)
33

• Lección 3. OBJETIVOS Y FILOSOFÍAS DE DISEÑO.
  Consideraciones preliminares. Fuente de ideas.
  Comunicación humana. Prevención y detección de
  errores. Utilizabilidad. Programación efectiva.
  Compilabilidad. Eficiencia. Independencia del
  hardware. Simplicidad. Uniformidad. Ortogonalidad.

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• Lección 4. CONSIDERACIONES PRACTICAS.
  Generalización y especialización. Reducción de
  tamaño. Pragmatismo. Metodología.

35

• Lección 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
  LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN. Valores.
  Almacenamiento. Ligaduras. Abstracción.

36

• Lección 6. SISTEMAS DE TIPOS Y LENGUAJES
  IMPERATIVOS. Monomorfismo. Polimorfismo. Tipos
  Paramétricos. Inferencia de Tipos. Coerciones.
  Subtipos. Flujos de control. Excepciones.

37

• Lección 7. ENCAPSULACIÓN Y PARADIGMAS DE OBJETOS.
  PROGRAMACIÓN FUNCIONAL Y PROGRAMACIÓN LÓGICA.
  Tipos abstractos. Objetos. Clases. Herencia.
  Funciones. Pattern matching. Valores y tipos.
  Funcionales. Programación lógica. Cláusulas,
  relaciones y términos. Concepto de mundo cerrado.

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• Lección 8. CONCURRENCIA. ENTRADA, SALIDA Y
  FICHEROS. Paradigmas concurrentes de alto nivel
  (Rendezvous). Entrada / salida incluida en las
  primitivas del lenguaje o en bibliotecas de
  funciones. Tipos de datos y la entrada / salida.
  Conceptos de entrada / salida en un lenguaje.
  Ejemplos Pascal, C, C.
• Lección 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS
  LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN. Valores.
  Almacenamiento. Ligaduras. Abstracción.