I. NG�N NGỮ LẬP TR�NH
Con người liên lạc với nhau thông qua ngôn ngữ, tạo ra các mẫu từ ngữ và âm thanh. Ngôn ngữ lập trình cũng tương tự như vậy, đó là một tập từ ngữ và ký hiệu cho phép lập trình viên hoặc người dùng có thể nói chuyện với máy tính. Cũng giống như tiếng Anh, tiếng Tây Ban Nha hoặc tiếng Trung Quốc và những ngôn ngữ tiếng nói khác, ngôn ngữ lập trình cũng có các luật được gọi là cú pháp (syntax) để đảm bảo ngôn ngữ đó được vận dụng một cách chính xác.
Ðó là một tập các chỉ thị (instruction) được sắp xếp theo một trật tự định trước nhằm hướng dẫn máy tính thực hiện các thao tác, hành động cần thiết để đáp ứng một mục tiêu đã định trước của con người như truy xuất dữ liệu, tìm kiếm, giải bài toán, ...Các chỉ thị này có thể được viết bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau.
Có hàng trăm loại ngôn ngữ lập trình khác nhau, mỗi loại ngôn ngữ đều có cú pháp riêng của nó. Một số ngôn ngữ thì được phát triển để dùng trên các loại máy tính chuyên biệt, một số ngôn ngữ khác thì - do sự thành công của nó - đã trở thành chuẩn và được áp dụng trên đa số các máy tính. Ngôn ngữ lập trình có thể được phân chia thành 3 loại chính : ngôn ngữ máy, hợp ngữ và ngôn ngữ cấp cao.
Ngôn ngữ máy Ngôn ngữ máy (mã máy) là ngôn ngữ nền tảng của bộ vi xử lý. Các chương trình được viết trong tất cả các loại ngôn ngữ khác cuối cùng đều được chuyển thành ngôn ngữ máy trước khi chương trình đó được thi hành. Vì tập lệnh của ngôn ngữ máy phụ thuộc vào loại vi xử lý nên ngôn ngữ máy sẽ khác nhau trên những máy tính có sử dụng bộ vi xử lý khác nhau. Lợi điểm của viết chương trình bằng ngôn ngữ máy là lập trình viên có thể điều khiển máy tính trực tiếp và đạt được chính xác điều mình muốn làm. Do đó, các chương trình ngôn ngữ máy được viết tốt là những chương trình rất hiệu quả (tốc độ thi hành nhanh, kích thước nhỏ). Bất lợi của chương trình ngôn ngữ máy là thông thường sẽ mất rất nhiều thời gian để viết, rất khó đọc, theo dõi để tìm lỗi. Thêm vào đó, bởi vì chương trình được viết bằng tập lệnh phụ thuộc vào bộ vi xử lý nên chương trình chỉ chạy được trên những máy tính có cùng bộ vi xử lý mà thôi. Ngôn ngữ máy cũng được gọi là ngôn ngữ cấp thấp (low-level language)
Hợp ngữHợp ngữ được phát triển nhằm giúp các lập trình viên dễ nhớ các chỉ thị của chương trình hơn. Hợp ngữ tương tự như ngôn ngữ máy nhưng lại sử dụng các ký hiệu gợi nhớ (mnemonics hay mã lệnh hình thức - symbolic operation code) để biểu diễn cho các mã lệnh của máy. Một đặc điểm khác nữa là hợp ngữ thông thường cho phép định địa chỉ hình thức (symbolic addressing), nghĩa là một vị trí bộ nhớ trong máy tính có thể được tham chiếu tới thông qua một cái tên hoặc ký hiệu, chẳng hạn như TOTAL thay vì phải sử dụng địa chỉ thực sự của nó (bằng con số nhị phân) trong ngôn ngữ máy. Các chương trình hợp ngữ còn bao gồm các chỉ thị vĩ mô (macro instruction) có thể tạo ra nhiều lệnh mã máy. Các chương trình hợp ngữ được chuyển sang mã máy thông qua một chương trình đặc biệt gọi là trình hợp dịch (assembler). Mặc dù hợp ngữ tương đối dễ dùng hơn mã máy nhưng hợp ngữ vẫn được xem là ngôn ngữ cấp thấp bởi vì nó vẫn còn rất gần với từng thiết kế của máy tính.
Ngôn ngữ cấp caoCuộc cách mạng của ngôn ngữ máy tính bắt đầu với sự phát triển của ngôn ngữ cấp cao vào cuối thập kỷ 1950 và 1960. Ngôn ngữ cấp cao gần gũi hơn với ý niệm ngôn ngữ mà hầu hết mọi người đều biết, nó bao gồm các danh từ, động từ, ký hiệu toán học, liên hệ và các thao tác luận lý. Các yếu tố này có thể được phối hợp, liên kết với nhau tạo thành một hình thức của câu. Các "câu" này được gọi là các mệnh đề của chương trình (program statement). Chính vì những đặc điểm này, các lập trình viên dễ dàng đọc và dễ học ngôn ngữ cấp cao hơn so với ngôn ngữ máy hoặc hợp ngữ. Một lợi điểm quan trọng là ngôn ngữ cấp cao thông thường không phụ thuộc vào máy tính, nghĩa là các chương trình viết bằng ngôn ngữ cấp cao có thể chạy trên các loại máy tính khác nhau (sử dụng các bộ vi xử lý khác nhau).
Các ngôn ngữ lập trình thông dụngMặc dù đã có hàng trăm ngôn ngữ lập trình được sinh ra, chỉ có một số ít là được sử dụng rộng rãi và được xem là một chuẩn công nghiệp. Các ngôn ngữ này đều có thể được sử dụng trên nhiều loại máy tính khác nhau.BASIC, viết tắt của cụm từ Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code, được phát triển bởi John Kermeny và Thomas Kurtz vào năm 1964 tại trường đại học Dartmouth. Ban đầu, họ thiết kế BASIC là một ngôn ngữ lập trình đơn giản, có tính tương tác để các sinh viên học tập và sử dụng. BASIC đã trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình thông dụng nhất được sử dụng trên các máy vi tính và máy tính mini ngày nay.
Các loại ngôn ngữ lập trình khác
Mọi chương trình được viết bằng các ngôn ngữ không phải là ngôn ngữ máy cuối cùng đều phải được chuyển đổi sang ngôn ngữ máy trước khi được thi hành. Chương trình ngôn ngữ cấp cao được dịch sang ngôn ngữ máy bằng một trong hai cách : bằng trình biên dịch (compiler) hoặc trình thông dịch (interpreter).
Trình biên dịch : Sẽ chuyển đổi toàn bộ chương trình sang mã máy, rồi chứa kết quả vào dĩa để có thể thi hành về sau. Chương trình ngôn ngữ cấp cao được chuyển đổi được gọi là chương trình nguồn (source program) và chương trình ngôn ngữ máy được tạo ra được gọi là chương trình đối tượng (object program) hoặc mã đối tượng (object code). Khi người dùng muốn chạy chương trình, chương trình đối tượng sẽ được nạp lên bộ nhớ chính của CPU và các chỉ thị của chương trình sẽ được thi hành. Khi được hướng dẫn bởi các chỉ thị của chương trình, CPU sẽ truy xuất dữ liệu và tạo ra các kết quả. Trình biên dịch sẽ kiểm tra cú pháp chương trình, thực hiện các phép kiểm tra logic và đảm bảo các dữ liệu sắp được sử dụng trong các phép so sánh, tính toán đã được định nghĩa một cách hợp lý ở một nơi nào đó trong chương trình. Một chức năng quan trọng của trình biên dịch là nó sẽ tạo ra một danh sách lỗi của tất cả mệnh đề trong chương trình vi phạm cú pháp của ngôn ngữ. Danh sách này giúp lập trình viên dễ dàng sửa đổi chương trình.Do ngôn ngữ máy phụ thuộc vào bộ vi xử lý nên các máy tính khác nhau sẽ cần có các trình biên dịch khác nhau đối với cùng một ngôn ngữ cấp cao. Ví dụ, một máy mainframe, máy mini và máy tính cá nhân cần có các trình biên dịch khác nhau để biên dịch cùng một chương trình nguồn sang mã máy của từng loại máy này.
Trình thông dịch : Thay vì chuyển đổi toàn bộ chương trình nguồn như trình biên dịch, trình thông dịch chỉ chuyển đổi một mệnh đề của chương trình và thực hiện đoạn mã kết quả ngay, sau đó nó tiếp tục chuyển đổi mệnh đề thứ 2 rồi thi hành đoạn mã kết quả thứ 2 và cứ thế. Khi sử dụng trình thông dịch, mỗi lần chạy chương trình là mỗi lần chương trình nguồn được thông dịch sang ngôn ngữ máy. Không có chương trình đối tượng nào được tạo ra.Các trình thông dịch thường được dùng trên các máy tính cá nhân không có đủ bộ nhớ hoặc sức mạnh tính toán cần thiết để dùng trình biên dịch. Lợi điểm của trình thông dịch là lập trình viên vẫn có thể chạy một chương trình vẫn còn lỗi cú pháp. Chỉ đến lúc thông dịch đến câu lệnh có lỗi cú pháp, quá trình thi hành chương trình mới bị ngừng lại và trình thông dịch sẽ thông báo lỗi. Ðiểm bất lợi là các chương trình thông dịch chạy không nhanh bằng các chương trình được biên dịch vì quá trình chuyển đổi sang ngôn ngữ máy được thực hiện cùng với quá trình thi hành chương trình. Vì lý do này, ngày nay, đa số các ngôn ngữ cấp cao đều dùng trình biên dịch.
1.4. Lập trình cấu trúc Lập trình cấu trúc là một phương pháp lập trình có các đặc trưng cơ bản sau : tính đơn thể, cấu trúc điều khiển và tính vào/ra đơn. Tuân thủ theo nguyên tắc lập trình có cấu trúc sẽ giúp các chương trình dễ viết, dễ đọc, dễ hiểu, dễ kiểm lỗi và dễ hiệu chỉnh.
Tính đơn thể (modules) : Với lập trình cấu trúc, các vấn đề trong lập trình được phân rã (chia nhỏ) thành những phần nhỏ hơn gọi là các đơn thể. Mỗi đơn thể, được gọi là một chương trình con trong các ngôn ngữ lập trình, sẽ thực hiện một nhiệm vụ định trước trong chương trình. Ðiểm lợi chính của kỹ thuật này là nó đơn giản hóa việc phát triển chương trình vì mỗi đơn thể chương trình có thể được phát triển một cách độc lập. Khi các đơn thể được lắp ghép lại, chúng tạo thành một chương trình hoàn chỉnh tạo ra được kết quả mong muốn.Sơ đồ cấu trúc (structure chart) hay còn gọi là sơ đồ phân cấp (hierarchy chart) thường được dùng để phân rã và biểu diễn cho các đơn thể trong chương trình. Khi một quá trình phân rã chương trình hoàn tất, toàn bộ cấu trúc của chương trình sẽ được biểu diễn bằng một sơ đồ phân cấp. Sau đây là một ví dụ :
Cấu trúc điều khiển (control structure) : Trong lập trình cấu trúc, người ta sử dụng 3 cấu trúc điều khiển để tạo nên logic của chương trình. Mọi vấn đề logic đều có thể giải quyết được bằng cách phối hợp 3 cấu trúc này. 3 cấu trúc này là : cấu trúc tuần tự (sequence), cấu trúc chọn (selection) và cấu trúc lặp (iteration).Một dạng khác của cấu trúc chọn là cấu trúc case. Cấu trúc case được dùng khi một điều kiện được kiểm tra có thể dẫn đến 2 hay nhiều quá trình xử lý khác nhau. Trong một chương trình, menu là một ví dụ về cấu trúc case vì nó cung cấp nhiều chọn lựa xử lý khác nhau.Chi tiết của các cấu trúc này sẽ được giới thiệu chi tiết trong các bài học liên quan đến ngôn ngữ PASCAL.
Vào/ra đơn( single entry/exit) : Đây là một khái niệm quan trọng trong lập trình cấu trúc. Vào/ ra đơn nghĩa là chỉ có một điểm vào và một điểm ra đối với mỗi cấu trúc trong 3 cấu trúc ở trên. Ðiểm vào là điểm bắt đầu cấu trúc điều khiển và điểm ra là điểm kết thúc cấu trúc điều khiển.Tính chất này cải thiện đáng kể logic của một chương trình, bởi vì, khi đọc một chương trình, lập trình viên có thể đảm bảo rằng cho dù có chuyện gì xảy ra trong cấu trúc đi nữa thì cấu trúc điều khiển chỉ đi ra ở một điểm duy nhất. Trước khi có lập trình cấu trúc, nhiều lập trình viên hay có thói quen chuyển điều khiển đến những phần khác trong chương trình màkhông tuân theo luật vào/ra đơn. Ðiều này sẽ dẫn đến một thiết kế chương trình tồi, cực kỳ khó khăn để đọc và kiểm tra lỗi cũng như hiệu chỉnh. Chương trình viết theo lối này sẽ giống như một mớ dây rối !!
1.5. Lập trình hướng đối tượng Lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming – OOP) là một tiếp cận mới cho việc phát triển phần mềm cho phép lập trình viên tạo ra các đối tượng (object), một phương pháp kết hợp cả dữ liệu và các câu lệnh của chương trình. Theo kiểu lập trình truyền thống, người ta thường lưu trữ dữ liệu - chẳng hạn như các tập tin - độc lập với chương trình thao tác trên dữ liệu đó. Do đó, mỗi chương trình phải tự định nghĩa cách thức sử dụng dữ liệu cho chính nó. Ðiều này thường dẫn đến sự trùng lắp mã lệnh, hơn nữa, mỗi lần dữ liệu thay đổi thì mã chương trình phải thay đổi theo. Với lập trình hướng đối tượng, các câu lệnh của chương trình cũng như dữ liệu được kết hợp trong các đối tượng mà sau đó có thể được dùng đi dùng lại nhiều lần bất cứ khi nào ta cần. Các lệnh đặc biệt gọi là phương thức (method) sẽ định nghĩa cách thức phản ứng của đối tượng khi đối tượng đó được dùng trong chương trình.
Khi dùng lập trình hướng đối tượng, các lập trình viên sẽ định nghĩa ra các lớp đối tượng (class). Mỗi lớp sẽ có những phương thức đặc trưng cho lớp đó. Ngoài ra, các lớp đối tượng còn có khả năng truyền những phương thức của nó cho những lớp thấp hơn gọi là thừa kế (inheritance). Một dẫn xuất (instance) của đối tượng sẽ chứa tất cả phương thức từ các lớp cao hơn cộng với các phương thức đặc trưng của nó. Khi một đối tượng nhận được một chỉ thị để thực hiện điều gì, người ta chỉ thị đó là một thông điệp (message). Không giống như lập trình truyền thống, thông điệp không cần phải chỉ rõ cho đối tượng biết phải thực hiện như thế nào mà chỉ cần bảo đối tượng phải cung cấp kết quả gì. Còn thực hiện như thế nào sẽ được định nghĩa trong các phương thức của đối tượng đó hoặc thừa kế từ các cấp cao hơn.
Liên quan đến lập trình hướng đối tượng là các phần mềm hướng đối tượng (object-oriented software) và hệ điều hành hướng đối tượng (object-oriented operating system). Phần mềm hướng đối tượng là phần mềm sử dụng phương pháp lập trình hướng đối tượng. Còn hệ điều hành hướng đối tượng là hệ điều hành được thiết kế đặc biệt để chạy các ứng dụng hướng đối tượng.
Việc sử dụng máy tính điện tử (MTÐT) để giải quyết một vấn đề nào đó thường được quan niệm một cách không chuẩn xác, đơn giản đó chỉ là việc lập trình thuần túy. Thực ra, đó là cả một quá trình phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn phát triển mà lập trình chỉ là một trong các giai đoạn đó (thậm chí chưa chắc đã là phần việc quan trọng nhất). Các bước quan trọng của toàn bộ quá trình được liệt kê dưới đây:
Bước 1. Xác định vấn đề - bài toán.Bước đầu tiên của bước phân tích hệ thống là nhằm phát biểu chính xác vấn đề - bài toán, làm rõ những yêu cầu mà người sử dụng đòi hỏi. Sau khi nghiên cứu vấn đề được đặt ra, người phân tích viên thiết lập mối phụ thuộc giữa các dữ kiện và kết quả phải tìm. Trên cơ sở có được mô hình vấn đề - bài toán, người phân tích viên sẽ đánh giá, nhận định tính khả thi của vấn đề - bài toán được đặt ra có đáng phải giải quyết không?
Bước 2. Lựa chọn phương pháp giải.Có thể có nhiều cách khác nhau để giải quyết vấn đề - bài toán đã thiết lập ở bước 1. Các phương pháp có thể khác nhau về thời gian thực hiện. chi phí lưu trữ dữ liệu, độ chính xác.... Nói chung không có phương pháp tối ưu về mọi phương diện. Tùy theo nhu cầu cụ thể mà lựa chọn phương pháp thích hợp. Việc lựa chọn trên cũng cần căn cứ vào khả năng xử lý tự động mà ta sẽ sử dụng.
Bước 3. Xây dựng thuật toán hoặc thuật giải.Xây dựng mô hình chặt chẽ, chính xác hơn và chi tiết hóa hơn phương pháp đã lựa chọn. Xác định rõ ràng dữ liệu vào, ra cho các bước thực hiện cơ bản và trật tự thực hiện các bước cơ bản đó. Nên áp dụng phương pháp thiết kế có cấu trúc, từ thiết kế tổng thể tiến hành làm mịn dần từng bước.
Bước 4. Cài đặt chương trình.Mô tả thuật giải bằng chương trình. Dựa vào thuật giải đã được xây dựng, căn cứ quy tắc của một ngôn ngữ lập trình để soạn thảo ra chương trình thể hiện giải thuật thiết lập ở bước 3.
Bước 5. Hiệu chỉnh chương trình.Ở bước 4, nói chung chúng ta không tránh khỏi sai sót. Ở bước 5 này chúng ta cho chương trình chạy thử để phát hiện và điều chỉnh các sai sót nếu tìm thấy.
Có hai loại lỗi:
Bước 6. Thực hiện chương trình.Cho MTÐT thực hiện chương trình. Tiến hành phân tích kết quả thu được. Việc phân tích kết quả nhằm khẳng định kết quả đó có phù hợp hay không. Nếu không, cần kiểm tra lại toàn bộ các bước một lần nữa. Nói chung, dù thận trọng đến mức nào đi nữa thì sau mỗi bước thực hiện nêu trên cũng không khẳng định được kết quả thực hiện từng bước là đúng đắn tuyệt đối. Hơn nữa, như ở bước 5, ta chỉ hiệu chỉnh tất cả các lỗi đã được phát hiện. Còn có thể có sai sót khác của chương trình với một bộ dữ liệu nào khác phức tạp hơn mà ta chưa có cơ hội để phát hiện trước đó. Do đó, ta không thể khẳng định được rằng, chương trình đúng tuyệt đối, không còn sai sót nữa. Như vậy, việc giải quyết một vấn đề cụ thể thực hiện qua hai giai đoạn. Giai đoạn đầu là giai đoạn quan niệm, gồm các bước phân tích, lựa chọn mô hình, xây dựng thuật giải, cài đặt chương trình. Giai đoạn sau là khai thác và bảo trì chương trình. Trong quá trình sử dụng, nói chung thường có nhu cầu về cải tiến, mở rộng chương trình do các yếu tố của bài toán ban đầu có thể thay đổi.
1. Chương trình máy tính là gì? Thế nào là ngôn ngữ lập trình? Theo anh chị, ngôn ngữ lập trình giống và khác như thế nào so với ngôn ngữ tự nhiên như tiếng Việt ? 2. Ngôn ngữ lập trình có thể phân chia ra làm mấy loại? Ưu điểm của chương trình mã máy là gì? Liệu có nên viết toàn bộ phần mềm bằng mã máy không? 3. So sánh trình thông dịch và trình biên dịch? Ưu điểm và khuyết điểm của trình thông dịch và biên dịch? 4. Lập trình cấu trúc là gì? Tại sao phải lập trình cấu trúc? 3 cấu trúc điều khiển căn bản là gì? Cho ví dụ minh họa? 5. Các bước xây dựng một chương trình? Tại sao phải có các bước này? Liệu có thể viết chương trình ngay mà không cần các bước xác định bài toán, xây dựng thuật giải hay không?
No comments:
Post a Comment