Linguaggio di programmazione ad alto livello: differenze tra le versioni

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{{F|linguaggi di programmazione|ottobre 2012}}

In [[informatica]], un '''linguaggio di programmazione ad alto livello''' si distingue dai linguaggi di basso livello in funzione della capacità di astrazione che fornisce.

[[File:CPT-TheoryOfComp-Binary-Search-Python.png|miniatura|Esempio di [[Programma (informatica)|programma]] in [[Python]]]]

Un '''linguaggio di programmazione ad alto livello''', in [[informatica]], è un [[linguaggio di programmazione]] caratterizzato da una significativa [[Astrazione (informatica)|astrazione]] dai dettagli del funzionamento di un [[computer|calcolatore]] e dalle caratteristiche del [[linguaggio macchina]]. Il livello di astrazione definisce quanto sia di "alto livello" un linguaggio di programmazione.<ref>{{Cita web|url=http://www.ittc.ku.edu/hybridthreads/glossary/index.php|titolo=HThreads - RD Glossary|sito=web.archive.org|data=2007-08-26|accesso=2022-04-06|dataarchivio=26 agosto 2007|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070826224349/http://www.ittc.ku.edu/hybridthreads/glossary/index.php|urlmorto=sì}}</ref>

== Storia ==

I Linguaggi di alto livello si distinguono dagli altri per:

L'idea di un linguaggio automaticamente "traducibile" in linguaggio macchina, ma più vicino alla logica umana fu introdotta in informatica negli USA a partire dal 1950, soprattutto grazie al lavoro di [[John Backus]] ([[IBM]]), a cui si deve il primo linguaggio ad alto livello ad avere avuto ampia diffusione, il [[Fortran]]. Per questa innovazione Backus ha ricevuto il [[premio Turing]].

== Descrizione ==

*'''efficacia espressiva''', ovvero sintesi, capacità di affrontare i problemi nel dominio del problema e non in quello della macchina

Sono progettati per essere facilmente comprensibili dagli esseri umani, fino a includere alcuni elementi del [[linguaggio naturale]]. Per essere eseguiti da un calcolatore, i programmi scritti in linguaggio ad alto livello devono essere ''tradotti'' o ''interpretati'' da un altro programma.

In generale, la maggior parte dei linguaggi di programmazione ad alto livello moderni conserva alcuni concetti di fondo che è possibile ricondurre ad alcune caratteristiche tipiche del linguaggio macchina. Concetti come quelli di [[variabile (informatica)|variabile]] e [[assegnamento]] sono una versione [[astrazione (informatica)|astratta]] dello spostamento di dati fra [[cella di memoria|celle di memoria]]; e il fatto che il paradigma di programmazione dominante sia quello [[programmazione imperativa|imperativo]] si può facilmente giustificare con la considerazione che anche i linguaggi macchina ''sono'' imperativi.

*'''portabilità''', intesa del programma e non del linguaggio

=== Problemi del linguaggio macchina ===

*un linguaggio di alto livello allo stato attuale della conoscenza può diventare un linguaggio di basso livello ad uno stadio successivo di ricerca, consapevolezza e conoscenza: un tempo il linguaggio macchina era considerato basso livello ed il C o il Fortran linguaggi di alto livello. Poi il C è diventato un linguaggio di basso livello e l'alto livello è diventato Eifell, C++, Java. Altri linguaggi come il Lisp sono nati e rimasti di alto livello (almeno fino ad ora).

I [[Linguaggio macchina|linguaggi macchina]] sono formati da istruzioni elementari, che vengono codificate in forma numerica e che consentono di effettuare operazioni aritmetiche, conversioni di bit e poco altro. Scrivere programmi in tale linguaggio è quindi estremamente sconveniente: un'operazione basilare può richiedere anche tre o quattro istruzioni; si rende così necessario molto codice anche per i programmi più semplici. Il fatto che tale codice sia solamente numerico comporta inoltre grosse possibilità di errori e difficoltà nell'individuarne. È necessario inoltre avere continuamente a che fare con le caratteristiche fisiche della macchina in cui si programma: bisogna ad esempio specificare manualmente gli [[indirizzi di memoria]] in cui salvare le informazioni e i [[Registro (informatica)|registri del processore]] in cui mantenere i dati temporanei.

Infine, ogni computer può comprendere solo il proprio [[linguaggio macchina]], poiché esso è diverso da processore a processore. Esiste quindi anche lo svantaggio di dover riscrivere interamente un programma per farlo funzionare su un'altra piattaforma.

=== Impatto dei linguaggi ad alto livello ===

[[Paul Graham]] nel suo libro Hackers & Painters elenca nove idee, che determinano il livello di astrazione di un linguaggio:

L'idea dei linguaggi ad alto livello è già sottesa ai linguaggi [[assembly]], che tuttavia non sono altro che "traslitterazioni" dei corrispondenti linguaggi macchina, che per esempio fanno corrispondere un codice mnemonico (quindi più leggibile) a ogni codice di istruzione binario. Nei linguaggi di programmazione ad alto livello veri e propri, invece, una singola istruzione consente di effettuare un'operazione semplice, ma completa. Le istruzioni non sono in forma numerica, sono bensì parole (generalmente in lingua inglese), il cui significato corrisponde all'operazione che effettuano. A differenza dei linguaggi [[assembly]], quindi, il processo di traduzione può avere una complessità arbitraria, per cui il linguaggio ad alto livello può essere anche ''completamente diverso'' (per [[sintassi (informatica)|sintassi]] e [[semantica (informatica)|semantica]]) dal sottostante linguaggio macchina.

In sostanza, la programmazione ad alto livello ebbe l'effetto di svincolare completamente (o quasi) le caratteristiche dei linguaggi di programmazione da quelle dell'[[hardware]] destinato a eseguirli. Fra le conseguenze principali si possono elencare le seguenti:

*1 operatori condizionali, tipo if-then-else; il [[FORTRAN]] "inizialmente" ne era privo.

* la progettazione di [[processore|processori]] fu completamente liberata da qualsiasi requisito relativo alla [[leggibilità (informatica)|leggibilità]] dei linguaggi macchina, in quanto si poteva ragionevolmente assumere che nessuno (o quasi) avrebbe più scritto o letto ''direttamente'' codice in linguaggio macchina o [[assembly]]; l'[[efficienza (informatica)|efficienza]] divenne di fatto l'unica preoccupazione reale dei progettisti hardware;

*2 [[Tipo di dato|tipi funzione]], che siano esattamente come numeri e stringhe memorizzabili e che sia possibile passarli come parametri ad altre funzioni

* i linguaggi di programmazione ad alto livello ebbero un'evoluzione completamente indipendente da quella dell'hardware; lo scopo generale di tale evoluzione fu quello di rendere tali linguaggi sempre più "facili" da utilizzare per il [[programmatore]] umano;

* si introdusse il concetto che i linguaggi di programmazione e i programmi potessero essere [[portabilità|portabili]], ovvero eseguibili su diversi computer (a patto di disporre di compilatori o interpreti per tali computer).

==Modelli di esecuzione==

*3 [[ricorsione]]

Un linguaggio ad alto livello, per definizione, non è ''direttamente'' "eseguibile" da parte del calcolatore. L'esecuzione dei linguaggi ad alto livello si può basare su due principali modelli, [[compilazione]] e [[Interpretazione (informatica)|interpretazione]], che ammettono alcune varianti e possono essere combinati fra loro.

===Compilazione===

*4 [[Tipo di dato|tipizzazione dinamica]]

In questo modello viene usato un programma detto [[compilatore]], la cui funzione è quella di tradurre il programma sorgente (ovvero nel linguaggio ad alto livello) in un programma in [[linguaggio macchina]] equivalente (ovvero che esibisce lo stesso comportamento). Il risultato della traduzione è quindi un programma scritto nel linguaggio macchina ''locale'', che può essere eseguito direttamente dal calcolatore. A valle della traduzione, sorgente e compilatore non sono più necessari per l'esecuzione del programma. Il costo della traduzione in linguaggio macchina (in termini di tempo e memoria necessari per portarla a termine) viene "pagato" solo durante la fase di ''compilazione''. Il risultato della compilazione è "[[portabilità|non portabile]]", essendo generato in uno specifico linguaggio macchina (e per uno specifico [[sistema operativo]]).

===Interpretazione===

*5 [[garbage collection]]

In questo modello viene usato un programma detto [[Interprete (informatica)|interprete]], la cui funzione è quella di interpretare le istruzioni del programma sorgente ed eseguirle. A differenza del compilatore, l'interprete non produce mai un eseguibile. Di conseguenza, interprete e sorgente sono sempre necessari a ogni esecuzione del programma. Questo approccio consente una maggiore portabilità (lo stesso programma può essere eseguito su diversi calcolatori e diversi sistemi operativi, a patto che sia disponibile un interprete) ma ha generalmente prestazioni inferiori (poiché il costo dell'analisi e dell'interpretazione del [[codice sorgente]] viene pagato durante l'esecuzione).

===Transcompilazione===

*6 il programma è un dato e come tale può essere elaborato dal programma

In questo modello viene usato un programma detto [[transcompilatore]], la cui funzione è quella di tradurre un programma sorgente scritto in un linguaggio ad alto livello in un programma scritto in un altro linguaggio ad alto livello (ovvero, di livello paragonabile).<ref>{{Cita web |url=http://www.compilers.net/paedia/compiler/index.htm |titolo=Types of compilers |accesso=29 ottobre 2014 |dataarchivio=19 luglio 2019 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20190719090932/http://www.compilers.net/paedia/compiler/index.htm |urlmorto=sì }}</ref> L'esecuzione avviene poi secondo il modello previsto per il linguaggio "di arrivo" del processo di transcompilazione.

===Approcci ibridi===

*7 ogni simbolo è un puntatore al suo valore. Due stringhe (dunque simboli) si confrontano per puntatore e non carattere per carattere

Molti linguaggi moderni (per esempio [[Java (linguaggio di programmazione)|Java]]) adottano un approccio ibrido fra compilazione e interpretazione, in cui il codice sorgente viene "compilato" in un linguaggio intermedio, molto vicino al linguaggio macchina, che viene poi interpretato da un programma che ha un funzionamento molto simile a quello di un [[CPU|processore]] fisico. Questo approccio si distingue dalla transcompilazione perché il linguaggio di arrivo, pur non essendo linguaggio macchina in senso stretto, non è un linguaggio ad alto livello (e in genere è un linguaggio progettato appositamente e non destinato all'uso diretto da parte di un programmatore).

== Livelli di astrazione ==

*8 esiste la notazione per il codice usando alberi e simboli e costanti

Un linguaggio di programmazione può essere descritto come "più ad alto livello" di un altro se si discosta in modo più radicale dalle caratteristiche tipiche del linguaggio macchina. In questo senso, si possono in linea di principio classificare tutti i linguaggi in funzione del loro livello di astrazione. In gran parte, una tale classificazione rispecchierebbe da vicino l'evoluzione storica dei linguaggi e dei [[paradigma di programmazione|paradigmi di programmazione]], con i linguaggi più antichi ([[FORTRAN]], [[Cobol]]) evidentemente più vicini al linguaggio macchina rispetto alle ultime generazioni di [[programmazione orientata agli oggetti|linguaggi a oggetti]] come [[Java (linguaggio di programmazione)|Java]] o [[Python]].

Questi ultimi linguaggi furono categorizzati negli anni 90 come [[linguaggio di programmazione ad altissimo livello|linguaggi ad ''altissimo'' livello]], ma la terminologia è caduta in disuso, perché, proprio in virtù dell'evoluzione storica, un linguaggio definito "ad alto livello" alla sua nascita in seguito diventa di "basso livello"; un esempio fra tutti è quello del [[C (linguaggio)|C]].

*9 l'intero linguaggio è sempre disponibile. Non c'è distinzione tra le fasi di lettura, compilazione ed esecuzione. Puoi compilare o eseguire codice mentre leggi, leggere o eseguire mentre compili, leggere o compilare mentre esegui.

Fra i linguaggi a più alto livello in assoluto vanno probabilmente citati quelli corrispondenti a paradigmi di programmazione di origine matematica, come i [[programmazione funzionale|linguaggi funzionali]] ([[LISP]]) e [[programmazione logica|logici]] ([[Prolog]]).

Quando sono disponibili contemporaneamente le funzionalità descritte con le idee 8 e 9, puoi scrivere programmi che scrivono programmi.

=== Livello di astrazione ed efficienza ===

C'è chi dice che, in termini almeno generali, quanto più complessa è la traduzione da un dato linguaggio al linguaggio macchina, tanto più inefficiente ''tende'' a essere il linguaggio (in quanto il programmatore perde ogni percezione, anche indiretta, di ciò che accadrà ''realmente'', a livello hardware, quando il programma verrà eseguito; e di conseguenza perde anche ogni possibilità di "ottimizzare" tale esecuzione).

I [[Programma (informatica)|programmi]] scritti in un linguaggio ad alto livello possono essere eseguiti tramite un [[compilatore]], un [[interprete (informatica)|interprete]], o una combinazione di questi strumenti, in pochi casi da processori dedicati (vedi i processori Forth). L'idea di fondo è che i programmi ad alto livello possono essere ricondotti a programmi in linguaggio macchina in modo automatico, ovvero da un altro programma.

Questa perdita di efficienza del software, tuttavia, si considera generalmente un costo accettabile per ottenere una serie di benefici (per alcuni dei quali si potrebbe usare ancora il termine "efficienza", seppure con connotazione leggermente diversa):

Un'idea del genere è già sottesa dai linguaggi [[assembly]], che tuttavia non sono altro che "translitterazioni" dei corrispondenti linguaggi macchina, che per esempio fanno corrispondere un codice mnemonico (quindi più leggibile) a ogni codice di istruzione binario. Nel caso dei linguaggi di programmazione ad alto livello, però, il processo di traduzione può avere una complessità arbitraria, per cui il linguaggio ad alto livello può essere anche ''completamente diverso'' (per [[sintassi (informatica)|sintassi]] e [[semantica (informatica)|semantica]]) dal sottostante linguaggio macchina.

* i linguaggi di alto livello forniscono tempi di sviluppo molto contenuti;

Quest'idea rivoluzionaria fu introdotta in informatica negli [[anni 50|anni '50]], soprattutto grazie al lavoro di [[John Backus]] presso la [[IBM]], dove fu sviluppato il primo compilatore per il linguaggio [[Fortran|FORTRAN]] (in seguito, Backus ricevette per questo motivo il [[premio Turing]]). Poche altre innovazioni in informatica hanno avuto conseguenze di portata paragonabile. In sostanza, la programmazione ad alto livello ebbe l'effetto di svincolare completamente (o quasi) le caratteristiche dei linguaggi di programmazione da quelle dell'[[hardware]] destinati a eseguirli. Fra le conseguenze principali si possono elencare le seguenti:

* la distanza concettuale fra l'[[analisi del dominio|analisi]] e l'[[Programmazione (informatica)|implementazione]] si riduce, con conseguente riduzione del rischio di non corretta traduzione delle specifiche in codice;

* gli errori logici si individuano più facilmente, essendo espressi nella logica del dominio del problema;

* si evitano per lo più gli errori macchina che sono intercettati e segnalati opportunamente dal linguaggio di alto livello;

* i tempi di esecuzione possono migliorare con l'efficienza degli algoritmi (il rischio, nel caso opposto è quello di eseguire velocemente algoritmi inefficienti);

* i profiler forniscono informazioni dettagliate su quali siano i colli di bottiglia, si valuterà se è necessario tradurne o riscriverne quelle parti in linguaggi di programmazione che ne consentano una esecuzione più rapida, avendo già ottenuto e verificato specifiche chiare e certe.

==Note==

*la progettazione di [[processore|processori]] fu completamente liberata da qualsiasi requisito relativo alla [[leggibilità (informatica)|leggibilità]] dei linguaggi macchina, in quanto si poteva ragionevolmente assumere che nessuno (o quasi) avrebbe più scritto o letto ''direttamente'' codice in linguaggio macchina o [[assembly]]; l'[[efficienza (software)|efficienza]] divenne di fatto l'unica preoccupazione reale dei progettisti hardware;

<references/>

*i linguaggi di programmazione ad alto livello ebbero un'evoluzione completamente indipendente da quella dell'hardware; lo scopo generale di tale evoluzione fu quello di rendere tali linguaggi sempre più "facili" da utilizzare per il [[programmatore]] umano;

*si introdusse il concetto che i linguaggi di programmazione e i programmi potessero essere [[portabilità|portabili]], ovvero eseguibili su diversi computer (a patto di disporre di compilatori o interpreti per tali computer).

== Voci correlate ==

In generale, la maggior parte dei linguaggi di programmazione ad alto livello moderni conserva alcuni concetti di fondo che è possibile ricondurre ad alcune caratteristiche tipiche del linguaggio macchina. Concetti come quelli di [[variabile (informatica)|variabile]] e [[assegnamento]] sono una versione [[astrazione (informatica)|astratta]] dello spostamento di dati fra [[cella di memoria|celle di memoria]]; e il fatto che il paradigma di programmazione dominante sia quello [[programmazione imperativa|imperativo]] si può facilmente giustificare con la considerazione che anche i linguaggi macchina ''sono'' imperativi.

* [[Linguaggio di programmazione a basso livello]]

* [[Compilatore]]

* [[Interprete (informatica)]]

* [[Linguaggio di programmazione]]

* [[Paradigma di programmazione]]

== Collegamenti esterni ==

* {{FOLDOC|high-level language|high-level language}}

* {{Collegamenti esterni}}

{{Controllo di autorità}}

C'è chi dice che, in termini almeno generali, quanto più complessa è la traduzione da un dato linguaggio al linguaggio macchina, tanto più inefficiente ''tende'' a essere il linguaggio (in quanto il programmatore perde ogni percezione, anche indiretta, di ciò che accadrà ''realmente'', a livello hardware, quando il programma verrà eseguito; e di conseguenza perde anche ogni possibilità di "ottimizzare" tale esecuzione).

In contrasto con questa opinione si sostiene che:

*i linguaggi di alto livello forniscono tempi di sviluppo molto contenuti

*lo sviluppo avviene nel dominio del problema quindi è meno soggetto a difetti di traduzione da quel dominio e di incomprensione

*gli errori logici si individuano facilmente, essendo espressi nella logica del dominio del problema

*si evitano per lo più gli errori macchina che sono intercettati e segnalati opportunamente dal linguaggio di alto livello

*i tempi di esecuzione si migliorano con l'efficienza degli algoritmi non eseguendo velocemente algoritmi inefficienti

*i profiler forniscono informazioni dettagliate su quali siano i colli di bottiglia, si valuterà se è necessario tradurne o riscriverne quelle parti in linguaggi di programmazione che ne consentano una esecuzione più rapida, avendo già ottenuto e verificato specifiche chiare e certe.

== Voci correlate ==

*[[Compilatore]]

*[[Interprete (informatica)|Interprete]]

*[[Linguaggio di programmazione]]

*[[Paradigma di programmazione]]

*[[Linguaggio di programmazione ad altissimo livello]]

[[Categoria: programmazione]]

[[Categoria:Paradigmi di programmazione]]

[[de:Höhere Programmiersprache]]

[[Categoria:Linguaggi di programmazione]]

[[en:High-level programming language]]

[[es:Lenguaje de alto nivel]]

[[fr:Langage de haut niveau]]

[[gl:Linguaxe de alto nivel]]

[[he:שפה עילית]]

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