Linguaggio di programmazione ad alto livello: differenze tra le versioni

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

In [[informatica]], un '''linguaggio di programmazione ad alto livello''' è un [[linguaggio di programmazione]] diverso dal [[linguaggio macchina]], direttamente eseguibile da un [[computer]], ma più vicino o familiare alla logica del nostro linguaggio naturale. 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. Il linguaggio ad alto livello quindi astrae dalle caratteristiche fisiche della macchina in cui si opera e si ottiene come [[codifica]]: tabelle di associazioni tra nomi e gruppi di istruzioni base a partire dal linguaggio macchina stesso.

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 ==

Quest'idea fu introdotta in informatica negli [[anni 1950|anni cinquanta]], soprattutto grazie al lavoro di [[John Backus]] presso la [[IBM]], dove fu sviluppato il primo compilatore per il linguaggio [[Fortran]]. In seguito, Backus ricevette per questo motivo il [[premio Turing]].

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 ==

== Problemi del linguaggio 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.

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 registri del processore in cui mantenere i dati temporanei.

=== Problemi del linguaggio macchina ===

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 ===

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.

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:

* 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 (softwareinformatica)|efficienza]] divenne di fatto l'unica preoccupazione reale dei progettisti hardware;

* 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==

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.

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===

== Politiche di traduzione del linguaggio ad alto livello in linguaggio macchina ==

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===

Com'è stato detto, il linguaggio ad alto livello non è direttamente comprensibile dal calcolatore. È quindi necessario effettuare una traduzione dal linguaggio del programmatore a quello della macchina.

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===

=== Traduzione che avviene una sola volta: la [[compilazione]] ===

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===

In questa politica di traduzione, un programma chiamato [[compilatore]] si occupa della traduzione. Questa avviene una sola volta: durante la compilazione le istruzioni in linguaggio di alto livello vengono tradotte in istruzioni macchina; ha così origine un file nel linguaggio macchina locale, che costituisce un [[File eseguibile|eseguibile]].

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).

=== Traduzione in tempo reale: l'[[Interprete (informatica)|interpretazione]] ===

In questo modello, il listato non viene tradotto una sola volta, bensì tutte le volte che viene eseguito. Un programma apposito, l'[[Interprete (informatica)|interprete]], durante l'esecuzione del programma traduce ogni istruzione di alto livello in istruzione macchina. In questo caso si ha una miglior [[portabilità]], ma peggiori prestazioni.

Esiste anche un modello di compilazione intermedio che consiste nel tradurre il codice sorgente non direttamente in un codice macchina (direttamente eseguibile dall'hardware) ma in un codice intermedio (che cerca di avvicinarsi il più possibile al codice macchina). In questo caso è necessaria la presenza di un interprete che sia in grado di rendere possibile l'esecuzione del codice intermedio generato.

Uno dei primi esempi di compilatore che ha usato questo approccio è stato l' UCSD-PASCAL che generava un codice intermedio denominato [[P-CODE]].

== Livelli di astrazione ==

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]].

UnQuesti 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 iultimi linguaggi infurono funzionecategorizzati delnegli loroanni livello90 di astrazione. In gran parte, una tale classificazione rispecchierebbe da vicino l'evoluzione storica dei linguaggi e deicome [[paradigmalinguaggio di programmazione|paradigmi]] diad programmazione, con ialtissimo livello|linguaggi piùad antichi''altissimo'' ([[FORTRANlivello]], [[Cobol]])ma evidentementela piùterminologia viciniè alcaduta linguaggioin macchinadisuso, rispettoperché, alle ultime generazioni di [[programmazione orientata agli oggetti|linguaggi a oggetti]] come [[Java (linguaggio)|Java]] o [[Python]]. Proprioproprio in virtù di questa dell'evoluzione storica, spesso 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]].

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]]).

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* 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 sipossono miglioranomigliorare con l'efficienza degli algoritmi non(il eseguendorischio, 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==

<references/>

== Voci correlate ==

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* [[Paradigma di programmazione]]

== Collegamenti esterni ==

[[Categoria:Teorie della programmazione]]

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

* {{Collegamenti esterni}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|informatica}}

[[Categoria:TeorieParadigmi delladi programmazione]]

[[Categoria:Linguaggi di programmazione]]