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======Programmiersprache======


Eine Programmiersprache ist eine [[formale Sprache]] zur Formulierung von [[Datenstrukturen]] und [[Algorithmen]], d. h. von Rechenvorschriften, die von einem [[Computer]] ausgeführt werden können. Sie setzen sich üblicherweise aus schrittweisen [[Anweisungen]] aus erlaubten (Text-)Mustern zusammen, der sogenannten [[Syntax]].

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Während die ersten Programmiersprachen noch unmittelbar an den Eigenschaften der jeweiligen Rechner ausgerichtet waren, werden heute meist [[problemorientierte]] oder auch (allgemeiner) [[höhere Programmiersprachen]] verwendet, die eine maschinenunabhängigere und somit für den Menschen leichter verständliche Ausdrucksweise erlauben. In diesen Sprachen geschriebene Programme können automatisiert in [[Maschinensprache]] übersetzt werden, welche unmittelbar von einem [[Prozessor]] ausgeführt werden kann. Zunehmend kommen auch [[visuelle Programmiersprachen]] zum Einsatz, welche den Zugang zu Programmiersprachen erleichtern.

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Bei [[deklarativen Programmiersprachen]] ist der Ausführungsalgorithmus schon vorab festgelegt und wird nicht im [[Quelltext]] ausformuliert/beschrieben, sondern es werden nur seine Anfangswerte und Bedingungen festgelegt sowie die Regeln, die das Ergebnis erfüllen muss.


=====Übersicht=====

Die Anweisungen eines Programms werden meist mittels einfacher [[Texteditoren]] erzeugt; man nennt sie den [[Quelltext]] (oder auch Quellcode). Um auf einem Computer ausgeführt zu werden, muss der Quelltext in die [[Maschinensprache]] dieses Computer(typ)s übersetzt werden. Diese ist im Gegensatz zu [[höheren Programmiersprachen]] und zur [[Assemblersprache]] ein für Menschen schwer lesbarer Binärcode. Wird von Programmierung in Maschinensprache gesprochen, so ist heute meist die Assemblersprache gemeint.

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Die [[Übersetzung]] in Maschinensprache kann entweder vor der Ausführung durch einen [[Compiler]] oder – zur [[Laufzeit]] – durch einen [[Interpreter]] oder [[JIT-Compiler]] geschehen. Oft wird eine Kombination aus beiden Varianten gewählt, bei der zuerst der Quelltext des Programms in einen [[Zwischencode]] übersetzt wird, welcher dann zur [[Laufzeit]] innerhalb einer Laufzeitumgebung in Maschinencode überführt wird. Dieses Prinzip hat den Vorteil, dass derselbe Zwischencode auf verschiedenen Plattformen ausführbar ist. Beispiele für einen solchen Zwischencode sind der Java-[[Bytecode]] sowie die [[Common Intermediate Language]].

Programmiersprachen bieten meist mindestens

  * [[Ein-/Ausgabe-Befehle]], damit das Programm [[Daten]] entgegennehmen und wieder ausgeben kann;
  * [[Deklaration]] von [[Variablen]] und [[Feldern]], um Informationen zwischenspeichern zu können;
  * mathematische Grund- und Standardfunktionen;
  * Grundfunktionen zur Zeichenkettenverarbeitung;
  * Steueranweisungen für [[bedingte Ausführung]], [[Wiederholung]], Programmunterteilung (z. B. in [[Unterfunktionen]]) sowie Einbinden von [[Bibliotheken]].

Meist ist es möglich, aus diesen Grundfunktionen höhere Funktionen zu erstellen und diese als Bibliothek wiederverwendbar zu kapseln. Von dort zu einer höheren oder problemorientierten Sprache zu gelangen, ist kein großer Schritt mehr. So gab es schon bald eine große Zahl an Spezialsprachen für die verschiedensten Anwendungsgebiete. Damit steigt die [[Effizienz]] der Programmierer und die [[Portabilität]] der Programme, meist nimmt dafür die [[Verarbeitungsgeschwindigkeit]] der erzeugten Programme ab, und die Mächtigkeit der Sprache nimmt ab: Je höher und komfortabler die Sprache, desto mehr ist der Programmierer daran gebunden, die in ihr vorgesehenen Wege zu beschreiten.

Sprachen sind verschieden erfolgreich – manche „wachsen“ und finden zunehmend breitere Anwendung; immer wieder sind auch Sprachen mit dem Anspruch entworfen worden, Mehrzweck- und Breitbandsprachen zu sein, oft mit bescheidenem Erfolg [[(PL/1, Ada, Algol 68)]]. Verschiedene Dienste versuchen, die Verbreitung der verschiedenen Sprachen zu messen; bekannt sind beispielsweise der [[TIOBE-Index]], PYPL und die Analysen von RedMonk.


=====Panorama=====

Die Bedeutung von Programmiersprachen für die [[Informatik]] drückt sich auch in der Vielfalt der Ausprägungen und der Breite der Anwendungen aus.

  * Maschinensprache, [[Assemblersprachen]] oder [[C]] erlauben eine hardwarenahe Programmierung.
  * [[Höhere Programmiersprachen]] erlauben komfortableres, schnelleres Programmieren.
  * [[Skriptsprachen]] dienen zur einfachen Steuerung von Rechnern, wie bei der [[Stapelverarbeitung]].
  * [[Sprachen mit visuellen Programmierumgebungen]] erleichtern die graphische Gestaltung von [[Benutzeroberflächen]].
  * [[Esoterische Programmiersprachen]] sind experimentelle Sprachen mit unüblichen Programmierkonzepten und/oder Berücksichtigung themenfremder Aspekte, z. B. ästhetisches Aussehen des Quellcodes.
  * [[Grafische Programmiersprachen]] sollen einen besonders leichten Zugang zum Programmieren bieten; statt Quelltext zu schreiben, kann das Programm beispielsweise aus Verarbeitungsblöcken zusammengeklickt werden.
  * [[Minisprachen]] sollen Kinder früh ans Programmieren heranführen (nicht zu verwechseln mit minilanguages, einem Synonym für domain-specific languages).

Umgangssprachlich wird auch in anderen Bereichen von Programmiersprachen gesprochen. Nachfolgende Sprachen sind jedoch nicht für die Beschreibung von Algorithmen und allgemeine Datenverarbeitung entworfen, also keine [[Allzweck-Programmiersprachen]]:

  * [[Auszeichnungssprachen]] werden für die Formatierung von [[Texten]] und [[Dateien]] verwendet.
  * CNC-Programmiersprachen sind (oder dienen der Erzeugung von) Steuerungsinformationen für Werkzeugmaschinen.
  * [[Datenbanksprachen]] sind für den Einsatz in und die Abfrage von [[Datenbanken]] gedacht.
  * [[Seitenbeschreibungssprachen]] sowie sonstige [[Beschreibungssprachen]] (z. B. [[VHDL]]) sind eine imperative Form eines [[Dateiformats]].
  * [[Stylesheet-Sprachen]] werden verwendet, um das Erscheinungsbild zu bestimmen

Derartige Sprachen fallen unter die [[domänenspezifischen Sprachen]].


=====Anweisungskategorien=====

Die Anweisungen von Programmiersprachen (Beispiele siehe [[hier]]) lassen sich nach folgenden Gruppen klassifizieren:

  * [[Eingabe- und Ausgabe]]-Befehle – lesen Daten von der Tastatur, von einer [[Datei]] oder aus anderen Quellen ein oder sie geben sie auf/über ein bestimmtes Ausgabegerät (Bildschirm, Datei, Drucker, …) aus.
  * [[Zuweisungen]] und Berechnungen – verändern oder erzeugen Dateninhalte.
  * [[Kontrollflussanweisungen]]: Entscheidungsanweisungen (auch Verzweigungsanweisungen), Iterationsanweisungen, Sprunganweisungen entscheiden aufgrund der vorliegenden Daten, welche Befehle als Nächstes ausgeführt werden.
  * [[Deklarationen]] – reservieren Speicherplatz für [[Variablen]] oder [[Datenstrukturen]] unter einem fast frei wählbaren Namen. Über diesen Namen können sie später angesprochen werden.
  * Aufrufe „programm-externer“ Unterroutinen/Module wie Systemfunktionen (z. B. „Read“) oder funktionaler Module, auch aus anderen Programmiersprachen.


=====Übersetzer=====

→ Hauptartikel: [[Compiler]]

Um ein in einer bestimmten Programmiersprache erstelltes Programm ausführen zu können, muss anstatt dessen Quellcode eine äquivalente Folge von Maschinenbefehlen ausgeführt werden. Das ist notwendig, da der [[Quellcode]] aus Zeichenfolgen besteht (z. B. „A = B + 100 * C“), die der Prozessor nicht „versteht“.

Die in der Geschichte der Computertechnik und der [[Softwaretechnologie]] eingetretenen Entwicklungssprünge brachten auch unterschiedliche Werkzeuge zur Erzeugung von Maschinencode, ggf. über mehrere Stufen, mit sich. Diese werden beispielsweise als [[Compiler]], [[Interpreter]], [[Precompiler]], [[Linker]] etc. bezeichnet.

In Bezug auf die Art und den Zeitpunkt, wie der Computer zu einem äquivalenten Maschinencode kommt, können zwei Prinzipien unterschieden werden:

  * Wird ein Programmtext als Ganzes „übersetzt“, also aus dem Quelltext ein Maschinenprogramm erstellt, so spricht man in Bezug auf den Übersetzungsmechanismus von einem Compiler. Der Compiler selbst ist ein Programm, das als Dateneingabe den Programm-Quellcode liest und als Datenausgabe den Maschinencode (z. B. Objectcode, EXE-Datei, „executable“) oder einen Zwischencode liefert.
  * Wenn abhängig vom Programmtext während der Ausführung entsprechende Maschinencodeblöcke ausgeführt werden, spricht man von einer interpretierten Sprache. Das Programm wird in einer [[Laufzeitumgebung]] (z. B. veraltete [[JVM]]) interpretiert und je nach Programmbefehl ein entsprechender Maschinenbefehlblock ausgeführt.

Daneben existieren verschiedene Mischvarianten:

  * Bei der „Just-in-Time-Kompilierung“ wird der Programmtext direkt vor jedem Programmlauf neu übersetzt; ggf. werden erst während des (interpretierten) Programmlaufs einzelne Programmabschnitte kompiliert.
  * Zum Teil erzeugen Compiler einen noch nicht ausführbaren Programmcode, der von nachfolgenden [[Systemprogrammen]] zu ausführbarem Maschinencode umgeformt wird. Hier sind die Konzepte „plattformunabhängiger [[Zwischencode]]“ (z. B. im Rahmen der [[Software-Verteilung]]) und „plattformgebundener [[Objektcode]]“ (wird zusammen mit weiteren Modulen zu ausführbarem Code, z. T. [[Lademodul]] genannt, zusammengebunden) zu unterscheiden.
  * Mit [[Precompilern]] können spezielle, in der Programmiersprache selbst nicht vorgesehene Syntax-Konstrukte (zum Beispiel [[Entscheidungstabellen]]) bearbeitet und, vor-übersetzt in die gewählte Programmiersprache, im Quellcode eingefügt werden.

Zur Steuerung des Übersetzens kann der Quelltext neben den Anweisungen der Programmiersprache zusätzliche spezielle [[Compiler-Anweisungen]] enthalten. Komplexe Übersetzungsvorgänge werden bei Anwendung bestimmter Programmiersprachen / [[Entwicklungsumgebungen]] durch einen [[Projekterstellungsprozess]] und die darin gesetzten [[Parameter]] gesteuert.