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Eine Programmiersprache ist eine **formale Sprache** zur Formulierung von Datenstrukturen und Algorithmen, d. h. von Rechenvorschriften, die von einem Computer ausgeführt werden können.[1] Sie setzen sich üblicherweise aus schrittweisen Anweisungen aus erlaubten (Text-)Mustern zusammen, der sogenannten Syntax.

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[2] 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.

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 mussformale Sprache]] zur Formulierung von Datenstrukturen und Algorithmen, d. h. von Rechenvorschriften, die von einem Computer ausgeführt werden können.[1] Sie setzen sich üblicherweise aus schrittweisen Anweisungen aus erlaubten (Text-)Mustern zusammen, der sogenannten Syntax.

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[2] 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.

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.

1. 1 Übersicht
2. 1.1 Panorama
3. 1.2 Anweisungskategorien
4. 1.3 Übersetzer
5. 2 Geschichte
6. 3 Programmierparadigmen
7. 3.1 Strukturierte Programmiersprachen
8. 3.2 Imperative Programmiersprachen
9. 3.3 Deklarative Programmiersprachen
10. 3.4 Objektorientierte Programmiersprachen
11. 4 Typsystem
12. 5 Sonstiges
13. 6 Siehe auch
14. 7 Literatur
15. 8 Weblinks
16. 9 Einzelnachweise

Begriffszusammenhänge „Programmiersprache“ 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.

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[3] und die Analysen von RedMonk.[4]

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.

Inhaltsverzeichnis 1 Übersicht 1.1 Panorama 1.2 Anweisungskategorien 1.3 Übersetzer 2 Geschichte 3 Programmierparadigmen 3.1 Strukturierte Programmiersprachen 3.2 Imperative Programmiersprachen 3.3 Deklarative Programmiersprachen 3.4 Objektorientierte Programmiersprachen 4 Typsystem 5 Sonstiges 6 Siehe auch 7 Literatur 8 Weblinks 9 Einzelnachweise Übersicht

Begriffszusammenhänge „Programmiersprache“ 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.

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[3] und die Analysen von RedMonk.[4]

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.