Как программисты пишут программы?

Многие считают это ремесло непонятным настолько, что нет никаких шансов разобраться в принципах даже теоретически.

Попытаюсь объяснить как это происходит, что называется, на пальцах.

Для написания программ используются языки программирования, которые разделяют на низкоуровневые, высокоуровневые и сверхвысокоуровневые, а какой из них какой и чем отличается станет ясно чуть позже. Но забегая вперед добавлю, что каждый язык создан для определенных задач и не всегда одну и ту же задачу можно реализовать на разных языках.

Для понятности, буду приводить примеры на бытовых приборах и задачах, с которыми мы сталкиваемся каждый день.

Итак, задача — нарезать хлеб к обеду. Для человека простейшая задача — чего его там резать-то, взял и нарезал, правда?

Самый главный навык программиста, без которого ничего не получится — умение разделять задачу на последовательность действий. Чем ниже уровень языка программирования, тем более детально нужно описывать эту последовательность.

Приведу пример, как выглядела бы программа по нарезке хлеба для нашего тела

Задача «нарезать хлеба» на языке программирования высокого уровня

__1.Открыть правой рукой хлебницу;

__2.Взять булку хлеба правой рукой;

__3.Положить хлеб на разделочную доску; (предположим, что доска уже лежала на столе)

__4.Открыть правой рукой верхний ящик стола;

__5.Найти блестящий нож, длиной 20 см, с черной ручкой;

__6.Взять нож в правую руку;

__7.Поднести нож к хлебу;

__8.Зафиксировать хлеб левой рукой, взявшись за левый край булки;

__9.Расположить нож строго над правым ребром булки хлеба;

__10.Повторять следующие действия 5 раз:

____10.1.Отступить влево на сантиметр;

____10.2.Повторять следующие действия, пока лезвие ножа не не коснется доски:

________10.2.1.Прижать нож к хлебу;

________10.2.2.Совершить ножом возвратно поступательное движение вперед-назад;

____10.3.Поднять нож вверх;

__11.Положить нож в ящик;

__12.Отпустить левой рукой хлеб.

Все, программа по нарезке хлеба в количестве пяти кусков готова, можно ее продолжить, описав стирание крошек со стола, укладывания нарезанных кусочков на тарелочку и т. д.

Отладка программы

Запускаем программу и смотрим, как она работает:

Ой. вместе с пятым куском и палец отрезал.

чёрт! остановить программу!

Я же не написал как именно нужно зафиксировать хлеб левой рукой, схватился как попало и большой палец торчал в сторону.

Возвращаемся к строчке «Зафиксировать хлеб левой рукой, взявшись за левый край булки;»

После нее пишем:

«Поджать большой палец левой руки влево, к ладони;»

Запускаем программу

Ой. на строчке «Положить нож в ящик;» нож упал на пол.

Проклятье! оказывается, стол стоит немного под наклоном и ящик сам закрылся.

Возвращаемся к коду и перед строчкой «Положить нож в ящик;» пишем «Открыть правой рукой верхний ящик стола;»

Заметили ошибку? Нет?!

Как мы можем открыть ящик правой рукой, если в этой руке нож? Значит, сначала нужно положить нож на стол, потом открыть ящик, снова взять нож и т. д.

И делаем мы это до тех пор, пока хлеб не будет нарезан как следует, без повреждения мебели и пальцев.

Вот, примерно так происходит отладка

С опытном начинаешь писать программы, которые работают с первого раза, допуская минимум ошибок, а проверка «открыт ли ящик», перед складыванием в него чего-то, входит в привычку.

Когда какие-то операции совершаются постоянно, такие как нарезка хлеба, мойка посуды и т. д. то программисты их описывают в виде процедур.

Процедура — набор определенных действий, спрятанный под одной командой.

Таким образом, текст программы, который я приводил выше, можно поместить в процедуру под названием НарезатьХлеба(параметр), где в качестве параметра будем указывать количество кусков

в результате, программа с использованием процедур будет выглядеть так:

__ЗайтиНаКухню();

__НарезатьХлеба(5);

__ПоставитьХлебНаСтол();

__ПомытьПосуду();

и нет предела совершенству

Теперь о языке низкого уровня

на нем пришлось бы описывать эту задачу еще более детально, вплоть до того, какими пальцами и с каким усилием нужно держать нож, что «открыть ящик» — это совершить последовательность действий все той же рукой с использованием кисти, пальцев, мышц предплечья, усилий в килограммах на сантиметр и т. д. Пришлось бы даже описать что такое правая рука, где она находится и не забыть проверить есть ли она вообще в наличии.

Но когда-то, не было и низкоуровневых языков программирования и его писали на машинных кодах, т. е. программа выглядела в виде последовательностей единиц и нулей, это были темные времена.

Стоит немного рассказать что такое высокоуровневый язык и зачем нужен низкоуровневый, если проще писать на высокоуровневом?

Высокоуровневый язык был написан на низкоуровневом, в него были заложены команды, в виде процедур, подразумевающие последовательность действий, таких как «открыть ящик», «взять нож в руку» и т. д. но если по какой-то причине потребуется взять нож только двумя пальцами, потому что ручка сломана или отсутствует, например, то сделать этого не удастся, ибо команда «взять нож в руку» подразумевает использование всех пяти пальцев. Для таких ситуаций в высокоуровневых языках есть возможность делать вставки кода на низкоуровневом языке и вместо стандартной команды «взять нож в руку» пишется код на низком уровне под нож со сломанной ручкой.

Человек все эти операции делает не задумываясь, но машина так не умеет, ей нужно подробно объяснить что, как и в какой последовательности.

Сверхвысокоуровневые языки являются узкоориентированными на определенные задачи, например, для работы на кухне, они включают набор специальных команд и код на них выглядел бы примерно, как программа с использованием процедур, что описана выше.

Вы наверняка сталкивались с тем, что какие-то программы работают только под Windows, например, и их нет под Android или наоборот, хотя функции, казалось бы, обычные, и почему на телефон с Windows Phone нельзя установить Android?

Объясню на примере все той же программы для кухни: в тексте программы сказано «Найти блестящий нож, длиной 20 см, с черной ручкой в верхнем ящике стола», например, это для Windows. Однако, в андройде нет верхнего ящика стола, ножи там хранятся в настенном шкафу, т. е. процедура открытия ящика должна быть заменена на процедуру открытия шкафа, согласитесь — они разные! Но и нож там лежит длиной не 20 см, а в 25, он вовсе не блестящий и ручка у него не черная, а синяя. Поэтому, чтобы нарезать хлеба, нужно существенно переписать программу, хотя результат будет такой же. Для этого существуют кросплатформенные программы, которые могут работать под разными системами, т. е. на разных кухнях, ибо программисты предусмотрели оба варианта. Это, конечно, замечательно, но у них есть и минусы: если у вас всегда используется только кухня с ящиками в столах, то зачем вам код, который умеет работать со шкафами? А место он занимает. Это все равно что купить миркроволновку, у которой в комплекте идут две дверки, одна предназначена для открывания влево, а другая вправо и еще у этой печки есть ниша, в которую можно положить ненужную дверку, но из-за этой ниши микроволновка выше на 10 мс. Вы поставите нужную дверку, а ниша будет занимать место.

Почему андройд нельзя заменить на виндовс или наоборот?

Ну, на самом деле можно, но на примере той же кухни это будет выглядеть так: выносите одни шкафы, которые по размеру идеально вписывались в помещение и заносите другие, они шире и не вмещаются, придется отпиливать, раковина не слева, а справа — не хватает труб, надо как-то наращивать, розетки слишком низко, столы их перекрывают, придется долбить стены, чтобы перенести и т. д.

Почему у программистов обычно неопрятный вид и они будто не от мира сего?

Ну, во-первых, далеко не все такие, а во-вторых, они часто обдумывают код, даже двигаясь в плотном потоке машин или прогуливаясь с девушкой под ручку. Она рассказывает ему какую-то историю, а у него мелькают мысли, он раскладывает операцию на последовательность действий, подбирая наилучший вариант. Поверьте, это бывает увлекательнее, чем читать самую интересную книгу. И именно поэтому они могут не спать сутками, пока пребывают в этом состоянии. И именно в этом состоянии они могут выглядеть ненадлежащим образом 🙂 Это состояние называют «прет». Но бывает и непруха, когда делаешь-делаешь, а каменный цветок так и не выходит, в этом случае нужно все бросить и отвлечься.

но говорят, что бывает и такое 🙂