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LINGUAGENS DE PRIMEIRA GERAÇÃO
A primeira geração de linguagens remonta aos dias da codificação em nível de
máquina. Contudo, algum trabalho com as linguagens de primeira geração continua até
hoje. O código de máquina e seu equivalente mais legível por seres humanos - a linguagem
assembler - representam a primeira geração de linguagens de programação. Essas
linguagens dependentes da máquina exibem o mais baixo nível de abstração com o qual um
programa pode ser representado.
Há tanto linguagens assembler como arquiteturas de processadores com conjuntos
de instruções customizadas. Do ponto de vista da engenharia de software, tais linguagens
devem ser usadas somente quando uma linguagem de alto nível não puder cumprir os
requisitos ou não for suportada.
LINGUAGENS DE SEGUNDA GERAÇÃO
As linguagens de segunda geração foram desenvolvidas no final da década de 1950
e no começo da década de 1960 e servem de base para todas as linguagens de programação
modernas (terceira geração). As linguagens de segunda geração são caracterizadas pelo
amplo uso, enormes bibliotecas de software e a mais ampla familiaridade e aceitação. Não
há muito o que discutir em relação ao fato de que o FORTRAN, o COBOL, o ALGOL e
(em certa medida) o BASIC são linguagens fundamentais em virtude de sua maturidade e
aceitação.
O FORTRAN tem resistido a 30 anos de críticas, permanecendo como a primeira
linguagem de programação em trabalhos de engenharia/científicos. A versão padronizada
original do FORTRAN (denominada "FORTRAN-66") proporcionou uma poderosa
ferramenta para a solução de problemas computacionais, mas lhe faltava suporte direto para
as construções estruturadas, tinha uma tipologia de dados fraca, não podia suportar
facilmente a manipulação de strings e apresentava muitas outras deficiências. O mais novo
padrão ANSI (denominado "FORTRAN-77") e o próximo padrão corrigem algumas das
deficiências encontradas em versões anteriores da linguagem. Em muitos casos, o
FORTRAN tem sido encaixado à força em áreas de aplicação para as quais ele nunca foi
projetado, e grande parte da crítica à linguagem tem sido bastante injusta. Para aplicações
que lidam com números, o FORTRAN continua sendo a linguagem preferida, mas para
aplicações em software básico, de tempo real ou de produtos embutidos, outras linguagens
oferecem vantagens irresistíveis.
O COBOL, como o FORTRAN, atingiu a maturidade e é uma linguagem "padrão"
para aplicações de processamento de dados comerciais. Ainda que às vezes seja criticada
pela falta de concisão, essa linguagem tem excelentes capacidades de definição de dados,
possui uma ampla autodocumentação e oferece suporte a uma grande variedade de técnicas
procedimentais pertinentes ao processamento de dados comerciais.
O ALGOL é a precursora de muitas linguagens de terceira geração e oferece um
repertório extremamente rico de construções procedimentais e de tipologia de dados. O
ALGOL tem sido extensivamente usado na Europa, mas tem encontrado pouco apoio nos
Estados Unidos (com exceção dos ambientes acadêmicos). A versão mais comumente
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usada da linguagem, corretamente denominada "ALGOL-60", foi ampliada para uma
implementação mais poderosa, o ALGOL-68. Ambas as versões da linguagem sustentam a
noção de estruturação e bloco, alocação dinâmica de memória, recursão e outras
características que tiveram uma forte influência sobre as linguagens modernas que se
seguiram.
O BASIC é uma linguagem que foi originalmente projetada para se ensinar
programação num modo de tempo compartilhado. A linguagem caminhava para a
obsolescência no início da década de 1970, mas experimentou um renascimento com o
advento dos sistemas de computadores pessoais. Existem centenas de versões do BASIC,
dificultando a discussão dos benefícios e das deficiências da linguagem.
LINGUAGENS DE TERCEIRA GERAÇÃO
As linguagens de terceira geração (também chamadas linguagens de programação
estruturadas ou modernas) são caracterizadas por fortes capacidades de estruturação
procedimental e de dados. As linguagens dessa classe podem ser divididas em três amplas
categorias: linguagens de alto nível de uso geral, linguagens de alto nível orientadas a
objeto e linguagens especializadas. Todas as linguagens de alto nível de uso geral e
orientadas a objeto exibem as características técnicas discutidas na Seção 16.3. As
linguagens especializadas, por outro lado, foram projetadas para atender a requisitos
especiais e têm uma sintaxe e forma que freqüentemente são únicas.
Linguagens de Alto Nível de Uso Geral: A mais antiga linguagem de alto nível de uso
geral (também uma linguagem básica), o ALGOL, serviu como modelo para outras
linguagens desta categoria. Suas descendentes, PL/l, PASCAL, Modula-2, C e Ada, estão
sendo adotadas como linguagens, tendo um potencial para aplicações de amplo espectro
(isto é, para uso em áreas de aplicação de engenharia/científicas, produtos embutidos,
comerciais e/ou básicas).
A PL/1 poderia ser mais adequadamente classificada como linguagem de geração
2,5. Ela foi a primeira linguagem de amplo espectro verdadeira, desenvolvida com uma
ampla variedade de características que possibilitam que ela seja usada em muitas áreas de
aplicação diferentes. A PL/1 oferece suporte para aplicações comerciais e de
engenharia/científicas, possibilitando, ao mesmo tempo, a especificação de estruturas de
dados sofisticadas, multitarefas, E/S complexas, processamento de listas e muitas outras
características. Subconjuntos da linguagem têm sido desenvolvidos para ensinar
programação (PL/C), para uso em microprocessadores (PL/M) e para programação de
software básico (PL/S).
A PASCAL é uma linguagem de programação moderna que foi desenvolvida na
década de 1970 como uma linguagem para ensinar técnicas modernas (por exemplo,
programação estruturada) no desenvolvimento de software. Desde a sua introdução, a
PASCAL encontrou crescente apoio de um amplo público de desenvolve dores de software
é amplamente usada em aplicações de engenharia/científicas e em programação de software
básico (a linguagem tem sido chamada "FORTRAN" desde a década de 1980). A PASCAL
é uma descendente direta do ALGOL e contêm muitas das mesmas características:
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estruturação em bloco, tipologia de dados forte, suporte direto à recursão e outras
características complementares. Ela tem sido implementada em computadores de todos os
tamanhos.
A Modula-2 é um desenvolvimento evolucionário da PASCAL e (diriam alguns)
uma possível alternativa à linguagem de programação Ada. A Modula-2 combina a
implementação direta de características de projeto tais como a ocultação de informações,
abstração e tipologia de dados, com estruturas de controle para suportar a recursão e a
concorrência. Atualmente, o uso da linguagem Modula-2 para aplicações industriais tem
sido limitado.
A linguagem de programação C foi originalmente projetada como uma linguagem
para implementadores de sistemas operacionais. O sistema operacional UNIX é
implementado em C. Hoje, porém, um amplo conjunto de softwares comerciais, aplicações
embutidas e software básico tem sido construído usando a linguagem C. A linguagem C foi
desenvolvida para o engenheiro de software sofisticado e contém poderosas características
que dão a ela considerável flexibilidade. Essas mesmas características também podem criar
problemas. Cox [COX85] apresenta uma descrição poética da linguagem:
Um dos meus hobbies favoritos é o trabalho com madeira verde. Um projeto inicia-se não
no depósito de madeira, com madeira secada no forno, mas na floresta. Um carvalho ereto
é derrubado e transformado numa mobília rústica com um assombroso equipamento de
ferramentas antigas...
As ferramentas desse hobby têm um bocado em comum com as ferramentas que uso
como programador. Por exemplo, o enxó é uma pesada lâmina sobre um cabo de 1,20 m
(como uma enxada). Ele é uma ferramenta especializada, cuja função primária é alisar as
superfícies ásperas de um tronco fendido. Ele é usado com as duas mãos, mantendo-se as
pernas abertas sobre o trabalho. A aguçada lâmina remove lascas de seis polegadas de
carvalho sólido num único golpe, a uma pequena distância de pernas e pés desprotegidos!
Adoro esse enxó, da mesma forma que adoro a linguagem C. Ela não é uma ferramenta
para tolos e para crianças. Mas, nas mãos de um artesão habilidoso, ela é capaz de
realizar trabalhos poderosos, ainda que delicados. Seu potencial para sérios danos é tão
óbvio que o perigo proporciona o único mecanismo de segurança; um salutar respeito por
aquilo que um uso descuidado pode fazer!
Como outras linguagens dessa categoria, a linguagem C suporta estruturas de
dados sofisticadas e tem razoáveis características de tipologia de dados, faz uso extensivo
de ponteiros e tem um rico conjunto de operadores para computação e manipulação de
dados. Além disso, ela possibilita que o programador "fique perto da máquina", ao
apresentar características semelhantes à linguagem assembly.
A linguagem Ada foi originalmente desenvolvida como uma nova linguagem
padrão para sistemas computadorizados de tempo real embutidos a serem desenvolvidos
pelo Departamento de Defesa Americano. Atualmente, essa linguagem é amplamente usada
tanto em aplicações de defesa como de não-defesa. Semelhante ao Pascal em sua estrutura e
notação (mas bem mais poderoso e complexo), o Ada sustenta um rico conjunto de
características que inclui multitarefas, manejo de interrupções, sincronização intertarefa e
comunicação, bem como um conjunto de características únicas, tais como o package Ada.
A linguagem Ada criou e continua a gerar muita controvérsia. Os adeptos louvam sua rica
estrutura de linguagem e concentram-se no ambiente Ada para engenharia de software, e
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não nos aspectos esotéricos relacionados à linguagem. Os oponentes preocupam-se com a
complexidade da linguagem, com a atual ineficiência dos compiladores operacionais e com
a longa curva de aprendizagem. Parece, entretanto, que os benefícios da linguagem
predominarão e a linguagem Ada dominará bem certas esferas de aplicação durante a
década de 1990.
Linguagens Orientadas a Objeto: As linguagens de programação orientadas a objeto
possibilitam que o engenheiro de software implemente modelos de análise e projeto criados
usando-se a OOA e o OOD (Capítulos 8 e 12). Essas linguagens têm características que
foram descritas na Seção 16.4.3.
Não obstante dezenas de linguagens orientadas a objeto tenham sido introduzi das
no decorrer da última década, somente algumas conquistaram um lugar significativo no
mercado: dialetos de C (por exemplo, C++, Objective-C), Smalltalk e Eiffel. O Smalltalk,
uma linguagem precursora orientada a objeto, foi originalmente desenvolvido no começo
da década de 1970 para explorar conceitos orientados a objeto. Hoje, versões do Smalltalk
encontram-se disponíveis em computadores de todos os tipos, ainda que o uso da
linguagem para o desenvolvimento de produtos e sistemas de qualidade industriais seja
limitado. Os dialetos orientados a objeto de C ganharam generalizado uso em toda a
comunidade UNIX e junto a muitos desenvolvedores iniciantes de sistemas orientados a
objeto. Tendo como base as potencialidades da linguagem C, os dialetos orientados a objeto
possibilitam uma transição uniforme a partir dessa linguagem de alto nível, amplamente
aproveitada e de uso geral. O Eiffel [MEY88] é uma dentre uma série de "novas"
linguagens orientadas a objeto que são robustas o bastante para aplicações industriais.
Como os dialetos C e Smalltalk, o Eiffel proporciona suporte direto a definições de classes,
herança, encapsulação e envio de mensagens.
Linguagens Especializadas: As linguagens especializadas são caracterizadas por formas
sintáticas incomuns que foram especialmente projetadas para uma aplicação distinta.
Centenas de linguagens especializadas estão em uso atualmente. Em geral, tais linguagens
têm uma base de usuários muito menor do que as linguagens de uso geral. Entre as
linguagens que encontraram aplicação dentro da comunidade de engenharia de software
estão LISP, PROLOG, APL e FORTH.
O LISP é uma linguagem especialmente adequada à manipulação de símbolos e
ao processamento em lista encontrado em problemas combinatórios. Usada quase que
exclusivamente pela comunidade de inteligência artificial, essa linguagem é
particularmente apropriada à prova de teoremas, pesquisas sobre estruturas em árvore e
outras atividades relacionadas à solução de problemas. Os subprogramas são
implementados como funções que fazem intenso uso da recursão. Uma vez que cada função
LISP é uma entidade única, a reusabilidade pode ser conseguida criando-se bibliotecas de
funções primitivas. Nos últimos anos, o LISP tem sido usado para desenvolver uma ampla
variedade de sistemas especialistas e "compiladores" de sistema especialistas. O LISP
facilita a especificação de fatos, regras e das correspondentes inferências (implementadas
como funções LISP) que são exigidas em sistemas baseados em conhecimento.
O PROLOG é outra linguagem de programação que encontrou generalizado uso
na construção de sistemas especialistas. Como o LISP, o PROLOG apresenta características
que suportam a representação de conhecimento. Dentro da linguagem, uma estrutura de
dados uniforme, denominada termo, é usada para construir todos os dados e todos os
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programas. Cada programa consiste em um conjunto de cláusulas que representam fatos,
regras e inferências. Tanto o LISP quanto o PROLOG são especialmente receptivos a
problemas que tratem de objetos e suas relações. Por essa razão, algumas pessoas referemse ao LISP e ao PROLOG como linguagens orientadas a objeto. Além disso, a natureza
orientada a objeto do LISP e do PROLOG possibilita que cada um seja aplicado dentro do
contexto do paradigma de prototipação da engenharia de software.
A APL é uma linguagem extremamente concisa e poderosa para a manipulação de
arrays e vetores. A linguagem contém pouco suporte a construções estruturadas ou à
tipologia de dados. A APL oferece um rico conjunto de operadores computacionais e tem
conquistado um pequeno, mas ávido conjunto de seguidores para a resolução de problemas
matemáticos.
A FORTH é uma linguagem projetada para o desenvolvimento de software de
microprocessadores. Essa linguagem suporta a definição de funções definidas pelo usuário
[implementadas com notação pós-fixada (forma polonesa revertida)] que são executadas de
uma forma baseada em pilhas para obter eficiência em velocidade e memória.
Do ponto de vista da engenharia de software, as linguagens especializadas
apresentam tanto vantagens como desvantagens. Desde que uma linguagem especializada
tenha sido projetada para tratar de uma aplicação específica, a conversão dos requisitos em
projeto para a implementação do código pode ser facilitada. Por outro lado, a maioria das
linguagens especializadas é bem menos portátil e freqüentemente menos capaz de obter
manutenção do que as linguagens de uso geral.
LINGUAGENS DE QUARTA GERAÇÃO
Ao longo de toda a história do desenvolvimento de software, tentamos gerar
programas de computador em níveis de abstração cada vez mais elevados. As linguagens de
programação de primeira geração trabalharam no nível de fixação de instruções de
máquina, o mais baixo nível de abstração possível. As linguagens de programação de
segunda e terceira gerações elevaram o nível em que representamos os programas de
computador, mas procedimentos algorítmicos distintos e completamente detalhados ainda
têm de ser especificados. No decorrer da década passada, as linguagens de quarta geração
(4GLs) elevaram o nível de abstração a um ponto ainda mais alto.
As linguagens de quarta geração, como todas as linguagens artificiais, contêm uma
sintaxe distinta para a representação da estrutura de dados e de controle. Uma 4GL,
entretanto, representa essas estruturas em um nível de abstração mais elevado, ao eliminar a
necessidade de especificar detalhes algorítmicos. Por exemplo, a instrução
COMPUTAR VALOR-LÍQUIDO-ATUAL E RETORNO-SOBRE-O-INVESTIMENTO
PARA DISPÊNDIOS #5 E #9.
é uma instrução de 4GL típica. O sistema 4GL "sabe" como computar os dados financeiros
desejados e o faz sem exigir que o desenvolvedor do software especifique os algoritmos
apropriados. Deve ficar claro que o "conhecimento" acima descrito é específico quanto ao
domínio. Ou seja, a mesma 4GL indubitavelmente se chocaria com
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COMPUTAR AS RAÍZES DA EQUAÇÃO TRANSCENDENTAL #3 E
APLICÁ-LAS AO MODELO FÍSICO.
não obstante outra 4GL, projetada especificamente para o domínio de aplicação implícito
acima, pudesse fazer o trabalho esplendidamente.
As linguagens de quarta geração combinam características procedimentais e nãoprocedimentais. Ou seja, a linguagem possibilita que o usuário especifique condições e as
correspondentes ações (o componente procedimental), encorajando, ao mesmo tempo, o
usuário a indicar o resultado desejado (o componente não-procedimental) e então aplicar
seu conhecimento específico do domínio para preencher os detalhes procedimentais.
Martin ([MAR85], [MAR86]) apresenta uma discussão abrangente das linguagens
de quarta geração e desenvolve as seguintes categorias gerais:
Linguagens de Consulta Até hoje, a grande maioria das 4GLs foi desenvolvida para ser
usada em conjunto com aplicações de bancos de dados. Tais linguagens de consulta
possibilitam que o usuário manipule informações contidas num banco de dados preexistente
de uma forma sofisticada. Algumas linguagens de consulta exigem uma sintaxe complexa
que não é mais simples (e, em certos casos, pior) do que uma linguagem de terceira
geração. Por exemplo [MAR85]:
list by região (87.vendas.real.set)
sum (87.vendas.set.est) , (sum (sum (87.vendas.real.set)))
Entretanto, outras linguagens de consulta disponíveis atualmente oferecem uma
interface de linguagem natural que permite que o usuário declare [INT86]:
Para as regiões leste e oeste, como se comportaram as
vendas reais do último mês em comparação com as previsões?
É desnecessário dizer que a segunda abordagem seria preferida pelos usuários.
Geradores de Programas Os geradores de programas representam outra classe, bem mais
sofisticada, de linguagens de quarta geração. Em vez de confiar num banco de dados
previamente definido como seu ponto focal, um gerador de programas possibilita que o
usuário crie programas completos em linguagem de terceira geração, usando (muitos
afirmam) declarações com uma ordem de magnitude a menos. Essas linguagens de
programação de nível muito elevado fazem intenso uso de abstrações procedimentais e de
dados (Capítulo 10). Infelizmente, para os que trabalham na área de produtos e sistemas de
engenharia, a maioria dos geradores de programas disponíveis atualmente concentra-se
exclusivamente em aplicações de sistemas de informação e gera programas em COBOL.
Porém, uma nova geração de ferramentas CASE possibilita que o engenheiro de software
modele graficamente uma aplicação de engenharia e depois gere um código-fonte C ou Ada
a partir do modelo gráfico.
Outras 4GLs Não obstante as linguagens de consulta e os geradores de programas sejam as
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linguagens de quarta geração mais comuns, existem outras categorias. As linguagens de
apoio a decisões possibilitam que "não-programadores" realizem uma variedade de análise
do tipo "e se?" que variam de simples modelos de planilhas bidimensionais a sofisticados
sistemas de modelagem estatística ou de pesquisa operacional. As linguagens de
prototipação foram desenvolvidas para auxiliar na criação de protótipos, facilitando a
criação de interfaces com o usuário e diálogo e proporcionando um meio para a modelagem
de dados. As linguagens formais de especificação (discutidas no Capítulo 9) podem ser
consideradas linguagens de quarta geração quando produzem software executável em
máquina. Finalmente, as ferramentas usadas num ambiente de computador pessoal (por
exemplo, planilhas, sistemas de bancos de dados, Macintosh Hypercard) possibilitam que o
usuário "programe" em um nível de abstração mais elevado do que aquele que estava
anteriormente disponível.
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