Lenguajes de programación

De hecho, un lenguaje de programación es un conjunto de reglas para describir comandos y funciones predefinidas. Cada lenguaje de programación limita al desarrollador a un conjunto estrictamente predeterminado de palabras clave y comandos que pueden ser utilizados en el desarrollo. Hay varios niveles de lenguajes entre los cuales se distinguen:

• De bajo nivel (ensamblador): trabaja directamente con los comandos del procesador.
• De alto nivel (C++, C#, Java, etc.): es más como un lenguaje ordinario.

Durante el desarrollo de un producto de software se pueden distinguir diferentes niveles de abstracción. Es decir, los objetos del mundo real pueden ser representados de manera diferente. Dependiendo de ello, los lenguajes de programación se dividen en los siguientes tipos:

• Procedimiento: se determina la solución de la tarea paso a paso, todo el sistema se divide en una serie de procedimientos relacionados.
• Orientado a objetos: el programa se desarrolla como un conjunto de objetos interrelacionados, cada uno de los cuales puede generar una gran cantidad de implementaciones concretas.
• Declarativo: son los lenguajes de la descripción del problema y el resultado esperado.

Programación orientada a objetos

Este enfoque implica desarrollar un programa como un sistema de objetos, cada uno de los cuales refleja uno u otro objeto del mundo real. Los objetos del mundo real se corresponden con las clases. Y de cada clase, a su vez, se pueden generar innumerables objetos. Por ejemplo, si se desarrolla un programa para un taller de coches, las clases serán: coche, motor, suspensión, carrocería, sistema de frenos y otras piezas de repuesto. Y los objetos de la clase son los modelos específicos de estas partes, que se utilizan en el proceso.

Historia

Código Fortran en una tarjeta perforada, mostrando el uso especializado de las columnas 1-5, 6 y 73-80

Para que la computadora entienda nuestras instrucciones debe usarse un lenguaje específico conocido como código máquina, que la máquina lee fácilmente, pero que es excesivamente complicado para las personas. De hecho, solo consiste en cadenas extensas de números 0 y 1.

Para facilitar el trabajo, los primeros operadores de computadoras decidieron crear un traductor para reemplazar los 0 y 1 por palabras o abstracción de palabras y letras provenientes del inglés; este se conoce como lenguaje ensamblador. Por ejemplo, para sumar se usa la letra A de la palabra inglesa add (sumar). El lenguaje ensamblador sigue la misma estructura del lenguaje máquina, pero las letras y palabras son más fáciles de recordar y entender que los números.

La necesidad de recordar secuencias de programación para las acciones usuales llevó a denominarlas con nombres fáciles de memorizar y asociar: ADD (sumar), SUB (restar), MUL (multiplicar), CALL (ejecutar subrutina), etc. A esta secuencia de posiciones se le denominó "instrucciones", y a este conjunto de instrucciones se le llamó lenguaje ensamblador. Posteriormente aparecieron diferentes lenguajes de programación, los cuales reciben su denominación porque tienen una estructura sintáctica semejante a la de los lenguajes escritos por los humanos, denominados también lenguajes de alto nivel.

A finales de 1953, John Backus sometió una propuesta a sus superiores en IBM para desarrollar una alternativa más práctica al lenguaje ensamblador, para programar la computadora central IBM 704. El histórico equipo Fortran de John Backus consistió en los programadores Richard Goldberg, Sheldon F. Best, Harlan Herrick, Peter Sheridan, Roy Nutt, Robert Nelson, Irving Ziller, Lois Haibt y David Sayre.​

El primer manual para el lenguaje Fortran apareció en octubre de 1956, con el primer compilador Fortran entregado en abril de 1957. Esto era un compilador optimizado, porque los clientes eran reacios a usar un lenguaje de alto nivel a menos que su compilador pudiera generar código cuyo desempeño fuera comparable al de un código hecho a mano en lenguaje ensamblador.

En 1960, se creó COBOL, uno de los lenguajes usados aún en la actualidad, en informática de gestión.

A medida que la complejidad de las tareas que realizaban las computadoras aumentaba, se hizo necesario disponer de un método más eficiente para programarlas. Entonces, se crearon los lenguajes de alto nivel, como lo fue BASIC en las versiones introducidas en los microordenadores de la década de 1980. Mientras que una tarea tan sencilla como sumar dos números puede necesitar varias instrucciones en lenguaje ensamblador, en un lenguaje de alto nivel bastará una sola sentencia.

Clasificación de los lenguajes de programación

Los lenguajes de programación han sido históricamente clasificados atendiendo a distintos criterios:

• Clasificación histórica

A medida que surgían nuevos lenguajes que permitían nuevos estilos de programación más expresiva, se distinguieron dichos estilos en una serie de generaciones, cada una representando lenguajes de programación surgidos en una época similar y con características genéricas comunes.

• Lenguajes de alto y de bajo nivel

Los lenguajes de programación se suelen clasificar dentro de dos amplias categorías que se refieren a su "nivel de abstracción", es decir, en cuanto a lo específico o general que es respecto a la arquitectura de computación inherente al sistema que se está utilizando.

• Clasificación por paradigmas

Los paradigmas de programación distinguen distintos modelos de cómputo y de estilos de estructurar y organizar las tareas que debe realizar un programa. Un lenguaje de programación puede ofrecer soporte a uno o varios paradigmas de programación, total o parcialmente.

• Clasificación por propósito

Se distinguen los lenguajes de programación de propósito general de aquellos de propósito específico.

En algunas ocasiones los lenguajes de programación son también clasificados en familias que comparten ciertas características comunes como el estilo general de la sintaxis que emplean. Habitualmente estas características suelen ser heredadas de lenguajes de programación anteriores que sirvieron de inspiración a los creadores de dicho lenguaje.

Clasificación histórica o por generaciones.

Los equipos de ordenador (el hardware) han pasado por cuatro generaciones, de las que las tres primeras (ordenadores con válvulas, transistores y circuitos integrados) están muy claras, la cuarta (circuitos integrados a gran escala) es más discutible.

Algo parecido ha ocurrido con la programación de los ordenadores (el software), que se realiza en lenguajes que suelen clasificarse en cinco generaciones, de las que las tres primeras son evidentes, mientras no todo el mundo está de acuerdo en las otras dos. Estas generaciones no coincidieron exactamente en el tiempo con las de hardware, pero sí de forma aproximada, y son las siguientes:

• Primera generación: los primeros ordenadores se programaban directamente en código de máquina (basado en sistema binario), que puede representarse mediante secuencias de 0 y 1. No obstante, cada modelo de ordenador tiene su propia estructura interna a la hora de programarse. A estos lenguajes se les denominaba Lenguaje de bajo nivel, porque sus instrucciones ejercen un control directo sobre el hardware y están condicionados por la estructura física de las computadoras que lo soportan. Dado que este tipo de lenguaje se acerca mucho más a la lógica de la máquina que a la humana, es mucho más complicado programar con él. El uso de la palabra bajo en su denominación no implica que el lenguaje sea menos potente que un lenguaje de alto nivel, sino que se refiere a la reducida abstracción entre el lenguaje y el hardware. Por ejemplo, se utiliza este tipo de lenguajes para programar tareas críticas de los sistemas operativos, de aplicaciones en tiempo real o controladores de dispositivos. Otra limitación de estos lenguajes es que se requiere de ciertos conocimientos de programación para realizar las secuencias de instrucciones lógicas.

• Segunda generación: los lenguajes simbólicos, asimismo propios de la máquina, simplifican la escritura de las instrucciones y las hacen más legibles. Se refiere al lenguaje ensamblador ensamblado a través de un macroensamblador. Es el lenguaje de máquina combinado con una serie de poderosas macros que permiten declarar estructuras de datos y de control complejas.

• Tercera generación: los lenguajes de alto nivel sustituyen las instrucciones simbólicas por códigos independientes de la máquina, parecidas al lenguaje humano o al de las Matemáticas. Se crearon para que el usuario común pudiese solucionar un problema de procesamiento de datos de una manera más fácil y rápida. Son usados en ámbitos computacionales donde se logra un alto rendimiento con respecto a lenguajes de generaciones anteriores. Entre ellos se encuentran C, Fortran, Smalltalk, Ada, C++, C#, Cobol, Delphi, Java y PHP, entre otros. Algunos de estos lenguajes pueden ser de propósito general, es decir, que el lenguaje no está enfocado a una única especialidad, sino que puede usarse para crear todo tipo de programas. Para ciertas tareas más comunes, existen bibliotecas para facilitar la programación que permiten la reutilización de código.

• Cuarta generación: se ha dado este nombre a ciertas herramientas que permiten construir aplicaciones sencillas combinando piezas prefabricadas. Hoy se piensa que estas herramientas no son, propiamente hablando, lenguajes. Cabe mencionar que, algunos proponen reservar el nombre de cuarta generación para la programación orientada a objetos. Estos últimos tienen una estructura muy parecida al idioma inglés. Algunas de sus características son: acceso a base de datos, capacidades gráficas, generación de código automáticamente, así como poder programar visualmente (como por ejemplo Visual Basic o SQL). Entre sus ventajas se cuenta una mayor productividad y menor agotamiento del programador, así como menor concentración por su parte, ya que las herramientas proporcionadas incluyen secuencias de instrucciones. El nivel de concentración que se requiere es menor, ya que algunas instrucciones, que le son dadas a las herramientas, a su vez, engloban secuencias de instrucciones a otro nivel dentro de la herramienta. Cuando hay que dar mantenimiento a los programas previamente elaborados, es menos complicado por requerir menor nivel de concentración. Por otro lado, sus desventajas consisten en que estas herramientas prefabricadas son generalmente menos flexibles que las instrucciones directas en los lenguajes de bajo nivel. Además, se suelen crear dependencias con uno o varios proveedores externos, lo que se traduce en pérdida de autonomía. Asimismo, es frecuente que dichas herramientas prefabricadas contengan librerías de otros proveedores, que conlleva instalar opciones adicionales que son consideradas opcionales. A menos que existan acuerdos con otros proveedores, son programas que se ejecutan únicamente con el lenguaje que lo creó. Tampoco suelen cumplir con los estándares internacionales ISO y ANSI, lo cual conlleva un riesgo futuro por desconocerse su tiempo de permanencia en el mercado. Algunos ejemplos son: NATURAL y PL/SQL.

• Quinta generación: en ocasiones se llama así a los lenguajes de inteligencia artificial, aunque con el fracaso del proyecto japonés de la quinta generación esta denominación ha caído en desuso.

Paradigma de programación

Un paradigma de programación consiste en un método para llevar a cabo cómputos y la forma en la que deben estructurarse y organizarse las tareas que debe realizar un programa.⁷​ Se trata de una propuesta tecnológica adoptada por una comunidad de programadores, y desarrolladores cuyo núcleo central es incuestionable en cuanto que únicamente trata de resolver uno o varios problemas claramente delimitados; la resolución de estos problemas debe suponer consecuentemente un avance significativo en al menos un parámetro que afecte a la ingeniería de software. Representa un enfoque particular o filosofía para diseñar soluciones. Los paradigmas difieren unos de otros, en los conceptos y la forma de abstraer los elementos involucrados en un problema, así como en los pasos que integran su solución del problema, en otras palabras, el cómputo. Tiene una estrecha relación con la formalización de determinados lenguajes en su momento de definición. Es un estilo de programación empleado.

Un paradigma de programación está delimitado en el tiempo en cuanto a aceptación y uso, porque nuevos paradigmas aportan nuevas o mejores soluciones que lo sustituyen parcial o totalmente.

El paradigma de programación que actualmente es más utilizado es la "orientación a objetos" (OO). El núcleo central de este paradigma es la unión de datos y procesamiento en una entidad llamada "objeto", relacionable a su vez con otras entidades "objeto".

Tradicionalmente, datos y procesamiento se han separado en áreas diferente del diseño y la implementación de software. Esto provocó que grandes desarrollos tuvieran problemas de fiabilidad, mantenimiento, adaptación a los cambios y escalabilidad. Con la OO y características como el encapsulado, polimorfismo o la herencia, se permitió un avance significativo en el desarrollo de software a cualquier escala de producción. La OO parece estar ligada en sus orígenes con lenguajes como Lisp y Simula, aunque el primero que acuñó el título de "programación orientada a objetos" fue Smalltalk.

Clasificación por paradigmas

En general, la mayoría de paradigmas son variantes de los dos tipos principales de programación, imperativa y declarativa. En la programación imperativa se describe paso a paso un conjunto de instrucciones que deben ejecutarse para variar el estado del programa y hallar la solución, es decir, un algoritmo en el que se describen los pasos necesarios para solucionar el problema.

En la programación declarativa las sentencias que se utilizan lo que hacen es describir el problema que se quiere solucionar; se programa diciendo lo que se quiere resolver a nivel de usuario, pero no las instrucciones necesarias para solucionarlo. Esto último se realizará mediante mecanismos internos de inferencia de información a partir de la descripción realizada.

A continuación se describen algunas de las distintas variantes de paradigmas de programación:

• Programación imperativa o por procedimientos: es el más usado en general, se basa en dar instrucciones al ordenador de como hacer las cosas en forma de algoritmos, en lugar de describir el problema o la solución. Las recetas de cocina y las listas de revisión de procesos, a pesar de no ser programas de computadora, son también conceptos familiares similares en estilo a la programación imperativa; donde cada paso es una instrucción. Es la forma de programación más usada y la más antigua, el ejemplo principal es el lenguaje de máquina. Ejemplos de lenguajes puros de este paradigma serían el C, BASIC o Pascal.

• Programación orientada a objetos: está basada en el imperativo, pero encapsula elementos denominados objetos que incluyen tanto variables como funciones. Está representado por C# o Java entre otros, pero el más representativo sería el Smalltalk que está completamente orientado a objetos.

• Programación dirigida por eventos: la programación dirigida por eventos es un paradigma de programación en el que tanto la estructura como la ejecución de los programas van determinados por los sucesos que ocurran en el sistema, definidos por el usuario o que ellos mismos provoquen.

• Programación declarativa: está basada en describir el problema declarando propiedades y reglas que deben cumplirse, en lugar de instrucciones. Hay lenguajes para la programación funcional, la programación lógica, o la combinación lógico-funcional. La solución es obtenida mediante mecanismos internos de control, sin especificar exactamente cómo encontrarla (tan solo se le indica a la computadora qué es lo que se desea obtener o qué es lo que se está buscando). No existen asignaciones destructivas, y las variables son utilizadas con transparencia referencial. Los lenguajes declarativos tienen la ventaja de ser razonados matemáticamente, lo que permite el uso de mecanismos matemáticos para optimizar el rendimiento de los programas.⁸​ Unos de los primeros lenguajes funcionales fueron Lisp y Prolog.

• Programación funcional: basada en la definición los predicados y es de corte más matemático, está representado por Scheme (una variante de Lisp) o Haskell. Python también representa este paradigma.

• Programación lógica: basado en la definición de relaciones lógicas, está representado por Prolog.

• Programación con restricciones: similar a la lógica usando ecuaciones. Casi todos los lenguajes son variantes del Prolog.

• Programación multiparadigma: es el uso de dos o más paradigmas dentro de un programa. El lenguaje Lisp se considera multiparadigma. Al igual que Python o PHP que son orientados a objetos, reflexivos, imperativos y funcionales.​ Según lo describe Bjarne Stroustrup, esos lenguajes permiten crear programas usando más de un estilo de programación. El objetivo en el diseño de estos lenguajes es permitir a los programadores utilizar el mejor paradigma para cada trabajo, admitiendo que ninguno resuelve todos los problemas de la forma más fácil y eficiente posible. Por ejemplo, lenguajes de programación como C++, Genie, Delphi, Visual Basic o D¹⁰​ combinan el paradigma imperativo con la orientación a objetos. Incluso existen lenguajes multiparadigma que permiten la mezcla de forma natural, como en el caso de Oz, que tiene subconjuntos (particularidad de los lenguajes lógicos), y otras características propias de lenguajes de programación funcional y de orientación a objetos. Otro ejemplo son los lenguajes como Scheme de paradigma funcional o Prolog (paradigma lógico), que cuentan con estructuras repetitivas, propias del paradigma imperativo.

• Programación reactiva: este paradigma se basa en la declaración de una serie de objetos emisores de eventos asíncronos y otra serie de objetos que se "suscriben" a los primeros (es decir, quedan a la escucha de la emisión de eventos de estos) y *reaccionan* a los valores que reciben. Es muy común usar la librería Rx de Microsoft (Acrónimo de Reactive Extensions), disponible para múltiples lenguajes de programación.

• Lenguaje específico del dominio o DSL: se denomina así a los lenguajes desarrollados para resolver un problema específico, pudiendo entrar dentro de cualquier grupo anterior. El más representativo sería SQL para el manejo de las bases de datos, de tipo declarativo, pero los hay imperativos, como el Logo.