Linguaggio di programmazione ad alto livello

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In informatica, un linguaggio di programmazione ad alto livello è un linguaggio di programmazione diverso dal linguaggio macchina direttamente eseguibile da un computer; i programmi scritti in un linguaggio ad alto livello possono essere eseguiti tramite un compilatore, un interprete, o una combinazione di questi strumenti. L'idea di fondo è che i programmi ad alto livello possono essere ricondotti a programmi in linguaggio macchina in modo automatico, ovvero da un altro programma.

Un'idea del genere è già sottesa dai linguaggi assembly, che tuttavia non sono altro che "translitterazioni" dei corrispondenti linguaggi macchina, che per esempio fanno corrispondere un codice mnemonico (quindi più leggibile) a ogni codice di istruzione binario. Nel caso dei linguaggi di programmazione ad alto livello, però, il processo di traduzione può avere una complessità arbitraria, per cui il linguaggio ad alto livello può essere anche completamente diverso (per sintassi e semantica) dal sottostante linguaggio macchina.

Quest'idea rivoluzionaria fu introdotta in informatica negli anni cinquanta, soprattutto grazie al lavoro di John Backus presso la IBM, dove fu sviluppato il primo compilatore per il linguaggio FORTRAN (in seguito, Backus ricevette per questo motivo il premio Turing). Poche altre innovazioni in informatica hanno avuto conseguenze di portata paragonabile. In sostanza, la programmazione ad alto livello ebbe l'effetto di svincolare completamente (o quasi) le caratteristiche dei linguaggi di programmazione da quelle dell'hardware destinati a eseguirli. Fra le conseguenze principali si possono elencare le seguenti:

la progettazione di processori fu completamente liberata da qualsiasi requisito relativo alla leggibilità dei linguaggi macchina, in quanto si poteva ragionevolmente assumere che nessuno (o quasi) avrebbe più scritto o letto direttamente codice in linguaggio macchina o assembly; l'efficienza divenne di fatto l'unica preoccupazione reale dei progettisti hardware;
i linguaggi di programmazione ad alto livello ebbero un'evoluzione completamente indipendente da quella dell'hardware; lo scopo generale di tale evoluzione fu quello di rendere tali linguaggi sempre più "facili" da utilizzare per il programmatore umano;
si introdusse il concetto che i linguaggi di programmazione e i programmi potessero essere portabili, ovvero eseguibili su diversi computer (a patto di disporre di compilatori o interpreti per tali computer).

In generale, la maggior parte dei linguaggi di programmazione ad alto livello moderni conserva alcuni concetti di fondo che è possibile ricondurre ad alcune caratteristiche tipiche del linguaggio macchina. Concetti come quelli di variabile e assegnamento sono una versione astratta dello spostamento di dati fra celle di memoria; e il fatto che il paradigma di programmazione dominante sia quello imperativo si può facilmente giustificare con la considerazione che anche i linguaggi macchina sono imperativi.

[modifica] Livelli di astrazione

Un linguaggio di programmazione può essere descritto come "più ad alto livello" di un altro se si discosta in modo più radicale dalle caratteristiche tipiche del linguaggio macchina. In questo senso, si possono in linea di principio classificare tutti linguaggi in funzione del loro livello di astrazione. In gran parte, una tale classificazione rispecchierebbe da vicino l'evoluzione storica dei linguaggi e dei paradigmi di programmazione, con i linguaggi più antichi (FORTRAN, Cobol) evidentemente più vicini al linguaggio macchina rispetto alle ultime generazioni di linguaggi a oggetti come Java o C#. Proprio in virtù di questa evoluzione storica, spesso un linguaggio definito "ad alto livello" alla sua nascita in seguito "diventa di basso livello"; un esempio fra tutti è quello del C.

Fra i linguaggi a più alto livello in assoluto vanno probabilmente citati quelli corrispondenti a paradigmi di programmazione di origine matematica, come i linguaggi funzionali (LISP) e logici (Prolog).

[modifica] Livello di astrazione e efficienza

C'è chi dice che, in termini almeno generali, quanto più complessa è la traduzione da un dato linguaggio al linguaggio macchina, tanto più inefficiente tende a essere il linguaggio (in quanto il programmatore perde ogni percezione, anche indiretta, di ciò che accadrà realmente, a livello hardware, quando il programma verrà eseguito; e di conseguenza perde anche ogni possibilità di "ottimizzare" tale esecuzione).

Questa perdita di efficienza del software, tuttavia, si considera generalmente un costo accettabile per ottenere una serie di benefici (per alcuni dei quali si potrebbe usare ancora il termine "efficienza", seppure con connotazione leggermente diversa):

i linguaggi di alto livello forniscono tempi di sviluppo molto contenuti
la distanza concettuale fra l'analisi e l'implementazione si riduce, con conseguente riduzione del rischio di non corretta traduzione delle specifiche in codice
gli errori logici si individuano più facilmente, essendo espressi nella logica del dominio del problema
si evitano per lo più gli errori macchina che sono intercettati e segnalati opportunamente dal linguaggio di alto livello
i tempi di esecuzione si migliorano con l'efficienza degli algoritmi non eseguendo velocemente algoritmi inefficienti
i profiler forniscono informazioni dettagliate su quali siano i colli di bottiglia, si valuterà se è necessario tradurne o riscriverne quelle parti in linguaggi di programmazione che ne consentano una esecuzione più rapida, avendo già ottenuto e verificato specifiche chiare e certe.