Höhere Programmiersprache

Eine höhere Programmiersprache (engl. high level programming language) ist eine Programmiersprache zur Abfassung eines Computerprogramms, die einer der historisch gewachsenen menschlichen Sprachen (Englisch, Japanisch usw.) ähnelt.

Geschichte

Als weltweit erste höhere Programmiersprache gilt der Plankalkül von Konrad Zuse, der allerdings keinen Einfluss auf die Entwicklung späterer Sprachen hatte.

Die ersten Computer wurden mit Hilfe von Programmen in Maschinencode instruiert. Dieser besteht lediglich aus einer Folge von Zahlen, die vom Prozessor als Befehlsfolge interpretiert werden. Diese Befehle bestehen aus einfachen Anweisungen wie Arithmetik, Speicherzugriffen usw. Die erste Innovation war die Erfindung von Assemblersprachen, die nicht abstrahieren, die Befehle aber in Textform darstellen.

Ende der 1950er Jahre wurden Computer so leistungsfähig, dass Übersetzungsprogramme die Eingabe von Programmen wesentlich erleichtern konnten. Fortran, ALGOL und Lisp waren die ersten Vertreter, deren Namen noch an die neuen, komfortableren Möglichkeiten der Sprachen und Übersetzerprogramme erinnern:

• Fortran – FORmula TRANslation = Formelübersetzung
• ALGOL – ALGOrithmic Language = Algorithmensprache
• LISP – LISt Processing = Listenverarbeitung

Diese ersten höheren Sprachen enthielten abstrakte Elemente wie bedingte Anweisungen („wenn x wahr, dann führe y aus“) und Schleifen („solange x gilt, führe y aus“). Diese Konstrukte konnten nun mit weniger Aufwand programmiert werden und drückten in lesbarer Form ihren Zweck aus.

Später folgten weitere Sprachen, die ein höheres Maß an Abstraktion boten (daher der Begriff höhere Programmiersprache). Ein Programm konnte in Unterprogramme (Prozeduren) eingeteilt und diese wiederum zu Modulen zusammengefasst werden. So war es möglich, Teilprogramme von verschiedenen Personen entwickeln zu lassen, ohne dass eine Konvention über die verwendeten Variablen getroffen werden musste, da für jede Prozedur die Variablen neu definiert wurden. Wohl aber wurden Ein- und Ausgangsparameter vom Haupt- ans Unterprogramm übergeben und umgekehrt. Prinzipiell kann gesagt werden, dass höhere Programmiersprachen mehr (Logik) mit weniger Text ausdrücken. Gleichzeitig wird die Lesbarkeit des Programmtextes erhöht.

Mittlerweile sind die Abstraktionen so weit vorangeschritten, dass der Begriff „Hochsprache“ relativ geworden ist. So sind die ersten Sprachen wie Fortran höhere Sprachen als Assembler und modernere Sprachen höher als Fortran. Der Ausdruck Hochsprache beinhaltet also stets einen Bezug auf eine Sprache(familie).

Dies wird auch aus einer weiteren Tatsache ersichtlich: Die ersten höheren Sprachen wurden zuerst in Assemblersprachen bzw. Maschinencode übersetzt, um dann ausgeführt werden zu können. Einige modernere Sprachen werden heute erst in weniger hohe Sprachen übersetzt, aus denen selbst wiederum relativ effizienter Maschinencode gewonnen werden kann. Die Programme, mit denen solche Übersetzungen ausgeführt werden, heißen Compiler.

Daneben kann ein Programm in einer höheren Programmiersprache auch interpretiert werden. Dabei wird das Programm nicht vorab in Maschinencode übersetzt, sondern während seiner Laufzeit führt ein Interpreter die Anweisungen aus. Dieser bildet also eine Schnittstelle zwischen Rechner und Programm, und ist heutzutage meist in einer anderen höheren Programmiersprache geschrieben.

Die meisten „modernen“ Programmiersprachen (BASIC, C, C++, C#, Pascal und Java) sind Sprachen der dritten Generation.

Vergleich zur Assemblersprache

Höhere Programmiersprache	Assemblersprache
Syntax oft an menschliche Denkgewohnheiten angepasst	Platzsparende, stark komprimierte Syntax
Größtenteils maschinenunabhängig	Nur auf einem bestimmten Prozessortyp lauffähig
Geschwindigkeitsverlust durch Abstraktion (tendenziell)	Maschinennahe Befehle erhöhen die Geschwindigkeit
Abstrakte, maschinenunabhängige Datentypen (Ganzzahl, Gleitkommazahl, ...)	Datentypen des Prozessors (Byte, Wort, Langwort)
Mehrere Kontrollstrukturen (if, while,...)	Sprungbefehle, Makros
Datenstrukturen (Feld, Record)	Nur einfache Typen
Weitgehende semantische Analyse möglich	Nur grundlegende semantische Analyse möglich
Beispiel: A:=2; FOR I:=1 TO 20 LOOP A:=A*I; END LOOP; PRINT(A);	Beispiel: .START ST ST: MOV R1,#2 MOV R2,#1 M1: CMP R2,#20 BGT M2 MUL R1,R2 INI R2 JMP M1 M2: JSR PRINT .END

Einordnung und Nachfolge

Die Höheren Programmiersprachen nennt man auch Third generation languages oder kurz 3GL. In Programmiersprachen der dritten Generation muss genau beschrieben werden, wie ein bestimmtes Problem gelöst werden soll. Die Aufgabenstellung ist schwierig aus dem Quellcode zu erkennen. Darum wurden Programmiersprachen der vierten Generation entwickelt, die normalerweise für spezielle Problemlösungen optimiert sind und bei denen der Code beschreibt, was der Computer ausführen soll.

Heute existieren zahlreiche unterschiedliche höhere Programmiersprachen, von denen einige allgemein anwendbar sind, andere aber nur für Spezialanwendungen eingesetzt werden. Allgemein anwendbare Programmiersprachen (general purpose languages) sind nicht auf spezielle Anwendungsfälle zugeschnitten und bieten allgemeine Abstraktionen. Die sog. domänenspezifischen Sprachen (Domain Specific Languages, DSL) andererseits ermöglichen Abstraktionen für einen bestimmten Anwendungsfall. Letztere werden derzeit intensiv erforscht. So gibt es Sprachen für die Gleissteuerung von Zugstrecken mit teilweise grafischer Programmierung, d.h. der „Programmtext“ besteht dort aus Grafiken, die beispielsweise per Mauseingabe manipuliert werden können. Das Ziel bei dieser Programmierweise ist es, eine Abfassung von Programmen in Textform unnötig zu machen und die Programmierung durch intuitive Bedienung einer größeren Anwendergruppe zugänglich zu machen.