Grundlagen der Informatik I “Programmierung”

Durch das Konzept des Übersetzers (Rutishauser 1951) kann man sich von dieser frustrierenden Ebene befreien
und seine Algorithmen als imperative Programme (in Fortran, Pascal, Eiffel, Modula usw.) schreiben. Doch
auch hier hat man noch mit Problemen wie der Speicherverwaltung zu kämpfen. Davon kann man sich durch
den Übergang zu funktionalen Programmen, die dann wiederum in imperative Sprachen übersetzt werden,
befreien. Fühlt man sich sogar von der Algorithmusentwicklung belästigt, so muß man auf weitere Ergebnisse
der Forschung hoffen, die die Programmsynthese automatisiert. Dann beschränkt sich die Systementwicklung
nur mehr auf die Beschreibung, was man will. Das Wie, also das Programm, wird dann automatisch generiert.
Diese Schichten der formalen Systeme machen einen Teil der Faszination der Informatik aus: Durch Übersetzung
von einer oberen Schicht in die nächsttiefere kann man sich von Fesseln des unteren Systems befreien
und in die höhere Ebene der formalen Systeme und damit auch des Denkens aufsteigen.
Komplexere Softwaresysteme haben generell eine Schichtenstruktur. Auf der Basis einfacher Systeme baut
man komplexere Systeme auf, die wiederum Basis der nächsten Entwicklung sind. Das leitet uns zum zweiten
Schwerpunkt der Grundzüge der Informatik über.
1.3 Methodisch-Technische Schwerpunkte
Auf der Basis formaler Systeme können Programme entwickelt werden. Die Anwendung formaler Systeme, ist
daher die wichtigste Aufgabe der Grundausbildung. Programme können von guter oder schlechter Qualität
sein. Daher ist bei komplexeren Programmen wichtig, Techniken der Systementwicklung einzusetzen, die zu
Programmen hoher Qualität führen. Die Technik der Systementwicklung nennt man Software Engineering.
1.3.1 Programmieren: Anwendung formaler Systeme
Im Zentrum der Anwendung steht das Programmieren in problemorientierten Sprachen und in maschinennahen
Sprachen. Der Schwerpunkt wird hierbei auf die Programmiersprache Eiffel [Meyer, 1988, Meyer, 1992]
und auf den Assembler des Motorolarechners [Kammerer, 1993] gelegt. Nach diesen beiden Semestern sollten
Sie in der Lage sein, durch Selbststudium die Kenntnisse anderer Programmierprachen zu erwerben.
Die Auswahl der Sprache Eiffel hat didaktische Gründe. Als Sprache zur Erklärung von Programmierkonzepten
spielt Eiffel heute die gleiche Rolle wie Pascal vor etwa 20 Jahren. Eiffel ist die einfachste und konsequenteste
Programmiersprache mit objektorientierten Konzepten (siehe Abschnitt 1.3.6). Die Erfahrungen der vorangegangenen
Semester zeigen, daß Eiffel sich zur Einführung in objektorientierte Sprachen besonders gut eignet.
In Umfragen wurde Eiffel gegenüber C++ bevorzugt. Pascal wurde abgelehnt. Bei guter Kenntnis von Eiffel ist
es ein leichtes nach C++ zu wechseln, das sich trotz softwaretechnisch schlechter Grundkonzeption langsam
zum Industriestandard entwickelt. Die in der Schule übliche Sprache Pascal hat in der Schule zur Entwicklung
einfacher Algorithmen ihre Berechtigung, ist für größere Systeme aber in ihrer mittlerweile veralteten Konzeption
ungeeignet. Die Verbesserungsvorschläge in Richtung Modularisierung und Objektorientierung setzen
in Pascal und C auf den festen Standard auf und bieten daher kein harmonisches Gesamtkonzept an.
Die Auswahl des Assemblers ist durch die jeweiligen Arbeitsplatzrechner des FB20 gegeben. Derzeit sind die
Rechner mit Motorola 680x0 ausgestattet.
Bevor man programmiert, sollte man wissen, was man programmieren will. Es muß also die Anforderungsdefinition
vorhanden sein. Die Programmiersprache Eiffel bietet dafür die Idee eines Kontraktes an: Wenn
der Benutzer meines Programms die von mir vorgeschriebenen Voraussetzungen garantiert, dann garantiert
mein Programm dem Benutzer die beschriebenen Ergebnisse. Die Voraussetzungen und Ergebnisse sollten
nach Möglichkeit formal deskriptiv beschrieben sein, damit sie eindeutig sind und auch formal geprüft werden
können. Daher werden wir zuerst einen Streifzug durch die Logik (Aussagen- und Prädikatenlogik erster Stufe)
machen, bevor wir in die Programmiersprache Eiffel und in ihre Anwendung einsteigen.