El "cerebro" de un ordenador es la Unidad Central de Procesamiento (CPU). En general una CPU no puede almacenar
más que unos pocos números y realizar operaciones matemáticas básicas con ellos. Además esos números se pueden
recibir de o enviar a la memoria o a los distintos dispositivos de entrada y salida (teclado, monitor, disco duro,
impresora, etc). Para cada una una de estas operaciones (obtener números de un sitio, hacer cálculos con esos
valores, enviar el resultado a otro sitio) existe una instrucción diferente y cada CPU tiene su propio juego de
instrucciones, más o menos amplio dependiendo de la complejidad de la CPU.
En la memoria del ordenador se puede guardar una secuencia de esas instrucciones, que el ordenador es capaz de
seguir desde el principio hasta el final (aunque esas instrucciones no tienen por qué ejecutarse siempre en el
mismo orden porque existen instrucciones para saltar de un punto a otro de la secuencia de instrucciones). Esas
secuencias se llaman programas ejecutables.
Cualquier función que realice un ordenador, por sofisticada que parezca, en realidad no es más que una larga
secuencia de instrucciones elementales. Para los humanos resulta muy complicado escribir directamente los
programas ejecutables porque cualquier tarea requiere muchísimos pasos, que el ordenador ejecuta de forma
instantánea, pero para que los ordenadores funcionen es necesario disponer de programas ejecutables.
Los lenguajes de programación se han creado para facilitar la elaboración de programas ejecutables. Un lenguaje
de programación es un lenguaje artificial diseñado para dictar instrucciones a un ordenador, pero tienen la
ventaja de que no es necesario desmenuzar las tareas tanto como lo requiere la CPU sino que permiten definir
tareas de forma más abstracta. Por ejemplo, un lenguaje de programación puede tener una instrucción para calcular
raíces cuadradas, aunque haya CPUs que no tengan la capacidad de calcular raíces cuadradas.
Existen muchos lenguajes de programación diferentes, pero en general, un programador que quiere conseguir que el
ordenador realice determinadas operaciones, tiene que seguir estos pasos:
El programador escribe una secuencia de instrucciones siguiendo las reglas de un lenguaje de programación. Esa
secuencia de instrucciones se guarda en uno o varios archivos de texto. A estos archivos se les llama
código fuente del programa.
Mediante un programa especial (llamado compilador o intérprete) capaz de realizar esa tarea el ordenador
convierte los archivos de texto en archivos ejecutables, es decir, traduce la secuencia de instrucciones
escritas por el programador en instrucciones. A estos archivos ejecutables se les llama programas
ejecutables.
El programador o cualquier otro usuario le puede pedir al ordenador que ejecute el programa ejecutable.
En el ejemplo citado de las raíces cuadradas, el compilador o intérprete tendría que ser capaz de convertir la
instrucción de raíz cuadrada que hubiera escrito el programador en una serie de sumas, restas, multiplicaciones o
divisiones que acaben dando el resultado deseado.
En Informática, normalmente se utiliza el término programa para referirse a las dos cosas:
al fichero de texto escrito por un programador en algún lenguaje de programación
al fichero ejecutable que ejecuta el ordenador para producir un resultado.
Eso puede causar alguna confusión, pero se espera que el lector/oyente entienda por el contexto de cuál de los
dos conceptos se está hablando.
Las ventajas de usar lenguajes de programación son numerosas:
los lenguajes de programación son infinitamente más comprensibles para los humanos que las secuencias de
instrucciones.
un mismo código fuente se puede acabar ejecutando en ordenadores con diferentes juegos de instrucciones,
usando compiladores o intérpretes que sean capaces de realizar la traducción.
mejorando los compiladores o intérpretes, un mismo código fuente se puede acabar convirtiendo en programas
ejecutables más rápidos.
Los ordenadores siguen al pie de la letra las instrucciones de los programas ejecutables. Por tanto, los
programas deben tener en cuenta todos los posibles resultados de todas las instrucciones e incluir las
instrucciones a seguir en cada caso, de manera que el ordenador no se quede atascado en algún punto del programa.
En el ejemplo citado de las raíces cuadradas, el programa tiene que tener en cuenta que no se pueden calcular las
raíces cuadradas de números negativos (sin recurrir a los números complejos) y no tiene que pedirle al ordenador
que lo haga porque seguramente se producirá un error y el programa se interrumpirá.
La importancia de la programación
La programación es importante porque permite automatizar todo tipo de tareas. La gráfica siguiente (copiada de un
post de Bruno Oliveira que ya no está disponible en Internet y que Jon Udell
criticó y perfeccionó en enero de 2012) ilustra de forma humorística la diferencia entre un informático y un
no informático a la hora de enfrentarse con un trabajo repetitivo:
Cuando un trabajo se hace manualmente, el tiempo empleado para realizar un trabajo suele ser directamente
proporcional a la cantidad de trabajo.
Cuando un informático hace un trabajo manualmente, su rendimiento es como el del no informático.
Pero llega un punto en el que el informático se aburre de las tareas repetitivas ...
... y escribe un programa para automatizar la tarea. Por supuesto, escribir, probar y corregir un programa
exige mucho tiempo. Tiempo que el no informático puede dedicar a seguir trabajando.
Cuando el informático puede empezar a usar el programa, el no informático llevará mucho trabajo adelantado.
Pero si el programa funciona, sin apenas esfuerzo adicional, el informático puede aumentar la carga de
trabajo realizada...
... y superar en productividad al no informático.
Al final, el informático puede hacer más y más trabajo sin necesidad de invertir más tiempo, mientras que el
no informático descubre que no puede competir y necesita seguir invirtiendo horas y horas.
Genealogía de los lenguajes de programación
El inicio de la informática moderna se suele situar en 1946, con ENIAC, el primer ordenador de propósito general (aunque entre
1936 y 1945 Konrad Zuse construyó en Alemania varios prototipos de ordenadores de propósito general que fueron
destruidos durante la segunda guerra mundial).
Esos ordenadores, como todos los que han venido después, tenían su propio lenguaje máquina, el
conjunto de instrucciones que puede ejecutar la CPU. Para hacer manejable la tarea de programar los ordenadores,
se crearon los lenguajes ensamblador, que utilizan palabras para referirse a las instrucciones.
El problema de estos lenguajes es que están ligados a la CPU utilizada.
En los años 50 aparecieron los lenguajes de programación independientes de una máquina en concreto y en los años
60 se desarrollaron la mayoría de los conceptos en que se basan los actuales lenguajes de programación,
perfeccionados a lo largo del tiempo.
Desde entonces, se han inventado muchísimos lenguajes de programación, que han permitido a los programadores
resolver problemas cada vez más complejos.
La imagen siguiente, basada en un dibujo de la
Wikipedia, muestra algunos de los lenguajes de programación más importantes de la historia, la mayoría de
los cuales se siguen utilizando en la actualidad, y algunos de los nuevos lenguajes más prometedores:
Al hacer clic en el nombre de un lenguaje, se abre la página de la Wikipedia (en inglés) dedicada al lenguaje.
La posición vertical de cada lenguaje indica su fecha de creación. Posteriormente, cada lenguaje ha seguido su
propia evolución y las versiones actuales pueden ser incluso incompatibles con las versiones originales.
Las líneas que unen los lenguajes significan que un lenguaje ha influido en el diseño del otro, aunque el
dibujo es una simplificación y hay muchas más influencias que las indicadas, especialmente en los lenguajes más
modernos que aúnan características de muchos lenguajes anteriores.
Algunos de estos lenguajes han sido importantes por la cantidad de aplicaciones que se han escrito con ellos,
mientras que otros lo han sido por introducir ideas radicalmente nuevas que han influido en los lenguajes
posteriores.
En este gráfico se podrían haber incluido otros lenguajes como Erlang, Haskell o Julia.
La mayoría de estos lenguajes siguen en uso y, en realidad, resulta cada vez más difícil que un lenguaje nuevo
reemplace a los anteriores, pues no solamente tiene que tener ventajas evidentes sobre los anteriores, sino que
debe competir con todas las herramientas auxiliares y colecciones de programas disponibles en los lenguajes
antiguos.
Popularidad de los lenguajes de programación
No es fácil establecer la popularidad de los diferentes lenguajes de programación, pero algunos sitios web
elaboran comparaciones basándose en diferentes conjuntos de datos.
GitHub, actualmente el repositorio público de software más importante,
publica cada año el informe The State of the Octoverse, en el que incluye información sobre los lenguajes de programación más utilizados en
GitHub. En el informe de 2021, JavaScript es el lenguaje más popular, Python se sitúa en segundo lugar y
PHP ha descendido a la sexta posición.
Google Trends permite comparar la frecuencia de búsqueda de varios
términos, por ejemplo los cinco lenguajes de los años 90 que son los más populares en GitHub: JavaScript,
Python, Java, PHP y C#.
También podemos comparar cinco lenguajes creados entre 2010 y 2015 que son "herederos" de los anteriores (Go,
TypeScript, Rust, Kotlin y Swift).
TIOBE es un sitio que compara mensualmente desde hace muchos
años la popularidad de los lenguajes de programación basándose en información de diversas fuentes. En 2022
Python ha alcanzado el primer puesto.
PYPL PopularitY of Programming Language es otro sitio web que
compara la popularidad de los lenguajes de programación basándose en las búsquedas sobre tutoriales realizadas
en Google. Python alcanzó en 2019 el primer puesto, en el que sigue desde entonces.
Se pueden dar algunos criterios generales para distinguir unos lenguajes de otros, aunque cada vez más los
lenguajes incluyen características que antes distinguían unos lenguajes de otros y las frontera están menos
definidas. Algunos de esos criterios son los siguientes:
Lenguajes imperativos y lenguajes declarativos
En los lenguajes imperativos el programador escribe paso a paso las tareas a realizar.
Entre ellos, están
los lenguajes modulares, que permiten definir bloques de instrucciones y reutilizarlos
para construir programas más complejos (Algol, COBOL, Fortran, etc.).
los lenguajes procedurales, que permiten definir procedimientos (rutinas, subrutinas,
funciones, etc) y reutilizarlos (BASIC, Pascal, C, etc.).
los lenguajes orientados a objetos, en los que no se permite que cualquier porción del
programa acceda a cualquier dato, sino que se agrupan en clases todos los procedimientos que se pueden
aplicar a un tipo de datos (Smalltalk, C++, Java, etc.).
En los lenguajes declarativos el programador no escribe los pasos a realizar, sino los
pasos permitidos en cada situación y es el ordenador el que busca la secuencia adecuada. Entre ellos están:
los lenguajes funcionales, que utilizan como elemento básico las funciones y la
recursividad (APL, Haskell, Erlang, etc.).
los lenguajes lógicos, que expresan las relaciones en términos lógicos y utilizan
reglas de inferencia lógica para conseguir el resultado (Prolog, Datalog, etc.).
Existen lenguajes puros que siguen a rajatabla los principios de uno de estos tipos, pero la mayoría de
lenguajes permiten mezclar tipos de programación diferentes.
No se puede afirmar la superioridad intrínseca de un tipo de lenguaje sobre otro, puesto que existen problemas
que se abordan mejor con un tipo de lenguaje que otro.
Por ejemplo, en los años finales del siglo XX y en los primeros del siglo XXI, con el aumento de potencia de
los microprocesadores, parecía que los lenguajes imperativos habían ganado la partida a los declarativos. Pero
en los últimos años el crecimiento de la potencia bruta de las CPU individuales se ha detenido y en su lugar lo
que se multiplica es el número de núcleos en cada CPU y en esa situación en la que lo más importante es poder
"paralelizar" los programas (que se puedan ejecutar los programas en varios núcleos a la vez), los lenguajes
declarativos llevan ventaja, por lo que en los últimos años está aumentando el interés por esos lenguajes, sin
que por desgracia se hayan obtenido todavía resultados revolucionarios.
Lenguajes compilados y lenguajes interpretados
El programa de ordenador que es capaz de convertir el programa fuente escrito por el programador en el programa
ejecutable que ejecuta el ordenador puede realizar esa tarea de dos formas distintas:
en un lenguaje compilado, la tarea de conversión se realiza una sola vez. El compilador
crea un fichero ejecutable a partir del código fuente del programa y a partir de entonces el usuario ejecuta
el fichero ejecutable tantas veces como quiera, sin tener que volver a utilizar el código fuente.
en un lenguaje interpretado, la tarea de conversión se realiza cada vez que se quiere
ejecutar el programa. El intérprete lee una instrucción del programa fuente, la convierte en código
ejecutable, la ejecuta y pasa a la siguiente. En este caso, el usuario necesita tener el programa fuente para
poder ejecutarlo.
En principio, cualquier lenguaje de programación puede ser compilado o interpretado, aunque por tradición hay
lenguajes que suelen utilizar compiladores y otros que suelen utilizar intérpretes.
Se solía decir que para un mismo programa fuente, la compilación produce programas ejecutables más rápidos que
los programas interpretados, pero la tendencia es a que esas diferencias se reduzcan.
También se debe tener en cuenta que las preferencias por compiladores o intérpretes pueden deberse a
motivaciones no técnicas. Por ejemplo, el programador de software comercial preferirá el uso de lenguajes
compilados para poder comercializar el programa ejecutable sin necesidad de hacer público el programa fuente,
mientras que el programador de software libre no tiene problemas con los lenguajes interpretados puesto que va a
proporcionar también el código fuente.
Lenguajes tipificados y lenguajes no tipificados
En programación, los elementos que pueden almacenar información se llaman variables. Dependiendo del tipo de
información (números, letras, etc) que se almacena se usan variables de un tipo o de otro. Una característica
que diferencia unos lenguajes de otros es la rigidez o permisividad con respecto a los tipos de variables.
Los lenguajes tipificados (también llamados de tipado estático) son aquellos en los que una
variable guarda siempre un mismo tipo de datos. En algunos lenguajes tipificados se exige al programador que
declare el tipo de cada variable y en otros lo determina el compilador. En algunos lenguajes tipificados se
permite la conversión entre tipos de variables y en otros no.
Los lenguajes no tipificados (también llamados de tipado dinámico) no requieren la
declaración de tipo de las variables y una misma variable puede almacenar valores de tipos distintos a lo
largo de la ejecución del programa.
Algunas ventajas de los lenguajes tipificados es que permiten detectar errores de tipo (cuando un dato de un
tipo se guarda en una variable de otro tipo), que permiten a los compiladores optimizar mejor el código
ejecutable y, en el caso de exigir la declaración de tipo de las variables, que facilitan la comprensión de los
programas.
Algunas ventajas de los lenguajes no tipificados es la mayor flexibilidad de los programas, y una serie de
características que aunque no se derivan necesariamente de la falta de tipificación suelen presentar los
lenguajes no tipificados: simplicidad, mayor número de tipos de datos, metaprogramación (introspección, eval,
etc.).
