معرفی زبان های برنامه نویسی سطح میانی و مقایسه با سایر زبان ها

در برنامه نویسی، زبان ها بر اساس میزان نزدیکی شان به سخت افزار یا انسان، به سه دسته کلی زبان های برنامه نویسی سطح پایین، سطح میانی و سطح بالا تقسیم می شوند. این تقسیم بندی به درک بهتر ویژگی ها، قابلیت ها و کاربردهای هر زبان کمک می کند. زبان های سطح پایین نزدیک ترین زبان ها به زبان ماشین هستند و به طور مستقیم با سخت افزار در ارتباط اند. این زبان ها اغلب برای توسعه سیستم عامل ها و نرم افزارهای نزدیک به سیستم استفاده می شوند.

زبان های برنامه نویسی سطح میانی (Middle-Level Programming Languages) زبان هایی هستند که هم ویژگی های زبان های سطح پایین (مثل دسترسی به حافظه و سخت افزار) را دارند و هم قابلیت های زبان های سطح بالا (مثل ساختارهای کنترلی و ماژولار بودن). این زبان ها به گونه ای طراحی شده اند که هم به ماشین نزدیک باشند و هم برای انسان قابل درک تر از زبان اسمبلی باشند. در صورتی که علاقه مند به یادگیری برنامه نویسی هستید، برای مشاهده لیست بهترین آموزشگاه برنامه نویسی در تهران می توانید به صفحه آموزشگاه برنامه نویسی در تهران مراجعه نمایید.

ویژگی های زبان های برنامه نویسی سطح میانی

• دسترسی به حافظه و منابع سیستم
• سرعت بالا در اجرا
• مناسب برای توسعه نرم افزارهای سیستمی و کاربردی

زبان های برنامه نویسی سطح میانی زبان هایی هستند که ترکیبی از ویژگی های زبان های سطح پایین و سطح بالا را در خود دارند. این زبان ها به گونه ای طراحی شده اند که هم امکان کنترل دقیق بر منابع سخت افزاری را به برنامه نویس می دهند و هم از ساختارهای منطقی و قابل فهم زبان های سطح بالا پشتیبانی می کنند. یکی از مهم ترین ویژگی های این زبان ها، دسترسی مستقیم به حافظه است؛ به گونه ای که برنامه نویس می تواند با استفاده از اشاره گرها یا آدرس دهی مستقیم، حافظه را مدیریت کند. این قابلیت در کنار سرعت اجرای بالا، آن ها را به گزینه ای مناسب برای توسعه نرم افزارهای سیستمی، مانند سیستم عامل ها و درایورها تبدیل کرده است.

علاوه بر این، زبان های سطح میانی معمولاً دارای ساختارهای برنامه نویسی مدرن مانند توابع، شرط ها، حلقه ها و ماژولار بودن هستند که باعث می شود نوشتن و نگهداری برنامه ها ساده تر شود. در حالی که زبان های سطح پایین به سخت افزار وابسته اند و خوانایی کمتری دارند، زبان های سطح میانی تا حدی قابل حمل هستند و می توان آن ها را روی سیستم های مختلف مشروط بر رعایت استانداردهای لازم اجرا کرد. در مجموع، زبان های سطح میانی تعادل خوبی بین قدرت، کارایی و سادگی برقرار کرده اند و انتخابی حرفه ای برای برنامه نویسانی هستند که به عملکرد بالا و کنترل دقیق نیاز دارند.

انواع زبان های برنامه نویسی سطح میانی

مهم ترین زبان های برنامه نویسی سطح میانی که به دلیل ویژگی هایی چون کنترل دقیق روی حافظه و منابع سیستم، سرعت اجرای بالا و امکانات ساختاری برای کدنویسی سازمان یافته مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:

زبان برنامه نویسی C

زبان C یکی از معروف ترین و قدیمی ترین زبان های سطح میانی است که به طور گسترده برای توسعه سیستم عامل ها، کرنل ها، و نرم افزارهای سیستمی مورد استفاده قرار می گیرد. زبان C به برنامه نویسان این امکان را می دهد که به طور مستقیم با سخت افزار ارتباط برقرار کنند و از امکانات سطح بالا مانند توابع و ساختارهای داده ای بهره مند شوند. این زبان برای برنامه نویسی در پروژه هایی که نیاز به کارایی بالا دارند، بسیار مناسب است.

زبان برنامه نویسی C++

زبان C++، که به عنوان نسخه ای توسعه یافته از C شناخته می شود، قابلیت های شی گرایی را به زبان C اضافه کرده است. این زبان هم برای توسعه نرم افزارهای سیستمی و هم برای برنامه های کاربردی بزرگ استفاده می شود. ویژگی های C++ مانند مدیریت حافظه دستی و دستگاه های شی گرایانه آن را به انتخابی عالی برای پروژه های پیچیده و بزرگ تبدیل کرده است.

زبان برنامه نویسی Rust

زبان Rust جدیدتر از C و C++ است، اما به طور سریع محبوب شده است. Rust به ویژه برای توسعه نرم افزارهایی که نیاز به امنیت حافظه و کارایی بالا دارند طراحی شده است. این زبان به برنامه نویسان این امکان را می دهد که بدون خطر خطاهای حافظه ای مانند نشت حافظه یا دسترسی به حافظه غیرمجاز، نرم افزارهای سریع و ایمن بنویسند. Rust بیشتر برای سیستم هایی که نیاز به امنیت و کارایی دارند، استفاده می شود.

زبان برنامه نویسی Zig

زبان Zig که به عنوان جایگزینی برای C طراحی شده، ویژگی های مشابهی با C دارد اما با امکانات پیشرفته تری مانند مدیریت بهتر حافظه و ترکیب ساده تر با سایر زبان ها. Zig برای پروژه هایی که نیاز به کنترل دقیق و انعطاف پذیری بیشتری دارند، بسیار مناسب است.

زبان برنامه نویسی Objective-C

زبان Objective-C نسخه ای توسعه یافته از C است که ویژگی های شی گرایی را به آن اضافه می کند. این زبان در گذشته برای توسعه نرم افزارهای سیستم عامل macOS و iOS استفاده می شد و بسیاری از برنامه های قدیمی و ابزارهای Apple با آن نوشته شده اند. اگرچه امروزه بیشتر از Swift استفاده می شود، اما هنوز در برخی پروژه ها کاربرد دارد.

زبان برنامه نویسی D

زبان D به عنوان زبان سطح میانی با ویژگی های پیشرفته ای چون مدیریت حافظه خودکار و کارایی بالا طراحی شده است. این زبان برای پروژه هایی که به عملکرد بالایی نیاز دارند و در عین حال نیاز به راحتی بیشتری در نوشتن کد دارند، مناسب است.

این زبان ها به طور کلی در پروژه های سیستمی، نرم افزارهای کاربردی با نیاز به کارایی بالا، و نرم افزارهای با ارتباط نزدیک به سخت افزار به کار می روند. هر کدام از این زبان ها ویژگی ها و قابلیت هایی دارند که می توانند در زمینه های خاص، بهترین گزینه برای پروژه ها باشند.

تفاوت زبان برنامه نویسی سطح پایین، میانی و بالادر چیست؟

تفاوت زبان های برنامه نویسی سطح پایین، میانی و بالا در میزان نزدیکی آن ها به سخت افزار یا انسان است. در ادامه این تفاوت ها را از نظر مفهومی، فنی و کاربردی بررسی می کنیم:

زبان های سطح پایین

زبان های برنامه نویسی سطح پایین نزدیک ترین زبان به سخت افزار هستند. این زبان ها مستقیماً با سخت افزار در ارتباط اند و برای پردازنده ها قابل فهم هستند یا به زبان ماشین نزدیک اند. به عنوان مثال می توان زبان ماشین (binary code) و زبان اسمبلی را نام برد.

از مزایای این زبان های برنامه نویسی می توان به سرعت اجرا بسیار بالا، کنترل دقیق روی منابع سیستم اشاره کرد. از معایب آن نیز می توان به دشوار بودن برای یادگیری و نگهداری و نیاز به درک عمیق سخت افزار اشاره کرد. کاربرد برنامه نویسی در سطح بسیار پایین مثل بوت لودرها، کرنل سیستم عامل ها است.

زبان های سطح میانی

زبان های برنامه نویسی سطح میانی تعادل بین نزدیکی به سخت افزار و راحتی کدنویسی برای انسان هستند. این زبان ها ویژگی هایی از هر دو سطح پایین و بالا دارند؛ هم می توانند به حافظه و سخت افزار دسترسی داشته باشند و هم ساختارهایی شبیه زبان های انسانی دارند. زبان های C، C++، Rust (تا حدودی)، Zig نمونه های این سطح هستند.

از مزایای زبان های برنامه نویسی سطح میانی می توان به کنترل خوب روی منابع + امکانات ساختاری پیشرفته و از معایب آن به نیازمندی دانش فنی بیشتر نسبت به زبان های سطح بالا اشاره کرد.

کاربرد زبان های برنامه نویسی سطح میانی توسعه سیستم عامل، درایورها، نرم افزارهای سطح سیستمی، برنامه های با کارایی بالا می باشد.

زبان های برنامه نویسی سطح بالا

زبان های برنامه نویسی سطح بالا برای راحتی برنامه نویس طراحی شده اند. این زبان ها به زبان طبیعی نزدیک ترند و بسیاری از جزئیات سطح پایین را از دید برنامه نویس پنهان می کنند. زبان های Python، Java، JavaScript، PHP جزو زبان های برنامه نویسی سطح بالا هستند. از مزایای آن ها می توان به یادگیری ساده، توسعه سریع، کتابخانه های گسترده و از معایب آن کنترل کمتر روی منابع سیستم، سرعت کمتر نسبت به زبان های سطح پایین یا میانی اشاره کرد.

کاربرد زبان های برنامه نویسی سطح بالا در توسعه وب، هوش مصنوعی، برنامه های کاربردی، اتوماسیون، موبایل و دسکتاپ می باشد.

زبان های برنامه نویسی سطح میانی مناسب برای چه پروژه هایی هستند؟

زبان های برنامه نویسی سطح میانی به دلیل ترکیب قابلیت های سطح پایین و سطح بالا، برای پروژه هایی مناسب اند که نیازمند کنترل دقیق منابع سیستم، سرعت بالا، و در عین حال ساختار منظم کدنویسی هستند. این زبان ها معمولاً در پروژه هایی استفاده می شوند که نیاز به تعامل مستقیم با سخت افزار یا عملکرد بهینه دارند.

در ادامه به مهم ترین کاربردها و پروژه هایی که زبان های سطح میانی برای آن ها مناسب اند اشاره می کنیم:

توسعه سیستم عامل ها و کرنل ها

زبان هایی مانند C و C++ برای توسعه هسته سیستم عامل ها (مثل لینوکس) و اجزای سطح پایین آن استفاده می شوند، زیرا امکان دسترسی مستقیم به حافظه و منابع سیستم را فراهم می کنند.

نوشتن درایورها و نرم افزارهای سطح پایین

برای نوشتن درایورهای سخت افزاری (مثل کارت گرافیک یا پرینتر)، نیاز به کنترل دقیق روی ورودی و خروجی ها وجود دارد که توسط زبان های سطح میانی امکان پذیر است.

توسعه کامپایلر و مفسر

از آنجا که زبان های سطح میانی سرعت بالا و ساختار قابل درک دارند، برای ساخت کامپایلر زبان های دیگر بسیار مناسب اند.

برنامه نویسی سیستم های توکار (Embedded Systems)

در دستگاه هایی مانند مایکروکنترلرها، ماشین های صنعتی یا ابزارهای هوشمند که حافظه محدود و پردازنده ضعیف دارند، استفاده از زبان هایی مانند C بسیار رایج است.

نرم افزارهای با کارایی بالا

در مواردی مانند بازی سازی، موتورهای گرافیکی، ابزارهای تحلیل داده سنگین یا شبیه سازها که به عملکرد بسیار سریع نیاز دارند، زبان های میانی انتخاب مناسبی هستند.
توسعه ابزارهای شبکه و امنیت

برخی از ابزارهای مهم در زمینه امنیت سایبری، اسکن شبکه و تحلیل ترافیک با زبان هایی مانند C و C++ نوشته می شوند تا کمترین تأخیر و بیشترین کارایی را داشته باشند.
در یک جمله، هر پروژه ای که نیاز به کارایی بالا، کنترل دقیق، و تعامل با سطح پایین سیستم عامل یا سخت افزار دارد، به احتمال زیاد با یک زبان سطح میانی بهتر اجرا خواهد شد.