Ngôn ngữ lập trình

Cấu trúc dữ liệu

Hầu hết các ngôn ngữ đều cung cấp các cách thức để lắp ráp các cấu trúc dữ liệu phức tạp từ các kiểu sẵn có và để liên kết các tên với các kiểu mới kết hợp (dùng các kiểu mảng, danh sách, hàng đợi, ngăn xếp hay tập tin).
Các ngôn ngữ hướng đối tượng cho phép lập trình viên định nghĩa các kiểu dữ liệu mới gọi là đối tượng. trong nội bộ các đối tượng đó có riêng các hàm và các biến (và thường được gọi theo thứ tự là các phương thức và các thuộc tính). Một chương trình có định nghĩa các đối tượng sẽ cho phép các đối tượng đó thực thi như là các chương trình con độc lập nhưng lại tương tác nhau. Các tương tác này có thể được thiết kế trong lúc viết mã để mô hình hóa và mô phỏng theo đời sống thật của các đối tượng. Nói một cách đơn giản, các ngôn ngữ hướng đối tượng đã được cho thêm sức sống để có riêng những tính năng hoạt động và tương tác với thế giới bên ngoài. Ngoài ra, các đối tượng còn có thêm các đặc tính như là thừa kế và đa hình. Điều này là một ưu thế trong việc dùng ngôn ngữ loại này để mô tả các đối tượng của thế giới thực.

Các mệnh lệnh và dòng điều khiển

Khi dữ liệu đã được định rõ, máy tính phải được chỉ thị làm thế nào để tiến hành các phép toán trên dữ liệu đó. Những mệnh đề cơ bản có thể được cấu trúc thông qua việc sử dụng các từ khóa (đã được định nghĩa bởi ngôn ngữ lập trình) hoặc là có thể tạo thành từ việc dùng và kết hợp các cấu trúc ngữ pháp hay cú pháp đã được định nghĩa. Những mệnh đề cơ bản này gọi là các câu lệnh.
Tùy theo ngôn ngữ, các câu lệnh có thể được kết hợp với nhau theo trật tự nào đó. Điều này cho phép thiết lập được các chương trình thực hiện được nhiều chức năng. Xa hơn, ngoài các câu lệnh để thay đổi và điều chỉnh dữ liệu, còn có những kiểu câu lệnh dùng để điều khiển dòng xử lý của máy tính như là phân nhánh, định nghĩa bởi nhiều trường hợp, vòng lặp, hay kết hợp các chức năng. Đây là các thành tố không thể thiếu của một ngôn ngữ lập trình.

Các tên và các tham số

Muốn cho chương trình thi hành được thì phải có phương pháp xác định được các vùng trống của bộ nhớ để làm kho chứa dữ liệu. Phương pháp được biết nhiều nhất là thông qua tên của các biến. Tùy theo ngôn ngữ, các vùng trống gián tiếp có thể bao gồm các tham chiếu, mà thật ra, chúng là các con trỏ (pointer) chỉ đến những vùng chứa khác của bộ nhớ, được cài đặt trong các biến hay nhóm các biến. Phương pháp này gọi là đặt tên kho nhớ.
Tương tự với phương pháp đặt tên kho nhớ, là phương pháp đặt tên những nhóm của các chỉ thị. Trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình, đều có cho phép gọi đến các macro hay các chương trình con như là các câu lệnh để thi hành nội dung mô tả trong các macro hay chương trình con này thông qua tên. Việc dùng tên như thế này cho phép các chương trình đạt tới một sự linh hoạt cao và có giá trị lớn trong việc tái sử dụng mã nguồn (vì người viết mã không cần phải lặp lại những đoạn mã giống nhau mà chỉ việc định nghĩa các macro hay các chương trình con.)
Các tham chiếu gián tiếp đến các chương trình khả dụng hay các bộ phận dữ liệu đã được xác định từ trước cho phép nhiều ngôn ngữ định hướng ứng dụng tích hợp được các thao tác khác nhau.

Triết lý của các thiết kế

Tùy theo mục đích của ngôn ngữ mà chúng được thiết kế để tạo điều kiện giải quyết những vấn đề mà ngôn ngữ đó hướng tới. Những chức năng này làm cho một ngôn ngữ có thể tiện lợi để dùng phát triển loại phần mềm này nhưng có thể khó để phát triển loại phần mềm khác.
Hầu hết các ngôn ngữ đòi hỏi sự chính xác cao về mặt cú pháp. Các ngôn ngữ không cho phép có lỗi. Mặc dù vậy, một số ít ngôn ngữ cũng cho phép tự điều chỉnh trong một mức độ khá cao, khi đó chương trình tự viết lại để xử lý những trường hợp mới. Các ngôn ngữ như Prolog, PostScript và các thành viên trong họ ngôn ngữ Lisp có khả năng này. Trong ngôn ngữ MUMPS, kỹ thuật này gọi là tái biên dịch động. Các phần mềm mô phỏng và nhiều máy ảo (virtual machine) khai thác kỹ thuật này để có hiệu suất cao.
Một yếu tố liên quan đến triết lý thiết kế là có một số ngôn ngữ vì muốn tạo sự dễ dàng cho người mới dùng, đã không phân biệt việc viết chữ hoa hay không. Pascal và Basic là hai ngôn ngữ không phân biệt việc một ký tự có viết hoa hay không, trái lại trong C/C++, Java, PHP, Perl, BASH đều bắt buộc phải bảo đảm việc viết đúng y hệt như lúc khai báo cho các tên.

Từ khóa

Từ khóa trong ngôn ngữ lập trình là các từ hay ký hiệu mà đã được ngôn ngữ đó gán cho một ý nghĩa xác định. Người lập trình sẽ không được phép dùng lại các từ khóa này dưới một ý nghĩa khác. Thường các từ khóa này được ngôn ngữ xác định dùng trong các kiểu dữ liệu cơ bản hay trong các dòng điều khiển. Ví dụ một số từ khóa trong C và C++: auto, float, return, char, if else, static, void...

Thừa kế

Đây là đặc tính cho phép tạo các đối tượng mới từ đối tượng ban đầu và lại có thể có thêm những đặc tính riêng mà đối tượng ban đầu không có. Cơ chế này cho phép người lập trình có thể tái sử dụng mã nguồn cũ và phát triển mã nguồn mới bằng cách tạo ra các đối tượng mới thừa kế đối tượng ban đầu.

Đóng

Tính đóng ở đây dược hiểu là các dữ liệu (thuộc tính) và các hàm (phương thức) bên trong của mỗi đối tượng sẽ không cho phép người gọi dùng hay thay đổi một cách tự do mà chỉ có thể tương tác với đối tượng đó qua các phương thức được người lập trình cho phép. Tính đóng ở đây có thể so sánh với khái niệm "hộp đen", nghĩa là người ta có thể thấy các hành vi của đối tượng tùy theo yêu cầu của môi trường nhưng lại không thể biết được bộ máy bên trong thi hành ra sao.

Một số thành tố thường thấy khác của một ngôn ngữ lập trình hiện đại

Nhiều ngôn ngữ lập trình hiện đại, nhất là các ngôn ngữ viết cho Windows, thường có cung cấp thêm một số lượng rất lớn các thư viện bao gồm nhiều hàm để hỗ trợ giao diện người dùng và các thiết bị đầu cuối.

Điều khiển theo sự kiện

Tương tự trên, triết lý đằng sau của việc điều khiển theo sự kiện là để hỗ trợ cho việc đồng bộ sử dụng cùng lúc nhiều thiết bị đầu cuối như là chuột, bàn phím, máy in... Việc nhận một mệnh lệnh từ chuột hay từ bàn phím phải được lập tức đồng bộ và thay đổi giao điện tức thời để cập nhật hoá.

Thời gian thực

Bản thân một ngôn ngữ sẽ không nói rõ là có hỗ trợ cho tính năng này hay không. Phản ứng và cập nhật dữ liệu theo thời gian thực là một hướng phát triển nhằm đáp ứng các nhu cầu đồng bộ hoá nhanh dữ liệu mà chúng có thể chia sẻ cho nhiều nơi hay là để thỏa mãn nhu cầu cần thiết đồng bộ hóa dữ liệu của các dịch vụ (ngân hàng, hàng không và quân sự chẳng hạn).

Hỗ trợ hệ điều hành

Ngoài các hỗ trợ cho các giao diện thì ngày nay hầu hết các hệ điều hành (Linux/UNIX, Netware và Windows) đều có khả năng đa luồng (multithreading) hay đa nhiệm (multitasking). Những khả năng này nâng cao hiệu quả của máy tính. Các ngôn ngữ, do đó thường có thêm các hàm, thủ tục hay các biến cho phép người lập trình tận dụng chúng. Việc viết mã cho kiến trúc đa luồng và đa nhiệm không đơn giản như viết mã cho các hệ thống thông thường. Người lập trình ngoài kỹ năng viết mã, còn phải luyện tập cách xử lý và đồng bộ nhiều thao tác được thi hành đồng thời trong một chương trình mà không gây ra ách tắc hay vi phạm các nguyên tắc quản lý bộ nhớ hay các quy tắc lập trình theo đa luồng hay đa nhiệm.
Lưu ý: Hầu hết các hệ điều hành hỗ trợ kiến trúc đa luồng hay đa nhiệm đều có khả năng thực thi những chương trình được tạo ra từ mã viết theo kiểu thông thường mà không đá động tới các chức năng đa luồng hay đa nhiệm. Điểm khác nhau là khi không dùng tới các ưu điểm đa luồng hay đa nhiệm thì chương trình đó sẽ không tận dụng được ưu thế phần cứng và phần mềm hỗ trợ (thường thì chương trình đó chạy chậm hơn)

Phương ngữ và hiện thực

Một phương ngữ (tiếng Anh: dialect) của một ngôn ngữ lập trình hay ngôn ngữ trao đổi dữ liệu là một biến thể (tương đổi nhỏ) hay phần mở rộng của ngôn ngữ đó mà không làm thay đổi bản chất bên trong của nó.