プログラミングとプログラム言語

ねらい

プログラムがコンピュータで動くまでのしくみを学びます。このレッスンを終えると、人の言葉に近い記述が機械の言葉に変換される流れを説明でき、代表的な言語の性格を見分けられるようになります。

機械が分かるのは0と1だけです

コンピュータが直接実行できるのは、0と1で書かれた機械語だけです。しかし人が0と1を書き並べるのは現実的ではありません。

そこで、人が読み書きしやすい言葉でプログラムを書き、それを機械語へ変換します。人が書くほうをソースコード（原始プログラム）といいます。

変換のしかたには2つあります。

プログラムの組み立て方

プログラムは、変数・制御構造・関数で組み立てます。

• 変数… 値を入れておく箱です。名前を付けて出し入れします。
• 制御構造… 順次・選択・繰返しです。処理の流れを決めます。
• 関数（手続き）… まとまった処理に名前を付けて、呼び出せるようにしたものです。

関数に分ける利点は3つあります。

• 同じ処理を何度も書かずに済む。修正するときも1か所で済みます。
• 名前が説明になる。税込金額を計算する という名前が付いていれば、中を読まなくても何をするか分かります。
• 分担できる。関数の単位で人を分けられます。

関数に渡す値を引数、返ってくる値を戻り値といいます。

言語の型

• 手続き型言語… 処理の手順を順に書く型です。
• オブジェクト指向言語… データとその操作をひとまとまり（オブジェクト）にして組み立てる型です。現実のものになぞらえて設計できます。
• スクリプト言語… 手軽に書いて、すぐ実行できる言語です。

代表的な言語には、次のような性格があります。

• Python… 読みやすい書き方で、データ分析や機械学習でよく使われます。
• Java… 環境の違いを吸収するしくみを持ち、業務システムで広く使われます。
• JavaScript… ブラウザの中で動き、Webページに動きを付けます。
• C言語… 機械に近い操作ができ、組込みシステムなどで使われます。
• R… 統計解析に向いた言語です。

見つけやすい誤り、見つけにくい誤り

プログラムの誤りをバグ、それを取り除く作業をデバッグといいます。

• 文法の誤り… 書き方の規則に反しているもの。変換の時点で機械が見つけてくれます。
• 論理の誤り… 文法は正しいが、意図と違う結果になるもの。機械は誤りと気づけないので、テストで見つけるしかありません。

動いたからといって、正しいとは限りません。この区別が、テストが必要な理由です。

まとめ

コンピュータが実行できるのは機械語だけなので、人が書いたソースコードを変換します。コンパイラは実行前にまとめて訳し、インタプリタは実行しながら1行ずつ訳します。関数に分けると、重複が減り、名前が説明になり、分担できます。誤りのうち文法の誤りは機械が見つけますが、論理の誤りはテストでしか見つかりません。

理解の確認

作成したプログラムが変換の段階でも実行時にもエラーを出さず、最後まで動作しました。この結果から「プログラムは正しい」と判断してよいでしょうか。

答え: 判断できません。エラーが出なかったことが示すのは、文法の誤りが無く、実行を中断させるような異常も起きなかったという事実だけです。文法が正しくても、意図と違う結果を出す論理の誤りは残り得ます。たとえば税率を掛ける場所を間違えても、計算そのものは成立するのでエラーにはならず、金額だけが誤ります。機械は「作った人が何をさせたかったか」を知らないため、この種の誤りを指摘できません。期待する結果を用意して照合するテストを行って初めて、正しさを確かめられます。