Bài viết sưu tầm

Ngôn ngữ lập trình (tiếng Anh: programming language) là một hệ thống các quy tắc và cú pháp được sử dụng để viết chương trình máy tính. Nó bao gồm một tập hợp các lệnh và khái niệm để định nghĩa và thực hiện thuật toán, cũng như tạo ra nhiều loại đầu ra khác nhau. Các chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình có thể được biên dịch hoặc thông dịch thành mã máy bởi máy tính. Các nhà phát triển sử dụng ngôn ngữ lập trình để tạo ra ứng dụng, phần mềm và website nhằm đáp ứng nhu cầu của người dùng trong thời đại công nghệ số.

Hiện nay, một số ngôn ngữ lập trình được ưa chuộng như Python, Java, C ++ hoặc Ruby đều được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thông tin và phát triển phần mềm và nhiều lĩnh vực khác.

Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình bắt đầu từ khi máy tính được phát minh. Trong những năm 1800, Charles Babbage phát triển mô hình cho máy tính Lady's Ada Lovelace sau đó viết chương trình cho nó với mục đích tính toán tịnh tiến (advanced computing).

Sau đó, vào cuối thập niên 1940 và đầu thập niên 1950, các ngôn ngữ đầu tiên xuất hiện như Fortran, COBOL và Lisp là thế hệ những ngôn ngữ lập trình đầu tiên được dùng để viết các chương trình tính toán khoa học và điều khiển các thiết bị.

Vào các năm 1960, ngôn ngữ Algol được phát triển và được coi là ngôn ngữ lập trình dễ đọc và dễ hiểu hơn so với các ngôn ngữ lập trình trước đó.

Trong thập niên 1970, ngôn ngữ C đã ra đời và trở thành một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất thế giới.

Trong hai chục năm tiếp theo, Java và Python đã ra đời, và kỹ thuật web và lập trình trực tuyến đã trở nên phổ biến, PHP, JavaScript và các framework web như Ruby on Rails và Django đã được phát triển.

Ngày nay, đã có nhiều ngôn ngữ lập trình phổ biến như Java, Python, C++, JavaScript, Ruby, Swift và nhiều hơn nữa. Công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và Machine Learning đang yêu cầu các ngôn ngữ lập trình khả năng xử lý dữ liệu phức tạp và hiệu suất cao.

Việc hiểu và nắm vững các thành phần của ngôn ngữ lập trình là rất quan trọng đối với bất kỳ người học lập trình nào. Nó sẽ giúp cho người học có thể hiểu và sử dụng ngôn ngữ lập trình một cách chính xác và hiệu quả.

1. Bảng ký tự

Bảng ký tự của một ngôn ngữ lập trình bao gồm các ký hiệu và ký tự được sử dụng để viết mã chương trình trong ngôn ngữ đó. Bảng ký tự thường bao gồm các ký tự, số, toán tử, từ khóa, biểu tượng đặc trưng và các ký tự đặc biệt như dấu ngoặc, dấu câu, khoảng trắng và xuống dòng. Mỗi ngôn ngữ lập trình có bảng ký tự riêng, do được thiết kế để phù hợp với cú pháp của ngôn ngữ.

2. Cú pháp

Cú pháp là bộ quy tắc về cách cấu trúc và sắp xếp các thành phần trong chương trình, giúp cho người lập trình hiểu để viết code theo cách đúng, tránh lỗi cú pháp. Các quy tắc này có thể bao gồm cách đặt tên biến, hàm, lệnh điều khiển, toán tử, dấu câu, khoảng trắng và các ký tự đặc biệt.

Thông qua cú pháp, người lập trình có thể cho máy tính hiểu được ngôn ngữ mà họ đang sử dụng. Mỗi ngôn ngữ lập trình sẽ có cú pháp và quy tắc riêng, và việc tuân thủ cú pháp chính xác sẽ giúp người lập trình viết chương trình hiệu quả và ít lỗi hơn.

3. Ngữ nghĩa

Ngữ nghĩa trong ngôn ngữ lập trình là ý nghĩa và mục đích của các câu lệnh, biểu thức và cấu trúc code. Ngữ nghĩa của ngôn ngữ lập trình được quy định bởi các quy tắc lập trình và cú pháp của ngôn ngữ đó. Việc hiểu rõ ngữ nghĩa của ngôn ngữ lập trình là điều quan trọng để có thể phát triển và bảo trì các ứng dụng phần mềm chất lượng cao.

Ngôn ngữ lập trình gồm có 3 loại theo mức độ:

• Ngôn ngữ máy: hay còn gọi là ngôn ngữ định dạng thấp (machine language) là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng để tương tác trực tiếp với phần cứng của một máy tính. Đây là ngôn ngữ chỉ dùng các lệnh 0 và 1 được viết dưới dạng mã nhị phân.
• Hợp ngữ (assembly language): là một ngôn ngữ lập trình bậc thấp, nó cho phép các nhà phát triển viết mã chương trình để tương tác với phần cứng máy tính. Mã hợp ngữ không được viết bằng các từ ngữ tự nhiên như trong các ngôn ngữ lập trình cao cấp. Thay vào đó, nó sử dụng các từ viết tắt và ký hiệu để biểu diễn các lệnh xử lý dữ liệu như "mov" (di chuyển dữ liệu), "add" (cộng), "sub" (trừ),...
• Ngôn ngữ lập trình bậc cao: được thiết kế để có cú pháp và cách viết gần với ngôn ngữ tự nhiên, dễ hiểu và sử dụng cho con người. Nó cho phép lập trình viên tập trung vào việc giải quyết các vấn đề phức tạp bằng cách cung cấp nhiều tính năng trừu tượng, thư viện và framework.

Ngoài ra, ngôn ngữ lập trình còn được phân loại nhiều lớp theo phương pháp xây dựng bao gồm:

• Ngôn ngữ lập trình tuyến tính: trong đó chương trình được thực hiện tuần tự từ đầu đến cuối, lệnh nào viết trước thì thực thi trước, viết sau chạy sau.
• Ngôn ngữ lập trình hướng cấu trúc: trong đó các chương trình được phân chia thành các khối cấu trúc như điều kiện, vòng lặp và hàm phổ biến là Pascal và C.
• Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng: trong đó dữ liệu và mã được tổ chức thành các đối tượng (objects), chứa các thuộc tính (attributes) và phương thức (methods) phổ biến là C#, C++ và Java.

>>> Học lập trình fullstack web với JavaScript

1. Cấu trúc của dữ liệu trong ngôn ngữ lập trình

Các kiểu dữ liệu chính là đặc điểm quan trọng của ngôn ngữ lập trình. Các kiểu dữ liệu định nghĩa cách dữ liệu được lưu trữ và xử lý trong chương trình Việc sử dụng đúng kiểu dữ liệu có thể giúp tăng tính đúng đắn và hiệu suất của chương trình. Một số kiểu dữ liệu như:

• Kiểu số nguyên (integer): biểu diễn các số nguyên không có phần thập phân.
• Kiểu số thực (floating point): biểu diễn các số có phần thập phân với độ chính xác cụ thể.
• Kiểu ký tự (character): biểu diễn các ký tự, số hoặc ký hiệu.
• Kiểu luận lý (boolean): biểu diễn giá trị đúng/sai.

2. Các mệnh lệnh và dòng điều khiển

Khi dữ liệu đã được xác định rõ ràng, máy tính phải được hướng dẫn làm thế nào để thực hiện những phép tính trên dữ liệu đó. Những mệnh đề đơn giản hơn được hình thành bằng cách dùng những từ (đã được định nghĩa bởi ngôn ngữ lập trình) hoặc là được tạo nên bởi quá trình sử dụng và kết hợp những cấu trúc ngữ pháp hay cú pháp đã được định nghĩa. Những mệnh đề đơn giản hơn gọi là những câu lệnh.

Tuỳ theo ngôn ngữ lập trình, những câu lệnh sẽ được kết hợp với nhau theo trật tự nào đó. Điều này cho phép sắp xếp được các chương trình làm được nhiều chức năng. Xa hơn nữa, ngoài những câu lệnh để sắp xếp và chỉnh sửa dữ liệu, cũng có các dạng câu lệnh dùng để điều chỉnh khả năng xử lý của chương trình như là phân nhánh được định nghĩa trong nhiều ngữ cảnh như vòng lặp, hay kết hợp các chức năng. Đây là những thành tố không thể thiếu của một ngôn ngữ lập trình.

3. Tên và tham số trong ngôn ngữ lập trình

Muốn cho chương trình thực hiện thành công cần phải có phương pháp xác định được những vùng trống của bộ nhớ dùng làm kho lưu trữ dữ liệu. Phương pháp được dùng phổ biến nhất là sử dụng tên của từng biến. Tuỳ theo ngôn ngữ, những vùng trống cũng có thể là những biến, mà thực chất, chúng là những đường dẫn (pointer) chỉ ra các vùng trống cụ thể của bộ nhớ đã được sử dụng trong từng biến hay nhóm các biến.

4. Cơ chế tham khảo và việc tái sử dụng mã nguồn

Cơ chế tham khảo (referencing) là cách thức để sử dụng con trỏ hoặc tham chiếu để truy xuất và thao tác với địa chỉ bộ nhớ của các biến, đối tượng hay phần tử trong mảng. Tham khảo cho phép chia sẻ dữ liệu giữa các thành phần của chương trình một cách linh hoạt hơn so với việc sao chép dữ liệu.

Trong một số ngôn ngữ lập trình như C++, Java hay Python, tham khảo được sử dụng rộng rãi để truyền tham số cho hàm và xây dựng các đối tượng phức tạp. Việc sử dụng tham khảo giúp tối ưu hóa việc lưu trữ và sử dụng bộ nhớ, cũng như giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho lập trình viên.

Tái sử dụng mã nguồn thường được thực hiện bằng cách tách mã nguồn thành các module nhỏ hơn và sử dụng lại các module này trong các dự án khác nhau. Các ngôn ngữ lập trình như Java, Python hay C# có các thư viện chuẩn chứa các module đã được xây dựng sẵn để tái sử dụng.

Hiện nay, trên thế giới tổng hợp có tất cả khoảng 8945 ngôn ngữ lập trình (tính đến thời điểm viết bài). Dưới đây là bảng xếp hạng 10 ngôn ngữ lập trình thông dụng nhất để bạn có thể so sánh:

1. JavaScript

JavaScript là một trong những ngôn ngữ lập trình quan trọng nhất và phổ biến nhất hiện nay. Nó phát triển rất nhanh trong những năm qua và đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc phát triển các ứng dụng web hiện đại.

Với sự phát triển của các framework như ReactJS, Angular và VueJS, JavaScript cũng được sử dụng để phát triển các ứng dụng di động thông qua React Native và Ionic. Thêm vào đó, JavaScript được sử dụng trong các máy chủ thông qua Node.js để xây dựng các ứng dụng web real-time và các hệ thống đa luồng.

Một số ưu điểm của JAVASCRIPT:

• Tính tương tác cao: JavaScript là một trong những ngôn ngữ lập trình phía client, giúp tạo ra tương tác trực tiếp với người dùng.
• Dễ học và triển khai: JavaScript được xây dựng theo cấu trúc đơn giản và cú pháp rõ ràng, do đó dễ học và kiểm tra. Ngoài ra, JavaScript hoạt động trên nhiều trình duyệt web, không cần bất kỳ phần mềm hoặc công cụ phụ trợ nào.
• Tương thích với hầu hết các nền tảng: Tức là, code của tác giả vẫn có thể chạy được trên nhiều thiết bị và hệ điều hành khác nhau.
• Mở rộng và linh hoạt: JavaScript cho phép dễ dàng mở rộng và chỉnh sửa code để đáp ứng nhu cầu của người dùng.

Bên cạnh đó còn tồn tại một vài nhược điểm:

• Hiệu năng không cao: JavaScript được thực thi phía client, điều này có thể dẫn đến thời gian loading các trang web chậm hơn.
• Khả năng bảo mật kém: Code JavaScript có thể bị xâm nhập hoặc thay đổi bởi hacker, do đó, việc sử dụng mã JavaScript an toàn là một điểm cần được quan tâm.
• Có thể xảy ra lỗi không đáng có: Do cú pháp đơn giản, sự khác biệt về xử lý code giữa các trình duyệt web có thể dẫn đến các lỗi không mong muốn.

2. Python

Python là một ngôn ngữ lập trình cao cấp, được phát triển vào năm 1991 bởi Guido van Rossum. Python được thiết kế để đơn giản hóa quá trình lập trình bằng cách sử dụng cú pháp và cấu trúc dễ đọc và dễ hiểu. Nó là một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất hiện nay với nhiều ứng dụng trong lĩnh vực khoa học dữ liệu, trí tuệ nhân tạo, web, game và điện toán đám mây.

Về ưu điểm:

• Là ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ học. Cú pháp của nó rất trực quan và cấu trúc mã rõ ràng, giúp cho các lập trình viên có thể viết mã một cách nhanh chóng.
• Có nhiều thư viện phong phú và mạnh mẽ, hỗ trợ cho nhiều ứng dụng khác nhau trong khoa học dữ liệu, trí tuệ nhân tạo, web, game, đồ họa,...
• Là một ngôn ngữ kịch bản, cho phép các lập trình viên viết mã một cách nhanh chóng và dễ dàng để kiểm tra các thuật toán mới với lượng dữ liệu nhỏ.
• Sử dụng phiên bản mã nguồn mở, cho phép các lập trình viên phát triển các ứng dụng mà không cần phải tốn chi phí cao cho các công cụ và thông tin.

Về nhược điểm:

• Python không hiệu suất cao như các ngôn ngữ lập trình khác như C++, C# hoặc Java, có thể không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu xử lý dữ liệu lớn và đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh.
• Việc mã hóa được tiếp tục khiến Python không phù hợp với một số ứng dụng như các ứng dụng thời gian thực, trò chơi 3D hoặc các hệ thống nhúng trong thiết bị mất tính linh hoạt cao.

3. Go

Go là một ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở phát triển bởi Google với mục đích thiết kế để xây dựng các hệ thống có hiệu suất cao và đồng thời tăng cường tính bảo mật.

Ưu điểm:

• Tốc độ biên dịch và thực thi nhanh, hỗ trợ xử lý đồng thời (concurrency) tốt.
• Cú pháp đơn giản, dễ đọc, dễ viết và bảo trì.
• Được thiết kế để xây dựng các ứng dụng có hiệu suất cao và có tính sẵn sàng (reliability).

Nhược điểm: Không hỗ trợ kế thừa class hoặc method overriding, nghĩa là không thể sử dụng OOP một cách đầy đủ như những ngôn ngữ khác.

4. Java

Java là một ngôn ngữ máy ảo được phát triển bởi Sun Microsystems, sau này được Oracle Corporation mua lại. Java được thiết kế để có khả năng mở rộng và tái sử dụng, phù hợp cho việc phát triển ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như web, di động, các ứng dụng máy tính,...

Ưu điểm:

• Độ tin cậy cao, tương thích đa nền tảng và đa luồng tốt.
• Hỗ trợ mạnh mẽ cho object-oriented programming (OOP), memory management tự động và garbage collection.
• Các framework phổ biến như Spring và Hibernate giúp cho việc phát triển ứng dụng trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.

Nhược điểm:

• Đôi khi yêu cầu bộ nhớ lớn và tốn kém, đặc biệt là trong các ứng dụng IoT hoặc mobile.
• Cú pháp của Java có thể bị phức tạp và khó hiểu.

5. Kotlin

Kotlin là một ngôn ngữ lập trình mới được ra mắt vào năm 2011 bởi JetBrains. Kotlin là ngôn ngữ chính thức của Android, được xem là sự tiếp nối và cải tiến từ Java. Kotlin giúp cho việc điều chỉnh các ứng dụng dễ dàng hơn, có khả năng tối ưu hóa, sử dụng đa luồng và hỗ trợ lập trình hướng đối tượng.

Ưu điểm:

• Khả năng tương thích với Java, chia sẻ một phần lớn API và runtime environment của Java.
• Cú pháp đơn giản như Go và linh hoạt như Python.
• Hỗ trợ OOP, functional programming và reactive programming, giúp cho việc viết mã dễ dàng hơn.

Nhược điểm:

• Thời gian biên dịch đôi khi bị chậm.
• Kotlin còn mới, các framework và thư viện không được phổ biến.

6. PHP

PHP là một ngôn ngữ lập trình phía server, được thiết kế để xây dựng các ứng dụng web động và tương tác với cơ sở dữ liệu. PHP thích hợp để chạy trên hầu hết các nền tảng máy chủ web phổ biến như Apache, Nginx, IIS v.v...

Một ưu điểm nổi bật của PHP:

• Mã nguồn mở miễn phí.
• Hỗ trợ nhiều hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu: PHP có tính tương thích cao với các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phổ biến như MySQL, PostgreSQL, Oracle, và SQL Server.
• Framework và thư viện phong phú: PHP có nhiều framework và thư viện, giúp cho quá trình xây dựng các ứng dụng web trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn. Một số framework được phát triển phổ biến như Laravel, CodeIgniter, Symfony, Yii Framework, Zend Framework, v.v...
• Tốc độ xử lý nhanh: PHP là một ngôn ngữ lập trình web động được tối ưu hóa để xử lý các yêu cầu từ khách hàng và phản hồi lại kết quả trong thời gian ngắn.

7. C#

C# Là một ngôn ngữ lập trình của Microsoft .NET Framework, được thiết kế để phát triển các ứng dụng Windows, game, và các ứng dụng web phía server với ASP.NET.

C# có thể được sử dụng để xây dựng các dịch vụ web, ứng dụng Windows desktop, các ứng dụng điện thoại di động, và các ứng dụng game máy tính linh hoạt. Vì nó là một phần của .NET framework của Microsoft, C# mạnh mẽ khi liên kết với các công nghệ khác của Microsoft như Azure, WPF, Silverlight, và Entity Framework.

Ưu điểm:

• Tính khả chuyên môn cao: Cú pháp thống nhất của C# giúp cho code dễ đọc, hiểu và bảo trì.
• Hỗ trợ OOP tốt.
• Tương thích với .NET framework.
• Hỗ trợ đa nền tảng.
• Sử dụng chung nền tảng với Visual Basic.

Nhược điểm:

• Thiếu sự đa dạng trong cộng đồng lập trình viên: So với một số ngôn ngữ lập trình phổ biến khác, C# có lượng người lập trình viên tham gia và thảo luận ít hơn.
• Yêu cầu sử dụng Visual Studio: Để phát triển các ứng dụng hiệu quả với C#, người lập trình viên phải sử dụng phần mềm Visual Studio của Microsoft, sản phẩm này rất mạnh mẽ, nhưng nhiều người mới bắt đầu sẽ cảm thấy tốn kém và phức tạp.

8. Swift

Swift là một ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi Apple và được sử dụng chủ yếu để phát triển các ứng dụng cho hệ điều hành iOS, macOS, watchOS và tvOS. Swift có thể tương thích với Objective-C, một ngôn ngữ lập trình khác cũng được sử dụng cho việc phát triển ứng dụng di động của Apple.

Ưu điểm:

• Cú pháp đơn giản, dễ học.
• Tương thích với Objective-C.
• Có tính năng mới như Generics, closure và Multiple Return Values.
• Tính tương thích cao với các hệ thống hiện có của Apple.
• Hiệu suất cao.

Nhược điểm:

• Chỉ hỗ trợ các hệ điều hành của Apple.
• Thư viện tiêu chuẩn (Standard Library) có thể còn hạn chế so với một số ngôn ngữ lập trình khác.
• Phiên bản mới luôn chứa nhiều tính năng mới, dễ khiến cho các version cũ trở nên lỗi thời.

9. R

R là một ngôn ngữ lập trình và môi trường tính toán số học được sử dụng rộng rãi trong việc phân tích dữ liệu, khoa học dữ liệu và machine learning. R được cài đặt dưới dạng mã nguồn mở, miễn phí và có nhiều packages và thư viện được phát triển bởi cộng đồng lập trình viên. Người dùng R có thể visual hóa và phân tích các mẫu dữ liệu, tính toán thống kê và chạy các thuật toán machine learning. R cũng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và chính sách công cộng.

Ưu điểm:

• Miễn phí, mã nguồn mở và sử dụng được trên nhiều hệ điều hành khác nhau.
• Phù hợp với phân tích dữ liệu và khoa học dữ liệu.
• Có nhiều packages và thư viện liên quan được phát triển bởi cộng đồng lập trình viên.
• Có khả năng visual hóa và phân tích các mẫu dữ liệu dễ dàng.

Nhược điểm:

• Không phù hợp cho các công việc thực hiện tác vụ xử lí dữ liệu lớn.
• Có thể không linh hoạt đối với các chương trình không phải dựa trên tính số học.
• Hiệu suất thực thi chậm hơn so với một số ngôn ngữ lập trình khác.
• Thiếu tính nhất quán về cú pháp.

10. Ruby

Ruby là ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi Yukihiro "Matz" Matsumoto với hướng đến mục tiêu để làm cho lập trình trở nên dễ hiểu và linh hoạt hơn. Ruby được thiết kế để tối đa hoá tính năng OOP, đồng thời cũng hỗ trợ đa luồng, generic và closure. Ruby cũng hỗ trợ một số framework phát triển phổ biến như Ruby on Rails. Ruby được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các ứng dụng web và các dịch vụ Internet.

Ruby được định hình theo triết lí "con người trước", điều này có nghĩa là nó sẽ giúp cho người lập trình viên tiết kiệm thời gian và tập trung vào vấn đề quan trọng hơn là tập trung vào cú pháp.

Ưu điểm:

• Dễ học, cú pháp linh hoạt
• Cấu trúc module và đối tượng dễ quản lý
• Hỗ trợ tính năng OOP, đa luồng và generic
• Sử dụng trong nhiều framework và phát triển web
• Tạo ra sản phẩm tốt với vòng đời phát triển nhanh.

Nhược điểm:

• Hiệu suất thực thi chậm hơn so với một số ngôn ngữ lập trình khác
• Có thể phức tạp khi làm việc trên các chương trình lớn
• Hoạt động không hiệu quả với các ứng dụng phức tạp cần tốc độ cao và đòi hỏi khả năng xử lý hàng loạt nhanh.

Ngôn ngữ lập trình được coi là một trong những thành tựu vĩ đại của con người và đóng vai trò rất quan trọng trong xã hội của chúng ta. Nhờ vào các ngôn ngữ lập trình, con người đã tạo ra được những công cụ và chương trình có tác dụng giúp tăng hiệu quả và độ chính xác trong các công việc tính toán phức tạp. Các trang web, các mạng xã hội, các ứng dụng di động đều được phát triển dựa trên các ngôn ngữ lập trình để giúp mọi người kết nối và tiếp cận thông tin nhanh hơn.

Với sự phát triển của các ngôn ngữ lập trình, con người đã có khả năng tạo ra các phần mềm và hệ thống tính toán phức tạp để giải quyết các vấn đề vô cùng đa dạng như tính toán học, khoa học, kỹ thuật, kinh tế,.... Các công cụ này không chỉ giúp cho con người tiết kiệm thời gian và nỗ lực trong việc thực hiện các công việc tính toán phức tạp mà còn giúp tăng độ chính xác của kết quả tính toán. Chẳng hạn, các công cụ và chương trình tính toán ung thư, dự đoán thời tiết, xác định chuỗi ADN, tối ưu hóa sản xuất, trích xuất tin tức tự động,... là những ví dụ điển hình cho vai trò rất quan trọng của các ngôn ngữ lập trình đối với con người.