การเขียนโปรแกรมขั้นพื้นฐาน

             มนุษย์ใช้ภาษาในการสื่อสารมาตั้งแต่สมัยโบราณ การใช้ภาษาเป็นเรื่องที่มนุษย์พยายามถ่ายทอดความคิดและความรู้สึกต่าง ๆ เพื่อการโต้ตอบและสื่อความหมาย ภาษาที่มนุษย์ใช้ติดต่อสื่อสารในชีวิตประจำวัน เช่น ภาษาไทย ภาษาอังกฤษ หรือภาษาจีน ต่างเรียกว่า “ภาษาธรรมชาติ” (Natural Language) เพราะมีการศึกษา ได้ยิน ได้ฟัง กันมาตั้งแต่เกิดการใช้งานคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นเครื่องมือทางอิเล็กทรอนิกส์ให้ทำงานตามที่ต้องการ จำเป็นต้องมีการกำหนดภาษา สำหรับใช้ติดต่อสั่งงานกับคอมพิวเตอร์ ภาษาคอมพิวเตอร์จะเป็น ”ภาษาประดิษฐ์” (Artificial Language) ที่มนุษย์คิดสร้างมาเอง เป็นภาษาที่มีจุดมุ่งหมายเฉพาะ มีกฎเกณฑ์ที่ตายตัวและจำกัด คืออยู่ในกรอบให้ใช้คำและไวยากรณ์ที่กำหนดและมีการตีความหมายที่ชัดเจน จึงจัดภาษาคอมพิวเตอร์เป็นภาษาที่มีรูปแบบเป็นทางการ (Formal Language) ต่างกับภาษาธรรมชาติที่มีขอบเขตกว้างมาก ไม่มีรูปแบบตายตัวที่แน่นอน  กฎเกณฑ์ของภาษาจะขึ้นกับหลักไวยากรณ์และการยอมรับของกลุ่มผู้ใช้นั้น ๆ

ภาษาคอมพิวเตอร์อาจแบ่งได้เป็น 3 ระดับ คือ ภาษาเครื่อง (Machine Language) ภาษาระดับต่ำ (Low Level Language) และภาษาระดับสูง (High Level Language)

การเขียนโปรแกรมเพื่อสั่งให้คอมพิวเตอร์ทำงานในยุคแรก ๆ จะต้องเขียนด้วยภาษาซึ่งเป็นที่ยอมรับของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า “ภาษาเครื่อง” ภาษานี้ประกอบด้วยตัวเลขล้วน ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้ทันที ผู้ที่จะเขียนโปรแกรมภาษาเครื่องได้ ต้องสามารถจำรหัสแทนคำสั่งต่าง ๆ ได้ และในการคำนวณต้องสามารถจำได้ว่าจำนวนต่าง ๆ ที่ใช้ในการคำนวณนั้นถูกเก็บไว้ที่ตำแหน่งใด ดังนั้นโอกาสที่จะเกิดความผิดพลาดในการเขียนโปรแกรมจึงมีมาก นอกจากนี้เครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละระบบมีภาษาเครื่องที่แตกต่างกันออก ทำให้เกิดความไม่สะดวกเมื่อมีการเปลี่ยนเครื่องคอมพิวเตอร์เพราะจะต้องเขียนโปรแกรมใหม่ทั้งหมด

เนื่องจากภาษาเครื่องเป็นภาษาที่มีความยุ่งยากในการเขียนดังได้กล่าวมาแล้ว จึงไม่มีผู้นิยมและมีการใช้น้อย ดังนั้นได้มีการพัฒนาภาษาคอมพิวเตอร์ขึ้นอีกระดับหนึ่ง โดยการใช้ตัวอักษรภาษาอังกฤษเป็นรหัสแทนการทำงาน การใช้และการตั้งชื่อตัวแปรแทนตำแหน่งที่ใช้เก็บจำนวนต่าง ๆ ซึ่งเป็นค่าของตัวแปรนั้น ๆ การใช้สัญลักษณ์ช่วยให้การเขียนโปรแกรมนี้เรียกว่า “ภาษาระดับต่ำ”ภาษาระดับต่าเป็นภาษาที่มีความหมายใกล้เคียงกับภาษาเครื่องมากบางครั้งจึงเรียกภาษานี้ว่า  “ภาษาอิงเครื่อง” (Machine – Oriented Language) ตัวอย่างของภาษาระดับต่ำ  ได้แก่ ภาษาแอสเซมบลี เป็นภาษาที่ใช้คำในอักษรภาษาอังกฤษเป็นคำสั่งให้เครื่องทำงาน เช่น ADD หมายถึง บวก SUB หมายถึง ลบ เป็นต้น การใช้คำเหล่านี้ช่วยให้การเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นกว่าการใช้ภาษาเครื่องซึ่งเป็นตัวเลขล้วน ดังตารางแสดงตัวอย่างของภาษาระดับต่ำและภาษาเครื่องที่สั่งให้มีการบวกจำนวนที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำ

 แสดงความสัมพันธ์ของคำสั่งในภาษาระดับต่ำและภาษาเครื่อง

ภาษาระดับต่ำ    ภาษาเครื่อง    รหัสเลขฐานสิบหก

MOV   AL,05    10110000     00000101    B0     05

MOV   BL,08    10110011     00001000    B3     08

ADD   AL,BL    00000000     11011000    00     D8

MOV   CL,AL    10001000     11000001    88     C1

จากตารางบรรทัดแรก 10110000 00000101 เป็นคำสั่งให้นำจำนวน 5 (หรือเขียนในรูปของเลขฐานสองเป็น 00000101) ไปเก็บในรีจิสเตอร์ชื่อ AL โดยส่วนแรก 10110000 คือรหัสคำสั่ง MOV ซึ่งเป็นการเคลื่อนย้ายข้อมูลจำนวนมาเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ AL

บรรทัดที่สอง 10110011 00001000 เป็นคำสั่งให้นำจำนวน 8 (หรือเขียนในรูปของเลขฐานสองเป็น 00001000) ไปเก็บในรีจิสเตอร์ชื่อ BL โดยส่วนแรก 10110011 คือรหัสคำสั่ง MOV ซึ่งเป็นการเคลื่อนย้ายข้อมูลจำนวนมาเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ BL

บรรทัดที่สาม เป็นคำสั่งการบวกระหว่างรีจิสเตอร์ AL กับ BL หรือนำ 5 บวก 8 ผลลัพธ์เก็บในรีจิสเตอร์ AL

บรรทัดที่สี่ เป็นการนำผลลัพธ์จากรีจิสเตอร์ชื่อ AL ไปเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ชื่อ CL

การใช้โปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาแอสเซมบลีนั้น  เครื่องคอมพิวเตอร์ไม่สามารถทำงานได้ทันที จำเป็นต้องมีการแปลโปรแกรมในการแปลที่มีชื่อว่า “แอสเซมเบลอร์” (Assembler) ซึ่งแตกต่างไปตามเครื่องคอมพิวเตอร์แต่ละชนิด ดังนั้นแอสเซมเบลอร์ของเครื่องชนิดหนึ่งจะไม่สามารถใช้แปลโปรแกรมภาษาแอสเซมบลีของเครื่องชนิดอื่น ๆ ได้ภาษาแอสเซมบลีนี้ยังคงใช้ยาก เพราะผู้เขียนโปรแกรมจะต้องเข้าใจในการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์อย่างละเอียด ต้องรู้ว่าจำนวนที่จะนำมาคำนวณนั้นอยู่ ณ ตำแหน่งใดในหน่วยความจำในทำนองเดียวกับการเขียนโปรแกรมเป็นภาษาเครื่อง ภาษาแอสเซมบลีจึงมีผู้ใช้น้อย และมักจะใช้ในกรณีที่ต้องการควบคุมการทำงานภายในของตัวเครื่องคอมพิวเตอร์

ภาษาระดับสูงเป็นภาษาที่สร้างขึ้นเพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในการเขียนโปรแกรมกล่าวคือลักษณะของคำสั่งจะประกอบด้วยคำต่าง ๆ ในภาษาอังกฤษ ซึ่งผู้อ่านสามารถเข้าใจความหมายได้ทันที ผู้เขียนโปรแกรมจึงเขียนโปรแกรมด้วยภาษาระดับสูงได้ง่ายกว่าเขียนด้วยภาษาแอสเซมบลีหรือภาษาเครื่อง ภาษาระดับสูงมีมากมายหลายภาษา อาทิเช่น ภาษาฟอร์แทรน (FORTRAN) ภาษาโคบอล (COBOL) ภาษาปาสคาล (Pascal) ภาษาเบสิก(BASIC) ภาษาวิชวลเบสิก (Visual Basic) ภาษาซี (C) และภาษาจาวา (Java) เป็นต้น โปรแกรมที่เขียนด้วยภาษาระดับสูงแต่ละภาษาจะต้องมีโปรแกรมที่ทำหน้าที่แปลภาษาระดับสูงให้เป็นภาษาเครื่อง เช่น โปรแกรมแปลภาษาฟอร์แทรนเป็นภาษาเครื่อง โปรแกรมแปลภาษาปาสคาลเป็นภาษาเครื่อง คำสั่งหนึ่งคำสั่งในภาษาระดับสูงจะถูกแปลเป็นภาษาเครื่องหลายคำสั่ง

ภาษาระดับสูงที่จะกล่าวถึงในที่นี้ ได้แก่

1) ภาษาฟอร์แทรน (FORmula TRANstation : FORTRAN)

จัดเป็นภาษาระดับสูงที่เก่าแก่ที่สุด ได้รับการคิดค้นขึ้นเป็นครั้งแรก ราว พ.ศ. 2497 โดยบริษัท ไอบีเอ็ม เป็นภาษาที่เหมาะสำหรับงานที่ต้องการการคำนวณ เช่น งานทางด้านวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และงานวิจัยต่าง ๆ เนื่องจากแนวคิดในการเขียนโปรแกรมในระยะหลังนี้เปลี่ยนมานิยมการเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้างมากขึ้น ลักษณะของคำสั่งภาษาฟอร์แทรนแบบเดิมไม่เอื้ออำนวยที่จะให้เขียนได้ จึงมีการปรับปรุงโครงสร้างของภาษาฟอร์แทรนให้สามารถเขียนโปรแกรมแบบโครงสร้างขึ้นมาได้ในปี พ.ศ. 2509 เรียกว่า FORTRAN 66 และในปี พ.ศ. 2520 สถาบันมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (American National Standard Institute หรือ ANSI) ได้ปรับปรุง FORTRAN 66 และยอมรับให้เป็นภาษาฟอร์แทรนที่เป็นมาตรฐาน เรียกว่า FORTRAN 77 ใช้ได้กับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีตัวแปลภาษานี้

2)  ภาษาโคบอล (Common Business Oriented Language : COBOL)

เป็นภาษาที่พัฒนาขึ้นในราว พ.ศ. 2502  ต่อมาได้รับการปรับปรุงจากคณะกรรมการซึ่งเป็นตัวแทนของหน่วยงานธุรกิจและรัฐบาลของสหรัฐอเมริกา เป็นภาษาโคบอลมาตรฐานในปี พ.ศ. 2517 เป็นภาษาที่เหมาะสมสำหรับงานด้านธุรกิจ เครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ส่วนมากมีโปรแกรมแปลภาษาโคบอล

3)  ภาษาเบสิก (Beginner’s All – purpose Symbolic Instruction Code : BASIC)

เป็นภาษาที่ได้รับการคิดขึ้นเป็นครั้งแรกที่วิทยาลัยดาร์ทมัธ (Dartmouth College) และเผยแพร่เป็นทางการในปี พ.ศ. 2508ภาษาเบสิกเป็นภาษาที่สร้างขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อใช้สอนเพื่อใช้สอนเขียนโปรแกรมแทนภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาอื่น เช่น ภาษาฟอร์แทรน ซึ่งมีขนาดใหญ่และต้องใช้หน่วยความจำสูงในการทำงาน ซึ่งไม่เหมาะกับเครื่องคอมพิวเตอร์ในสมัยนั้น ภาษาเบสิกเป็นภาษาที่มีขนาดเล็ก เป็นตัวแปลภาษาชนิดที่เรียกว่าอินเทอร์พรีเตอร์

นอกจากนี้    ภาษาเบสิกเป็นภาษาที่ง่ายต่อการเขียน    ซึ่งผู้เขียนจะสามารถนำไปประยุกต์กับการแก้ปัญหาต่าง ๆ ได้ทุกสาขาวิชา    ผู้ที่เพิ่งฝึกเขียนโปรแกรมใหม่ ๆ หรือผู้ที่ไม่ใช่นักเขียนโปรแกรมมืออาชีพ แต่เป็นเพียงวิศวกรหรือนักวิจัย จะสามารถหัดเขียนโปรแกรมภาษาเบสิกได้ในเวลาไม่นานนัก ปกติภาษาเบสิกส่วนใหญ่ใช้กับไมโครคอมพิวเตอร์

4) ภาษาปาสคาล (Pascal)

ตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ เบลส ปาสคาล (Blaise Pascal) ซึ่งเป็นผู้ผลิตเครื่องคิดเลขโดยใช้เฟืองหมุน ภาษาปาสคาลคิดขึ้นในปี พ.ศ. 2514 โดยนิคลอส เวียซ (Niklaus Wirth) ศาสตราจารย์วิชาคอมพิวเตอร์ชาวสวิต ภาษาปาสคาลได้รับการออกแบบให้ใช้ง่ายและมีโครงสร้างที่ดี จึงเหมาะกับการใช้สอนหลักการเขียนโปรแกรม ปัจจุบันภาษาปาสคาลยังคงได้รับความนิยมใช้ในการเรียนเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์

5)  ภาษาซีและซีพลัสพลัส (C และ C++)

ภาษาซีเป็นภาษาที่พัฒนาจากห้องปฏิบัติการเบลล์ของบริษัทเอทีแอนด์ทีในปี พ.ศ. 2515 หลังจากที่พัฒนาขึ้นได้ไม่นาน ภาษาซีก็กลายเป็นภาษาที่นิยมในหมู่นักเขียนโปรแกรมมาก และมีใช้งานในเครื่องทุกระดับ ทั้งนี้เนื่องจากภาษาซีได้รวมเอาข้อมูลของภาษาระดับสูงและภาษาระดับต่ำเข้าไว้ด้วยกัน กล่าวคือเป็นภาษาที่มีไวยากรณ์ที่เข้าใจง่าย ทำให้เขียนโปรแกรมได้ง่ายเช่นเดียวกับภาษาระดับสูงทั่วไป แต่ประสิทธิภาพและความเร็วในการทำงานดีกว่ามาก เนื่องจากมีการทำงานเหมือนภาษาระดับต่ำ สามารถทำงานได้ในระดับที่เป็นการควบคุมฮาร์ดแวร์ได้มากกว่าภาษาระดับสูงอื่น ๆ ดังจะเห็นว่าภาษาซีเป็นภาษาที่สามารถพัฒนาระบบปฏิบัติการได้ เช่น ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์

นอกจากนี้เมื่อแนวคิดของการเขียนโปรแกรมแบบเชิงวัตถุ (Object Oriented Programming : OOP) ได้เข้ามามีบทบาทในวงการคอมพิวเตอร์มากขึ้น ภาษาซีก็ยังได้รับการพัฒนาโดยประยุกต์ใช้กับการเขียนโปรแกรมดังกล่าว เกิดเป็นภาษาใหม่ชื่อว่า “ภาษาซีพลัสพลัส” (C++)

6)  ภาษาวิชวลเบสิก (Visual Basic)

เป็นภาษาที่พัฒนาต่อมาจากภาษาเบสิก  ใช้ไวยากรณ์บางส่วนของภาษาเบสิกในการเขียนโปรแกรม   แต่มีแนวคิดและวิธีการพัฒนาโปรแกรมที่แตกต่างจากภาษาเบสิกโดยสิ้นเชิง รวมทั้งการใช้เนื้อที่ในหน่วยความจำก็แตกต่างกันมาก ทั้งนี้เนื่องจากภาษาวิชวลเบสิกใช้แนวคิดที่ต่างออกไป

*********************************************************************************

โปรแกรมภาษา

ใน การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ต้องมีการแปลงภาษาให้เป็นรหัสภาษาที่เครื่อง คอมพิวเตอร์เข้าใจก่อน จึงจะทำงานได้ ภาษาคอมพิวเตอร์เป็นการนำชุดคำสั่งแต่ละคำสั่งมาต่อกันให้คอมพิวเตอร์ทำงาน เรียกว่า โปรแกรมต้นฉบับ(Source Program) หรือ รหัสต้นฉบับ(Source Code) จึงแปลเป็นภาษาที่เครื่องคอมพิวเตอร์ทำงานได้คือ Executable Programในการเขียนโปรแกรมด้วยภาษาแอสเซมบลี จะใช้ตัวแปลภาษาให้เป็นภาษาเครื่องเรียกว่า แอสเซมเบอร์(Assember)

การเขียนโปรแกรมระดับสูงมีวิธีแปล 2 ประเภท คือ

1.อินเตอร์พรีเตอร์(Interpreter) แปลความหมายคำสั่งทีละคำสั่ง ถ้าพบข้อผิดพลาดจะหยุดทำงานแจ้งข้อผิดพลาดออกมา

2.คอมไพเลอร์(Compiler) จะมองโปรแกรมต้นฉบับทั้งหมด แปลเป็นรหัสภาษาเครื่องถ้าพบข้อผิดพลาดจะแจ้ง ทำงานได้เร็ว

ประเภทของโปรแกรม

1.โปรแกรม ระบบปฏิบัติการ(OS:Operating System) ดูแลระบบ ฮาร์ดแวร์ต่างๆคุมการทำงานของคีย์บอร์ดจอภาพ ระบบอ่านและบันทึกข้อมูล ได้แก่ ดอส ,UNIX

2.โปรแกรม เอนกประสงค์(Utility Program) ช่วยอำนวยความสะดวกให้กับผู้ใช้ เป็นเครื่องมือในการแก้ไขปัญหาทั้งตรวจสอบระบบได้ เช่น โปรแกรมตรวจสอบความเร็วความเร็วของคอมพิวเตอร์, โปรแกรม McAfee Virus Scan, โปรแกรม ตรวจสอบตัวเครื่อง

3.โปรแกรม ประยุกต์ หรือ ซอฟต์แวรฺสำเร็จรูป(Package Software) สำหรับงานเฉพาะด้านมีการทำงานต่างกัน เช่น โปรแกรมเกม ,โปรแกรมกราฟฟิก, โปรแกรมประมวลผลคำ, โปรแกรมดาต้าเบส

ขั้นตอนการพัฒนาโปรแกรม 

1.กำหนดและวิเคราะห์ปัญหา(Problem Definition and Problem Analysis)

-กำหนดขอบเขตของปัญหา

-กำหนดลักษณะของข้อมูลเข้าและออกจากระบบ

-กำหนดวิธีการประมวลผล 

2.เขียนผังงานและซูโดโค้ด(Pseudocoding)

-ลำดับขั้นตอนการทำงานของโปรกรมเรียกว่า อัลกอริทึม(Algorithm) แสดงขั้นตอนการแก้ปัญหา

-อาจเขียนให้อยู่ในรูปซูโดโค้ด(อธิบายขั้นตอนการทำงานของโปรแกรม เป็นคำย่อ)

-หรือเขียนเป็นผังงาน(ใช้สัญลักษณ์ต่างๆแทนการทำงานและทิศทางของโปรแกรม) 

3.เขียนโปรแกรม(Programming) 

-เขียนตามภาษาที่คอมพิวเตอร์เข้าใจ

-ใช้ภาษาระดับสูง ระดับต่ำ ซึ่งเลือกได้หลายภาษา

-การเขียนโปรแกรมต้องทำตามหลักไวยากรณ์(Syntax) และพิจารณาความถนัดของผู้เขียน 

4.ทดสอบและแก้ไขโปรแกรม(Program Testing and Debugging)

-จุดผิดพลาดของโปรแกรมเรียกว่า บัก(Bug) การแก้ไขข้อผิดพลาดให้ถูกต้องเรียกว่า ดีบัก(Debug) 

ข้อผิดพลาดจากการเขียนมี 2 ประเภท คือ

1.เขียนคำสั่งไม่ถูกตามหลักการเขียนโปรแกรมภาษานั้นๆ เรียกว่า Syntax Error หรือ Coding Error

2.ข้อผิดพลาดทางตรรกะ หรือ Logic Error เป็นข้อผิดพลาดที่โปรแกรมทำงานได้แต่ผลลัพธ์ที่ออกมาไม่ถูกต้อง

5.ทำเอกสารและบำรุงรักษาโปรแกรม(Program Documentation and Maintenance)

-คู่มือการใช้ หรือ User Document หรือ User Guide อธิบายการใช้โปรแกรม

-คู่มือโปรแกรมเมอร์ หรือ Program Document หรือ Technical Refrence อำนวยความสะดวกในการแก้ไขและพัฒนาโปรแกรม