プログラミング言語とは、人間（プログラマー）がコンピューターに命令を伝えるための言語であり、ソフトウェア開発やコンピューターの制御に欠かせないものです。初心者でも簡単に学べる言語から、高度な処理を行うための言語まで、さまざまな種類があります。本記事では、プログラミング言語の基礎や代表的な言語の特徴などについて解説します。
プログラミング言語とは
プログラミング言語の役割
「プログラミング言語」とは、コンピューターに命令を送るための言語であり、人間が理解できる形式で記述されたコードをコンピューターが理解できる形式に変換するための仕組みです。
プログラミング言語には、コンピューターに何をするかを指示するための文法と構文があり、プログラマーはそれらに従ってプログラムを記述します。
プログラミング言語は「低水準言語」と「高水準言語」に分かれます。
低水準言語
低水準言語とは、コンピューターが直接理解できる機械語やアセンブリ言語など、プログラマーが書いた命令が直接コンピューター上で実行される言語のことを指します。
低水準言語は直接ハードウェアとやりとりすることができるため、高速な処理が可能であり、制御や組み込みシステムなど、リアルタイム性の高い分野で使用されることが多いです。しかし、コンピューターが理解しやすい命令のため、プログラムを書くために必要な知識や作業量が高く、開発の効率が低下するという欠点があります。
高水準言語
高水準言語とは、人間が理解しやすい自然言語に近い形式で記述されるプログラミング言語のことを指します。つまり、コンピュータが処理しやすい低水準の命令ではなく、プログラマーがより抽象的で分かりやすい概念や構造を使用してプログラムを記述することができます。
高水準言語は、プログラマーの開発効率を向上させ、ヒューマンエラーを減らすことができます。また、高水準言語で書かれたプログラムは、プラットフォームやハードウェアに依存しないため、移植性が高く、複数のプラットフォームで動作することができます。
本記事におけるプログラミング言語とは、初心者でも学びやすい高水準言語を指した解説です。
プログラミング言語の利用例
プログラミング言語は、コンピュータやスマートフォン、タブレット、IoTデバイスなどのデバイスやシステムに使用されます。以下に、一般的な利用例をいくつか挙げます。
アプリケーション開発
スマートフォンアプリやウェブアプリケーションなどのソフトウェアを開発するために、プログラミング言語が使用されます。
ウェブ開発
HTML、CSS、JavaScriptなどのウェブ技術を使用して、ウェブページやウェブアプリケーションを開発するために、プログラミング言語が使用されます。
データ分析
プログラミング言語を使用して、ビッグデータやデータサイエンスの分野でデータ分析を行うことができます。
組み込みシステム
組み込みシステムやIoTデバイスの制御には、プログラミング言語が使用されます。
プログラミング言語の種類
プログラミング言語の分類
プログラミング言語は、多数の種類が存在しますが、以下によく知られた分類をいくつか挙げてみます。ただし、これらの分類は厳密ではなく、いくつかの言語は複数の分類に属することがあります。
手続き型言語
手続きを中心にプログラミングする言語で、代表的なものにC、Fortranなどがあります。
システムプログラミング（OS・ドライバなどの開発）や組み込みシステムの制御プログラムの開発に利用されます。
オブジェクト指向言語
データと処理をまとめたオブジェクトという概念を導入してプログラミングする言語で、代表的なものにJava、Python、C++などがあります。
アプリケーション開発やゲーム開発のほかに、機械学習・データ分析などにも利用されます。
スクリプト言語
プログラミング言語で書かれたコードを一行ずつ読み込んで、その都度実行するインタプリタ型の言語です。実行速度は遅いが簡単にコーディングできる言語で、代表的なものにJavaScript、Ruby、Perlなどがあります。
主にウェブ開発（フロントエンドのスクリプトやバックエンドのサーバーサイド）に利用されます。
マークアップ言語
文書の構造を定義するために使用される言語で、代表的なものにHTML、XML、Markdownなどがあります。
主にウェブページの制作やドキュメント作成に利用されます。
データベース言語
データベースを操作するための言語で、代表的なものにSQL、PL/SQLなどがあります。
主にデータベース管理や分析に利用されます。
アセンブリ言語
ハードウェアに近いプログラミングができる機械語に近い言語で、代表的なものにx86アセンブリ、ARMアセンブリなどがります。
代表的なプログラミング言語
これらの中から代表的なプログラミング言語を抜き出して、特徴と利用シーンを紹介します。
- Java
- Python
- JavaScript
- Ruby
Javaの特徴と利用シーン
- ポータブル性
Javaは、プログラムが書かれた一度のコンパイルで、異なる種類のコンピュータ上で動作できることを意味します。つまり、JavaプログラムはWindows、Mac、Linuxなど、さまざまなプラットフォームで実行可能です。 - オブジェクト指向性
Javaは、オブジェクト指向言語であり、コードがクラスとオブジェクトに基づいて構造化されています。オブジェクト指向プログラミングは、コードの再利用性、保守性、拡張性を向上させるために使用されます。 - 安全性
Javaは、セキュリティに重点を置いた設計がなされており、プログラムが予期しない動作を起こすことを防ぎます。Javaのセキュリティ機能には、メモリ管理、例外処理、暗号化などがあります。 - ガベージコレクション
Javaは、自動的にメモリを管理するためのガベージコレクション機能を備えています。つまり、開発者は明示的にメモリを解放する必要がなく、Java仮想マシンが不要なメモリを自動的に解放します。 - 多様性
Javaは、Webアプリケーション、モバイルアプリ、デスクトップアプリなど、様々な種類のアプリケーション開発に使用できます。
以上がJava言語の主な特徴です。これらの特徴により、Javaは広く使用され、多くの企業や組織で採用されています。
Pythonの特徴と利用シーン
- 簡潔で読みやすい文法
Pythonは、コードの記述が簡潔であり、読みやすい文法が特徴です。特に、インデントを使ったブロック構造を採用しているため、読みやすさが向上しています。 - オブジェクト指向性
Pythonは、オブジェクト指向言語であり、クラスとオブジェクトに基づいてプログラムが構成されています。このため、Pythonはコードの再利用性、保守性、拡張性が高くなります。 - 多様なライブラリ
Pythonは、標準ライブラリが豊富であり、多数の外部ライブラリが存在します。これにより、様々なタスクを簡単に実行できます。たとえば、科学計算、機械学習、Webアプリケーション、データ処理、自然言語処理などです。 - インタプリタ型言語
Pythonは、コンパイル不要のインタプリタ型言語です。つまり、コードを実行する際には、コンパイルプロセスが不要で、そのまま実行可能です。 - ポータブル性
Pythonは、Windows、Mac、Linuxなど、さまざまなプラットフォームで実行できます。
以上が、Python言語の主な特徴です。これらの特徴により、Pythonは様々な用途に使用され、多くの人に愛用されています。
JavaScriptの特徴と利用シーン
- Javaとの関係性
JavaとJavaScriptは、名前に「Java」という単語が含まれること以外には、関連性はありません。 - クライアントサイドでの動作
JavaScriptは、Webページのクライアントサイドで実行されることが主な用途です。つまり、ユーザーがWebブラウザでWebページを開いた際に、そのページ上でJavaScriptが実行されます。 - インタプリタ型言語
JavaScriptは、コンパイル不要のインタプリタ型言語です。つまり、コードを実行する際には、コンパイルプロセスが不要で、そのまま実行可能です。 - オブジェクト指向性
JavaScriptは、オブジェクト指向言語であり、クラスとオブジェクトに基づいてプログラムが構成されています。このため、JavaScriptはコードの再利用性、保守性、拡張性が高くなります。 - ブラウザでの動的な操作
JavaScriptは、Webページ上で動的な操作が可能です。たとえば、フォームの入力チェック、画像のスライドショー、ページのスクロール、Ajaxによる非同期通信などがあります。 - 多様なフレームワークやライブラリ
JavaScriptには、多数のフレームワークやライブラリが存在します。これらを使用することで、Webアプリケーションの開発が容易になり、高度な機能を実現することができます。 - サーバーサイドでの動作
近年では、JavaScriptをサーバーサイドで実行することが可能になりました。Node.jsと呼ばれるランタイム環境を使用することで、JavaScriptでWebアプリケーションのサーバーサイドを実装することができます。
以上が、JavaScript言語の主な特徴です。これらの特徴により、JavaScriptはWeb開発に欠かせない言語となり、多くの人に愛用されています。
Rubyの特徴と利用シーン
- 簡潔で読みやすい文法
Rubyは、Pythonと同様にコードの記述が簡潔であり、読みやすい文法が特徴です。また、独自の特徴として、メソッドの呼び出しにドット（.）ではなく、空白を用いることができます。 - オブジェクト指向性
Rubyは、純粋なオブジェクト指向言語であり、すべての値がオブジェクトです。また、継承やモジュールを使った機能の拡張など、オブジェクト指向の恩恵をフルに受けられます。 - 多様なライブラリ
Rubyには、豊富な標準ライブラリが含まれています。また、外部ライブラリも多数存在し、Webアプリケーション開発やGUIアプリケーション開発など、様々な分野で利用されています。 - スクリプト言語
Rubyは、コンパイル不要のスクリプト言語です。つまり、コードを実行する際には、コンパイルプロセスが不要で、そのまま実行可能です。また、REPLという対話的な環境も用意されているため、プログラムの試行錯誤が簡単に行えます。 - Webアプリケーション開発
Rubyは、Webアプリケーションフレームワークの「Ruby on Rails」が有名で、簡単に高機能なWebアプリケーションを構築することができます。また、静的サイトジェネレーターの「Jekyll」や、Webスクレイピングに使われる「Mechanize」などのライブラリも存在します。
以上が、Ruby言語の主な特徴と利用シーンです。Rubyは、Webアプリケーション開発に特に適しています。なお、Rubyは、日本人の松本行弘氏が開発したプログラミング言語です。
プログラミング言語の基礎知識
プログラミング言語の基礎知識とは、プログラムを作成するために必要な基本的な概念、用語、構文などについての知識を指します。各プログラミング言語には、それぞれ異なる文法や構文が存在しますが、この基礎知識は多くの場合共通しています。これらの基礎知識を理解することで、プログラムを作成する上で必要な概念を把握し、正しいコードを書くことができます。
変数
変数とは、データを一時的に記憶するための箱のようなものです。データはコンピューターのメモリに保存され、変数はそのメモリ上のアドレスを指し示します。変数には名前がついており、その名前を使ってデータにアクセスすることができます。
変数を使うことで、プログラムの中で値を一時的に保持することができます。例えば、ある数値を計算して、その結果を別の数値として保持したい場合には、変数を使ってその数値を保持することができます。また、プログラムの中で同じ値を何度も使う場合にも、変数を使って値を保持することができ、コードをスッキリと読みやすくすることができます。
データ型
データ型とは、変数に入れることができるデータの種類を指します。データ型には、整数や小数、文字列、真偽値などがあります。
プログラムを書く際には、変数に何らかのデータを格納する必要がありますが、その変数がどのようなデータ型であるかを指定することが必要です。例えば、整数を格納する変数はint型、小数を格納する変数はfloat型やdouble型、文字列を格納する変数はString型などのデータ型を使用します。データ型を正しく指定することで、予期しないエラーを防止し、プログラムの安全性を高めることができます。
演算子
演算子とは、プログラミングにおいて計算を行うための記号やキーワードのことを指します。例えば、足し算や引き算を行う「+」や「-」、掛け算や割り算を行う「*」や「/」、比較を行う「>」や「<」などが演算子にあたります。
変数に対して演算を行うことができます。例えば、「x = 5」という式で変数xに5を代入し、「x + 3」という式でxに3を足して計算することができます。また、複数の演算子を組み合わせて複雑な計算を行うこともできます。演算子の優先順位には規則があり、一部の演算子は優先度が高く、他の演算子よりも先に計算されます。演算子の優先順位を意識して、正確な計算を行うことが重要です。
制御構文
制御構文とは、プログラムの実行フローを制御するための構文のことを指します。つまり、ある条件が成り立ったときに特定の処理を行う「条件分岐」や、同じ処理を繰り返し実行する「繰り返し」などが含まれます。
例えば、ある数値を入力したときに、その数値が正の場合は「正の数です」と表示し、負の場合は「負の数です」と表示するプログラムを作る場合、条件分岐を用いて以下のように記述できます。
if (num > 0) {
console.log("正の数です");
} else {
console.log("負の数です");
}また、1から10までの整数を順に表示するプログラムを作る場合、繰り返しを用いて以下のように記述できます。
for (var i = 1; i <= 10; i++) {
console.log(i);
}このように、制御構文をうまく使うことで、プログラムの実行フローを自由自在に制御できます。
関数
関数とは、複数の処理をまとめて一つの処理として扱うための機能のことを指します。関数には名前がつけられ、名前を呼び出すことで、関数内に定義された処理が実行されます。
関数は、「引数」と呼ばれる値を受け取り、処理を実行した結果を「戻り値」として返すことができます。また、関数内で定義された変数や関数のスコープは、関数内部に限定されます。関数を使用することで、同じ処理を繰り返し書く必要がなくなり、プログラムの保守性や可読性が向上するといったメリットがあります。
例えば、計算機アプリケーションでは、足し算や掛け算などの処理を関数化することができます。また、Webアプリケーションでは、ボタンをクリックしたときの処理や、データの取得や送信などの処理を関数化することができます。関数は、プログラムに欠かせない重要な要素の一つです。
クラス・オブジェクト
クラスとオブジェクトは、オブジェクト指向プログラミングの概念で、プログラムを組む上で非常に重要な要素です。
クラスとは
クラスとは、オブジェクトを作るための設計図のようなものです。クラスには、そのオブジェクトが持つデータや処理の方法（メソッド≒関数）が定義されています。
オブジェクトとは
オブジェクトとは、クラスを元に実際に作られたもので、クラスの設計に従ってデータや処理を持ちます。つまり、クラスはオブジェクトを作るための設計図であり、オブジェクトはその設計図を元に作られた実体です。
クラスとオブジェクトを使用することで、プログラムの再利用性が高まり、保守性が向上するといったメリットがあります。
API
API（Application Programming Interface）とは、プログラムの機能を外部から利用できるようにするためのインターフェースのことです。
具体的には、あるプログラムが持っている機能を他のプログラムから利用できるようにするために、APIと呼ばれる一定の規格に従って外部から呼び出し可能な関数やメソッドを公開することがあります。例えば、TwitterやFacebookなどのSNSサービスがAPIを提供しており、外部のアプリケーションからそのAPIを利用することで、ユーザーのタイムラインの取得や投稿などが可能になっています。また、Google Maps APIを利用することで、Webサイトに地図を表示することもできます。
APIを利用することで、プログラマは自分で実装する必要があった機能を、既に実装されたAPIを呼び出すだけで利用することができます。また、APIを利用することで、外部からのアクセスに対してセキュリティの対策を行うこともできます。
プログラミング言語とITエンジニア
ITエンジニア（システムエンジニア／プログラマー／コーダー）にとって、プログラミング言語は必要不可欠なツールです。
プログラミング言語の学習には、簡単なプログラムから始めて基礎的な文法や制御構造を学び、実際にプログラムを作成して経験を積むことが大切です。また、エンジニアのスキルレベルや専門分野によって必要なプログラミング言語が異なるため、幅広い知識を持つことが求められます。未経験からITエンジニアになる方法ついて詳しく投稿している別の記事がありますので、そちらも参考にしてください。
ITエンジニアの募集が増えている中で、未経験から転職を考える方もいるかもしれません。しかし、ITエンジニアに転職した際のメリットや未経験だと感じるつらさがないか気になるところかもしれません。 この記事では、未経験からITエンジニアに転[…]
東京・福岡の未経験のあなたへ
メディアファイブでは、未経験の方でも当社が運営する無料のプログラミングスクールで学習することができます。そして、卒業生を当社の正社員として採用しています。当社の社員は、大手銀行や大手クレジットカード会社のシステム開発案件にプログラマーとして参画しており、高度な技術力を発揮しています。ご興味のある方は未経験採用ページをご覧ください。