程序设计语言原理PrincipleofProgrammingLanguage
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程序设计语言原理
OO 程序先看一点OO 程序，复习一下基本OO 程序的特征这里看一段定义了几个类的C++ 代码定义list_node 类，用于实现带头结点的双向循环链接表每个结点里有一个域指向表头结点2012年5月21注意：header 是个list_node定义的是有头结点的循环链表OO 程序通用的表结点类还可以定义通用的容器类：•基本容器类没有具体数据域，不保存具体类型的元素，只实现容器操作，如：一些基本判断谓词，插入删除等等•通过继承实现存储具体类型的元素的具体容器派生的int 表结点类使用这种int 表的问题：如果需要访问结点的数据内容，必须对取出的结点做强制在每个对象开头（数据域之向其所属的类的虚表（运行C++ 代码：基类指针可以安全地引用派生类的对象，这时的（非变换）自动类型转换称为“向上强制”，upcasting 但子类指针不能引用基类对象多重继承的一种布局方式偏移量d 可静态确定在调用基类方法和向上向下强制时，都要用到这个d如果语言里存在多重继承，所有方法表都要增加方法2012年5月这里就可以分别写覆盖定义其他提供多重继承的语言可能支持不同方式复本式继承没有引进任何新问题不能直接从D 对象出发访问A 的方法必须先转到用方式），而后才能调用都不连续，这时需要在各个派生这个地址相对于各子对象的距离都是编译这里还是需要在虚表里保存Java 代码示例：向一个（一组）类里逐步混入若干接口（interface）的虚方法三个接口：排序显示保存继承widget混入一个接口的方法实现2012年5月在每个方法表前面加一个this 修正量项这一修正量由这个表里所有的方法共享因为这些方法都是一起定义的。
程序设计语言概述
五、Pascal语言 语言
Pascal语言是一种计算机编 Pascal语言是一种计算机编 程语言， 程语言，是由瑞士苏黎士工学院 N.Wirth教授于1968年设计完成， N.Wirth教授于1968年设计完成， 教授于1968年设计完成 1971年正式发表 年正式发表， 1971年正式发表，为纪念法国数学 Pascal，把此语言命名为Pascal 家Pascal，把此语言命名为Pascal 语言。 语言。
四、常量与变量
2.变量 2.变量 (1)变量 变量： (1)变量：在某个程序的运行过程中其值可以发生改变的量 (2)变量说明 变量说明出现在说明部分。语法格式： 变量说明： (2)变量说明：变量说明出现在说明部分。语法格式： var var 变量标识符列表:类型; 变量标识符列表:类型; a,b,c:integer； a,b,c:integer； ... m,n:real ； 变量标识符列表:类型; 变量标识符列表:类型;
PASCAL语言基础知识 PASCAL语言基础知识
一、PASCAL程序的基本结构 程序的基本结构
例：已知圆的半径r，编程求圆的面积s. 已知圆的半径r 编程求圆的面积s.
程序首部
说明部分
执行部分
Program area; 程序名； Program 程序名； Const 常量说明； Const 常量说明； pi=3.1416; 类型说明； Type 类型说明； 变量说明； Var 变量说明； Var 函数说明； Function 函数说明； r:integer; 过程说明； Procedure 过程说明； s:real; Begin Begin 语句1 语句1； writeln(‘enter r=’); 语句2； 语句2 readln(r); …… s:=pi*r*r; write(‘s=’,s) End. End.
计算机程序设计语言与编译原理
计算机程序设计语言与编译原理计算机程序设计语言和编译原理是计算机科学与技术中非常重要的两个方向，它们相互关联，相辅相成，在软件开发领域起着至关重要的作用。
本文将介绍计算机程序设计语言和编译原理的基本概念、原理和应用，并附带答案和解析以供参考。
第一节：计算机程序设计语言的基本概念与分类计算机程序设计语言是计算机人机交互的桥梁，是一种特殊的符号系统，用于描述计算机程序的结构和行为。
根据语言的形式和特点，计算机程序设计语言可以分为编译型语言和解释型语言两大类。
1. 编译型语言编译型语言是将程序源代码编译为目标代码后再执行的语言。
它的执行效率较高，但开发周期较长。
常见的编译型语言有C、C++和Pascal等。
2. 解释型语言解释型语言是将程序源代码逐行解释执行的语言。
它的开发周期较短，但执行效率相对较低。
常见的解释型语言有Python、JavaScript和Ruby等。
第二节：编译原理的基本概念与过程编译原理是研究将高级语言程序翻译成等价的机器语言程序的原理和方法。
它包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等基本过程。
1. 词法分析词法分析是将字符序列转换为单词序列的过程。
它通过正则表达式和有限自动机等方法识别出程序中的关键字、标识符和常量等。
2. 语法分析语法分析是将单词序列转换为语法树的过程。
它通过上下文无关文法和语法分析算法（如LL算法和LR算法）来分析语法结构。
3. 语义分析语义分析是对语法树进行静态语义检查和语义动作的过程。
它通过符号表和类型检查等方法确保程序的语义正确性。
4. 中间代码生成中间代码生成是将高级语言程序转换为一种类似于汇编语言的中间代码的过程。
它既保留了源程序的结构，又利于后续的代码优化。
5. 代码优化代码优化是对中间代码进行变换和重组，以改进程序的执行效率和资源利用率的过程。
它可以包括常数合并、循环展开和指令调度等优化技术。
6. 目标代码生成目标代码生成是将中间代码转换为目标机器代码的过程。
高级程序语言的设计及实现-程序设计语言原理
程序设计语言原理
教材： 程序设计语言原理 麦中凡 参考书：
• • •
北航出版社
•
《程序语言原理（第五版）》，Robert W.Sebesta， 机械工业出版社。 《程序设计语言：原理与实践（第二版）》， Kenneth C. Louden，电子工业出版社。 《程序设计语言：设计与实现（第四版）》， Terrence W. Pratt，Marvin V. Zelkowitz，电子工业出 版社。 《程序设计语言：概念和结构（第二版）》，Ravi Sethi，机械工业出版社
第12页
新趋势：脚本语言
近年脚本语言在计算机应用盛行起来，重要实例： • 用于开发Web 服务端的PHP、ASP、JSP 等 • 用于Web 客户端网页嵌入应用的JavaScript 等 • 用于更广泛的应用开发的Perl、Python、Ruby 等 • 其他各种专门用途的脚本语言，如描述图形界面的Tcl/tk 与通用程序设计语言相比，通用脚本语言有如下特点： • 丰富的基础数据结构，灵活的使用方式，支持快速的应用开 发 • 基于解释器的执行，或者解释和编译的结合，可以立即看到 开发的效果 • 通常都没有标准化，随着应用的发展变化和很快地扩充 • 一些语言形成了很好的社团，开发了大量有用的库 脚本语言将如何发展？其发展趋势怎样？
14
2 第15页
续
• 定义：可以编制软件的，机器可识别，可执 行的表示法(或符号)系统
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0.2 为什么研究PL
•人机交互界面永存 过去—现在—未来 •软硬件技术窗口 •发展新语言 •提高软件人员素质 •通向理论的形式方法 •通用语言标准化与规范化
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0.3 语言规范与处理器
• PL语言不是软件
第4章程序设计语言原理1-3
程序设计语言原理
语言范型
• 面向对象的范型（Object-Oriented） • 把计算过程看成是一批独立对象相互作用的结果。OO语言 提供描述对象及其行为的机制，描述对象间相互作用的机 制。 • 纯的OO语言如Smalltalk，Java。其他支持OO的语言包括 C++，Ada95等。这些都是基于命令式行为描述的OO语言。 也有采用函数式的或者其他范型行为描述的OO语言。 • 说明式语言（Declarative），包括逻辑式语言（Logical）， 关系式语言（Relational），基于限制的语言（Constraint）。 • 基本想法是只描述需要着什么，而不描述怎样做。例如： 描述被计算对象之间的逻辑关系；问题的解应该满足的条 件限制。要求通过一个内部的通用过程，自动得到所需要 的结果。 • 例：逻辑式语言Prolog；数据库查询语言；近年很受重视的 Constraint Language和Constraint Programming。
程序设计语言原理
为什么学习？ （问题实例）
• 我们学过是VC程序设计，6.0版本的C++语言， 谁知道下面C语句给n赋什么值？ m = 1; n = m+++m++; • 为什么我的程序调试时完全正确，Release生成 的程序却出错？ • 可以发现许多问题，究其原因，是因为没有很 好理解程序设计语言。 • 计算机专业工作者应该读“程序设计语言”的 书籍，或上这方面课程，提高认识，才可能把 计算机领域的工作做得更好。 • 例如：《程序设计语言原理》《计算机原理》
程序设计语言原理
语言：标准和实现
• 要弄清用某语言写的一个程序的意义，我们应该怎么 做？是什么规定了一个程序设计语言？ • 1将它输入计算机，编译后试运行； • 2找懂得这个语言的人询问； • 3参考语言的标准文本（或称语言规范），它定义了语 言的语法形式（合法程序的形式）； • 合法形式的程序结构的语义 • 1明确说明“规范”对某些东西未予定义 • 2并适当参考广泛使用的实现，作为帮助理解的辅助工 具 • 同一语言可能有若干标准化文本。如：Fortran 66， Fortran 77，Fortran 90
程序设计语言原理
具体对象还可能占用其他资源 例如，一个文件指针对象，可能需要安排一个文件缓冲区
2012年3月
10
对象：生存期
静态创建的对象在程序执行中始终存在，生存期是程序的整个执行过程 • 例：C语言的全局变量
动态创建的对象具有较短的生存期 • 例：C的局部自动变量，生存期是它的定义所在的函数（或者定义所在 的复合语句）的执行期间
2012年3月
4
数据和类型
为什么需要把数据分为类型？特别是在高级语言里？有很多理由，例如：
提供了对被处理数据的一种概念划分
有助于人理解和思考与数据有关的各方面问题
有可能更有效地实现
不同类型的数据大小可能不同（表示它们需要的存储量不同），支持的 操作不同，被操作的方式不同
划分为类型，可能用于确定操作的可用性和具体的操作方式
• 一个对象只在从其创建到销毁的期间中存在 • 创建和销毁可能伴有特定的动作（例：常量创建时需要给定值）
对象的创建（creation）可能是 • 静态创建，包括编译时完成，连接时完成，或者装载时完成 • 动态创建，运行中创建
对象的销毁（destroy）可能在 • 运行中完成，可能有资源的处理问题 • 程序终止时完成
2012年3月
6
对象：创建、销毁和使用
对象指程序运行中“存在”、在运行的环境中真有体现的实体，如变量等 注意：源程序中描述的东西，未必在程序运行时存在。例如 • 类型：在多数语言里，类型在程序运行时并不存在，不能使用 • 常量：可能有不同的情况，整数（大/小）、字符串的情况不同
我们把程序运行中实际存在的实体统称为程序对象（简称对象） 一个对象可能只在程序运行中的某一段时间存在（生存期问题）
可能对数据的使用加以控制和检查
2012年3月
10
对象：生存期
静态创建的对象在程序执行中始终存在，生存期是程序的整个执行过程 • 例：C语言的全局变量
动态创建的对象具有较短的生存期 • 例：C的局部自动变量，生存期是它的定义所在的函数（或者定义所在 的复合语句）的执行期间
2012年3月
4
数据和类型
为什么需要把数据分为类型？特别是在高级语言里？有很多理由，例如：
提供了对被处理数据的一种概念划分
有助于人理解和思考与数据有关的各方面问题
有可能更有效地实现
不同类型的数据大小可能不同（表示它们需要的存储量不同），支持的 操作不同，被操作的方式不同
划分为类型，可能用于确定操作的可用性和具体的操作方式
• 一个对象只在从其创建到销毁的期间中存在 • 创建和销毁可能伴有特定的动作（例：常量创建时需要给定值）
对象的创建（creation）可能是 • 静态创建，包括编译时完成，连接时完成，或者装载时完成 • 动态创建，运行中创建
对象的销毁（destroy）可能在 • 运行中完成，可能有资源的处理问题 • 程序终止时完成
2012年3月
6
对象：创建、销毁和使用
对象指程序运行中“存在”、在运行的环境中真有体现的实体，如变量等 注意：源程序中描述的东西，未必在程序运行时存在。例如 • 类型：在多数语言里，类型在程序运行时并不存在，不能使用 • 常量：可能有不同的情况，整数（大/小）、字符串的情况不同
我们把程序运行中实际存在的实体统称为程序对象（简称对象） 一个对象可能只在程序运行中的某一段时间存在（生存期问题）
可能对数据的使用加以控制和检查
程序设计语言原理
(a + b) * (c + d)
fun(a++, b, a+5)
一些语言明确规定了二元运算符的运算对象、函数调用的实参表达式的特定 计算顺序。例如，Java 明确规定从左到右计算各运算对象和函数参数
多数语言对运算对象的求值顺序“不予规定”，目的是允许编译器采用任何求 值顺序，使编译表达式时可能做更多优化。例如 C/C++
例：谁知道下面 C 语句给 n 赋什么值？ m = 1; n = m+++m++; /* 也就是 n = m++ + m++; 最长可能原则 */
正确回答：不知道！牵涉到运算对象求值顺序以及值更新方式（下面讨论）
2012年4月
7
表达式：求值规则
op
表达式可以用树形结构精确表示，其他形式 （中缀/前缀等）都是树形表示的某种平坦化
表达式描述计算值的过程，常见控制手段是优先级、括号等 语句是命令，基本语句是程序里的基本动作。常规命令式语言中与数据有
关的最基本动作主要的就是赋值
语句层控制提供一批控制结构，每种控制结构产生一种特定计算流程 • 产生一些规范的计算序列（如条件分支、循环等） • 一些机制（如break，continue） ，用于改变规范的计算序列
优先级
结合顺序
括号
运算对象的计算顺序
前 3 项大家都比较熟悉，最后一个问题也很重要，但经常被忽视
2012年4月
4
表达式：求值和副作用
表达式是一种抽象，理解程序里表达式的意义，要考虑两点： • 表达式实现的计算过程（完成计算的顺序，决定的求值过程） • 表达式的求值过程对运行环境的影响
第4章程序设计语言原理4-6
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类型检查：动态
完全（基本上）采用动态类型检查的语言里，实际操作可以根 据动态的类型信息选择，可能提供更大的灵活性，支持更多 的编程方式和技术; 为了支持运行时的动态类型检查，要求每个对象里都要包含类 型信息，通常采用某种标志域和/或类型编码方式。 各种操作在执行前都需要检查被操作对象的类型，根据情况正 确处理; 动态检查的能保证执行的每个操作都正确（不正确就不执行。 静态检查通常不可能完全，无法提供这种保证） 可以允许运行和排除程序错误交替进行; 缺点： 运行中对象携带的类型信息占用存储空间; 运行中检查类型、选择正确操作开销很大，效率会受到很大影 响; 程序类型错误在开发与调试中较难发现，可能遗留到运行中;
程序设计语言原理
类型检查
• 多数常规语言的设计都设法保证大部分检查能静态完成，其余的需要动 态检查（例如数组越界检查，子界类型的赋值合法性检查无法静态完成） 也把这样的语言称为静态类型的语言。如Algol 60，Pascal，Ada 等。C 也 应看作静态类型的语言，它运行时不做任何类型检查 • 类型检查的作用： • 检查类型错误（生成静态或者动态类型错，禁止操作的继续） • 选择合适的操作（例如由加运算的对象类型选择适当的加法操作） • 根据情况确定必要的类型转换（如混合类型运算） • 常规语言的一个重要设计目标就是支持尽可能完全的静态类型检查，以 便在执行中不再考虑类型问题。运行时不保留类型信息（杜绝额外存储 开销），一切操作都是实现计算工作（不做额外动作），追求尽可能高 的效率 • 有些语言为了其设计目标，明确要求广泛的运行时类型检查，以提供特 殊的灵活性（Lisp，Smalltalk等），或者使用方便性（如各种脚本语言）
程序设计语言原理
类型是什么
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动时，所有任务要在该程序单元的语句序列执行前同时并发执行，只
有所有任务和该程序单元的语句序列全部执行完毕，该程序单元的执
行才结束。 例：
procedure PROC is task A; task body A is
…… end A; task B; task body B is
…… end B; begin //A.B被活化启动，同时执行 …….//PROC的语句序列 end PROC
2020年4月12日9时1分
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第7章
（2）任务说明：包括规格说明和体说明 规格说明::=task[type]任务标识符[可判定部分][is任务定义]
有type说明的是任务类型，否则说明的是任务对象。 任务定义::={任务项}
[private {任务项}]
end [任务标识符] 任务项::=入口项说明|表示子句 任务体::=task body 任务标识符号 is
程序设计语言原理
Principle of Programming Language
2020年4月12日9时1分
主讲：熊才权
湖北工业大学计算机学院
Hubei University of Technology School of Computer Science & Engineering
2006.2
第1页
2020年4月12日9时1分
第7页
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程序设计语言原理
第7章
（4）任务类型：带有type的任务规格说明声明了一个任务类型。当一些任务具有相同性质时， 可把它们写成一个任务类型。有了任务类型可以声明任务的对象。
例： task type resource is
entry release; entry seize; end resource;--任务类型
(Hoare提出)
会合的过程：
（1）申请的主动方：调用被动方的入口entry,这时被动方如果还没
有执行到accept语句，则主动方等待；
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第7章
第7章 并发和任务
并发概述 并发措施 ADA语言中的任务
2020年4月12日9时1分
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第7章 7.7 Ada语言的并行处理机制：任务和同步 1、任务task （1）概念：任务是一种可以并发执行的程序单元。若干个任 务可以在单处理机上并发执行，也可以在多处理机上并行执 行。
说明部分 begin
处理语句序列 [接受语句] end[任务标识符] 接受语句::=accept 入口标识符 [（入口序标）][形参部分]
[do 语句序列
end [入口标识符]]；
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2020年4月12日9时1分
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第7章
2、任务的启动和终止
外包任务的程序单元（子程序、程序包、任务），语句序列将要启
2020年4月12日9时1分
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第7章
（6）接受语句：如果为任务定义了入口，则它的任务体中相应于各个入口 至少应该包括一个接受语句。接受语句类似于一个子程序体。
接受语句::=accept <入口标识符> [<形参部分>] [do 语句序列
end [<入口标识符>]]； 入口序标::=表达式
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2020年4月12日9时1分
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第7章
3、说明： （1）规格说明：定义该任务的用户可见的一些入口，即其他 任务可以利用的通信路径，该任务的用户只能通过任务提供的 入口来同此任务通信或交互。 （2）入口项说明：其形式类似于子程序规格说明，即先写入 口名字 ，后面跟形参。这些形参也可以有IN、OUT、IN OUT 模式，定义某个特定消息的传递方向。可以在子程序、程序包、 任务中调用任务的入口。
入口序标用于指定一个入口，形参部分要同相应入口声明中的形参部 分完全相同。在发生入口调用时，接受语句的执行如同子程序调用一样， 将与模式为in和in out的形参相结合的实参传递给形参，然后执行接受语句 的语句序列，最后将模式为out和in out的形参的值传递给相应的实参。
有了接受语句，就可以用成对的入口/接受结构实现简单的任务通信。
并非每个任务都有入口项，该任务对于其它任务没有可见 的通信路径，通过调用其它任务的入口来完成其功能。
2020年4月12日9时1分
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第7章
（3）表示子句：用来表示任务的优先级以指示任务的紧迫程 度。
例： task protected_stack is
pragma priority(7);--表示子句 entry pop(element:out integer);--入口声明 entry push(element:in integer); end protectde_stack ;
接收语句在任务体中说明 accept〈入口项名〉[〈形参部分〉]do 处理语句序列 end 入口项标识符
入口语句和接收语句是同步出现的。
2020年4月12日9时1分
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第7章
2、会合机制：
Ada83 的 会 合 机 制 是 通 信 的 顺 序 进 程 (CSP) 的 一 种 具 体 实 现 。
task body resource is …… end resource;--任务体
Buffer: resource;--说明一个任务对象
Segment:array (1..100) of resource；--说明一个任务对象数组
返回
2020年4月12日9时1分
第8页
程序设计语言原理
第7章
（5）任务体：每个任务或任务类型的规格说明都有一个任务 体与之相关联。任务体定义了该任务或该任务类型的动作，其 形式与子程序体形式相似，由实现语句和可选的异常处理段组 成。在这引起语句中应有规格说明中声明的那些入口的接收语 句。
2020年4月12日9时1分
第10页
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第7章
（7）任务不得作为独立的物理模块，它在物理上必须包含在 其他子程序，程序包或任务中。
2020年4月12日9时1分
第11页
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第7章
二、任务之间的通信和同步 任务之间的通信和同步通过入口调用语句与接收语句来实现。
1、格式：入口语句类似于过程说明，在规格说明 entry 〈标识符〉〈形参部分〉；