国防科技大学编译原理第2讲高级程序设计语言概述

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这次回顾第2讲：高级程序设计语言概述。

第2讲高级程序设计语言概述

常用的高级程序设计语言

语言	特点
FORTRAN	数值计算
COBOL	事务处理
PASCAL	结构化程序设计
LISP	函数式程序设计
PROLOG	逻辑程序设计
C	系统程序设计
Smalltalk	面向对象程序设计
Java	Internet应用，可移植性
Python	解释型

高级程序设计语言的优点

相对机器语言或汇编语言，高级程序设计语言
- 更接近于数学语言和工程语言，更直观、自然和易于理解
- 更容易验证其正确性、改错
- 编写程序的效率更高
- 更容易移植

程序设计语言的定义

程序设计语言的定义包括以下几个方面

语法
语义
语用

这里只讨论前两者。

语法

程序本质上是一组字符集上的字符串
语法：一组规则，用它可以形成和产生一个合式(well-formed)的程序
词法规则：单词符号的形成规则
- 单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构
- 一般包括：常数、标识符、基本字、算符、界符等
- 描述工具：有限自动机
语法规则：语法单位的形成规则
- 语法单位通常包括：表达式、语句、分程序、过程、函数、程序等;
- 描述工具：上下文无关文法
- 语法例子，表示算数表达式：
  $\begin{array}{l} \mathrm{E} \rightarrow \mathrm{i} \\ \mathrm{E} \rightarrow \mathrm{E}+\mathrm{E} \\ \mathrm{E} \rightarrow \mathrm{E}^{\star} \mathrm{E} \\ \mathrm{E} \rightarrow(\mathrm{E}) \end{array}$
语法规则和词法规则定义了程序的形式结构
定义语法单位的意义属于语义问题

语义

语义
- 一组规则，用它可以定义一个程序的意义
描述方法
- 自然语言描述
  - 二义性、隐藏错误和不完整性
- 形式描述（从略）
  - 操作语义
  - 指称语义
  - 代数语义

程序语言的基本功能和层次结构

程序，本质上说是描述一定数据的处理过程
程序语言的基本功能
- 描述数据和对数据的运算
层次结构

高级程序设计语言的一般特性

高级语言的分类

强制式语言(Imperative Languge)/过程式语言
- 命令驱动，面向语句
- FORTRAN、C、Pascal，Ada
应用式语言(Applicative Language)
- 注重程序所表示的功能，而不是一个语句接一个语句地执行
- LISP、ML
基于规则的语言(Rule-based Language)
- 检查一定的条件，当它满足值，则执行适当的动作
- Prolog
面向对象语言(Object-Oriented Language)
- 封装、继承和多态性
- Smalltalk，C++，Java

程序结构

这部分介绍了FORTRA,PASCAL,JAVA的程序结构，细节从略。

数据结构与操作

数据类型通常包括三要素
- 用于区别这种类型数据对象的属性
- 这种类型的数据对象可以具有的值
- 可以作用于这种类型的数据对象的操作

标识符与名字

标识符
- 以字母开头的，由字母数字组成的字符串
名字
- 标识程序中的对象

这里老师举了一个很形象的例子：

Jordan这个单词只是个标识符，绑定之后可以指运动员乔丹或者国家约旦。

名字

名字的意义和属性
- 值：单元中的内容
- 属性：类型和作用域
名字的说明方式
- 由说明语句来明确规定
  - int score
- 隐含说明
  - FORTRAN 以I,J,K,…N为首的名字代表整型,否则为实型
- 动态确定
  - 走到哪里，是什么，算什么

标识符

标识符
- 以字母开头的，由字母数字组成的字符串
标识符与名字两者有本质区别
- 标识符是语法概念
- 名字有确切的意义和属性

数据结构

这部分简介了基本的数据结构，这里只回顾一个不太熟悉的概念、

内情向量
- 登记维数，各维的上、下限，首地址，以及数组（元素）的类型等信息

语句与控制结构

表达式
- 表达式由运算量（也称操作数，即数据引用或函数调用）和算符（运算符，操作符）组成
- 形式：中缀、前缀、后缀
  $\mathrm X \star \mathrm Y,-\mathrm A,\mathrm P\uparrow或\mathrm P\to$
表达式形成规则
- 变量（包括下标变量）、常数是表达式。
  - 若$\mathrm E_1,\mathrm E_2$为表达式，$θ$是一个二元算符，则$\mathrm E_1 θ\mathrm E_2$是表达式。
  - 若$\mathrm E$是表达式，$θ$为一元算符，则$θ\mathrm E$（或$\mathrm Eθ$）是表达式。
  - 若$\mathrm E$是表达式，则$(\mathrm E)$是表达式。

算符的优先次序

一般的规定
- PASCAL：左结合A+B+C=(A+B)+C
- FORTRAN：对于满足左、右结合的算符可任取一种，如A+B+C就可以处理成(A+B)+C，也可以处理成A+(B+C)
注意两点
- 代数性质能引用到什么程度视具体的语言而定
- 在数学上成立的代数性质在计算机上未必完全成立
  - A + B = B + A

语句

赋值语句
- A := B
- 名字的左值：该名字代表的存储单元的地址
- 名字的右值：该名字代表的存贮单元的内容

控制语句

无条件转移语句
```
goto L
```
条件语句
```
if B then S
if B then S1 else S2
```

循环语句

while B do S
repeat S until B
for i:=E1 step E2 until E3 do S

过程调用语句
```
call P(X1, X2, ... ,Xn)
```
返回语句
```
return (E)
```

语句的分类

按功能分类
- 执行语句：描述程序的动作
- 说明语句：定义各种不同数据类型的变量或运算，定义名字的性质
形式
- 简单句：不包含其他语句成分的基本句
```
A = B + C ;
goto 105 ;
```
- 复合句：句中有句的语句
```
while (i >= 0) {
    j = i * 10;
    i++;
}
```

第2讲 高级程序设计语言概述

常用的高级程序设计语言

高级程序设计语言的优点

程序设计语言的定义

语法

语义

程序语言的基本功能和层次结构

高级程序设计语言的一般特性

高级语言的分类

程序结构

数据结构与操作

标识符与名字

名字

标识符

数据结构

语句与控制结构

算符的优先次序

语句

语句的分类

第2讲高级程序设计语言概述