一、语言的分类

1. 按照语言的基础理论

• 强制式语言（过程式语言）
  • 基础：冯·诺依曼模型
  • FORTRAN、PASCAL、ADA、C
  • 面向驱动，面向语句，由系列的语句组成
• 函数式语言
  • 基础：数学函数
  • LISP、ML、ASL
  • 注重程序表示的功能，而不是一个语句接一个语句的执行
  • 从已有的函数出发构造更复杂的函数
• 逻辑式语言
  • 基础：数理逻辑谓词演算
  • PROLOG
  • 检查一定条件，当满足时，则执行适当的动作
• 对象式语言
  • SMALLTALK、C++、JAVA
  • 封装性、继承性、多态性

2. 按照语言的发展进程

• 第一代语言：机器语言，依赖于机器指令系统
• 第二代语言：汇编语言，机器语言的符号化
• 第三代语言：通常的高级语言，也叫命令式语言，过程式语言
• 第四代语言：说明性语言，告诉机器做什么

Note

冯·诺依曼结构

• 特点
  • 数据或指令以二进制形式存储
  • “存储程序”的工作方式
  • 程序顺序执行
  • 存储器的内容可以修改
• 在命令式语言上的表现
  • 变量：存储单元及它的名称由变量的概念来代替，可以代表一个或一组单元，可以修改
  • 赋值：计算结果必须存储
  • 重复：因语句顺序执行，指令存储在有限的存储器中，完成复杂计算时必须重复执行某些指令序列

二、一些概念

• 绑定：一个实体（或对象）与其某种属性建立起某种联系的过程，称为绑定
  • 变量、子程序、语句等均为实体
  • 属性：实体具有的特性
• 描述符：用以描述实体的属性的符号、语句或表格等（实体到属性的映像）
• 凡是在编译时能确定的特性，称为静态特性；若绑定在编译时完成，运行时不改变，称为静态绑定。
  • e.g. FORTRAN的integer
• 凡是在运行时才能确定的属性，称为动态特性；若绑定在运行时完成，称为动态绑定。
  • e.g. Pascal的integer

例：

• 动态数组：可改变数组大小或释放数组所占空间，如用变量或表达式指定上下界
• 静态数组：数组的维数和大小建立到运行结束的过程中不再改变，数组的属性有保留其值的存储区

三、变量

变量：对一个（或若干个）存储单元的抽象

赋值语句：修改存储单元内容的抽象

变量除了名字外，具有四个属性：作用域、生存期、值和类型

1. 作用域

可以访问该变量的程序范围。

• 静态作用域绑定：按照程序的语法结构定义变量的作用域
• 动态作用域绑定：按照程序的执行动态地定义变量的作用域

2. 生存期

一个存储区绑定于一个变量的时间区间。

• 数据对象：存储区和它保存的值
• 分配：变量获得存储区的活动

3. 值

变量对应存储区单元的内容。

主要问题：

• 匿名变量的访问通过指针实现
• 变量与它的值的绑定是动态的（可修改）
• 符号常量的值不能修改（冻结）
• 变量的初始化（先赋初值再引用原则）：不初始化则出错、随机、缺省值0

4. 类型

变量的类型的绑定：

• 静态绑定：通过说明语句完成，如：Pascal、Fortran、C
• 动态绑定：执行时隐式说明，且动态变化，如：APL

Note

动态绑定可读性差。

四、虚拟机

虚拟机：由软件实现的机器

虚拟机与抽象机的差别：

• 虚拟机是一台实际机器上配置某种软件扩大其功能而实现的
• 抽象机仅仅是一个抽象模型，并不要求与之匹配的实际机器存在

五、程序单元相关的概念

• 程序单元：程序执行过程中的独立调用单元；如：子程序、分程序、过程等
• 单元的表示
  • 在编译时，单元表示是该单元的源程序
  • 运行时，单元表示由一个代码段和一个活动记录组成，称为单元实例
• 活动记录：执行单元所需要的信息，以及该单元的局部变量所绑定的数据对象的存储区
• 非局部变量：一个程序单元可以引用未被本单元说明而被其它单元说明的变量
• 引用环境：局部变量+非局部变量
• 别名：同一单元的引用环境中有两个变量
• 副作用：对绑定于一个非局部变量的对象进行修改时，将产生副作用

Note

程序单元可以递归激活，从而一个单元可以有很多个实例，但代码段相同，不同的仅仅是活动记录。

• 直接递归：一个程序自己调用自己
• 间接递归：一个程序单元调用别的程序单元，再由别的程序单元调用这个程序单元

六、程序设计语言发展简介（了解）

1. 早期的高级语言（50年代）

效率！计算机资源稀少而昂贵。

• FORTRAN语言
  • 主要用于科学计算
  • 子程序独立编译
  • COMMON语句实现了模块之间的通信
• ALGOL60语言
  • 主要用于科学计算
  • 引入了分程序结构和递归过程
  • 采用BNF形式描述语法
• COBOL语言
  • 广泛应用于各种事务处理领域
  • 引入了文件和数据描述
  • 类自然语言程序描述

2. 早期的突破

效率。非冯·诺依曼模型，良好的数学基础。

• LISP语言
  • 函数式语言
  • 具有很强的符号处理能力
  • 统一的数据结构（表）
  • 数据和程序统一的表示方式
  • 其基础是函数和函数作用
• APL语言
  • 支持函数式程序设计风格
  • 广泛应用于涉及大量矩阵运算的科学计算中
  • 具有丰富的操作符
• SNOBOL语言
  • 主要用于字符串处理
  • 给出了一种与机器无关的宏功能，增强了程序可移植性
  • 成功应用于文本处理

3. 概念的集成（64年）

• PL/1语言
  • 所有语言概念之大全
  • 分程序概念和递归过程
  • 数据描述机能
  • 动态数据结构
  • 异常数据处理
  • 多任务技能
  • 可用于科学数值计算，数据处理和开发系统软件
  • 没有（难以）得到广泛应用

4. 再一次突破（60年代后期）

正交性、协同程序、类

Note

• 并发：单处理器，两个或多个事件在同一时间间隔发生（同个实体上的多个事件）
• 并行：多处理器，两个或多个事件在同一时刻发生（不同实体上的多个事件）

• ALGOL 68
  • 以零型文法描述
  • 引入正交性和通用性规则
• SIMULA 67 68语言
  • 应用于模拟领域
  • 增加了一个特殊结构——协同程序（并行程序的萌芽）
  • 引入了类的概念
• PASCAL语言
  • 具有明显的简洁性
  • 体现结构程序设计思想
  • 具有用户自定义类型
• BASIC语言
  • 简单易学
  • 交互式工作环境
  • 解释执行

5. 大量探索

支持软件工程，信息隐蔽，抽象数据类型，并行处理

• MODULA-2语言
  • 支持模块结构，模块可以独立编译
  • 面向实时系统和并行系统综合功能
• C语言
  • CPL->BCPL->B->C
  • 具有高级语言和低级语言的优点
  • 应用于各种领域

6. Ada语言

• 面向专门领域的特殊要求
• 在PASCAL基础上引入了一个不大的，容易理解的概念集合
• 直接体现了许多现代软件设计方法学观念
• 提高了程序的可读性、可靠性、可维护性

7. 第四代语言

• 面向问题
• 表达力更强，使用更方便，更接近于问题的描述
• 着重关心的是“做什么”

例如，数据库查询语言SQL

8. 网络时代的语言

• JAVA语言
  • 面向因特网
  • 保留了C++语言的语法、类和继承等基本概念
  • 其语法和语义比C++更合理
• C#语言
  • 面向对象的编程语言
  • 每个对象自动生成为一个COM对象，C#可以调用现有的无论由什么语言编写的COM对象
• Python语言
  • 解释型语言，解释器易于扩展，可以使用C或C++扩展新的功能和数据类型
  • 提供高级数据结构，简单有效地面向对象编程
  • 可用于可定制化软件中的扩展程序语言，丰富的标准库提供了适用于各个主要系统平台地源码或机器码

9. 新一代程序设计语言

以抛弃冯·诺依曼模型为出发点

包括函数式，对象式，逻辑式程序设计语言