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1、第二章 程序设计语言设计概述 2.1 表示与抽象 2.2 设计目标 2.3 设计准则 2.4 规格说明 1 2.1 表示与抽象 表示是人为制造的符号组合以表达我们 需要表达的意思。 程序是程序设计语言表示的计算 float n; /n 是浮点数变量 sqrt(n) ; /对n取平方根 同一程序的高级语言表示、经翻译后的 汇编码表示、机器码表示就是该程序在 不同抽象层次上的表示。 2 2.1 表示与抽象 程序在不同抽象层次表示的关系 例：x = x + 1在机器码上就有两种方法。 从内存代表x的地址中取出 值放在运算器中。 加1，将结果放于某临时单元。 将临时单元内容做类型检查（ 必要时转换）并
2、放入x中。 从内存代表x的地址中取出 值放在运算器中。 加1，将结果放入x地址中。 3 2.1 表示与抽象 儿子10岁 女儿8岁 母亲35岁 几年后儿 女岁数之 和大于等 于母亲？ u=m-s-d 每人每年增1岁每增 一年比较一次，满足 条件即所求。 read(m,s,d); u=m-s-d; print(u) read(m,s,d); u=0; while(m+us+d+2u) u+; print(u); m s d u 指令集 客观世界 问题抽象 模型世界 数学模型 模拟模型 程序世界 以程序世界术语 表示描述模型 机器世界 以机器的术语 实现程序 图2-1 计算机解题的四个世界4 2.2
3、 PL设计目标 定义一组能表示某种范型的特征集，每个特征有严 格定义并可在机器上高效实现，程序员可灵活运用这些特 征表达它所希望的任何计算。 模型有力 Model Power 语义清晰 Semantic Clarity 移植性好 Portability 可读性好 Readability 方便 Convenience 简单 Simplicity 高效 Efficiency 灵活性 Flexibility 5 2.3 设计准则 频度准则 越常用越简单 方便、可读 结构一致 程序结构和计算的逻辑结构一致 可读、方便 局部性 Locality 只有全局变量Basic 不鼓励全局变量Pascal,C 无
4、全局变量函数式 Java 词法内聚 Lexical Coherence 变量在使用处就近声明 （Pascal声明和语句严格分开） (lambda (x y) (let (x 3.5) (y (+ a 2) (+ (* x y) (+ (* x y) (- x y) (- x y) 3.5 (+ a 2) x.y.(x*y)+(x-y) 3.5 (a+2) 6 续 语法一致性 GO TO (L1, L2, , Ln), I I=1n GO TO N, (L1, L2, , Ln) ASSIGN Li TO N N=L1.Ln 安全性Security 语言编译系统自动找出安全漏洞，不能弥补也要支持
5、 安全性强类型，即每个计算操作运算之前类型必须确定 C 留给程序员 过程参数不检查 一般不安全 7 续 正交性和正规性(Orthogonality beginend 语句 终结符终结符 22 2.4.1.5 语法分析 语法规格说明定义了该语言程序合法的特征和语句。语言处理器 则通过语法分析接受合法的程序，这就叫做程序释义（Parsing a Program）,释义过程是产生式生成句子的逆过程。 语法分析的算法可归为两类： “自顶向下” 释义则从文法的起始符开始，按可能产生的表达式 寻找语句相同的结构匹配。每一步都产生下一个可能的源符号串 ，找到再往下走。 “由底向上”释义则相反，它先查找源代码
6、的各个符号串，看它 能否匹配归结为产生式左边的非终结符，如果有含混则向前多读 入k个符号串，为此归约下去，一个短语一个短语，最后到达起始 符号串，归约的过程就形成了释义树。 23 begin x ：= 17 ； writeIn ( x ) end 标识符 变量标识符 变量访问 无符号常量 完整变量 无符号数 无符号整数 因子 项 简单表达式 表达式 过程标识符 标识符 变量标识符 完整变量 变量访问 因子 项 简单表达式 表达式 write参数 writeln参数表 赋值语句 简单语句 语句 过程语句 简单语句 语句 语句序列 复合语句 24 2.4.2 语义规格说明 操作语义:每一动作的净效
7、果 指称语义: 语义函数（语法特征） 语义域上的值 用辅助函数表征的值 用函数的数学模型只看最后效果，不考虑操作过程 execute C1; C2 env sto = execute C2 env (execute C1 env sto) execute while E do C= let execute_while env sto = if evaluate E env sto = truth_value true then execute_while env (execute C env sto) else sto in execute_while 25 2.4.2 语义规格说明 公理语义
8、：从程序的前题推导出结论 前题 f1, f2, ., fn 结论 f0 f1:pSq公式也是定理 p,q前后置断言, S语句集 x=a and y=b 只要前提为真结论亦为真 t:=x; x:=x+y; y:=t x=a+b and y=a 26 续 specification LISTS sorts List NATURALS formal sort Component Operations empty_list : List cons(_，_) : Component,ListList headof_ : List Component tailof_ : List List lengtho
9、f_ : List NATURALSs variables c: Component l: List equations headof cons (c,l)=c tailof cons (c,l)=l tailof empty_list = empty_list lengthof empty_list = 0 lengthof cons (c,l)=succ (length of l) end specification 代数语义：把语义模型的集合看成是一个代数结构，模型簇 对应为代数系统 用代数方法描述数据类型 A=(V, Op) 27 2.4.3 上下文规格说明 限定程序短语的良构规则 简化语法语义形式化 使上下文无关文法得以使用 28