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标题: 盘算机程序设计说话 ——根本知识概述 [打印本页]

作者: 一眼缘 时间: 2025-5-17 08:32
标题: 盘算机程序设计说话 ——根本知识概述
盘算机程序设计说话——根本知识概述
吴国发
2025年5月14日

内容提纲：本文系统地介绍盘算机程序设计说话，包罗界说、要素、身分、特点、分代、范例等；同时介绍程序设计说话的三种分类方式及其代表性说话。
症结词：盘算机程序设计说话 FORTRAN BASIC PASCAL Java

本文盘算机技术的遍及文章。具有盘算机基础知识的读者可以读懂全文。
盘算机程序设计说话是人类与盘算机交互的重要对象。
我们系统地介绍盘算机程序设计说话，包罗界说、要素、身分、特点、分代、范例等；同时介绍程序设计说话的三种分类方式及其代表性说话。

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一，程序设计说话的界说和要素
盘算机程序设计说话是用于书写盘算机程序的说话。机程序设计说话由一组字符（包含英笔墨母和阿拉伯数字）与一套语律例则组成。程序设计说话通过特定的语律例则和语义布局实现对盘算运算进程的表达。
程序设计说话包含三年夜要素：
语法：界说符号组合规则（如运算符优先级、代码格式）。语法表现程序的布局或情势，亦即表现组成说话的各个记号之间的组合规律，但不涉及这些记号的特定含义。
语义：形貌符号的现实含义与实行逻辑（如循环布局的迭代停止条件）。语义表现程序的含义，亦即表现依照各种方法所表现的各个记号的特定含义。
语用：反响说话在差别场景下的适用性特征（如嵌入式程序开发可选C说话）。

二，程序设计说话的身分和特征
（一）程序设计说话的身分
盘算机程序设计说话的根本身分如下：
(1) 数据身分，用以形貌程序中所涉及的数据。
(2) 运算身分，用以形貌程序中所包含的运算。
(3) 掌握身分，用以表达程序中的掌握构造。
(4) 传输身分，用以表达程序中数据的传输。
（二）程序设计说话的特征
盘算机程序设计说话具有下列特征：
(1) 心理特征：包罗歧义性，简便性，局部性，次序性，传统性。
(2) 工程特征：可移植性，开发对象的可使用性，软件的可重用性、可保护性。
(3) 技术特征：可以年夜概满足多种技术要求。比方，支撑布局化构造的说话有利于淘汰程序环路的庞杂性，使程序易测试、易保护。

三，程序设计说话的成长和分代
从成长历程来看，程序设计说话可以分为三代。
第一代：机器说话，1940年代。
机器说话是由二进制数字0、1组成的代码指令组成的。从1939年第一台电子盘算机出生起，直到1950年代汇编说话出现为止，盘算机技术人员都使用机器说话编写盘算机程序。
机器说话程序难编写，难修改，难保护，需要用户直接对存储空间举行分配。使用机器说话的编程效率极低，程序代码直观性、兼容性差，并且很容易出现错误。是以，机器说话在上世纪50年代汇编说话出现后就被淘汰了。
第二代：汇编说话，1950年代。
1955年，IBM公司推出了第一种汇编说话，用于为其704盘算机编写程序。
汇编说话指令是机器指令的符号化，与机器指令存在着直接的对应关系。汇编说话的长处是：占用内存空间少，可直接访问系统接口，汇编程序翻译成的机器说话程序的效率高。
但是，汇编说话存在着难学难用、容易出错、保护艰苦等缺陷。
高等程序设计说话出现后，汇编说话仍旧有用途。
在高等说话不能满足设计要求，或不具备支撑某种特定功能的技术性能(如特别的输入/输出)时，汇编说话才被使用。
简单的盘算机掌握系统的程序通常用汇编说话设计。
第三代：高等说话，从1957年开端。
高等程序设计说话是面向用户的、根本上自力于盘算机种类和布局的说话。
第一门高等程序设计说话是FORTRAN，从1957年开端使用。那时，FORTRAN功能少，重要用于工程技术盘算。厥后，FORTRAN不停更新换代。现在的FORTRAN具有许许多多功能，深受科技人员喜爱。
高等程序设计说话最年夜的长处是：情势上靠近于算术说话和自然说话，概念上靠近于人们通常使用的概念。比方，下面的高等说话（PASCAL说话）语句，很容易理解：
if x>10 then print(x)。
高等说话的一个命令可以代替几条、几十条甚至几百条汇编说话的指令。是以，高等说话易学易用，通用性强，应用普遍。

四，高等程序设计说话的分类方法
盘算机高等程序设计说话种类繁多。
高等程序设计说话的分类重要有下列三种方法。
（1）根据说话的应用分类
根据说话的应用，可以分为：通用说话，布局化说话，专用说话。
（2）根据说话的面向分类
根据说话的面向，可以分为：面向进程的说话，面向对象的说话，面向题目的说话（第四代说话，4GL）。
（3）根据说话的实行方式分类
根据说话的编译、实行方式，可分为：编译型说话，解释性说话，混淆型说话。

五，适合于三种应用途景的程序设计说话
从应用角度来看，高等说话可以分为基础说话、布局化说话和专用说话。
（一）基础说话/通用说话
基础说话也称通用说话。它汗青悠久，传播很广，有年夜量的已开发的软件库，拥有众多的用户。
代表性的通用说话有FORTRAN、COBOL、BASIC等。
BASIC说话是1964年开发的一种交互式说话，可用于一般的数值盘算与事务处置惩罚。BASIC 说话布局简单，易学易用，并且具有交互能力，成为许多初学者进修程序设计的入门说话。
（二）布局化说话
20世纪70年代以来，布局化程序设计和软件工程的思想日益为人们所继续，出现了一些很有影响的布局化说话。PASCAL、C、Ada说话就是它们的凸起代表。
PASCAL说话是第一个系统地表现布局化程序设计概念的高等程序设计说话。PASCAL开发者的最初目的是把它作为布局化程序设计的教学对象。
由于PASCAL具有模块清楚、掌握布局完备、数据范例丰富、说话表达能力强、容易移植等长处，不仅被国表里许多高等院校定为教学说话，而且在科学盘算、数据处置惩罚和系统软件开发中都有普遍的应用。
C说话功能丰富，表达能力强，有丰富的运算符和数据范例，移植能力强，编译质量高，目的程序效率高。
同时，C说话还具有初级说话的许多特点，如允许直接访问物理地点，能举行位操作，可以直接对硬件举行操作。用C说话编译程序发生的目的程序，其质量可以与汇编说话发生的目的程序相媲美。它具有“可移植的汇编说话”的美称。是以，C成为编写操作系统和编译程序的告急说话之一。
（三）专用说话
专用程序设计说话是为某种特别应用而专门设计的说话，通常具有特别的语法情势。一般来说，这种说话的应用范围局促，移植性和可保护性差。
跟着时光的推移，专业说话越来越多，现在已经有数百种。应用比力普遍的专业说话有APL、Forth、LISP、PROLOG等。

六，用于三种面向的程序设计说话
根据程序设计说话的面向，可以分为三种说话。
（一）面向进程的说话
以“数据布局+算法”程序设计范式组成的程序设计说话，称为面向进程的说话。前面介绍的程序设计说话，FORTRAN、BASIC、PASCAL等，年夜多数是面向进程说话。
（二）面向对象的说话
以“对象+新闻”程序设计范式组成的程序设计说话，称为面向对象的说话。比力盛行的面向对象的说话有Java、C++、Delphi、VBA（Visual Basic for Applications），等等。
Java是一种面向对象的、不依赖于特定操作系统的程序设计说话，其实行方式是混淆型。Java是散布式的、可扩展的、多线程支撑的说话；其数据范例显性阐明，实行动态存储管理。Java的程序易于理解，其功能比其他任何程序设计说话都多。
Delphi说话具有可视化开发环境，提供面向对象的编程方法，可以设计各种具有Windows界面的应用程序，也可以开发多媒体应用系统。
Visual Basic for Applications简称VBA，是为开发应用程序而提供的开发环境与对象。无需编写任何程序，就可以方便地创立应用程序的图形化界面。
（三）面向题目的说话
面向题目的的说话是第四代说话（4GL）。这是一种非进程化说话。
用4GL编写程序时，只需阐明“做什么”、不必告诉“怎么做”，不需要形貌算法细节。
第四代说话年夜多数是指基于某种说话环境上具有4GL特征的软件对象产物，如SQL、PowerBuilder、WebFOCUS等。
SQL是4GL的一个典范。SQL(Structured Query Language，布局化查询说话)是具有数据界说、数据操作、数据查询等多种功能的交互式数据库说话。用户只需标明查找的内容在什么地方、根据什么条件举行查找等信息，SQL将自动完成查找进程，并在用户平台表现。

七，三种编译实行方式的响应说话
程序设计说话的编译实行方式有三种：编译型，解释型，混淆型。
虽然年夜多数的说话既可被编译（Compiled），又可被解译（interpreted），但年夜多数只在一种情况下可以年夜概精良运行。
（一）编译型说话
如果所使用的翻译的机制是将所要翻译的程序代码作为一个整体翻译，此后运行内部格式，那么这个翻译进程就称为编译。
一个编译器是一个将可阅读的程序文本（源代码，Source Code）作为输入的数据，然后输出可实行文件（Object Code）。所输出的可实行文件可以是机器说话，由盘算机的中心处置惩罚器直接运行。
这种说话的编译、实行进程是：编译→链接→实行。
典范的编译型说话是FORTRAN和PASCAL。
（二）解释型说话
如果程序代码是在运行时才即时翻译，那么这种翻译机制就被称作解释。
使用解释型说话，用户输入语句，立即获得运行结果。
经解释的程序运行速度通常比编译的程序慢，但解释型说话的机动性比编译型说话好。
典范的解释型说话是BASIC和Python。
（三）混淆型说话
混淆型编译的根本道理是通过多阶段编译和动态优化，实现高效实行与跨平台能力的均衡。典范的混淆型说话是Java。
Java的编译道理与工作进程如下。
一、编译阶段
前端编译：源代码（.java文件）首先被编译为中间代码（字节码，.class文件）。该进程包含词法分析、语法分析和语义校验，生成与平台无关的二进制中间表现。
中间代码特征：字节码作为精简指令集，比源代码更靠近机器码但保存抽象层，支撑快速转换为目的平台的本地指令。
二、运行阶段
假造机解释实行：运行时环境（JVM，Java假造机）逐条读取字节码指令，通过解释器及时翻译为机器指令并实行。
即时编译（JIT）优化：假造机通过热门检测识别高频实行代码段（如循环体），将其编译为本地机器码缓存复用。后续实行直接挪用缓存代码，制止重复解释的开销。

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