软件设计师2.程序设计语言基础

1程序设计语言

• 低级语言
  • 机器语言：二进制代码表示的机器指令的集合，灵活，直接执行，速度快
  • 汇编语言：一种助记符表示的面向机器的语言
    • 汇编程序：翻译程序
      • 输入：用汇编语言书写源程序
      • 输出：用机器语言表示的目标程序
    • 汇编程序语言
      • 指令语言
      • 伪指令语言
      • 宏指令语言
• 高级语言：相对于汇编语言而言
  • 命令式语言：语义基础模拟“数据存储/数据操作”c,c++,java,basic,c#
  • 函数式语言：基于数学函数概念“LIsp，F#，”
  • 逻辑式语言：Prolog
  • 面向对象语言

2 常见数据类型

• 基本类型：int，char，实型float/double,bool
• 特殊类型：空类型void
• 用户定义类型：枚举类型enum
• 构造类型：数组，结构，联合
• 抽象数类型：类

3 程序结构（顺序，选择，循环结构）

4 汇编语言

4.1 指令语句

1. 指令语句：机器指令语句，汇编后产生的相应的机器代码
   指令语句：传送，算术运算，逻辑运算，移位指令和处理机控制指令等
2. 伪指令语句：指示汇编程序汇编源程序时完成某些工作。
   如：为变量分配存储单元，给某个符号赋值等
3. 宏指令语言：宏的引用
   宏：即为可重复使用的程序段，类似于函数

4.2 解释程序，编译程序

• 解释程序（解释器）：直接解释执行源程序，或将其翻译为中间代码后执行
  解释方式下，解释程序与源程序（或某种等价表示）要参与到程序的运行过程中，运行程序的控制权在解释程序

• 编译程序（编译器）：将源程序翻译成目标语言再在计算机上运行目标程序
  编译方式下，机器上运行的是与源程序等价的目标程序，源程序与编译程序都不再参与目标程序的执行过程

• 区别：解释方式，翻译程序不生成独立的目标程序，而编译方式则生成独立保持的目标程序

对比

1. 效率. 编译比解释方式可能取得更高的效率。一般情况下, 在解释方式
   下运行程序时, 解释程序可能需要反复扫描源程序. 例如：每一次引用变量
   都要进行类型检查, 甚至需要重新进行存储分配, 从而降低了程序的运行速
   度. 在空间上,以解释方式运行程序需要更多的内存, 因为系统不但需要为用
   户程序分配运行空间, 而且要为解释程序及其支撑系统分配空间.
2. 灵活性. 解释方式比编译方式更灵活。解释程序需要检查源程序, 当解
   释器直接运行源程序时, 在运行中, 修改程序成为可能, 例如 增加语句或修
   改错误等
3. 移植性.源程序若由解释器控制运行的, 而已提前将解释器安装在不同的
   机器上, 从而使在新环境下无需修改源程序使之运行. 在编译方式下则需要
   针对新机器重新生成源程序的目标代码才能运行.

5 编译程序基本原理

1. 词法分析：编译过程的第一阶段，这个阶段的任务是对源程序从前到后（从左到右）逐个字符地扫描，从中识别出一个个“单词”
2. 语法分析：在词法分析的基础上，根据语言的语法规则，把单词符号串分解成各类单位，如“短语”、“句子”、“程序段”和“程序”。通过语法分解，确定整个输入串是否构成一个语法上正确的程序
3. 语义分析：检查源程序是否包含语义错误，并搜集类型，供后面的代码生成阶段使用，只有语法和语义正确的源程序才可被翻译成目标代码。语义分析程序需要进行频繁的造表和查表工作。语义分析的一个重要内容是类型检查，对表达式及语句中的各种语法分作类型检查和分析
4. 中间代码生成阶段：根据语义分析的输出生成中间代码. 它是一种简单且含义明确的记号系统, 他们的共同特征是与 机器无关. 中间代码的设计原则: 一是容易生成, 二是容易被翻译成目标代码. 语义分析和中间代码生成所依据的是语言的语义规则.
5. 代码优化阶段：由于编译器将源程序翻译成中间代码的工作是机械的, 因此, 生成中间代码往往在计算时间上和存储空间上有很大的浪费. 优化过程可以在中间代码生成阶段进行, 也可以在目标代码生成阶段进行. 优化所依据的原则是程序的等价变换规则.
6. 目标代码生成阶段：这一阶段的任务是把中间代码变换成特定机器上的绝对指令代码、可重定位的指令代码或汇编指令代码, 这个阶段的工作与具体的机器密切相关.
7. 错误
   1. 词法错误：非法字符，关键字或标识符拼写错误
   2. 语法错误：语法结构出错，if…end if 不匹配，缺分号
   3. 语义错误：死循环，零除数，其它逻辑错误（程序run的时候出现）

6 文法

以有穷的集合描述无穷的计划的工具

7 语法推导树

8 有限自动机

例题

9 文法推导与正规式

10 表达式

• 前缀表达式（+ab）
• 中缀表达式（a+b）
• 后缀表达式（逆波兰表达式ab+）

1）转换方法

其实就是以符号为根的树结构
前序遍历，中序遍历，后序遍历

2）后缀表达式计算方法

后缀表达式的计算方法：
从左向右，每遇到一个运算符，就将前两个数字进
行该运算，再将运算结果放到该位置
比如刚才的后缀表达式：8 3 2 6 * + 5 / - 2 2 ^ +

1. 第一步*运算：8 3 12 + 5 / - 2 2 ^ +
2. 第二步+运算：8 15 5 / - 2 2 ^ +
3. 第三步/运算：8 3 - 2 2 ^ +
4. 第四步：5 2 2 ^ +
5. 第五步：5 4 +
6. 第六步：9

11 函数调用，传值与传址

• 传值：把实参的值赋给实参，相当于copy
• 传址：传递的地址，传之后，实参和形参都会指向同一个对象

12 各个语言特点