编程语言

章节摘录

　　第1章　概论　　1.1 原理　　程序设计人员要掌握语言的结构、含意和有助于理解程序运行的范例中的一些基本术语。这些术语主要包括3大类，称为语言设计的3个原理：　　·语法。　　·命名和类型。　　·语义。 　　以上3类中的许多概念都是从语言学、数学及下面将要学到的知识中借用过来的。在第2、4、5、7、9章分别对这几个原理进行介绍。随着学习的深入，会在第3、6、8、10和11章中有深入探讨各原理。　　1.语法　　语法是语言正确描述程序的规则。它能回答许多问题。比如，怎样用语言书写一段程序？在正确的程序中，关键字和标识符是怎样的？　　大多数编程语言的语法是根据语言学中“上下文无关文法”的语法定义的。上下文无关文法之外的语法有其他的含意。在本文中的第2章对此有详细的讲解。　　学习语言语法面临着很多的问题。编译器怎样识别语法？怎样发现语法中的错误？上下文无关文法怎样使语法分析器容易实现？第3章将对这些关于语法的深层次问题进行回答。　　2.命名和类型　　编程语言还包括一套详尽的命名规则——变量、函数、类和参数等。在程序运行的过程中，命名还有一些其他的特征，如作用域、生命周期和约束条件。编程语言中的命名语法和语义是第4章中的内容。　　编程语言中的不同类型可以表示值的取值范围，使程序能够处理数据。这些类型包括简单类型、结构体类型及更为复杂的类型。简单类型有整型、十进制数、字符型和布尔型。结构体包括字符串、链表、树和哈希表。更加复杂的类型包括函数和类。各种类型在第5章中有全面的介绍。　　类型系统使程序员更容易理解和实现不同类型的值的操作。一个严瑾、特有的类型系统使编译器在程序运行之前，进行严格的类型检查，避免程序运行过程中因为类型不匹配而导致的错误。在第6章中，将深入学习类型系统。

内容概要

Allen B.Tucker是Bowdoin等院计算机科学系的教授，曾获得了Wesleyan大学的数学学士学位，Northwestern大学的计算机科学硕士和博士学位。

Tucker教授已出版了有关编程语言、软件设计、自然语言处理和课程设计等方面的专著。他是乌克兰Ternopil Academy of National Economy的Fulbright讲席教授，新西兰Canter-bury大学的Erskine访问学者和法国Esigelec大学的访问学者，还是 ACM的会员。

书籍目录

第1章 概论
1

1.1 原理
2

1.2 范例
3

1.3 专题
5

1.4 编程语言发展简史
5

1.5 关于语言设计
10

1.5.1 设计约束
11

1.5.2 结果和目标
13

1.6 编译器和虚拟机
17

1.7 小结
19

1.8 练习
19

第2章 语法
21

2.1 文法
22

2.1.1 BNF文法
22

2.1.2 推导
24

2.1.3 语法分析树
25

2.1.4 结合性和优先级
27

2.1.5 歧义性文法
29

2.2 BNF扩展
32

2.3 小语言CLITE的语法
34

2.3.1 词法
36

2.3.2 具体语法
37

2.4 编译器和解释器
41

2.5 语法和语义学链接
44

2.5.1 抽象语法
45

2.5.2 抽象语法树
47

2.5.3 Clite的抽象语法
48

2.6 小结
50

2.7 练习
51

第3章 词法和语法分析
55

3.1 Chomsky层次结构
55

3.2 词法分析
58

3.2.1 正则表达式
59

3.2.2 有穷状态机
61

3.2.3 从设计到代码
64

3.3 语法分析
68

3.3.1 基本定义
69

3.3.2 递归下降分析
73

3.4 小结
79

3.5 练习
79

第4章 命名
83

4.1 语法问题
84

4.2 变量
85

4.3 作用域
87

4.4 符号表
89

4.5 解析引用
90

4.6 动态作用域
92

4.7 可见性
93

4.8 重载
94

4.9 生存期
96

4.10 小结
97

4.11 练习
97

第5章 类型
99

5.1 类型错误
100

5.2 静态类型和动态类型
101

5.3 基本类型
102

5.4 非基本类型
110

5.4.1 枚举
110

5.4.2 指针
111

5.4.3 数组和列表
112

5.4.4 串
117

5.4.5 结构体
118

5.4.6 变体记录和共用体
119

5.5 递归数据类型
121

5.6 作为类型的函数
122

5.7 类型等价
123

5.8 子类型
124

5.9 多态和通用类
125

5.10 自定义类型
129

5.11 小结
130

5.12 练习
130

第6章 类型系统
133

6.1 Clite的类型系统
135

6.2 隐式类型转换
142

6.3 规范Clite类型系统
146

6.4 小结
149

6.5 练习
149

第7章 语义
151

7.1 动机
151

7.2 表达式语义
153

7.2.1 表示法
153

7.2.2 结合律和优先级
154

7.2.3 短循环求值
156

7.2.4 表达式的意义
157

7.3 程序状态
158

7.4 赋值语义
160

7.4.1 多重赋值
160

7.4.2 赋值语句与赋值表达式
160

7.4.3 语义的引用和复制
161

7.5 流程控制语义
161

7.5.1 顺序执行语句
162

7.5.2 条件语句
162

7.5.3 循环语句
164

7.5.4 GoTo争议
165

7.6 输入/输出语句
167

7.6.1 基本概念
167

7.6.2 随机访问文件
172

7.6.3 I/O错误处理语义
175

7.7 异常处理语义
177

7.7.1 策略和设计理念
178

7.7.2 Ada、C++和Java中的异常处理
180

7.7.3 异常和断言
188

7.8 小结
192

7.9 练习
192

第8章 语义解释
195

8.1 状态转换和局部函数
195

8.2 Clite语义
196

8.2.1 程序的意义
197

8.2.2 语句的语义
198

8.2.3 表达式语义
202

8.2.4 表达式的副作用
206

8.3 动态类型语义
207

8.4 语义的规范化处理
211

8.4.1 状态和状态转换
212

8.4.2 程序的表示型语义
213

8.4.3 语句的表示型语义
214

8.4.4 表达式的表示型语义
218

8.4.5 规范化语义模型的局限性
220

8.5 小结
220

8.6 练习
220

第9章 函数
225

9.1 基本术语
226

9.2 函数调用和返回
226

9.3 参数
227

9.4 参数传递机制
229

9.4.1 传值调用
229

9.4.2 按引用传递
231

9.4.3 值结果和结果传递
233

9.4.4 按名传递
234

9.4.5 Ada中的参数传递
236

9.5 活动记录
236

9.6 递归函数
237

9.7 运行时堆栈
239

9.8 小结
241

9.9 练习
242

第10章 函数实现
245

10.1 Clite中的函数声明与调用
245

10.1.1 具体句法
246

10.1.2 抽象句法
247

10.2 编译Clite类型系统
249

10.3 函数调用与返回的语义
251

10.3.1 非void函数
252

10.3.2 重访问的副作用
253

10.4 类型和语义的规范处理
254

10.4.1 Clite类型映射
254

10.4.2 规范化Clite类型规则
255

10.4.3 规范Clite语义
257

10.5 小结
262

10.6 练习
262

第11章 内存管理
265

11.1 堆
266

11.2 动态数组的实现
267

11.3 垃圾回收
270

11.3.1 引用计数
271

11.3.2 标记扫描
272

11.3.3 复制收集
275

11.3.4 策略优劣比较
277

11.4 小结
277

11.5 练习
278

第12章 命令式编程
279

12.1 命令式语言的产生
279

12.2 过程抽象
281

12.3 表达式和赋值
283

12.4 支持数据结构的库
284

12.5 命令式编程和C语言
286

12.5.1 一般特征
287

12.5.2 示例：Grep
288

12.5.3 示例：Average
290

12.5.4 示例：符号微分法
290

12.6 命令式编程和Ada语言
294

12.6.1 一般特征
295

12.6.2 示例：Average
297

12.6.3 示例：Matrix Multiplication
299

12.7 命令式编程和Perl语言
300

12.7.1 一般特性
301

12.7.2 示例：Grep
302

12.7.3 示例：Mailing Grades
305

12.8 小结
308

12.9 练习
309

第13章 面向对象编程
311

13.1 抽象数据类型
311

13.2 对象模型
317

13.2.1 类
317

13.2.2 可见性和信息隐藏
320

13.2.3 继承
321

13.2.4 多重继承
325

13.2.5 多态
326

13.2.6 模板
327

13.2.7 抽象类
328

13.2.8 接口
329

13.2.9 虚拟方法表
331

13.2.10 运行时类型标识
333

13.2.11 反射
333

13.3 Smalltalk
334

13.3.1 一般特性
335

13.3.2 示例：多项式
338

13.3.3 示例：复数
340

13.3.4 示例：银行账户
342

13.4 Java
343

13.4.1 示例：符号微分
343

13.4.2 示例：回溯
346

13.5 PYTHON
350

13.5.1 一般特性
353

13.5.2 示例：多项式
354

13.5.3 示例：分数
356

13.6 小结
358

13.7 练习
359

第14章 函数式编程
363

14.1 函数和λ演算
364

14.2 Scheme语言
368

14.2.1 表达式
368

14.2.2 表达式求值
369

14.2.3 列表
370

14.2.4 元素值
372

14.2.5 控制流
373

14.2.6 定义函数
373

14.2.7 let表达式
376

14.2.8 示例：Clite语义
378

14.2.9 示例：符号微分
382

14.2.10 示例：八皇后问题
384

14.3 Haskell语言
388

14.3.1 简介
389

14.3.2 表达式
390

14.3.3 列表及其产生
391

14.3.4 基本类型和值
394

14.3.5 控制流
394

14.3.6 定义函数
395

14.3.7 元组
398

14.3.8 示例：Clite语义
399

14.3.9 示例：符号微分
402

14.3.10 示例：八皇后问题
404

14.4 小结
406

14.5 练习
406

第15章 逻辑式编程
411

15.1 逻辑和horn 语句
412

15.2 Prolog语言中的逻辑式编程
415

15.2.1 Prolog程序元素
415

15.2.2 Prolog语言的实际应用
423

15.3 Prolog程序示例
427

15.3.1 符号微分法
427

15.3.2 猜字谜
429

15.3.3 自然语言处理
430

15.3.4 Clite的语义
434

15.3.5 八皇后的问题
437

15.4 小结
439

15.5 练习
440

第16章 事件驱动编程
443

16.1 事件驱动控制
444

16.1.1 模型-视图-控制器
445

16.1.2 Java中的事件
446

16.1.3 Java GUI应用程序
448

16.2 事件处理
450

16.2.1 单击鼠标
450

16.2.2 鼠标移动
451

16.2.3 按钮
452

16.2.4 标签、文本域和文本框
453

16.2.5 组合框
455

16.3 3个示例
456

16.3.1 简单的GUI接口
456

16.3.2 设计Java Applet
462

16.3.3 基于事件驱动的交互式游戏
464

16.4 其他事件-驱动应用程序
472

16.4.1 ATM自动取款机
472

16.4.2 家庭保安系统
473

16.5 小结
475

16.6 练习
475

第17章 并发编程
479

17.1 并发的概念
480

17.1.1 历史和定义
481

17.1.2 线程控制与通信
482

17.1.3 竞争和死锁
483

17.2 同步策略
485

17.2.1 信标
485

17.2.2 监视器
487

17.3 Java中的同步
489

17.3.1 Java线程
489

17.3.2 示例
491

17.4 进程间通信
500

17.4.1 IP地址、端口和套接字
501

17.4.2 一个客户/服务器示例
502

17.5 其他语言中的并发
508

17.6 小结
510

17.7 练习
510

第18章 程序的正确性
513

18.1 公理语义
514

18.1.1 基本概念
515

18.1.2 赋值规则
518

18.1.3 推理规则
518

18.1.4 Max函数的正确性
519

18.1.5 循环程序的正确性
520

18.1.6 形式化方法的观点
523

18.2 形式化方法工具：JML
525

18.3 面向对象程序的正确性
532

18.3.1 按照契约设计
532

18.3.2 类常量
533

18.3.3 示例：堆栈应用的正确性
535

18.3.4 总结
540

18.4 函数程序的正确性
541

18.4.1 递归与归纳
541

18.4.2 结构化归纳示例
542

18.5 小结
544

18.6 练习
545

附录A Clite的定义
549

A.1 Clite词汇和具体句法
549

A.2 Clite的抽象句法
550

A.3 Clite的类型系统
551

A.4 Clite的语义
552

A.5 Clite的加法函数
554

A.5.1 词汇以及具体语法
554

A.5.2 抽象句法
555

A.5.3 类型系统
555

A.5.4 语义
556

附录B 离散数学回顾
557

B.1 集合和关系
557

B.2 视图
561

B.3 逻辑
562

B.4 推理规则和直接证明
566

B.5 归纳证明
568

编辑推荐

《编程语言:原理与范型(第2版)》由清华大学出版社出版。

作者简介

本书第1版自1999年出版以来，编程语言的研究已得到迅猛发展。为此，新版尽量贴近现今的发展趋势，以适应当前和未来编程语言设计过程中所伴随的新挑战。本书除了进一步提高了4种程序设计范型及其所用的语言的广度和深度外，还大大丰富了关于语言设计原理的内容，并新增了如Python、Perl这类编程语言的例子。本书主要结构第一部分：原理。第2、4、5、7、9章分别讲述了编程语言的5个核心原理（语法、名称、类型、语义和函数）。第3、6、8、10、11章加深对这些主题的阐述。第二部分：范型。包含4个主要的程序范型。其中，第12章是全新内容，主要讲解了在C、Ada和Perl这3种不同的语言中命令式编程的关键特点。第13 章在第1版的基础上进行了较多的改写，主要使用Java、Smalltalk和Python来研究面向对象语言的特点。第14章和第15章分别对函数式编程和逻辑式编程进行了区分。第三部分：专题。第16章和第17章主要讲解事件处理和并发性。第18章具体阐述了正确性的相关内容。在学习本书之前，读者应该具备数据结构方面的知识，熟悉Java、C、C++或C#等编程语言，最好还能了解一下初等离散数学和离散结构课程。本书所涉及的软件都可在Java 1．5或更高版本中运行。

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