程序设计语言包括哪两种执行方式

程序设计语言包括哪两种执行方式,第1张

 程序设计语言的执行方式包括编译执行和解释执行两种。

高级语言按照计算机执行方式的不同可分为两类:静态语言和脚本语言。这里所说的执行方式是指计算机执行一个程序的过程,静态语言采用编译执行,脚本语言采用解释执行。无论哪种执行方式,用户的使用方法可以是一致的。

编译是将源代码转换成目标代码的过程,通常,源代码是高级语言代码,目标代码是机器语言代码,执行编译的计算机程序称为编译器(Compiler)。

解释是将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行目标代码的过程。执行解释的计算机程序称为解释器(Interpreter)。

解释和编译的区别在于编译是一次性地翻译,一旦程序被编译,不再需要编译程序或者源代码。解释则在每次程序运行时都需要解释器和源代码。这两者的区别类似于外语资料的翻译和实时的同声传译。

采用编译方式有如下好处:对于相同源代码,编译所产生的目标代码执行更快;目标代码不需要编译器就可以运行,在同类型 *** 作系统上使用灵活;

采用解释方式有如下好处:解释执行需要保留源代码,程序纠错和维护十分方便;只要存在解释器,源代码就可以在任何 *** 作系统上运行,可移植性好。

计算机的概念:计算机是 根据指令 *** 作数据的设备

计算机具有 功能性 可编程性。

功能性,指对数据的 *** 作,表现为数据计算、输入输出处理和结果存储等。

可编程性,指根据一系列指令自动地、可预测地、准确地完成 *** 作者的意图。

计算机的发展参照 摩尔定律 ,表现为指数方式。

计算机硬件所依赖的集成电路规模参照摩尔定律发展,计算机运行速度因此也接近几何级数快速增长,计算机高效支撑的各类运算功能不断丰富发展。

摩尔定律 Moore’s Law——计算机发展 历史 上最重要的预测法则

Intel公司创始人之一戈登·摩尔在1965年提出单位面积集成电路上可容纳晶体管的数量约每两年翻一番,CPU/GPU、内存、硬盘、电子产品价格等都遵循摩尔定律。计算机是当今世界,唯一长达50年有效且按照指数发展的技术领域,计算机深刻改变人类 社会 ,甚至可能改变人类本身,可预见的未来30年,摩尔定律还将持续有效。

程序设计

程序设计是计算机可编程性的体现。

程序设计,亦称编程,是深度应用计算机的主要手段,程序设计已经成为当今 社会 需求量最大的职业技能之一,很多岗位都将被计算机程序接管,程序设计将是生存技能。

程序设计语言

程序设计语言是一种用于交互(交流)的人造语言。

程序设计语言,亦称编程语言,是程序设计的具体实现方式,编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确,编程语言相比自然语言更简单、更严谨、更精确。

编程语言种类很多,但生命力强劲的却不多。编程语言有超过600种,绝大部分都不再被使用。C语言诞生于1972年,它是第一个被广泛使用的编程语言,Python语言诞生于1990年,它是最流行最好用的编程语言。

编程语言的执行方式

计算机执行源程序的两种方式:编译和解释。

源代码:采用某种编程语言编写的计算机程序,人类可读。

例如:result = 2 + 3

目标代码:计算机可直接执行,人类不可读 (专家除外)。

例如:11010010 00111011

编译

将源代码一次性转换成目标代码的过程。

执行编译过程的程序叫作编译器(compiler)。

解释

将源代码逐条转换成目标代码同时逐条运行的过程

执行解释过程的程序叫做解释器(interpreter)。

编译和解释

编译:一次性翻译,之后不再需要源代码(类似英文翻译)。

解释:每次程序运行时随翻译随执行(类似实时的同声传译)。

静态语言和脚本语言

根据执行方式不同,编程语言分为两类。

静态语言:使用编译执行的编程语言,如C/C++语言、Java语言。

脚本语言:使用解释执行的编程语言,如Python语言、JavaScript语言、PHP语言。

执行方式不同,优势也各有不同。

静态语言:编译器一次性生成目标代码,优化更充分,程序运行速度更快。

脚本语言:执行程序时需要源代码,维护更灵活,源代码在维护灵活、跨多个 *** 作系统平台。

IPO

程序的基本编写方法。

I:Input 输入,程序的输入。

P:Process 处理,是程序的主要逻辑。

O:Output 输出,程序的输出。

理解IPO

输入 ,程序的输入 文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、内部参数输入等,输入是一个程序的开始。

输出 ,程序的输出,控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、 *** 作系统内部变量输出等,输出是程序展示运算结果的方式。

处理 ,处理是程序对输入数据进行计算产生输出结果的过程,处理方法统称为 算法 ,它是程序最重要的部分,算法是一个程序的灵魂。

问题的计算部分

一个待解决的问题中,可以用程序辅助完成的部分。

计算机只能解决计算问题,即问题的计算部分,一个问题可能有多种角度理解,产生不同的计算部分,问题的计算部分一般都有输入、处理和输出过程。

编程解决问题的步骤

6个步骤 (1-6)

分析问题 :分析问题的计算部分,想清楚。

划分边界 :划分问题的功能边界,规划IPO。

编写程序 :编写问题的计算机程序,编程序。

调试测试 :调试程序是正确运行的,运行调试。

升级维护 :适应问题的升级维护,更新完善。

求解计算问题的精简步骤

3个精简步骤

确定IPO :明确计算部分及功能边界。

编写程序 :将计算求解的设计变成现实。

调试程序 :确保程序按照正确逻辑能够正确运行。

编程能够训练思维

编程体现了一种抽象交互关系、自动化执行的思维模式。计算思维:区别逻辑思维和实证思维的第三种思维模式。能够促进人类思考,增进观察力和深化对交互关系的理解。

编程能够增进认识

编程不单纯是求解计算问题。不仅要思考解决方法,还要思考用户体验、执行效率等方面。能够帮助程序员加深对用户行为以及 社会 和文化的认识。

编程能够带来乐趣

编程能够提供展示自身思想和能力的舞台。让世界增加新的颜色、让自己变得更酷、提升心理满足感。在信息空间里思考创新、将创新变为现实。

编程能够提高效率

能够更好地利用计算机解决问题。显著提高工作、生活和学习效率。为个人理想实现提供一种借助计算机的高效手段。

编程带来就业机会

程序员是信息时代最重要的工作岗位之一。国内外对程序员岗位的缺口都在百万以上规模。计算机已经渗透于各个行业, 就业前景非常广阔。

学习编程的误区

Q:编程很难学吗? A:掌握方法就很容易!

首先,掌握编程语言的语法,熟悉基本概念和逻辑。其次,结合计算问题思考程序结构,会使用编程套路。最后,参照案例多练习多实践,学会举一反三次。

编译程序 编译程序

compiler

把用高级程序设计语言书写的源程序,翻译成等价的计算机汇编语言或机器语言的目标程序的翻译程序。编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程序。它以高级程序设计语言书写的源程序作为输入,而以汇编语言或机器语言表示的目标程序作为输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段,以便在运行程序的支持下运行,加工初始数据,算出所需的计算结果。编译程序的实现算法较为复杂。这是因为它所翻译的语句与目标语言的指令不是一一对应关系,而是一多对应关系同时也因为它要处理递归调用、动态存储分配、多种数据类型,以及语句间的紧密依赖关系。但是,由于高级程序设计语言书写的程序具有易读、易移植和表达能力强等特点,编译程序广泛地用于翻译规模较大、复杂性较高、且需要高效运行的高级语言书写的源程序。

功能 编译程序的基本功能是把源程序翻译成目标程序。但是,作为一个具有实际应用价值的编译系统,除了基本功能之外,还应具备语法检查、调试措施、修改手段、覆盖处理、目标程序优化、不同语言合用以及人-机联系等重要功能。①语法检查:检查源程序是否合乎语法。如果不符合语法,编译程序要指出语法错误的部位、性质和有关信息。编译程序应使用户一次上机,能够尽可能多地查出错误。②调试措施:检查源程序是否合乎设计者的意图。为此,要求编译程序在编译出的目标程序中安置一些输出指令,以便在目标程序运行时能输出程序动态执行情况的信息,如变量值的更改、程序执行时所经历的线路等。这些信息有助于用户核实和验证源程序是否表达了算法要求。③修改手段:为用户提供简便的修改源程序的手段。编译程序通常要提供批量修改手段(用于修改数量较大或临时不易修改的错误)和现场修改手段(用于运行时修改数量较少、临时易改的错误)。④覆盖处理:主要是为处理程序长、数据量大的大型问题程序而设置的。基本思想是让一些程序段和数据公用某些存储区,其中只存放当前要用的程序或数据其余暂时不用的程序和数据,先存放在磁盘等辅助存储器中,待需要时动态地调入。⑤目标程序优化:提高目标程序的质量,即占用的存储空间少,程序的运行时间短。依据优化目标的不同,编译程序可选择实现表达式优化、循环优化或程序全局优化。目标程序优化有的在源程序级上进行,有的在目标程序级上进行。⑥不同语言合用:其功能有助于用户利用多种程序设计语言编写应用程序或套用已有的不同语言书写的程序模块。最为常见的是高级语言和汇编语言的合用。这不但可以弥补高级语言难于表达某些非数值加工 *** 作或直接控制、访问外围设备和硬件寄存器之不足,而且还有利于用汇编语言编写核心部分程序,以提高运行效率。⑦人-机联系:确定编译程序实现方案时达到精心设计的功能。目的是便于用户在编译和运行阶段及时了解内部工作情况,有效地监督、控制系统的运行。

早期编译程序的实现方案,是把上述各项功能完全收纳在编译程序之中。然而,习惯做法是在 *** 作系统的支持下,配置调试程序、编辑程序和连接装配程序,用以协助实现程序的调试、修改、覆盖处理,以及不同语言合用功能。但在设计编译程序时,仍须精心考虑如何与这些子系统衔接等问题。

工作过程 编译程序必须分析源程序,然后综合成目标程序。首先,检查源程序的正确性,并把它分解成若干基本成分;其次,再根据这些基本成分建立相应等价的目标程序部分。为了完成这些工作,编译程序要在分析阶段建立一些表格,改造源程序为中间语言形式,以便在分析和综合时易于引用和加工(图1)。

数据结构 分析和综合时所用的主要数据结构,包括符号表、常数表和中间语言程序。符号表由源程序中所用的标识符连同它们的属性组成,其中属性包括种类(如变量、数组、结构、函数、过程等)、类型(如整型、实型、字符串、复型、标号等),以及目标程序所需的其他信息。常数表由源程序中用的常数组成,其中包括常数的机内表示,以及分配给它们的目标程序地址。中间语言程序是将源程序翻译为目标程序前引入的一种中间形式的程序,其表示形式的选择取决于编译程序以后如何使用和加工它。常用的中间语言形式有波兰表示、三元组、四元组以及间接三元组等。

分析部分 源程序的分析是经过词法分析、语法分析和语义分析三个步骤实现的。词法分析由词法分析程序(又称为扫描程序)完成,其任务是识别单词(即标识符、常数、保留字,以及各种运算符、标点符号等)、造符号表和常数表,以及将源程序换码为编译程序易于分析和加工的内部形式。语法分析程序是编译程序的核心部分,其主要任务是根据语言的语法规则,检查源程序是否合乎语法。如不合乎语法,则输出语法出错信息;如合乎语法,则分解源程序的语法结构,构造中间语言形式的内部程序。语法分析的目的是掌握单词是怎样组成语句的,以及语句又是如何组成程序的。语义分析程序是进一步检查合法程序结构的语义正确性,其目的是保证标识符和常数的正确使用,把必要的信息收集和保存到符号表或中间语言程序中,并进行相应的语义处理。

综合部分 综合阶段必须根据符号表和中间语言程序产生出目标程序,其主要工作包括代码优化、存储分配和代码生成。代码优化是通过重排和改变程序中的某些 *** 作,以产生更加有效的目标程序。存储分配的任务是为程序和数据分配运行时的存储单元。代码生成的主要任务是产生与中间语言程序符等价的目标程序,顺序加工中间语言程序,并利用符号表和常数表中的信息生成一系列的汇编语言或机器语言指令。

结构 编译过程分为分析和综合两个部分,并进一步划分为词法分析、语法分析、 语义分析、 代码优化、存储分配和代码生成等六个相继的逻辑步骤。这六个步骤只表示编译程序各部分之间的逻辑联系,而不是时间关系。编译过程既可以按照这六个逻辑步骤顺序地执行,也可以按照平行互锁方式去执行。在确定编译程序的具体结构时,常常分若干遍实现。对于源程序或中间语言程序,从头到尾扫视一次并实现所规定的工作称作一遍。每一遍可以完成一个或相连几个逻辑步骤的工作。例如,可以把词法分析作为第一遍;语法分析和语义分析作为第二遍;代码优化和存储分配作为第三遍;代码生成作为第四遍。反之,为了适应较小的存储空间或提高目标程序质量,也可以把一个逻辑步骤的工作分为几遍去执行。例如,代码优化可划分为代码优化准备工作和实际代码优化两遍进行。

一个编译程序是否分遍,以及如何分遍,根据具体情况而定。其判别标准可以是存储容量的大小、源语言的繁简、解题范围的宽窄,以及设计、编制人员的多少等。分遍的好处是各遍功能独立单纯、相互联系简单、逻辑结构清晰、优化准备工作充分。缺点是各遍之中不可避免地要有些重复的部分,而且遍和遍之间要有交接工作,因之增加了编译程序的长度和编译时间。

一遍编译程序是一种极端情况,整个编译程序同时驻留在内存,彼此之间采用调用转接方式连接在一起(图2)。当语法分析程序需要新符号时,它就调用词法分析程序;当它识别出某一语法结构时,它就调用语义分析程序。语义分析程序对识别出的结构进行语义检查,并调用“存储分配”和“代码生成”程序生成相应的目标语言指令。

随着程序设计语言在形式化、结构化、直观化和智能化等方面的发展,作为实现相应语言功能的编译程序,也正向自动程序设计的目标发展,以便提供理想的程序设计工具。

参考书目

陈火旺、钱家骅、孙永强编:《编译原理》,国防工业出版社,北京,1980。

A.V.Aho, Principles of Compiler Design,Addison Wes-ley, Reading, Massachusetts, 1977.

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编译程序 (compiler)

将用高级程序设计语言书写的源程序,翻译成等价的用计算机汇编语言、机器语言或某种中间语言表示的目标程序的翻译程序。用户利用编译程序实现数据处理任务时,先要经历编译阶段,再经历运行阶段。编译阶段以源程序作为输入,以目标程序作为输出,其主要任务是将源程序翻译成目标程序。运行阶段的任务是运行所编译出的目标程序,实现源程序中指定的数据处理任务,其工作通常包括:输入初始数据,对数据或文件进行数据加工,输出必要信息和加工结果等。编译程序的实现算法较为复杂。这是因为它所翻译的语句与目标语言的指令不是一一对应关系,而是一多对应关系;同时因为它要在编译阶段处理递归调用、动态存储分配、多种数据类型 实现 、 代码生成与代码优化等繁杂技术问题;还要在运行阶段提供良好、有效的运行环境。由于高级程序设计语言书写的程序具有易读、易移植和表达能力强等特点,所以编译程序广泛地用于翻译规模较大、复杂性较高、且需要高效运行的高级语言书写的源程序。

功能 编译程序的基本功能是把源程序翻译成目标程序。此外,还要具备语法检查、调试措施、修改手段、覆盖处理、目标程序优化、不同语言合用以及人机联系等具有实际应用价值的重要功能。①语法检查。检查源程序是否合乎语法 。②调试措施。检查源程序是否合乎用户的设计意图。③修改手段。为用户提供简便的修改源程序的手段。④覆盖处理。主要为处理程序较长、数据量较大的大型问题程序而设置。基本思想是让一些程序段和数据公用某些存储区,其中只存放当前要用的程序段或数据,其余暂时不用的程序段和数据均存放在磁盘等辅助存储器中,待需要时动态地调入存储区中运行。⑤目标程序优化。提高目标程序的质量,即使编译出的目标程序运行时间短、占用存储少。⑥不同语言合用 。便于用户利用多种程序设计语言编写应用程序或套用已有的不同语言书写的程序模块。最为常见的是高级语言和汇编语言的合用。⑦人机联系。便于用户在编译和运行阶段及时了解系统内部工作情况,有效地监督、控制系统的运行。

早期编译程序的实现方案,是把上述各项功能完全收纳在编译程序之中 。后来的习惯方法是在 *** 作系统的支持下,配置编辑程序、调试程序、连接装配程序等实用程序或工具软件,目的是创造一个良好的开发环境和运行环境,便于应用软件的编程、修改、调试、集成以及报表生成、界面设计等工作。但编译程序设计者设计编译方案时,仍需精心考虑上述各项功能,较好地解决目标程序与这些实用程序或软件工具之间的配合与衔接等问题。

工作过程 编译程序必须分析源程序,然后综合成目标程序。为达到这个目的,编译程序要在分析阶段建立一些表格,改造源程序为中间语言形式,以便在分析和综合时易于引用和加工。

数据结构 分析和综合时所用的主要数据结构,包括符号表、常数表和中间语言程序。符号表由源程序中所用的标识符连同它们的属性组成,其中属性包括种类(如变量、数组、结构、函数、过程等)、类型(如整型、实型、字符串、复型、标号等),以及目标程序所需的其他信息。常数表由源程序中用的常数组成,其中包括常数的机内表示以及分配给它们的目标程序地址。中间语言程序是将源程序翻译成目标程序前引入的一种中间形式的程序,其表示形式的选择取决于编译程序以后如何使用它和如何加工它。常用的中间语言形式有波兰表示、三元组、四元组以及间接三元组等。

分析部分 源程序的分析是经过词法分析、语法分析和语义分析三个步骤实现的。词法分析由词法分析程序(又称为扫描程序 )完成,其任务是识别单词(即标识符 、常数、保留字,以及各种运算符、标点符号等)、造符号表和常数表,以及将源程序换码为编译程序易于分析和加工的内部形式。语法分析程序是编译程序的核心部分,其主要任务是根据语言的语法规则,检查源程序是否合乎语法,并分解源程序。如果不合乎语法,则输出语法出错信息;如果合乎语法,则分解源程 序的语法结构, 构造中间语 言形式的内部程序。语法分析的目的是掌握单词是怎样组成语句的,以及语句又是如何组成程序的。语义分析程序进一步检查合法程序结构的语义正确性,其目的是保证标识符和常数的正确使用,把必要的信息收集和保存到符号表或中间语言程序中,并进行相应的语义处理。

综合部分 综合阶段根据符号表和中间语言程序产生出目标程序,其主要工作包括代码优化、存储分配和代码生成。代码优化是通过重排和改变程序中的某些 *** 作,以产生更加有效的目标程序。存储分配是为程序和数据分配运行时的存储单元。 代码生成是产 生与中间语 言程序等价的目标程序,亦即,顺序加工中间语言程序,利用符号表和常数表中的信息生成一系列的汇编语言或机器语言指令。

动态 20世纪80年代以后,程序设计语言在形式化、结构化、直观化和智能化等方面有了长足的进步和发展,主要表现在两个方面:①随着程序设计理论和方法的发展,相继推出了一系列新型程序设计语言,如结构化程序设计语言、并发程序设计语言、分布式程序设计语言、函数式程序设计语言、智能化程序设计语言、面向对象程序设计语言等;②基于语法、语义和语用方面的研究成果,从不同的角度和层次上深刻地揭示了程序设计语言的内在规律和外在表现形式。与此相应地,作为实现程序设计语言重要手段之一的编译程序,在体系结构、设计思想、实现技术和处理内容等方面均有不同程度的发展、变化和扩充。另外,编译程序已作为实现编程的重要软件工具,被纳入到软件支援环境的基本层软件工具之中。因此,规划编译程序实现方案时,应从所处的具体软件支援环境出发,既要遵循整个环境的全局性要求和规定,又要精心考虑与其他诸层软件 工具之间的相互支援、配合和衔接关系。


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