程序設(shè)計(jì)語言的層次體系

1、程序設(shè)計(jì)語言的層次體系程序設(shè)計(jì)語言分為低級(jí)語言和高級(jí)語言兩類?！凹?jí) ”是指程序員與計(jì)算機(jī)對(duì)話的復(fù)雜程度。例如，就查詢語言來說，程序員 ( 經(jīng)常是用戶管理人員 ) 只需要涉及到計(jì)算機(jī) “做什么 ”，而不必涉及到計(jì)算機(jī) “怎樣做 ”。在高級(jí)語言中， 程序員必須提供詳細(xì)說明 “做什么 ”和 “怎樣做”的指令，而軟件工具將幫助簡(jiǎn)化程序員的工作。低級(jí)語言要求程序員詳細(xì)說明由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每一級(jí)操作。 在使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言時(shí)，程序員不必記住數(shù)據(jù)在主存中的存儲(chǔ)單元。這是由系統(tǒng)自動(dòng)做的。 而在使用低級(jí)語言時(shí)， 程序員必須在程序中提供相應(yīng)的邏輯， 以便監(jiān)視數(shù)據(jù)在主存中的物理位置。低級(jí)語言雖然人們用COBOL、P

2、ASCAL和 FORTRAN來談?wù)摮绦蛟O(shè)計(jì)，但是只有一種語言能夠在給定的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。那就是所謂的機(jī)器語言。所有其他語言都要被編譯( 翻譯成機(jī)器語言) ，并且最終用機(jī)器語言來執(zhí)行。機(jī)器語言是很繁瑣的，因?yàn)橹噶?( 又稱操作碼或OP碼) 和運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元是用二進(jìn)制( 一串 0 和 1) 來表示的。符號(hào)語言( 有時(shí)稱作匯編語言或匯編級(jí)的語言) 具有一個(gè)本質(zhì)上與機(jī)器語言一一對(duì)應(yīng)的指令系統(tǒng)。匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是它用助記符號(hào)而不是用0 和 1 來表示指令。 例如，匯編語言中直接用“A”來表示 “加”指令，而不用一串0 和 1 來表示。在 1970 年之前，機(jī)器級(jí)和匯編級(jí)語言常常用于應(yīng)用程序的開發(fā)，特別用于系

3、統(tǒng)軟件的開發(fā)。當(dāng)時(shí)信息服務(wù)人員認(rèn)為目標(biāo)程序利用計(jì)算機(jī)的效率高。自那時(shí)以來使用高級(jí)語言無論在發(fā)揮人或是計(jì)算機(jī)的效率上都超過了機(jī)器語言。由于這一原因， 多數(shù)現(xiàn)行的程序設(shè)計(jì)都是用高級(jí)語言來完成的。高級(jí)語言1.面向過程的語言面向過程的語言(POL) 是極其靈活的，可以用來刻劃幾乎所有科學(xué)的和商業(yè)的過程。程序順序地編寫指令，而系統(tǒng)則根據(jù)用戶的規(guī)定進(jìn)行處理。例如，工資系統(tǒng)就是使用POL來編定的。 除非由程序邏輯控制去做其他事情，否則程序中的每一條指令都是按順序執(zhí)行的。在一個(gè)工資單生成系統(tǒng)中，執(zhí)行程序指令的特定順序取決于被處理的職工的工資計(jì)算方法( 是按月發(fā)工資，還是按工時(shí)計(jì)算工資) 。對(duì)每個(gè)職工都要重復(fù)該

4、程序流程的順序。有三種主要的 POL：科學(xué)計(jì)算的、商用的以及多用途的。下面我們分別討論每一種POL。(1) 科學(xué)計(jì)算的語言。科學(xué)計(jì)算的語言是代數(shù)或公式化的語言。這種語言是為了滿足典型的科學(xué)計(jì)算處理要求( 矩陣操作、 精度計(jì)算以及其它方面) 而設(shè)計(jì)的。 第一個(gè)而且仍然是最為流行的科學(xué)計(jì)算語言是FORTRAN(公式翻譯程序的縮寫) 。盡管在沒有商業(yè)語言時(shí)( 在計(jì)算機(jī)不支持任何其它語言的情況下)FORTRAN已作為一種商用語言來使用了，但是FORTRAN的商業(yè)處理能力是有限的。APL語言很快地抓住了一些用戶( 主要是工程師 ) 。 APL 是唯一使用帶有專用符號(hào)的交互式鍵盤來編寫程序的語言。(2)商

5、用語言。目前很流行的第一個(gè)商用語言是COBOL(面向商業(yè)的公用語言的縮寫) 。它是一種功能很強(qiáng)而又極為冗長(zhǎng)的語言。發(fā)展 COBOL語言的前提是： 該語言的語句應(yīng)該近似于英語。有些程序員發(fā)現(xiàn)語言使用起來很麻煩。然而，COBOL語言尚處于方興未艾的時(shí)期，而且被廣泛地接受。今天，人們正在繼續(xù)對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。在若干年內(nèi)，COBOL仍將是一種流行的商用語言，但是使用該語言的相對(duì)百分比將會(huì)下降。COBOL最適合于具有循環(huán)處理周期的環(huán)境 ( 例如打印工資支票) 以及數(shù)據(jù)操縱量相當(dāng)大的環(huán)境。美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI) 已經(jīng)對(duì) COBOL和其他語言建立了標(biāo)準(zhǔn)。建立這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是使得在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫的程序可

6、以移植到另一臺(tái)( 即另一個(gè)廠商制造的) 機(jī)器上去。不幸的是， ANSI 標(biāo)準(zhǔn)很少被遵循；因此，COBOL程序只是部分可移植的。報(bào)表程序生成程序(RPG)可能是僅次于COBOL的最為流行的商業(yè)語言了。最初設(shè)計(jì)的RPG是在 IBM 公司數(shù)據(jù)錄入級(jí)的計(jì)算機(jī)上使用的。它用于一些成批處理環(huán)境的小型商業(yè)工作。RPG與其它POL 不同之處在于程序員還必須通過選擇所要求的程序設(shè)計(jì)特色來說明某些處理要求( 例如何時(shí)打印小計(jì)記錄的選擇等等) 。BASIC 設(shè)計(jì)者的最意圖體現(xiàn)在該語言的名字上初學(xué)者通用的符號(hào)指令碼 (BaginersAll-PurposeSymbolicInstructionalCode) 。最初它

7、被當(dāng)作講授程序設(shè)計(jì)的一個(gè)工具，但是在這個(gè) “初學(xué)者 ”語言的能力被充分?jǐn)U充后，它變得如此流行，以致目前 BASIC 是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上用于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的一種上要語言。在大系統(tǒng)上也使用擴(kuò)展 BASIC，但不是用于生產(chǎn)系統(tǒng)。 由于 BASIC 通常也用來進(jìn)行少量的科學(xué)計(jì)算， 因此，有人可能把它劃歸為多用途POL一類。(3) 多用途語言。多用途語言對(duì)于商業(yè)和科學(xué)計(jì)算是同等有效的。最為明顯的多用途語言是程序計(jì)算語言 1/( 即 PL/T) 。PL/1 是在 1956 年由 IBM 公司普制出來的，但是，與任何一種語言一樣，它需要幾年的時(shí)間來排錯(cuò)。許多公司 ( 主要是 IBM 公司的用戶 ) ，已經(jīng)采用

8、 PL/1 作為它們所使用的唯一的 POL。在剛剛引入 PL/1 時(shí)，由于它克服了現(xiàn)有程序設(shè)計(jì)語言的許多缺點(diǎn)而受到歡迎。然而， PL/1 仍然沒有得到 ( 原先期望那樣 ) 普遍地接受。其原因并非它的質(zhì)量和能力，而是由于許多公司已花了巨大投資用 COBOL和 FORTAN編制了大量應(yīng)用軟件。同時(shí)也由于使用這兩種語言的勢(shì)頭還在增長(zhǎng)。以最快速度發(fā)展起來的語言是 PASCAL，它是以 17 世紀(jì)的數(shù)學(xué)家 Blaise Pascal 來命名的。 PASCAL被看成是一種最新的 POL。盡管只有 1%-2%的商業(yè)生產(chǎn)程序是用 PAS-CAL寫的，但是它的能力、靈活性以及自我說明結(jié)構(gòu)是不可忽略的。致使這個(gè)

9、語言被廣泛接受( 而且接受面還在繼續(xù)增大) 的原因或許是因?yàn)榻^大多數(shù)的學(xué)院和大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教程主張將PASCAL作為未來的POL。隨著畢業(yè)生將這種主張帶進(jìn)商業(yè)界，目前它已經(jīng)引起了各界的興趣。ADA是新近引入的一種語言，它是美國國防部開發(fā)的一種多用途語言。盡管只有少數(shù)人知道和理解 ADA的用法，然而對(duì)于它能否被廣泛接受 ( 不僅在軍界， 對(duì)其他部門也一樣 ) 。這一點(diǎn)，它的設(shè)計(jì)者們是很樂觀的。2. 面向問題的語言面向問題的語言，是專門為了滿足某種特定應(yīng)用或解決特定問題的一組語句。面向問題有的語言不要求像面向過程的語言的那種詳細(xì)說明。例如，有幾種面向問題的語言就是專為統(tǒng)計(jì)分析而設(shè)計(jì)的。 這種語言

10、的用戶將注意力更多地集中在輸入和輸出上，而不是在數(shù)學(xué)上。數(shù)學(xué)是嵌入在語言中的。已經(jīng)為幾十種應(yīng)用設(shè)計(jì)了各種面向問題的語言，這些語言正在被用戶使用。這些應(yīng)用是：離散和連續(xù)模擬( 例如， GPSS、 SIMSCRIPT、GASP-IV) ，程控機(jī)器刀具( 例如， APT)，輔助工程師進(jìn)行建筑和橋梁上的受力點(diǎn)分析( 例如， GOGO)，輔助系統(tǒng)分析( 例如， SAS)以及輔助辦公人員進(jìn)行字處理( 例如， SCRIBE)。面向問題的語言具有做統(tǒng)計(jì)、字處理和任何語言所滿足的應(yīng)用的靈活性。然而，一種面向問題的語言總是局限于某種應(yīng)用。3.查詢語言與其它高級(jí)語言相比，用戶和用戶管理人員更喜歡使用查詢語言。然而，

11、 根據(jù)不同的情況，某個(gè)用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某種特定的面向問題的語言對(duì)他更有用。查詢的語言是朝著用戶環(huán)境發(fā)展的典范。一個(gè)用戶管理人員經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的培訓(xùn)和實(shí)踐就能有效地使用一種查詢語言。然后， 他用很短的時(shí)間就能從一個(gè)信息系統(tǒng)中抽取信息或產(chǎn)生出一張報(bào)表。而通常這點(diǎn)時(shí)間只夠用來向一個(gè)系統(tǒng)分析員或程序員說明技術(shù)要求。用戶只需說明做什么，而查詢語言軟件將自動(dòng)規(guī)定怎樣做。查詢語言利用高級(jí)的、類似英語的命令來檢索和編排滿足管理查詢和制表要求的數(shù)據(jù)。用查詢語言可以交互式地完成一次詢問( 直接與計(jì)算機(jī)通信) 。執(zhí)行程序產(chǎn)生的輸出直接在終端上顯示出來， 或者產(chǎn)生一份硬拷貝。查詢語言具有以下特色：類似于英語的命令，對(duì)數(shù)據(jù)

12、的有限的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作，對(duì)報(bào)表的自動(dòng)編排、排序以及按關(guān)鍵字挑選記錄等。4. 應(yīng)用程序生成程序盡管應(yīng)用程序生成程序的概念至今沒有嚴(yán)格的定義，但是目前已經(jīng)使用的那些應(yīng)用程序生成程序的目標(biāo)以及各種開發(fā)步驟的目標(biāo)是相同的。即它是不需要過程級(jí)指令就能夠說明開發(fā)一個(gè)信息系統(tǒng)的所有程序設(shè)計(jì)任務(wù)的一種語言。某些應(yīng)用程序生成程序 ( 通過與程序員進(jìn)行交互式對(duì)話 ) 已經(jīng)接近這一目標(biāo)。當(dāng)用應(yīng)用程序生成程序還在早期的開發(fā)階段?，F(xiàn)有的應(yīng)用程序生成程序并不具備面向過程語言的那種靈活性，而且不能用來開發(fā)完善的信息系統(tǒng)。然而當(dāng)用于預(yù)期的用途時(shí)， 它將能成倍地提高程序員的生產(chǎn)效率。 當(dāng)它們成熟時(shí)， 在信息系統(tǒng)的開發(fā)中應(yīng)用程序生成程序?qū)⑵鹬絹碓街匾淖饔?。未來的語言程序設(shè)計(jì)語言的