程式語言的設(shè)計目標課件

1、第一章 程式語言的演進陳維魁 博士wkchen.tw儒林圖書公司第1頁，共48頁。1大綱程式語言的意義程式語言的設(shè)計目標程式語言的分類 各種語言的特性 高階語言的處理器 命令式語言與應(yīng)用式語言 習題 第2頁，共48頁。2程式語言的意義由一組系統(tǒng)化的符號所成之集合，目的是表達某種機器解決特定問題的步驟向計算機描述計算過程之工具第3頁，共48頁。3程式語言的設(shè)計目標簡潔(simplicity)第4頁，共48頁。4程式語言的分類第一代程式語言機器語言第二代程式語言組合語言第三代程式語言高階語言第四代程式語言極高階語言第五代程式語言自然語言第5頁，共48頁。5第一代程式語言機器語言(machine l

2、anguage)指令與資料均由二進碼所組成不需經(jīng)由語言處理器直接在機器執(zhí)行第6頁，共48頁。6第二代程式語言組合語言(assembly language)組合語言的指令稱為助憶碼指令種類機器指令(machine operation)虛擬指令(pseudo operation)必需經(jīng)由組譯程式(assembler)處理與機器語言合稱為低階語言第7頁，共48頁。7第三代程式語言高階語言(high level language)程序?qū)蛘Z言(procedure oriented language)範例PascalCBasicFortranCobol第8頁，共48頁。8第四代程式語言極高階語言問題導向

3、語言(problem oriented language)範例SQL (Structured Query Language)第9頁，共48頁。9第五代程式語言自然語言 (nature language)知識庫語言(knowledge based language)語法接近人類日常生活的語言第10頁，共48頁。10各種語言的特性FortranAlgol 60LispCobolAPLBasicSnobolPL/1SimulaAlgol 68CPrologPascalADAC+JAVA第11頁，共48頁。11FORTRANFORmula TRANslator language 第一個高階語言針對科學

4、計算而設(shè)計固定格式首創(chuàng)輸出入格式化(I/O format)提供正、零、負三種 IF 分枝結(jié)構(gòu)提供 Do 迴圈控制結(jié)構(gòu)第12頁，共48頁。12執(zhí)行下列Fortran之部份程式並求出 K 值 K=-1 DO 400 I=1,5 IF(K) 100,200,300 100 K=K+5 GOTO 400 200 K=2*K+1 GOTO 400 300 K=4*K-2 400 CONTINUE第13頁，共48頁。13Fortran共用區(qū)(common area)作用處理方式第14頁，共48頁。14Algol 60ALGOrithmic Language發(fā)展於1960年代無較大之贊助者採自由格式(fre

5、e format)採區(qū)塊結(jié)構(gòu)(block structure)允許使用遞迴副程式(recursive subroutine)使用傳名呼叫法(call by name)傳遞參數(shù)第15頁，共48頁。15Algol 60動態(tài)界限陣列採外顯式(explicit)宣告首創(chuàng)以保留字(reserved word)來定義資料型態(tài)首創(chuàng)結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計的概念首創(chuàng)以B.N.F來描述語法 (Algol 58提出)第16頁，共48頁。16結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計structured programming把一個大的問題,依照邏輯上的特性,往下細分成幾個小的問題,再把這幾個小的問題,依照邏輯的特性,再往下細分成更小的問題,依此類推,

6、直到很容易編寫程式的單元時為止第17頁，共48頁。17結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計基本結(jié)構(gòu)循序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)反覆結(jié)構(gòu)第18頁，共48頁。18結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計優(yōu)點可以分工可讀性高容易維護易除錯缺點程式碼會變長執(zhí)行時間較長第19頁，共48頁。19PASCAL紀念法國數(shù)學家Blaise Pascal1975 年發(fā)展完成，由 IBM 贊助採區(qū)塊結(jié)構(gòu)具嚴謹語法結(jié)構(gòu)，適合教學用途第20頁，共48頁。20LISPLISt Processing language1950年代末期由麻省理工學院發(fā)展 S運算式(S expression) 利用垃圾收集法(garbage collection) 來管理記憶體使用於人工智慧(Artif

7、icial Intelligence) 之應(yīng)用，稱為人工智慧的低階語言劍橋波蘭式(Cambridge polish notation)第21頁，共48頁。21Garbage collection系統(tǒng)會主動的回收, 程式不再使用的記憶體空間 範例 Small talk JAVA LISP第22頁，共48頁。22SNOBOLStriNg Oriented symBOlic Language貝爾實驗室於1960年代中期發(fā)展具字樣配對(pattern matching) 能力具字串處理能力(string manipulating)型樣資料型態(tài)(pattern data type)第23頁，共48頁。2

8、3PL/1Programming Language /1IBM 於1960年代中期設(shè)計綜合 Fortran,Cobol 與 Algol 60 之特性首創(chuàng)例外處理 (exception handling)指標(pointer)資料型態(tài)以維也納定義語言(Vienna Definition Language)來描述語意採區(qū)塊結(jié)構(gòu)提供遞迴呼叫 (recursive call) 的功能多重任務(wù) (multi-tasking第24頁，共48頁。24CobolCOmmon Business Oriental Language發(fā)展於 19601970 年代,由美國防部贊助主要用於商業(yè)資料處理具 IF-THEN

9、-ELSE 敘述語法傾向自然語言(natural language)雜訊字(noise word)首創(chuàng)與機器無關(guān)的資料描述方式 (data division)第25頁，共48頁。25COBOL資料描述方式IDENTIFICATION DIVISIONENVIRONMENT DIVISIONDATA DIVISIONPROCEDURE DIVISION第26頁，共48頁。26Algol W使用數(shù)值結(jié)果呼叫法 (call by value result) 傳遞參數(shù)首創(chuàng)case敘述提供記錄(record)與指標(pointer) 結(jié)構(gòu)第27頁，共48頁。27Algol 68參數(shù)的傳遞採用數(shù)值結(jié)果呼叫

10、法提供記錄與指標資料型態(tài)首先提供使用者自行定義資料型態(tài)的功能第28頁，共48頁。28APLA Programming Language擅長數(shù)學計算。採不標準字元集。允許陣列整體運算。提供指標(pointer) 型態(tài)。 提供集合(set) 資料型態(tài)。首創(chuàng)提供記錄(record) 資料型態(tài)。 提供 case 結(jié)構(gòu)。允許使用者自定資料型態(tài)。採傳值呼叫法與傳址呼叫法傳遞參數(shù)第29頁，共48頁。29SIMULA發(fā)展於1960年代後期首創(chuàng)資料抽象化(data abstraction)類別(class)第30頁，共48頁。30C貝爾實驗室於1970年代發(fā)展採區(qū)塊結(jié)構(gòu)可攜性高適合發(fā)展系統(tǒng)程式具 Self-co

11、mpiled 特性可呼叫組合語言第31頁，共48頁。31C+Bjarne Stroustrup 設(shè)計，在貝爾實驗室中發(fā)展主要目標實現(xiàn)物件導向程式設(shè)計理想採用區(qū)塊結(jié)構(gòu)適合發(fā)展系統(tǒng)程式高可攜性高機器獨立性（machine independent）區(qū)分大小寫識別字由大小寫英文字母，數(shù)字或底線所構(gòu)成，但第一個字元不得為數(shù)字第32頁，共48頁。32BASICBeginners All-purpose Symbolic Instruction Code1960年代中期發(fā)展交談式(interactive)語言適合程式發(fā)展初期使用利用解譯器(interpreter)處理程式第33頁，共48頁。33Prolog

12、PROgramming LOGicAlan Colmeraure 於1970年代初期發(fā)展適用於人工智慧之應(yīng)用邏輯式程式語言人工智慧的高階語言1982年日本宣佈以 Prolog 為第五代電腦之發(fā)展語言第34頁，共48頁。34ADA紀念 Augusta ADA Byron美國防部發(fā)展主要運用於國防需求提供資料抽象化例外處理平行處理第35頁，共48頁。35RPGReport Program Generator由 IBM 發(fā)展主要用作大量報表之產(chǎn)生第36頁，共48頁。36GPSSGeneral Purpose Simulation System主要用於模擬 (Simulation)第37頁，共48頁。

13、37PILOTProgrammed Inquiry Learning Or Teaching主要應(yīng)用於電腦輔教學 (Computer Aided Instruction)可幫助教師編寫教材第38頁，共48頁。38FORTH設(shè)計的目標是為了提供對電腦的記憶體及速度作最佳之運用第39頁，共48頁。39MODULA-2由Wirth 發(fā)展出來，適用於系統(tǒng)軟體之開發(fā)第40頁，共48頁。40JAVASun Microsystems所發(fā)展名稱之命名是源於突發(fā)的靈感物件導向程式語言，以 class 為基本架構(gòu)垃圾收集法(garbage collection)Multithread例外(exception)處理

14、能力取消指標(pointer)資料型態(tài)多重繼承(multiple inheritance)運算子覆載(operator overloading)第41頁，共48頁。41JAVAByte Code可在不同的機器平臺上移植，待要執(zhí)行時，再由JAVA的直譯器(interpreter)處理此Byte Code即可允許程式段能夠透過網(wǎng)路系統(tǒng)到另一個機器平臺上執(zhí)行JAVA語言比 C語言具有更高的可攜性目前在Windows NT, Windows 95, Macintosh, SUN, Linux等開發(fā)平臺上已有的直譯程式可供使用。第42頁，共48頁。42高階語言的處理器作用將利用高階語言寫成的程式段翻譯成機器可接受的碼。種類編譯器(compiler)對原始程式碼中的每一條敘述，按照先後順序做一次之處理，並產(chǎn)生對應(yīng)的目的碼直譯器(interpreter)對原始程式碼中的敘述，按照執(zhí)行的先後順序做處理，並直接產(chǎn)生程式執(zhí)行結(jié)果第43頁，共48頁。43編譯器及直譯器的比較輸入輸出時間空間除錯特性彈性適合階段範例第44頁，共48頁。44命令式語言藉著改變變數(shù)之內(nèi)容以做為控制程式執(zhí)行的方法範例FortranCobolBasicAlgolPascalPL/1 CC+.第45頁，共48頁。45應(yīng)用式語言語言藉著函數(shù)來表達