計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論第3章-程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課件

1、第3章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言第3章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)目標(biāo)了解計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、編譯原理的基本知識(shí)。掌握程序的概念、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。第3章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言學(xué)習(xí)目標(biāo)第3章 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言3.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述3.1.1 程序 程序就是能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的一組指令序列的集合。其中，指令可以是機(jī)器指令、匯編語(yǔ)言指令，也可以是高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句命令，甚至還可以是用自然語(yǔ)言描述的運(yùn)算、操作命令等。3.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述3.1.1 程序 程序就3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言使得人們能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流，其種類(lèi)非常繁多，總來(lái)說(shuō)可以分為低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言?xún)纱箢?lèi)。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 程序

2、低級(jí)語(yǔ)言 低級(jí)語(yǔ)言包括兩種類(lèi)型：機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。 (1) 機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言面向機(jī)器，可以由CPU直接識(shí)別和執(zhí)行。不同的機(jī)器能夠識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言是不相同的。機(jī)器語(yǔ)言指令都是用一串0、1構(gòu)成的二進(jìn)制位串來(lái)表示的。指令系統(tǒng)是機(jī)器提供的機(jī)器指令的集合用二進(jìn)制編碼表示的指令，稱(chēng)為機(jī)器指令，或稱(chēng)為機(jī)器碼。用機(jī)器指令編寫(xiě)的程序稱(chēng)為機(jī)器語(yǔ)言程序，或稱(chēng)為目標(biāo)程序，這是計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的程序。機(jī)器語(yǔ)言難以閱讀和理解，編寫(xiě)和修改都比較困難，而且通用性較差。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(2) 匯編語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言也稱(chēng)符號(hào)語(yǔ)言。 指令助記符是指令英文名稱(chēng)的縮寫(xiě)，容易記憶。 所謂

3、匯編語(yǔ)言，就是采用字母、數(shù)字和符號(hào)來(lái)代替由一個(gè)個(gè)0和1構(gòu)成的指令操作碼、寄存器、數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)地址等，并在程序中用它們代替二進(jìn)制編碼數(shù)，這樣編寫(xiě)出來(lái)的程序就稱(chēng)為符號(hào)語(yǔ)言程序或匯編語(yǔ)言程序。 大多數(shù)情況下，一條匯編指令直接對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令，少數(shù)對(duì)應(yīng)幾條機(jī)器指令。 匯編語(yǔ)言具有一個(gè)本質(zhì)上與機(jī)器語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)的指令系統(tǒng)。匯編語(yǔ)言的實(shí)質(zhì)和機(jī)器語(yǔ)言是相同的。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(2) 匯編語(yǔ)言3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都是低級(jí)語(yǔ)言。它們具有許多相同的特征。都與特定的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)緊密相關(guān)，來(lái)自于特定系統(tǒng) 的指令系統(tǒng)，可移植性差。對(duì)程序員專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求高，要求對(duì)計(jì)算機(jī)

4、硬件的結(jié)構(gòu)和工作原理非常熟悉。每條指令的功能比較單一，程序員編寫(xiě)源程序時(shí)指令非常繁瑣。由于直接針對(duì)特定硬件編程，所以最終的可執(zhí)行代碼非常精煉，并且執(zhí)行效率高。 兩者主要的區(qū)別在于：機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序無(wú)需翻譯或編譯，CPU能夠直接識(shí)別和執(zhí)行。而匯編語(yǔ)言源程序必須經(jīng)過(guò)匯編才能得到目標(biāo)程序。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言匯編與匯編程序計(jì)算機(jī)CPU只能“識(shí)別”和“執(zhí)行”機(jī)器語(yǔ)言，雖然匯編語(yǔ)言比機(jī)器語(yǔ)言更容易使用和閱讀，但CPU不能“識(shí)別”和“執(zhí)行”，需要匯編語(yǔ)言程序“翻譯”成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言程序，該程序稱(chēng)為匯編程序，又稱(chēng)匯編語(yǔ)言翻譯程序或匯編器，是一

5、種把用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序的系統(tǒng)程序。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言匯編與匯編程序3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言(1) 高級(jí)語(yǔ)言的產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：如何解決程序的可移植性，即：程序員編寫(xiě)的源程序如何可以從一臺(tái)計(jì)算機(jī)很容易地轉(zhuǎn)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上工作。為了解決這些問(wèn)題，人們引入了高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。所謂高級(jí)語(yǔ)言是一種由表達(dá)各種意義的“詞”和“公式”，按照一定的“語(yǔ)法規(guī)則”來(lái)編寫(xiě)程序的語(yǔ)言，又稱(chēng)為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或算法語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言之所以“高級(jí)”，就是因?yàn)樗钩绦騿T可以完全不用與計(jì)算機(jī)的硬件打交道，可以不必了解機(jī)器的指令系統(tǒng)。 3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言3.1.2

6、 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(2) 高級(jí)語(yǔ)言的常見(jiàn)類(lèi)型BASIC語(yǔ)言FORTRAN語(yǔ)言COBOL語(yǔ)言PASCAL語(yǔ)言C語(yǔ)言C+和C語(yǔ)言其他高級(jí)語(yǔ)言 基于視窗類(lèi)操作系統(tǒng)的，如Visual Basic、Visual C+、Delphi、Power Builder、Java等3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(2) 高級(jí)語(yǔ)言的常見(jiàn)類(lèi)型3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn):語(yǔ)句的功能強(qiáng)，程序員編寫(xiě)的源程序比較短，容易學(xué)習(xí)，使用方便，可移植性較好，便于推廣和交流。高級(jí)語(yǔ)言的缺點(diǎn):編譯程序比匯編程序復(fù)雜，而且編譯出來(lái)的目標(biāo)程序往往效率不高，目標(biāo)程序的長(zhǎng)度比有經(jīng)驗(yàn)的程序員所編寫(xiě)的同樣功能的匯編語(yǔ)言程序要長(zhǎng)一半以

7、上，運(yùn)行時(shí)間也要長(zhǎng)一些。因此，在很多對(duì)時(shí)間要求比較高的系統(tǒng)，如某些實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)或者大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，低級(jí)語(yǔ)言，主要是匯編語(yǔ)言，仍然得到了一定的應(yīng)用。3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn):3.1.2 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序能提高程序員的開(kāi)發(fā)效率，高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)依賴(lài)于各自特定的語(yǔ)句和語(yǔ)法。在高級(jí)語(yǔ)言中，語(yǔ)句是構(gòu)成源程序的基本單位。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性1高級(jí)語(yǔ)言的基本符號(hào) 高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法成分都是由基本符號(hào)組成的，基本符號(hào)可以分為單字符和多字符兩種。單字符基本符號(hào)由單個(gè)字符組

8、成，在高級(jí)語(yǔ)言中通常包括下列幾種單字符基本符號(hào)。字母： 大寫(xiě)英文字母AZ，小寫(xiě)英文字母az，共52個(gè)符號(hào)。數(shù)字： 09，共10個(gè)數(shù)字符號(hào)。 3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容特殊字符: + (加)、- (減)、* (乘)、/ (除)、(乘方)、= (等號(hào))、( (左括號(hào))、) (右括號(hào))、(大于)、(小于)、，(逗號(hào))、 (空格)等。 多字符是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的字符組成，如GOTO(轉(zhuǎn)移)、(小于或等于)、AND(與)等。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容特殊字符:3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性2高級(jí)

9、語(yǔ)言的基本元素 基本元素由基本符號(hào)組成，可分為數(shù)、邏輯值、名字、標(biāo)號(hào)和字符串等5大類(lèi)：數(shù) 它由09共10個(gè)基本數(shù)字和其他一些符號(hào)(如小數(shù)點(diǎn)“.”、正負(fù)號(hào)“、”及指數(shù)符號(hào)“E”等所構(gòu)成。邏輯值由真(True)和假(False)兩個(gè)值構(gòu)成。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 名字 由字符組成，一般約定名字的開(kāi)頭是字母或者下劃線，其后可為字母或數(shù)字，如XYZ、A123、_C等。名字可用來(lái)定義常量、變量、函數(shù)、過(guò)程或子程序的，也被用來(lái)定義成某些東西，故也稱(chēng)為標(biāo)識(shí)符。在高級(jí)語(yǔ)言中，一般還規(guī)定了組成名字的字符的長(zhǎng)度，即字符個(gè)數(shù)。 標(biāo)號(hào) 是在高級(jí)

10、語(yǔ)言中的程序語(yǔ)句前所加的一個(gè)名字，主要用來(lái)指示程序可能的轉(zhuǎn)移方向。字符串 由一串字符所組成。在不同的高級(jí)語(yǔ)言中，字符串中的多個(gè)字符放在一對(duì)單引號(hào)或雙引號(hào)中。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 名字3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型 任何一個(gè)計(jì)算機(jī)程序都不可能沒(méi)有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是程序操作的對(duì)象。通常，一種高級(jí)語(yǔ)言都會(huì)定義一些基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型，通常包括整數(shù)類(lèi)型、實(shí)數(shù)類(lèi)型和字符類(lèi)型等。 高級(jí)語(yǔ)言中，在使用變量前，必須為每個(gè)變量分配所需大小的內(nèi)存單元空間。因此，幾乎任何一種高級(jí)語(yǔ)言都要求變量必須先定義后使用。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特

11、性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型是在基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的基礎(chǔ)上構(gòu)造出來(lái)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，數(shù)組和結(jié)構(gòu)體是大多數(shù)高級(jí)語(yǔ)言都支持的兩種最基本的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型：數(shù)組類(lèi)型數(shù)組是若干個(gè)相同類(lèi)型數(shù)據(jù)的集合。用戶自定義的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型。結(jié)構(gòu)體是隸屬于同一個(gè)事物的多個(gè)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的集合，用來(lái)表示具有若干個(gè)屬性的一個(gè)事物除了以上兩種最基本的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型外，許多高級(jí)語(yǔ)言還有比如枚舉、集合，以及更復(fù)雜的隊(duì)列、堆棧等多種數(shù)據(jù)類(lèi)型。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類(lèi)型在使用時(shí)也必須定義相應(yīng)類(lèi)型的“變量”名字。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容高級(jí)

12、語(yǔ)言的共同特性5運(yùn)算符與表達(dá)式 高級(jí)語(yǔ)言的表達(dá)式由基本符號(hào)、基本元素和各種數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算符連接而成，運(yùn)算符大致包括以下幾類(lèi)：邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或等。算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除、取模等。數(shù)據(jù)比較：大于、小于、等于、不等于等。數(shù)據(jù)傳送：輸入、輸出、賦值等。 通過(guò)各種運(yùn)算符連接而得到的表達(dá)式有以下幾種類(lèi)型:算術(shù)表達(dá)式：表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果是數(shù)值，非常近似于日常的數(shù)學(xué)計(jì)算公式。關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式：表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果是邏輯值。字符串表達(dá)式：表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果是字符串。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性6語(yǔ)句語(yǔ)句是構(gòu)成高級(jí)語(yǔ)言源程序的基

13、本單位，是由基本元素、運(yùn)算符、表達(dá)式等組成。任何一種高級(jí)語(yǔ)言往往都支持賦值、條件判斷、循環(huán)、輸入輸出等語(yǔ)句。程序員利用這些語(yǔ)句的結(jié)合，能夠很方便地編制出功能強(qiáng)大的程序。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性7庫(kù)函數(shù)和用戶自定義的函數(shù)為了支持用戶編寫(xiě)出功能強(qiáng)大的源程序，幾乎所有的高級(jí)語(yǔ)言都為用戶提供了豐富的庫(kù)函數(shù)，這些庫(kù)函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)某些特定的功能，比如計(jì)算一個(gè)比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)。在源程序中，用戶也可以自己定義自己的函數(shù) (子程序或過(guò)程)，以便以后可以反復(fù)調(diào)用這些代碼集合。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同

14、特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性8注釋任何一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都強(qiáng)調(diào)注釋的重要性。源程序所包含的代碼往往比較冗長(zhǎng)，添加必要的注釋不僅有助于閱讀程序，更重要的是，在需要對(duì)程序功能進(jìn)行擴(kuò)充時(shí)，注釋可以極大地幫助程序員對(duì)原始程序的理解。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣一種情況，程序員自己編寫(xiě)的程序，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，可能就是半年或者幾個(gè)月以后，程序員自己也讀不懂自己的程序了。況且，程序不僅要自己看得懂，更重要的是也要讓別人能夠看懂。3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性 9程序設(shè)計(jì)風(fēng)格程序不僅僅要求能夠在機(jī)器上執(zhí)行并給出正確結(jié)

15、果，而且還要求便于調(diào)試和維護(hù)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，程序員應(yīng)該盡量保持程序結(jié)構(gòu)的合理和清晰，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格有助于提高程序的正確性、可讀性、可維護(hù)性和可用性。 3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性10高級(jí)語(yǔ)言程序的運(yùn)行 使用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序的一般過(guò)程可以歸納為以下幾個(gè)步驟：使用文本編輯工具，逐條編寫(xiě)源程序的語(yǔ)句。保存源程序的文件時(shí)，文件的后綴名與所用的高級(jí)語(yǔ)言有關(guān)。編譯源程序文件，生成目標(biāo)文件，文件后綴名通常為obj。鏈接目標(biāo)文件，生成可執(zhí)行文件，文件后綴名通常為exe。在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行可執(zhí)行程序，并進(jìn)行調(diào)

16、試和維護(hù)。 3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 高級(jí)語(yǔ)言的共同特性3.1.3 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的3.1.4 高級(jí)語(yǔ)言的數(shù)據(jù)表示手段1常量常量也稱(chēng)常數(shù)，是一種恒定的、不隨時(shí)間改變的數(shù)值或數(shù)據(jù)項(xiàng)。2變量變量是指在程序的運(yùn)行過(guò)程中可以發(fā)生改變的量，是程序中數(shù)據(jù)的臨時(shí)存放場(chǎng)所。3數(shù)據(jù)類(lèi)型用來(lái)約束數(shù)據(jù)的解釋。4表達(dá)式表達(dá)式是操作符、操作數(shù)和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)組成的序列，其目的是用來(lái)說(shuō)明一個(gè)計(jì)算過(guò)程。3.1.4 高級(jí)語(yǔ)言的數(shù)據(jù)表示手段1常量3.2 聲明和類(lèi)型1聲明聲明用于說(shuō)明每個(gè)標(biāo)識(shí)符的含義，而不必為每個(gè)標(biāo)識(shí)符預(yù)留存儲(chǔ)空間。預(yù)留存儲(chǔ)空間的聲明稱(chēng)為定義。2類(lèi)型類(lèi)型檢查是利用一組邏輯規(guī)則來(lái)推理一個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)刻的行

17、為。3.2 聲明和類(lèi)型1聲明3.3 類(lèi)型系統(tǒng)類(lèi)型系統(tǒng)用于定義如何將程序語(yǔ)言中的數(shù)值和表達(dá)式歸類(lèi)為許多不同的類(lèi)型、如 何操作這些類(lèi)型、這些類(lèi)型如何互相作用。類(lèi)型可以確認(rèn)一個(gè)值或者一組值，具有特定的意義和目的(雖然某些類(lèi)型，如抽象類(lèi)型和函數(shù)類(lèi)型，在運(yùn)行程序中，可能不表示為值)。3.3 類(lèi)型系統(tǒng)類(lèi)型系統(tǒng)用于定義如何將程序語(yǔ)言中的數(shù)值和表3.4 編譯原理 3.4.1 編譯程序20世紀(jì)50年代，IBM的約翰巴克斯帶領(lǐng)一個(gè)研究小組對(duì)FORTRAN語(yǔ)言及其編譯器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。受限于人們對(duì)編譯理論知識(shí)的缺乏，開(kāi)發(fā)工作變得既復(fù)雜又艱苦。與此同時(shí)，諾姆喬姆斯基(Noam Chomsky，1928)開(kāi)始對(duì)自然語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的

18、研究。他的發(fā)現(xiàn)最終使得編譯器的結(jié)構(gòu)異常簡(jiǎn)單，甚至還有一些自動(dòng)化形式。3.4 編譯原理 3.4.1 編譯程序3.4.1 編譯程序高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序需要“翻譯”成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言，機(jī)器才能執(zhí)行，這種“翻譯”程序被稱(chēng)為語(yǔ)言處理程序。語(yǔ)言處理的過(guò)程:3.4.1 編譯程序高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序需要“翻譯”成計(jì)算一個(gè)翻譯程序能夠把諸如FORTRAN、Pascal、C、Ada、Smalltalk或Java這樣的“高級(jí)語(yǔ)言”編寫(xiě)的源程序轉(zhuǎn)換成邏輯上等價(jià)的諸如匯編語(yǔ)言之類(lèi)的“低級(jí)語(yǔ)言”的源程序，這樣的翻譯程序則稱(chēng)之為編譯程序。 編譯程序的功能如圖所示:3.4.1 編譯程序一個(gè)翻譯程序能夠把諸如FORTR

19、AN、Pascal、C、Ad編譯程序 將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯為機(jī)器語(yǔ)言程序的方式有解釋和編譯:(1)解釋解釋程序在處理源程序時(shí)，執(zhí)行方式類(lèi)似于日常生活中的“同聲翻譯”。解釋一句、執(zhí)行一句，立即產(chǎn)生運(yùn)行結(jié)果。解釋程序不產(chǎn)生目標(biāo)代碼，不能脫離其語(yǔ)言環(huán)境獨(dú)立執(zhí)行。解釋程序?qū)υ闯绦虻慕忉寛?zhí)行比編譯程序產(chǎn)生的目標(biāo)代碼程序的執(zhí)行速度要慢。3.4.1 編譯程序編譯程序 3.4.1 編譯程序編譯程序 (2)編譯編譯程序是把高級(jí)語(yǔ)言程序(源程序)作為一個(gè)整體來(lái)處理，首先將程序源代碼“翻譯”成目標(biāo)代碼(機(jī)器語(yǔ)言)，編譯后與系統(tǒng)提供的代碼庫(kù)鏈接，形成個(gè)完整的可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序(目標(biāo)程序代碼)。目標(biāo)程序可以脫離

20、其語(yǔ)言環(huán)境獨(dú)立執(zhí)行，使用比較方便、效率較高。相應(yīng)地，由于每次執(zhí)行之前必須通過(guò)編譯得到可執(zhí)行程序，所以，可執(zhí)行程序一旦需要修改，必須先修改源代碼，再重新編譯生成新的目標(biāo)文件(*.obj)才能執(zhí)行。3.4.1 編譯程序編譯程序 3.4.1 編譯程序 編譯程序的工作過(guò)程 如圖:3.4.1 編譯程序 編譯程序的工作過(guò)程 如圖:3.4.1 編譯程序3.4.2 詞法分析其任務(wù)是從左到右一個(gè)字符、一個(gè)字符地對(duì)源程序進(jìn)行掃描，讀入源程序，對(duì)構(gòu)成源程序的字符流進(jìn)行掃描和分解，通過(guò)詞法分析從而識(shí)別出一個(gè)個(gè)單詞(也稱(chēng)單詞符號(hào)或符號(hào))。例1 對(duì)表達(dá)式：position := initial + rate * 100；

21、進(jìn)行詞法分析。對(duì)其進(jìn)行詞法分析后得到以下結(jié)果：3.4.2 詞法分析其任務(wù)是從左到右一個(gè)字符、一個(gè)字符地對(duì) 單詞類(lèi)型 單詞值 標(biāo)識(shí)符1(id1)position 算符(賦值) := 標(biāo)識(shí)符2(id2)initial 算符(加)+ 標(biāo)識(shí)符3(id3)rate 算符(乘)* 整數(shù)100 分號(hào)；3.4.2 詞法分析 單詞類(lèi)型 單詞值3.4.3.4.3 語(yǔ)法分析 語(yǔ)法分析是編譯過(guò)程的第二個(gè)階段，任務(wù)是在詞法分析的基礎(chǔ)上將單詞序列分解成各類(lèi)語(yǔ)法短語(yǔ)，如“程序”、“語(yǔ)句”、“表達(dá)式”等等。一般這種語(yǔ)法短語(yǔ)也稱(chēng)為語(yǔ)法單位。3.4.3 語(yǔ)法分析 語(yǔ)法分析是編譯例2 按照例1的結(jié)果，對(duì)表達(dá)式：position :

22、= initial + rate * 100；進(jìn)行語(yǔ)法分析。語(yǔ)法規(guī)則： :=“:=” :=“+” :=“*” :=“(”“)” := := :=3.4.3 語(yǔ)法分析例2 按照例1的結(jié)果，對(duì)表達(dá)式：position := i依據(jù)源程序的語(yǔ)法規(guī)則把源程序的單詞序列組成語(yǔ)法短語(yǔ)(表示成語(yǔ)法樹(shù))，見(jiàn)圖:3.4.3 語(yǔ)法分析依據(jù)源程序的語(yǔ)法規(guī)則把源程序的單詞序列組成語(yǔ)法短語(yǔ)(表示成語(yǔ)把id1:=id2+id3*N轉(zhuǎn)換成語(yǔ)法樹(shù)見(jiàn)圖:3.4.3 語(yǔ)法分析把id1:=id2+id3*N轉(zhuǎn)換成語(yǔ)法樹(shù)見(jiàn)圖:3.4.3 3.4.4 語(yǔ)義處理 在詞法分析程序和語(yǔ)法分析程序?qū)υ闯绦虻恼Z(yǔ)法結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析之后，一般要由語(yǔ)法分

23、析程序調(diào)用相應(yīng)的語(yǔ)義子程序進(jìn)行語(yǔ)義處理。編譯過(guò)程中的語(yǔ)義處理實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能： 審查每個(gè)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的靜態(tài)語(yǔ)義，即驗(yàn)證語(yǔ)法結(jié)構(gòu)合法的程序是否真正有意義，有時(shí)把這個(gè)工作稱(chēng)為靜態(tài)語(yǔ)義分析或靜態(tài)審查。 如果靜態(tài)語(yǔ)義正確，則語(yǔ)義處理要執(zhí)行真正的翻譯，要么生成程序的一種中間表示形式(中間代碼)，要么生成實(shí)際的目標(biāo)代碼。3.4.4 語(yǔ)義處理 在詞法分析程例3 按照例1和2的結(jié)果，對(duì)表達(dá)式：position := initial + rate * 100；進(jìn)行語(yǔ)義處理。 Program p(); Var rate:real; Var initial :real; Var position :real ; posit

24、ion := initial + rate * 100；3.4.4 語(yǔ)義處理例3 按照例1和2的結(jié)果，對(duì)表達(dá)式：position :=下圖是得到的語(yǔ)義分析樹(shù)：3.4.4 語(yǔ)義處理下圖是得到的語(yǔ)義分析樹(shù)：3.4.4 語(yǔ)義處理語(yǔ)義分析階段審查源程序有無(wú)語(yǔ)義錯(cuò)誤，為代碼生成階段收集類(lèi)型信息。比如語(yǔ)義分析的一個(gè)工作是進(jìn)行類(lèi)型審查，審查每個(gè)算符是否具有語(yǔ)言規(guī)范允許的運(yùn)算對(duì)象，當(dāng)不符合語(yǔ)言規(guī)范時(shí)，編譯程序亦報(bào)告錯(cuò)誤。如有的編譯程序要對(duì)實(shí)數(shù)用作數(shù)組下標(biāo)的情況報(bào)告錯(cuò)誤。又比如某些語(yǔ)言規(guī)定運(yùn)算對(duì)象可被強(qiáng)制，那么當(dāng)二目運(yùn)算施于整型和實(shí)型時(shí)，編譯程序應(yīng)將整型轉(zhuǎn)換成實(shí)型而不能認(rèn)為是源程序的錯(cuò)誤。3.4.4 語(yǔ)義處理語(yǔ)

25、義分析階段審查源程序有無(wú)語(yǔ)義錯(cuò)誤，為代碼生成階段收集類(lèi)型信3.4.5 中間代碼生成所謂“中間代碼”是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、含義明確的記號(hào)系統(tǒng)，這種記號(hào)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為多種多樣的形式，重要的設(shè)計(jì)原則為兩點(diǎn)：一是容易生成；二是容易將它翻譯成目標(biāo)代碼。常用的中間代碼形式有逆波蘭式、三元式和四元式。3.4.5 中間代碼生成所謂“中間代碼”是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、含采用三地址指令表示t2 := id3 * t1，會(huì)得到以下的結(jié)果： ( * id3 t1 t2)表達(dá)式id1:= id2 + id3 * 100按照三地址指令生成中間代碼： (1) (inttoreal,100-t1) (2) (*id3t1t2) (3) (+id2t2t3) (4) (:=t3-id1)3.4.5 中間代碼生成采用三地址指令表示t2 := id3 * t1，會(huì)得到以下的3.4.6 中間代碼優(yōu)化中間代碼優(yōu)化的任務(wù)是對(duì)中間代碼進(jìn)行變換或進(jìn)行改造，目的是使生成的目標(biāo)代碼更為高效，即節(jié)省時(shí)間和空間。常用的優(yōu)化技術(shù)有刪除多余運(yùn)算、強(qiáng)度削弱、變換循環(huán)控制條件、合并已知量與復(fù)寫(xiě)傳播、刪除無(wú)用賦值等。將3.5.5小節(jié)的中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果為：(1) (*id3100.0t1)(2) (+id2t1id1)3.4.6 中間代碼優(yōu)化中間代碼優(yōu)化的任務(wù)是對(duì)中間代碼進(jìn)行3.4.7 目標(biāo)代碼生成目標(biāo)代碼生成