程序設計語言與編譯原理-控制結構課件

第三章控制結構主要討論語言中描述算法的機制，即控制結構。主要討論各種語句級控制結構和單元級控制結構?？刂平Y構:程序員用來規(guī)定程序各個成分（語句和程序單元）的執(zhí)行流程的控制部分語句級控制結構單元級控制結構1

3.2語句級控制結構順序（sequencing）選擇（selection）重復（repetition）語句級控制結構:語言用來構造各種語句執(zhí)行順

序的機制語句級控制結構分為三種：2語言可用的、最簡單的控制結構。順序運算符（語句結束標記）

；一.順序3復合語句若干個語句可以通過順序運算符組在一起作為一個單獨的語句.復合語句括號：

begin…end

或

{…}二.選擇選擇控制結構允許程序員在某些可選擇的語句中選擇其中一條來執(zhí)行。

單選ifthen二選一ifthenelse多選一嵌套ifthenelse或case…1.單選ifthen

max:=a;

if

(a<b)

thenmax:=b;

可供選擇的語句max:=b要么執(zhí)行要么不執(zhí)行if

(a>b)then

max:=aelse

max:=b;可供選擇的語句max:=a和

max:=b只選擇其中一個執(zhí)行2.二選一

ifthenelse

選擇結構引起二義性

ifx>0thenifx<10thenx:=0elsex:=1000怎樣解決if語句的二義性？ALGOL68中if語句的結束符號fi；Ada用endif；例如：ifx>0thenifx<10thenx:=0elsex:=1000fifiifx>0thenifx<10thenx:=0fielsex:=1000fiPL/1和PASCAL語言采用“最近匹配原則”，即else匹配最近的then：ifx>0thenifx<10thenx:=0elsex:=1000等價于ifx>0thenbeginifx<10thenx:=0elsex:=1000endALGOL60加入begin..end來消除二義性:ifx>0thenbeginifx<10thenx:=0elsex:=1000endifx>0thenbeginifx<10thenx:=0endelsex:=100083.多選一嵌套的ifthenelse

ifathenS1

elseifbthenS2

elseifcthenS3

elseS4fififi

①PL/1的select結構

SELECT:

WHEN(A)S1;

WHEN(B)S2;

WHEN(C)S3;

OTHERWISES4;

END9多選一的簡潔表達

②多種語言的case語句：PASCALALGOL68Adavaroperator:char;operand1,operand2,result:boolean;……caseoperatorof

‘.’:result:=operand1andoperand2;

‘+’:result:=operand1oroperand2;

‘=’:result:=operand1=operand2;end10

不同語言case語句的差異：ALGOL68中，case語句基于整表達式的值，表達式的值為i，則選擇第i個分支執(zhí)行。PASCAL顯式列出可能的值，表達式的值與分支的值相同時，選擇該分支。每個分支在case中出現(xiàn)的次序是無關緊要的。表達式的值不在顯式列出的值中時的處理：out和otherwise；11Java中Switch語句的選擇結構switch(表達式){case常量表達式1：語句1;case常量表達式2：語句2;

…….case常量表達式n:語句n;default:語句n+1;}switch語句判斷條件只能接受byte,char,int,short型一旦碰到第一次case匹配，就會開始順序執(zhí)行以后所有的程序代碼，而不管后面的case條件是否匹配，后面case條件下的語句都會被執(zhí)行，直到碰到break語句為止。12class

SampleSwitch

{

public

static

void

main(String

args[])

{

for(int

i=0;

i<6;

i++)

switch(i)

{

case

0:

System.out.println("i

is

zero.");

break;

case

1:

System.out.println("i

is

one.");

break;

case

2:

System.out.println("i

is

two.");

break;

case

3:

System.out.println("i

is

three.");

break;

default:

System.out.println("i

is

greater

than

3.");

}

}

}

133.Dijkstra選擇結構ifB1→S1B2→S2B3→S3…...BN→SNfi其中，Bi是布爾表達式，稱為衛(wèi)哨。若有多個衛(wèi)哨為真時執(zhí)行任一Si。特性：非確定性例如計算A和B的最大值，可寫成ifABMAX:=BABMAX:=Afi14三.重復當預先知道重復次數(shù)時,在循環(huán)計數(shù)器值的有限集合上重復。①FORTRAN的DO循環(huán)中,用標號控制循環(huán)體

DO7I=1，10A（I）=0B（I）=0

7CONTINUE

1.計數(shù)器制導15

②Pascal的for語句計數(shù)重復的值可在任何有序集上for...tofor...downto16

for語句for(表達式一；表達式二；表達式三){

執(zhí)行語句;}表達式一：初始化表達式；表達式二：循環(huán)條件表達式；表達式三：循環(huán)后的操作表達式。表達式一表達式三執(zhí)行語句表達式二結束falsetrue17for(inti=0;i<10;i++){System.out.println(i);}inti=0;for(;i<10;i++){System.out.println(i);}inti=0;for(;i<10;){System.out.println(i);i++;}inti=0;for(;;){if(i>=10)break;System.out.println(i);i++;}等效

18①while循環(huán)：描述0或任意多次的重復②repeatuntil循環(huán)：至少一次以上的重復

2.條件制導

19while語句while(條件表達式語句){

執(zhí)行語句

}intx=1;While(x<3){System.out.println(“x=”,x);x++;}注：while表達式的括號后面一定不能加;

20

Dijkstra的衛(wèi)哨命令表示法doB1→S1B2→S2......BN→SNod重復執(zhí)行直到?jīng)]有Bi為真。若有多個Bi為真，任選一個Si執(zhí)行。21

順序、選擇和重復可以幫助程序員組織語句的控制流程，是基本控制工具。順序、選擇、重復是一定意義的抽象；

四、語句級控制結構分析22抽象控制結構順序是按程序計數(shù)器提供的順序獲得指令的一種抽象。選擇和重復是對顯式修改程序計數(shù)器的值的抽象---無條件轉移和條件轉移控制既簡單又有效。抽象控制結構比顯式控制結構：修改指令計數(shù)器的低級控制機制更好。

面向問題：程序員通過使用順序、選擇和重復的一般模式就能較好地表達控制語句執(zhí)行的意圖。高級語言控制結構最終要由條件轉移和無條件轉移的低級代碼實現(xiàn)。與程序員無關，將由編譯器生成有效的機器代碼，因而采用高度抽象概念有利于程序設計。ifBthenSifBgotoB.true

gotoS.nextB.true:…S的代碼S.next:BSYNifBthenS1elseS2ifBgotoB.true

gotoB.falseB.true:…S1的代碼

gotoS.nextB.false:…S2的代碼S.next:BS1S2YNfor（i=1；iN；i++）Si:=1；again:ifiNgotoB.truegotoS.next

B.true:…

S的代碼i:=i+1；

goto

againS.next:

計算機科學先驅EdsgerWybeDijkstra1930年出生在荷蘭鹿特丹市。Dijkstra曾是開發(fā)Algol的委員會成員。編寫了第一個Algol60編譯器。他發(fā)明或幫助定義的概念包括結構化編程、堆棧、向量、信號量和同步過程。29

1968年，提出并寫下了一篇著名的論文：《GoTo語句是有害的》。1972年，Dijkstra榮獲美國計算機協(xié)會的圖靈獎。2002年8月6日，去世，享年72歲。Dijkstra精彩言論編程的藝術就是處理復雜性的藝術。優(yōu)秀的程序員很清楚自己的能力是有限的，所以他對待編程任務的態(tài)度是完全謙卑的，特別是，他們會象逃避瘟疫那樣逃避“聰明的技巧”——1972年圖靈獎演講計算機科學是應用數(shù)學最難的一個分支，所以如果你是一個蹩腳的數(shù)學家，最好留在原地，繼續(xù)當你的數(shù)學家。實際上如果一個程序員先學了BASIC，那就很難教會他好的編程技術了：作為一個可能的程序員，他們的神經(jīng)已經(jīng)錯亂了，而且無法康復。就語言的使用問題：根本不可能用一把鈍斧子削好鉛筆，而換成十把鈍斧子會使事情變成大災難。簡單是可靠的先決條件。30大多數(shù)程序設計語言提供goto語句，這是隨意修改程序計數(shù)器值的抽象。

Dijkstra于1968年發(fā)表了著名論文，論述了goto語句對程序設計的影響。結論：包含許多goto語句的程序隱含許多出錯的機會。關于goto語句大多數(shù)語言提供了豐富的控制結構，通常也提供了goto語句。語言提供怎樣的控制結構?

對這個問題仍然有爭議。

一些語言（

如Java）吸取了Diikstra的建議，廢棄goto語句，使程序邏輯更加清晰。但為了實現(xiàn)控制轉移，特別設計了break

語句和continue

語句，從而實現(xiàn)“有節(jié)制”地使用goto語句。回顧C語言的處理方法?？刂平Y構的選擇至今仍不清楚究竟應該提供哪些專門的控制結構，才能更好地滿足程序設計的所有需要。雖然各種語言建立了多種多樣的控制結構，但至今沒有一種語言的控制結構是令人滿意的。Bohm和Jacopini于1966

年在理論上證明，使用順序、選擇和重復就可對計算機所有可能的算法進行編碼。因此，這3種結構組成了控制結構的有效集合。然而，僅僅使用這3種控制結構寫出的程序不太直觀。實際上，增加一些控制結構的表達方式（如：增加多重選擇case，do-while,repeat-until等）,雖然在理論上是多余的，但這樣的確能提高程序的可寫性和可讀性。3.3單元級控制結構單元級控制結構：規(guī)定程序單元之間控制流程的機制38在程序順序執(zhí)行的過程中，遇到一個分程序，就建立一個新的引用環(huán)境，并執(zhí)行這個分程序。更強的機制允許程序員通過顯式調用單元（例如函數(shù)和過程），把控制從一個單元轉移到另一個單元。四種單元級控制結構

顯式調用從屬單元異常處理協(xié)同程序并發(fā)單元這種類型的調用覆蓋所有的子程序：

FORTRAN

語言的子程序和函數(shù)

PASCAL

語言的函數(shù)和過程

C語言的函數(shù)

…都屬于顯式調用。一.顯式調用從屬單元每個子程序（函數(shù)、過程）都有一個名字，通過名字進行程序單元的調用。執(zhí)行調用語句時將控制轉向被調用單元，被調用單元執(zhí)行完后，又將控制返回主調用單元，并繼續(xù)執(zhí)行緊跟在調用語句后面的語句（返回地址）。子程序B子程序Areturn…callBendA返回地址當控制從調用單元轉向被調用單元時，還可進行參數(shù)傳遞。參數(shù)傳遞可實現(xiàn)單元之間的通信。單元之間的通信也可以通過全局變量或非局部變量來進行（副作用）參數(shù)傳遞每次調用允許傳遞不同的數(shù)據(jù)(實際參數(shù))，為單元間的通信提供了靈活性。也提高了程序的可讀性和可修改性。參數(shù)的兩種綁定方式在大多數(shù)程序的子程序調用中，使用

位置對應方法實現(xiàn)實參與形參的綁定。subprogramS(Fl，F(xiàn)2

，…

，F(xiàn)N)；

……子程序調用方式callS(Al，A2

，…

，AN)；位置方法表示實參Ai綁定形參Fi位置參數(shù)綁定方式很方便。在參數(shù)比較多，又允許多個參數(shù)省略的情況下，很容易出錯。設N=10，且第2,4,5,6,7,9個形參對應的實參都省略，那么callS(Al,,A3,,,,,A8,,A10)

很可能把逗號的位置弄錯。多一個逗號或少一個逗號都會造成形參與實參的綁定錯誤，同時也降低了程序的可讀性。為了克服上述缺點，有些語言顯式列出相應實參與形參的綁定關系。callS(A1=>F1,A3=>F3,A8=>F8,A10=>F10)在參數(shù)可省略(缺省參數(shù))的情況下，一般都要在過程（或函數(shù)）首部做出專門的規(guī)定:指出以什么樣的特定值（缺省值）來替代省略的實參。C++的缺省參數(shù)intSHOW(char*s,intx=0,inty=0){…}在子程序調用中，

副作用和別名也會影響程序的可讀性，容易導致程序出錯。對非局部環(huán)境的修改①副作用降低了程序的可讀性②副作用限制了數(shù)學運算律的使用如:w:=x+f(x,y)+z③副作用影響目標代碼的優(yōu)化如:u:=x+z+f(x,y)+f(x,y)+x+zx、y為變參z為全局變量3.副作用

534.別名在單元激活期間,兩個變量表示(共享)同一數(shù)據(jù)對象對非局部環(huán)境的修改。①FORTRAN的EQUIVALENCE語句，EQUIVALENCE(A,B)②Pascal的變參使得形參和實參共享同一數(shù)據(jù)對象③C++的引用參數(shù)

54procedureswap(varx,y:integer);beginx:=x+y;y:=x-y;x:=x-y;end;

調用swap(a,a);swap(b[i],b[j]);若i=jswap(p,q);若p、q指向同一數(shù)據(jù)對象55voidswap(int&x,int&y){x:=x+y;y:=x-y;x:=x-y;}procedureswap(varx:integer);/*a是全局變量*/beginx:=x+a;a:=x-a;x:=x-a;end;調用swap(a);將產生不正確的結果③變參和全局變量表示同一數(shù)據(jù)對象時，也會引起別名

56④別名也影響編譯器生成優(yōu)化的代碼

a:=(x-y*z)+w/*若a與x、y或z中任

b:=(x-y*z)+u

一個是別名*/

⑤別名的消除

.廢除可能引起別名的結構

.限制使用指針、變參、全局變量、數(shù)組等

57二.隱式調用單元異常處理

隱式地將控制從一個單元轉向到另一個單元，通常有于異常處理異常是指導致程序正常執(zhí)行中止的事件，要靠發(fā)信號來引發(fā)，用異常條件來表示，并發(fā)出相應的信號，引發(fā)相應的程序。58早期語言中除PL/1外，通常沒有專門的異常條件及異常處理程序。后期開發(fā)的語言提供了異常處理機制，使涉及異常事件的處理獨立出來.

不包括在程序的主流程中，以保證程序的邏輯按基本算法進行。（1）異常如何說明，它的作用域是什么？（2）異常如何發(fā)生（或如何發(fā)信號）？（3）發(fā)出異常信號時，如何規(guī)定要執(zhí)行的單元（異常處理程序）？（4）發(fā)出異常時，如何綁定相應的異常處理程序？（5）處理異常之后，控制流程轉向何處？異常處理要考慮的問題

60在這些問題中，問題（5）的解決對語言處理異常機制的能力和可使用性有很大的影響。方法1語言設計中可能的基本選擇是，相應的異常處理程序執(zhí)行完之后，允許控制返回發(fā)生異常事件的執(zhí)行點。在這種情況下，異常處理程序可對執(zhí)行的程序進行“修補”，終止相應的異常事件，以便程序繼續(xù)正常地執(zhí)行。解決了程序繼續(xù)執(zhí)行的問題，但并未真正消除發(fā)生異常的因素。方法2相應的異常處理程序執(zhí)行完之后，終止引起異常的程序單元的執(zhí)行，由異常處理程序進行控制的轉移。從概念上說，這意味著引起異常的單元不能恢復執(zhí)行；從實現(xiàn)的觀點來看，這意味著刪除異常單元的活動記錄。1.PL/1異常處理2.CLU的異常處理3.Ada的異常處理自學，了解。4.C語言的出錯處理實現(xiàn)出錯處理的方法是將用戶函數(shù)與出錯處理程序緊密地結合起來，但將造成出錯處理使用的不方便和難以接受。用C標準庫的assert宏進行出錯處理使用allege函數(shù)在運行時檢查錯誤。allege函數(shù)對一些小型程序很方便，對于復雜的大型程序，所編寫的出錯處理程序也將更加復雜。5．C++語言的異常處理異常處理是C++的一個主要特征，它提出了出錯處理更加完美的方法。設置陷阱

拋出異常捕獲異常

trythrowcatchC++的異常處理語句的格式如下：try{…}catch(異常類型1){異常1處理程序}catch(異常類型2){異常2處理程序}……catch(異常類型n){異常n處理程序}Try{

//可能發(fā)現(xiàn)異常的語句塊}catch(異常類型,e){

//發(fā)生異常時候的執(zhí)行語句塊}

finnally{

//不管是否發(fā)生異常都執(zhí)行的語句塊}java異常處理

70三.

SIMULA67語言協(xié)同程序

定義：兩個或兩個以上程序單元之間交錯地執(zhí)行,這樣的程序稱為協(xié)同程序。例如：設有程序單元C1和C2，由C1開始執(zhí)行，當執(zhí)行到C1的“resumeC2”命令時，顯示激活C2，并將C1的當前執(zhí)行點的現(xiàn)場保存起來，將控制C2的執(zhí)行點；若C2執(zhí)行到某個“resumeC1”語句，將C2的當前執(zhí)