编程语言的设计
❶ 编程语言(比如C语言、JAVA)是怎么被设计出来的设计的过程又是怎样的
参考一些资料,可以看一些发展历史。C语言历史
早期的操作系统等系统软件主要是用汇编语言编写的,如UNIX操作系统。由于汇编语言
依赖于计算机硬件,程序的可读性和可移植性都比较差。为了提高可读性和可移植性,最好
改用高级语言,但一般高级语言难以实现汇编语言的某些功能,而汇编语言可以直接对硬件
进行操作,例如,对内存地址的操作、位(bit)操作等。人们设想能否找到一种既具有一般
高级语言特性,又具有低级语言特性的语言,集它们的优点于一身。于是,C语言就在这种
情况下应运而生了,之后成为国际上广泛流行的计算机高级语言。它适合于作为系统描述语
言,即用来写系统软件,也可用来写应用软件。
C语言是在B语言的基础上发展起来的,它的根源可以追溯到ALGOL 60。1960年出现的
ALGOL 60是一种面向问题的高级语言,它离硬件比较远,不宜用来编写系统程序,1963年英
国的剑桥大学推出了CPL(Combined Programming Language)语言。CPL语言在ALGOL 60的基
础上接近硬件一些,但规模比较大,难以实现。1967年英国剑桥大学的Matin Richards对
CPL语言作了简化,推出了BCPL(Basic Combined Programming Language)语言。1970年美国
贝尔实验室的Ken Thompson以BCPL语言为基础,又作了进一步简化,它使得BCPL能挤压在
8K内存中运行,这个很简单的而且很接近硬件的语言就是B语言(取BCPL的第一个字母),并
用它写了第一个UNIX操作系统,在DEC PDP-7上实现。1971年在PDP-11/20上实现了B语言,
并写了UNIX操作系统。但B语言过于简单,功能有限,并且和BCPL都是“无类型”的语言。
1972年至1973年间,贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上设计出了C语言(取BCPL的
第二个字母)。C语言既保持了BCPL和B语言的优点(精练,接近硬件),又克服了它们的缺点
(过于简单,数据无类型等)。最初的C语言只是为描述和实现UNIX操作系统提供一种工具语
言而设计的。1973年,K.Thompson和D.M.Ritchie两人合作把UNIX的90%以上用C改写,
即UNIX第5版。原来的UNIX操作系统是1969年由美国的贝尔实验室的K.Thompson和
D.M.Ritchie开发成功的,是用汇编语言写的,这样,Unix使分散的计算系统之间的大规
模联网以及互联网成为可能。
后来,C语言多次作了改进,但主要还是在贝尔实验室内部使用。直到1975年UNIX第6版
公布后,C语言的突出优点才引起人们普遍注意。1977年出现了不依赖于具体机器的C语言编
译文本《可移植C语言编译程序》,使C移植到其它机器时所需做的工作大大简化了,这也推
动了UNIX操作系统迅速地在各种机器上实现。例如,VAX,AT&T等计算机系统都相继开发了
UNIX。随着UNIX的日益广泛使用,C语言也迅速得到推广。C语言和UNIX可以说是一对孪生兄
弟,在发展过程中相辅相成。1978年以后,C语言已先后移植到大、中、小、微型机上,如
IBM System/370、Honeywell 6000和Interdata 8/32,已独立于UNIX和PDP了。现在C语言已
风靡全世界,成为世界上应用最广泛的几种计算机语言之一。
以1978年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式发表的UNIX第7版中的C编译程序为
基础,Brian W.Kernighan(柯尼汉)和Dennis M.Ritchie(里奇)合着了影响深远的名着
《The C Programming Language》,常常称它为‘K&R’,也有人称之为‘K&R标准’或‘白
皮书’(white book),它成为后来广泛使用的C语言版本的基础,但在‘K&R’中并没有定义
一个完整的标准C语言。为此,1983年,美国国家标准化协会(ANSl)X3J11 委员会根据C语言
问世以来各种版本对C的发展和扩充,制定了新的标准,称为ANSI C,ANSI C比原来的标准C
有了很大的发展:K&R在1988年修改了他们的经典着作《The C Programming Language》,
按照ANSI C标准重新写了该书。1987年,ANSI又公布了新标准——87 ANSI C。目前流行的C
编译系统都是以它为基础的。当时广泛流行的各种版本C语言编译系统虽然基本部分是相同
的,但也有一些不同。在微型机上使用的有Microsoft C(MS C),Borland Turbo C,Quick C
和AT&T C等,它们的不同版本又略有差异。到后来的Java、C++、C#都是以C语言为基础发展
起来的。
❷ 怎么研发一款编程语言
编程语言,作为人与计算机沟通的桥梁,有着重要和深远的意义。有过计算机编程经验的人,多少学习或掌握过一到多种编程语言。计算机专业领域的编程语言成百上千种,主流的编程语言也有数十种之多。每种编程语言面向的领域和特性都不尽相同,不过归根结底是为了解决人与计算机之间沟通的效率问题,提高计算机的生产力。想必有不少人对那些主流编程语言的创造者十分倾佩,也相信有不少人会好奇一门编程语言是如何诞生的。那么如何创造一门编程语言呢?
总的来看,创造一门编程语言需要有以下几个过程:
(1)设计语言的特性。
(2)定义语言的单词、语法和语义。
(3)实现编译器或者解释器将程序翻译为计算机底层表示。
(4)生成计算机程序的二进制存储格式。
(5)完善语言的运行时环境和标准库。
一、语言特性设计
所谓语言特性,就是编程语言为开发者提供了什么样的原子性功能特征。比如是否支持数学表达式计算、字符串处理,是否支持变量、函数和递归,是否支持分支、循环复合语句等。语言的变量类型是强类型、弱类型,还是动态类型,程序是过程式、函数式,还是面向对象的。是否支持模板、泛型和反射机制,是否支持多线程和并发特性,是否支持错误和异常处理机制等等。
语言特性设计是一门编程语言最关键的环节,直接决定了语言的基本特征和雏形。当然,这也是最难的一个环节,因为语言设计是面向具体问题领域的,是语言设计者从大量的编程实践中的获得的总结和升华。比如C语言设计者希望面向计算机底层,拥有对操作系统和硬件的直接操纵能力。而python的设计者则希望尽可能地减少操作计算机资源的繁琐过程,以获得语言的简洁性、高度的灵活性和扩展性。SQL的设计者面向具体的数据查询和分析领域,希望帮助开发者获得快速检索和操纵数据的能力。而Go语言的设计者则希望在保留C语言优秀功能的基础上,扩展编程语言对高并发环境的支持,并拥有垃圾回收和快速编译的能力。
凡此种种,编程语言特性的设计都是面向具体的问题领域的,是语言设计者构建于开发者和计算机之间的中间层,是对开发过程中重复功能逻辑的原子性“封装”,最终的目的是为了提升具体问题领域内的软件开发效率。
二、单词、语法和语义
和人类使用的自然语言类似,编程语言也有自身的单词、语法和语义,专业上称为词法记号、语言文法和语义。
常见的词法记号可以分为数字、字符、字符串、标识符、关键字,以及用于连接表达式的运算符、分割语句或者程序段落的界符等符号。这些是编程语言程序的基本单位,通过它们的有序组合,构建出了一门编程语言形形色色的代码片段。
编程语言的文法是用来描述语言的语法规则的,具体来说是规定词法记号之间的排列组合的顺序与规则。它描述了编程语言程序的基本模式,不符合该模式的词法记号的排列被挡在了合法语言程序的大门之外。同时,它也是各种编程语言对于开发者最明显的差异化特征。一个有经验的开发者可以很容易地通过扫视一段代码,就能分辨出这是哪种编程语言编写的计算机程序。
编程语言的语义描述了一段符合语言语法的程序,对于计算机而言的真正含义,是开发者最终要传达给计算机的意愿和指令。语言的语义必须是准确的、无二义性的,编译器也正是通过语义的指导,将计算机程序翻译为计算机可识别的表达形式。
三、程序的翻译
计算机程序是用来供人阅读和修改的,计算机硬件并不能理解程序内的思想和含义。因此,必须有一个翻译转换的过程,将人所表达的意愿准确无误地传递给计算机,让计算机明确并执行人下发的指令。实现这种翻译工作的工具就是编译器或解释器。
对于编译器来说,它的输入是人类书写的计算机语言程序,输出则是计算机可识别的底层表示。首先,它需要识别出程序中的单词,即词法分析。然后,根据单词的组合模式识别出程序的语法结构,即语法分析。最后,根据不同的语法结构对应的语义,将程序按照每个语法模块的形式转换为计算机可识别的指令序列,即语义分析和目标代码生成。
众所周知编译器的实现具有一定的复杂度,其根本原因来自于语言语法的结构灵活性和计算机底层表达形式的多样性,这也是创造一门编程语言最核心的环节。
四、二进制存储
编译器将语言程序翻译转换后,需要将转换后的结果存储起来,以便计算机在需要的时候将其加载、执行。这里不可避免的涉及到两个问题:
(1)转换后的结果是什么样的形式?
(2)转换后的结果保存在哪里?
第一个问题描述的是计算机程序被转换为怎样的形式,才是计算机可以识别的。由于计算机中实际运行程序的硬件模块是CPU,因此计算机程序只有被转换为CPU的二进制指令格式才能被正确识别、执行。比如常见的Intel体系的CISC指令格式、ARM体系的RISC执行格式等。
第二个问题描述的是计算机程序转化为二进制指令格式后,以什么样的方式保存在计算机的磁盘上。由于绝大多数的计算机程序是需要通过运行在计算机硬件之上的操作系统加载运行的,因此计算机程序的二进制表达形式必须以对应操作系统可识别的文件格式存储。比如常见的Windows操作系统的PE文件格式、linux操作系统的ELF文件格式等。
五、运行时环境和标准库
理论上讲,一门编程语言如果能提供出完备的操纵操作系统和硬件的原子性功能就已经成功了。但是不提供强大的运行时环境支持和标准库,是很难让一门编程语言真正的好用和流行的。没有人希望简单地打印一行字符串,还需要使用编程语言提供的基本特性实现调用操作系统提供的打印接口的逻辑。Java语言之所以久兴不衰,正是因为它不仅提供了完善的运行时环境和开发库支持,甚至提供了更强大的开发框架和工具支持。
因此可见,除了完备的语言特性,为开发者提供更方便好用的库和框架支持,消除软件构建过程中复杂和重复的逻辑,才是一门优秀编程语言的长盛之道。
六、自己动手,立即开始!
《自己动手构造编译系统——编译、汇编与链接》一书详细阐述了一门编程语言从无到有的过程,从语言的功能特性设计,到词法、文法、语义分析;从编译器、汇编器的设计实现,到目标文件的链接生成可执行文件;甚至编译优化器的实现、二进制指令、可执行文件格式以及语言运行时和标准库的概念,都在书中做了认真细致地剖析。相信对本书的阅读,将是一次不错的获得知识的体验!
❸ 如何理解一门编程语言本身的设计思路
可以去看语言设计者自己写的书,一般都会在其中或多或少的谈一些设计思路。如Ruby语言的设计者写过一本《松本行弘的程序世界》,从全局的角度,利用大量的程序示例及图表,深刻阐述了Ruby编程语言的设计理念,并以独特的视角考察了与编程相关的各种技术。
另外,有门子学科叫做“程序设计语言”,专门研究如何设计一门编程语言,包括其编译、语法、与底层的交互等等。裘宗燕翻译过一本《程序设计语言-实践之路》,很不错,可以当武功心法来看。
❹ python语言程序设计是什么
Python是一种跨平台的计算机程序设计语言。 是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。最初被设计用于编写自动化脚本(shell),随着版本的不断更新和语言新功能的添加,逐渐被用于独立的、大型项目的开发。
它是由荷兰数学和计算机科学研究学会的Guido van Rossum 于1990 年代初设计,作为一门叫做ABC语言的替代品。之所以选中Python(大蟒蛇的意思)作为该编程语言的名字,是取自英国20世纪70年代首播的电视喜剧《蒙提·派森的飞行马戏团》(Monty Python's Flying Circus)。 Python提供了高效的高级数据结构,还能简单有效地面向对象编程。Python语法和动态类型,以及解释型语言的本质,使它成为多数平台上写脚本和快速开发应用的编程语言。
自从20世纪90年代初Python语言诞生至今,它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程。
Python是一种解释型脚本语言,可以应用于以下领域:
4.1 Web 和 Internet开发
4.2 科学计算和统计
4.3 人工智能
4.4 桌面界面开发
4.5 软件开发
4.6 后端开发
4.7 网络爬虫
它的特点有:
简单:
Python是一种代表简单主义思想的语言。阅读一个良好的Python程序就感觉像是在读英语一样。它使你能够专注于解决问题而不是去搞明白语言本身。
易学:
Python极其容易上手,因为Python有极其简单的说明文档 。
速度快:
Python 的底层是用 C 语言写的,很多标准库和第三方库也都是用 C 写的,运行速度非常快。
免费、开源:
Python是FLOSS(自由/开放源码软件)之一。使用者可以自由地发布这个软件的拷贝、阅读它的源代码、对它做改动、把它的一部分用于新的自由软件中。FLOSS是基于一个团体分享知识的概念。
高层语言:
用Python语言编写程序的时候无需考虑诸如如何管理你的程序使用的内存一类的底层细节。
可移植性:
由于它的开源本质,Python已经被移植在许多平台上(经过改动使它能够工作在不同平台上)。这些平台包括Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、Solaris、OS/2、Amiga、AROS、AS/400、BeOS、OS/390、z/OS、Palm OS、QNX、VMS、Psion、Acom RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE、PocketPC、Symbian以及Google基于linux开发的android平台。
解释性:
一个用编译性语言比如C或C++写的程序可以从源文件(即C或C++语言)转换到一个你的计算机使用的语言(二进制代码,即0和1)。这个过程通过编译器和不同的标记、选项完成。
运行程序的时候,连接/转载器软件把你的程序从硬盘复制到内存中并且运行。而Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。你可以直接从源代码运行 程序。
在计算机内部,Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式,然后再把它翻译成计算机使用的机器语言并运行。这使得使用Python更加简单。也使得Python程序更加易于移植。
面向对象:
Python既支持面向过程的编程也支持面向对象的编程。在“面向过程”的语言中,程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。在“面向对象”的语言中,程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。
可扩展性:
如果需要一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公开,可以部分程序用C或C++编写,然后在Python程序中使用它们。
可嵌入性:
可以把Python嵌入C/C++程序,从而向程序用户提供脚本功能。
丰富的库:
Python标准库确实很庞大。它可以帮助处理各种工作,包括正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密码系统、GUI(图形用户界面)、Tk和其他与系统有关的操作。这被称作Python的“功能齐全”理念。除了标准库以外,还有许多其他高质量的库,如wxPython、Twisted和Python图像库等等。
规范的代码:
Python采用强制缩进的方式使得代码具有较好可读性。而Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。
这只是一个简单的理解,希望对你有帮助,望采纳,谢谢!
❺ 网页设计有哪些编程语言
网页设计的语言分两类,一是CGI类,本质上就是机器上可以执行的程序,可以用所有语言编写,只要编写的程序代码能独立执行就可以,例如WINDOWS平台的BAT、CMD都是可以的,能编译为EXE的C、PASCAL、汇编等任何语言都是可以的。二是服务器脚本类,主要有ASP(以及.NET)、JSP、PHP等。
❻ C语言程序设计是什么
C语言是古老而长青的编程语言,它具备了现代程序设计的基础要求,它的语法是很多其他编程语言的基础,在系统程序、嵌入式系统等领域依然是无可替代的编程语言,在各类编程语言排行榜上常年占据前两名的位置。
程序设计是一门基础课程。对于计算机相关专业而言,程序设计是专业基础知识,是进一步学习其他专业知识的第一步阶梯;对于非计算机专业而言,程序设计的学习有助于理解计算机的能力所在,理解哪些是计算机擅长解决的问题,怎样的方式方法是计算机擅长的手段,从而能更好地利用计算机来解决本专业领域内的问题。
❼ 电脑编程语言谁设计出来的
编程语言很多,不同的语言由不同的前辈发明或者你说的设计。比如fortran语言是IBM公司的前辈设计的,设计用来进行科学计算,所以直到现在结构计算等科学研究领域仍然在广泛使用fortran语言。fortran语言对高精度浮点运算、多处理器、多线程等支持优于其它语言,但非科学计算的方面fortran的表现就差一些。
还有algol、pascal、cobol、basic、c、lisp、Java 、Python 等等。编程语言很多,都是特定环境条件下的发明刨造,也都有自己的应用范围。你可查网络的相关词条。
❽ 电脑编程语言怎么设计出来的
编程语言..是人为制作的....
那么,,怎么制作出来的呢????
那就要从C语言讲起了..C语言是祖宗了..但也不是最早的祖宗...
当年98操作系统,,就是用C语言编写的..
后来微软推出的编程工具,,也是用C++或者C语言编写的..
那么C语言和C++又是谁发明出来的呢????
C语言和C++都被称为高级语言..什么叫高级语言呢?
就是能够被人理解的语言.就叫高级语言了...
那么,,怎么发明出来的呢?
其实,,当初人们和计算机打交道,,当初的计算机,,也就是最早的计算机,,有一个房子那么大..操作他要几十个科学家..
为什么呢?因为计算机只能识别二进制语言..
人们就在二进制的基础上,,慢慢编写,,用了发明了汇编语言这种低级语言,,毕竟汇编比二进制容易理解很多很多..
但由于汇编学习起来很难理解..于是人们 又在他的基础上,进一步解释,简化..最后发明C语言,,到C++(其实C++和C语言是完全不同的语言,,但他们都是计算机语言,不过是表达规则不同罢了),,
之后又在这个基础上发明了什么VB等的语言..
这些都是从低级语言一级一级发展而来的的后辈了..
如果你想编写自己的计算机语言,,那么你可以学习C语言..C语言功能强大,,接近计算机硬件..
如果你觉得不爽,,就学习汇编吧..这个语言比C语言更低级..更接近计算机硬件..用这种语言编写的病毒程序,,甚至能让计算机硬件损坏..
当今变成工具,,繁多,,但最终都是从几个基础语言系发展出来的..
一个是C语系..包括C++,,等
另一种是BASIC语系....
等..
想发明自己的计算机语言学好最基础的BASIC和C语言是个不错的做法...
最好就学汇编吧..
❾ 如何设计一门计算机编程语言呢
第一步:首先要对这种语言的大体操作和理论知识要有一些了解,这个可以看哈相应的教材。第二步:研究代码程序的执行过程第三步:就是最重要的要多练,最好是再点由浅到深的题去做这样只要你坚持两个月相信你会有很大的进步的
❿ 程序设计语言通常有哪些
程序设计语言通常分为:机器语言、汇编语言、高级语言三类。
机器语言是最底层的语言,只有“0”和“1”,二进制语言,就像开关一样,0是关,1是通过。汇编语言指令是机器指令的符号化,与机器指令存在着直接的对应关系。
高级语言面向用户的、基本上独立于计算机种类和结构的语言。高级语言的一个命令可以代替几条、几十条甚至几百条汇编语言的指令。
(10)编程语言的设计扩展阅读:
主要语言
1、习语言,即中文版的C语言
2、O语言,O语言是一款中文计算机语言(或称套装:O汇编语言、O中间语言、O高级语言)
3、APT( Automatically Pro-grammed Tools)——自动数控程序。第一个专用语言,用于数控机床加工,1956。
4、FORTRAN(FORmula TRANslation)——公式翻译程序设计语言。第一个广泛使用的高级语言,为广大科学和工程技术人员使用计算机创造了条件,1956。