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架构师备考-背诵精华（计算机语言）

news 2025/1/16 0:46:09

定义

计算机语言是指用于人与计算机之间交流的一种语言，是人与计算机之间传递信息的媒介。
计算机语言主要由一套指令组成，而这种指令一般包括：表达式、流程控制和集合三大部分内容。
- 表达式包括：变量、常量、字面量和运算符
- 流程控制包括：分支、循环、函数和异常
- 集合包括：字符串、数组、散列表等数据结构

计算机语言的分类

计算机语言分为机器语言、汇编语言、高级语言、建模语言、形式化规格语言。

机器语言
- 机器语言是最早使用的程序设计语言，是第一代计算机语言。
- 机器语言围绕的中心是指令，每条机器指令就是一个0，1串。指令的集合称为指令系统，也就是机器语言。
汇编语言
- 用一些简洁的英文字母，符号串来替代一个特定指令的二进制串，这种语言称为汇编语言，即第二代计算机语言。
- 汇编语言的语句格式包括：指令语句，伪指令语句，宏指令语句。
高级语言：
- 高级语言是一类语言的统称，它比汇编语言更贴近于人类使用的语言，易于理解、记忆和使用。
建模语言
- 1997年10月17日，OMG 采纳UML1.1作为面向对象技术的标准建模语言。
- UML 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它的作用不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。
形式化规格语言
- Z语言：建立于集合论和数理逻辑的基础上。集合论包括标准的集合运算符、笛卡尔积和幂集；数理逻辑包括一阶谓词演算，二者合二为一，形成了易学易用的数学语言。

程序设计语言的分类

类型	示例
命令式和结构化程序设计语言（过程式）	Fortran，PASCAL,C语言
面向对象的程序设计语言	java，C++，C#
函数式程序设计语言	lisp,scala
逻辑型程序设计语言	Prolog
脚本语言	PHP，js，Python

程序设计语言可根据其编译方式分为解释型语言和编译型语言。
- 解释型语言：解释型语言在执行时，是逐行读取、解释并执行的。解释器读取代码的每一行，将其转换为机器代码，然后执行。这意味着解释型语言不需要预先编译即可执行。常见的解释型语言包括 Python、JavaScript 和 Ruby。
  - 特点：不产生目标程序、效率低、灵活性好、可移植性高
- 编译型：编译型语言在执行前需要经过一个编译过程，将整个代码转换成机器可读的指令。这个过程通常由编译器完成。编译后的代码可以直接由计算机的处理器执行，因此通常执行速度更快。常见的编译型语言包括 C、C++ 和 Java。
  - 特点：生成目标程序、效率高、灵活性差、可移植性差

编译程序的过程

编译程序的过程包括：词法分析、语法分析、语义分析、生成中间代码、中间代码优化、目标代码生成（可选）

词法分析：输入源程序，对构成源程序的字符串进行扫描和分解，识别出一个个的单词，删掉无用的信息，报告分析时的错误；
语法分析：语法分析的任务是在词法分析的基础上，根据语言的语法规则将单词符号序列分解成各类语法单位。通过语法分析确定整个输入串是否构成一个语法上正确的程序
语义分析：主要检查源程序是否存在语义上的错误，并收集类型信息供后面的代码生成阶段使用。语义分析分为静态分析和动态分析两个部分。静态语义分析使用语法指导翻译。
中间代码：不依赖计算机，有四种表现形式
1. 后缀式，（逆波兰式）
2. 树型表示
3. 三元式（三地址码）
4. 四元式（四地址码）
出错处理
1. 静态错误：编译时出现语法错误，静态语义错误(运算符与运算对象类型不合法)
2. 动态错误：程序运行时出现（变量取0做除数，数组下标越界等）

文法

文法 G 定义为一个四元组（VN，VT，P，S），

VN：非终结符集合；指在文法中可以代替其他符号的符号集合
VT：终结符集合：指在文法中不能再分解成其他符号的符号集合
P：产生式集：是指在文法中定义的语言规则集合
S：识别符或开始符号，：在文法中作为句子开头的符号，也是一个非终结符，至少要在一条产生式的左边出现

文法类型	示例
0型文法	短语文法，图灵机，递归枚举
1型文法	上下文有关文法
2型文法	上下文无关文法（语法规则）
3型文法	正规式（词法分析）

0型文法：0型文法也称为无限制文法或短语结构文法，是最一般形式的文法。在这种文法中，生成规则没有限制。任何字母都可以替换为任何字符串，包括空字符串。
上下文有关文法：生成规则的形式是A → β，其中A是一个非终结符号，β是一个由终结符号和非终结符号组成的字符串。此外，A必须在β中出现。
上下文无关文法：形式语言理论中一种重要的变换文法，用来描述上下文无关语言，在乔姆斯基分层中称为2型文法。由于程序设计语言的语法基本上都是上下文无关文法，因此应用十分广泛。

正规式

正规式	正规集
ab	字符串ab构成的集合
`a\|b`	字符串a，b构成的集合
a*	由0个或多个a构成的字符串集合
（a\|b)*	所有字符a或b构成的串的集合
a（a\|b)*	以a为首字符的a，b字符串的集合
（a\|b)*abb	以abb结尾的a，b字符串的集合

有限自动机

确定的有限自动机 DFA：该状态机在任何一个状态，基于输入的字符都能做成一个确定的状态转换
不确定的有限自动机 NFA：该状态机在任何一个状态，基于输入的字符都不能做成一个确定的状态转换；1，对于一个输入，它有两种状态可以转换；2，存在空的情况，既没有任何字符输入的情况下，NFA可以从一个状态迁移到另一个状态；

常见高级语言简介

Fortran（公式翻译）是最早的高级编程语言之一，于1957年由IBM开发，适用于科学计算和数值分析。
Lisp是第二古老的编程语言，于1958年由John McCarthy设计。支持宏系统，高度可扩展。代码即数据（Code as Data）的理念。主要用于人工智能研究。
Pascal是由Niklaus Wirth在1970年设计的，旨在提供一种用于教育目的的编程语言。强类型语言，有助于减少错误。
Prolog是1972年开发的一种逻辑编程语言。基于事实和规则进行逻辑推演。自动内存管理。主要用于人工智能和专家系统。
C语言于1972年由Dennis Ritchie在贝尔实验室开发，用于Unix操作系统。高效、灵活、功能强大。
C++是由Bjarne Stroustrup在1983年开发的，是C语言的超集。支持面向对象、过程化、泛型编程。高效、功能丰富。广泛用于系统软件、游戏开发、实时系统。
PHP是一种开源的服务器端脚本语言，由Rasmus Lerdorf于1994年创建。易于学习，广泛用于网页开发。大量的内置函数库。
JavaScript是一种轻量级的编程语言，由Netscape于1995年开发。主要用于网页前端开发。支持事件驱动、函数式编程。
Java由Sun Microsystems于1995年推出，是一种面向对象的编程语言。“一次编写，到处运行”，强大的标准库。广泛用于企业级应用、安卓应用开发。
Python由Guido van Rossum于1989年圣诞节期间开始编写，第一个公开发行版发行于1991年。语法简洁、可读性强。强大的标准库和第三方库支持。广泛应用于数据分析、人工智能、网页开发等领域。
C#是微软在2000年推出的面向对象的编程语言。集成了.NET框架。广泛用于开发Windows应用程序、Web应用程序。
Scala于2003年推出，结合了面向对象和函数式编程的特性。运行在JVM上，与Java兼容。支持并发编程。适用于复杂的应用程序开发。