Programming Language程式语言

ProgrammingLanguage程式語言2006/07/11ByShu-ChunWeng(翁書鈞,scw)scwatcsiedotorg什麼是程式語言？研究已經存在的程式語言研究新的程式語言•研究已有的功能、已有的特性•修正、改進、研發2020/5/6CSCamp20063語言有哪些特性？語法難易、打字多少語義合理性自由度、容錯能力編譯器檢查•型別檢查•安全性檢查執行期檢查•權限檢查•例外處理2020/5/6CSCamp20064為什麼要程式語言？因為電腦很機車，它說的話沒有人看得懂因為電腦很機車，它說的話別台電腦也看不懂i386:10110000000000111111111011000000110000001110000000000010MIPS:001000000000100000000000000000110010000100001000000000000000000100000000000010000100000010000000他們都在說(3+1)*4！2020/5/6CSCamp20065為什麼要程式語言？(cont.)因為電腦很笨，聽不懂人說話因為人很機車，說話很難理解Isawasawsawingaseesaw.Timeflieslikeanarrow.光陰似箭{測速蒼蠅}如箭測速{蒼蠅喜歡箭}時間蒼蠅喜歡箭2020/5/6CSCamp20066所以我想說什麼？程式語言比較的觀點介紹一卡車程式語言•低階語言•老古董和還在用的老古董•物件導向程式語言•腳本語言、網頁腳本語言•函式語言•邏輯語言、伺服器端腳本、硬體描述語言•其他有的沒的•其中我會寫的約二十種，加上很多只看得懂的，和一些連看都不想看的……2020/5/6CSCamp20067所以我想說什麼？(cont.)編譯器、直譯器、互動介面語法、語義、型別程式檢查2020/5/6CSCamp20068可移植性(Portability)哇！這支程式好棒！可是我是在Linux上用的哇！Mac的介面好漂亮！可是Mac用的不是x86CPU同樣的程式能不能拿到不同的OS上用？同樣的程式能不能拿到不同的CPU上用？2020/5/6CSCamp20069可移植性(Portability)(cont.)愈高階：通常愈具可移植性語言標準通常完全可移植•但那些不標準的部份通常很難移植視窗介面加速函式庫語法自由留下的奇妙現象解決方式•關鍵部份由作者自行依不同環境各別撰寫，很累•包山包海的標準！•虛擬機器2020/5/6CSCamp200610語言結構性(Structure)這行做完之後要做哪一行？從這邊跳到那邊是為什麼？寫出來的程式容不容易看懂寫出來的程式容不容易除錯2020/5/6CSCamp200611語言結構性(Structure)(cont.)愈高階：通常愈結構化、愈模組化機械碼jmp[距離]組合語言jmp[標簽]FORTRAN有‘if’‘while’C很少用gotoJava沒有goto！2020/5/6CSCamp200612語言結構性(Structure)(cont.)結構化程式語言(structured)FORTRAN以後提供‘if’‘while’等語法函式導向程式語言(procedure-oriented)Algol,CPL以後有函式以及區域變數、遞迴呼叫物件導向程式語言(object-oriented)Simula,Smalltalk以後以資料訂定型別，同時包含操作資料的函式2020/5/6CSCamp200613語言可讀性(Readable)是詩篇還是天書？不只視覺效果，更影響開發效率、除錯效率！語言本身限制外，如何使用影響甚鉅2020/5/6CSCamp200614語言可讀性(Readable)(cont.)高階語言的目標通常包含可讀性return${${$_[0]}-{capture}}ifdefined${${$_[0]}-{capture}};returnsubstr(${${$_[0]}-{str}},$_[0]-from,$_[0]-to-$_[0]-from);notexplogsrandxorsqqqxxorsxxlengthucordandprintchrordforqwqjoinusesubtiedqxxorevalxorprintqqqqxorintevallcqmcosandprintchrordforqwyabsneopentiedhexexprefymxorscalarsrandprintqqqqxorintevallcqqysqrtcosandprintchrordforqwxprintfeachreturnlocalxyorprintqqssandevalqsundeforoctxortimexorrefprintchrintordlcforeachqwyhexalarmchdirkillexecreturnysgtsinsortsplit2020/5/6CSCamp200615BEFOREHAND:closedoor,eachwindow&exit;waituntiltime.openspellbook,study,read(scan,select,tellus);writeit,printthehexwhileeachwatches,reverseitslength,writeagain;killspiders,popthem,chop,split,killthem.unlinkarms,shift,wait&listen(listening,wait),sorttheflock(then,warnthegoats&killthesheep);killthem,dumpqualms,shiftmoralities,valuesaside,eachone;diesheep!dietoreversethesystemyouaccept(reject,respect);nextstep,killthenextsacrifice,eachsacrifice,wait,redoritualuntilallthespiritsarepleased;doit(astheysay).doit(*everyone***must***participate***in***forbidden**s*e*x*).returnlastvictim;packagebody;exitcrypt(time,times&halfatime)&closeit,select(quickly)&warnyournextvictim;AFTERWORDS:tellnobody.wait,waituntiltime;waituntilnextyear,nextdecade;sleep,sleep,dieyourself,dieatlast#LarryWall2020/5/6CSCamp200616語言實用性(Usable)可以寫視窗介面嗎？可以寫網路程式嗎？效率夠好嗎？語言設計時的考量影響語言多好用、什麼時候會被用。標準函式庫(standardlibrary)的內容主流！2020/5/6CSCamp200617語言實用性(Usable)(cont.)重視效率可能要犧牲模組化(FORTRAN,C++)重視可移植性可能要犧牲效率(Java,C#)重視語法簡易可能要犧牲檢查或簡潔(Python)重視彈性可能要犧牲可讀性(C,Perl)2020/5/6CSCamp200618程式執行方式直譯(interpret)•邊讀邊執行程式•BASIC,python,ruby,shellscript,lisp編譯(compile)•至原生碼(nativecode)C,C++,FORTRAN•至虛擬碼(bytecode)(JIT)Java,C#,Smalltalk,(Perl)•至其他語言Haskell2020/5/6CSCamp200619語言介紹低階語言•機械碼•組合語言2020/5/6CSCamp200620機械碼(MachineCode)i386:10110000000000111111111011000000110000001110000000000010MIPS:001000000000100000000000000000110010000100001000000000000000000100000000000010000100000010000000他們都在說(3+1)*4！2020/5/6CSCamp200621i3861011000000000011111111101100000011000000111000000000001010110000000000111111111011000000110000001110000000000010X=3X=X+1X=X*4X=(3+1)*42020/5/6CSCamp200622000000000000100001000000100000000000000000001000010000001000000000100001000010000000000000000001001000010000100000000000000000010010000000001000000000000000001100100000000010000000000000000011MIPSX=3X=X+1X=X*4X=(3+1)*42020/5/6CSCamp200623組合語言用單字取代0和1給暫存器(register)名字動作(通常)很單純MOV,JMP,ADD……•moval,3incalshlal,2•addi$t0,$0,3addi$t0,$t0,1sll$t0,$t0,22020/5/6CSCamp200624組合語言(cont.)不允許一些危險行為101100000000001111111110110000001100000011100000000000101110101111110110101100000000001111111110110000001100000011100000000000101110101111110110MOVal,3ADDal,1SHLal,2JMP-8ROLal,e0hADDedi,esi00000011111111101100000011000000KUKUKU～2020/5/6CSCamp200625高階語言2020/5/6CSCamp200626高階語言(cont.)變數•不用自己管資料放在哪裡•可以取個有意義的名字指派(assignment)•X=3;X=2;運算式•c=sqrt(a*a+b*b)控制結構•如果…就…要不…:if…then…else…•如果…就重複…:while…do…函式•內建函式:sin(),cos(),…•使用者自訂2020/5/6CSCamp200627FORTRAN第一個高階語言！還在用的老古董MathematicalFormulaTranslatingSystemIBM1954-57完成1977年訂定F77標準•結構化•多種內建資料型態科學計算•效率2020/5/6CSCamp200628FORTRAN(cont.)PROGRAMCMPLXDIMPLICITCOMPLEX(X)PARAMETER(PI=3.141592653589793,XJ=(0,1))DO1,I=0,7X=EXP(XJ*I*PI/4)IF(AIMAG(X).LT.0)THENPRINT2,'e**(j*',I,'*pi/4)=',REAL(X),'-j',-AIMAG(X)ELSEPRINT2,'e**(j*',I