【软件设计师笔记】程序语言设计考点

  编程语言之间的翻译形式

汇编

高级程序不能直接在计算机上执行，如果需要执行需要一个汇编程序将其翻译成对应的目标程序后才能执行。

解释

解释程序也被称为解释器，是直接解释执行源程序（高级程序），或者将源程序翻译成魔种的中间代码后进行执行

汇编（编译）与解释的区别

在编译方式下，机器上执行的是与源程序等价的目标程序，源程序和编译程序都不在参与目标程序的执行过程。（会产生独立的目标程序）

在解释方式下，解释程序和源程序需要参与到程序的运行过程中，运行程序的控制权在解释程序中（不会生成独立的目标程序）

  程序设计语言的定义

语法

程序设计语言的基本符号组成程序中的各个语法规则

语义

程序设计语言按照语法规则构成的各个语法成分的含义，可分为静态语义和动态语义

静态语义：编译时确定的语法成分的含义

动态语义：运行时刻才会确定的语法含义

语用

构成语言的各个记号和使用者的关系，涉及符号来源，使用和影响

  程序语言的分类

命令式程序设计语言

FORTRAN

PORTRAN是“Partial ORdinate TRANsfer”的缩写，它是一种专门为解决偏微分方程而设计的编程语言。它使用了一种基于有限差分的数值方法来解偏微分方程，通过将偏微分方程离散化为代数方程，可以在计算机上模拟和求解这些方程。

PORTRAN语言的特点：

1.专门用于解决偏微分方程，特别是偏微分代数方程。

2.使用有限差分法进行数值计算，适合解决大规模问题。

3.支持一维和多维问题的模拟和求解。

4.可以使用FORTRAN编译器进行编译和运行。

5.提供了一些内置函数和子程序，方便用户进行编程和计算。

PORTRAN语言的应用领域

1.流体动力学：流体动力学是PORTRAN语言的一个重要应用领域。通过使用PORTRAN语言，可以模拟和分析流体流动、湍流、燃烧等问题，为航空航天、能源、环保等领域提供重要的技术支持。

2.热力学：热力学是另一个重要的应用领域。PORTRAN语言可以用于模拟和分析传热、相变、热传导等问题，为能源、化工、材料科学等领域提供帮助。

3.化学反应动力学：化学反应动力学是PORTRAN语言的又一重要应用领域。通过使用PORTRAN语言，可以模拟和分析化学反应过程、化学反应速率、化学反应机理等问题，为化学工程、药物合成等领域提供支持。

4.材料科学：材料科学是PORTRAN语言的一个重要应用领域。通过使用PORTRAN语言，可以模拟和分析材料的性能、结构、相变等问题，为材料制备、材料性能优化等领域提供帮助。

5.生物学和医学：PORTRAN语言也可以应用于生物学和医学领域。例如，可以模拟和分析生物系统的动力学行为、药物在体内的分布和代谢等问题，为生物学和医学研究提供重要的技术支持。

PASCAL

Pascal是一种高级编程语言，由法国计算机科学家尼古拉斯·沃斯（Niklaus Wirth）在1960年代设计。它被广泛用于教学和科研领域，成为一种经典的编程语言。

Pascal语言的特点：

1.结构化编程：Pascal语言强调程序的结构化和模块化，支持使用函数和过程来实现程序的功能，使得程序更加易于理解和维护。

2.数据类型丰富：Pascal语言提供了丰富的数据类型，如整数、浮点数、布尔值、字符串、数组、记录和文件等，支持对数据的各种操作和操作符。

3.错误处理：Pascal语言提供了异常处理机制，支持使用try-except语句来捕获和处理运行时错误。

4.语法严格：Pascal语言的语法规则非常严格，要求程序员必须严格遵守语法规范，有助于提高程序的可读性和可维护性。

5.易于学习：Pascal语言的语法相对简单，易于学习，适合初学者使用。

Pascal语言的应用领域：

1.教学和科研：由于其结构化和语法简单易学的特点，Pascal语言常被用于计算机科学教育和研究领域。

2.系统软件开发：Pascal语言曾被用于开发操作系统和系统软件，如Windows 3.0之前的版本。

3.应用软件开发：Pascal语言也可以用于开发各种应用软件，如数据库管理系统、编译器和编辑器等。

4.游戏开发：Pascal语言在游戏开发领域也有一定的应用，特别是在一些小型游戏开发中

C语言

C语言的特点：

1.语法简单，功能强大：C语言具有简洁的语法规则，使得程序易于编写和理解。同时，它也具有强大的功能，可以用来开发各种应用程序和系统软件。

2.灵活性和可移植性：C语言可以在不同的计算机平台上运行，而且它的程序可以被编译和链接，使其更加高效。这使得C语言具有很好的灵活性和可移植性。

3.高效的目标代码：C语言的目标代码执行效率高，生成的代码通常比其他高级语言的代码要短小、紧凑，运行速度快。

4.面向过程的程序设计语言：C语言是一种面向过程的程序设计语言，它支持模块化程序设计，可以把一个复杂的问题分解为多个简单的子问题，便于开发和管理。

5.数据类型丰富：C语言提供了丰富的数据类型，如基本数据类型、结构体、联合体、枚举类型等，这使得程序能够处理各种复杂的数据结构。

6.运算符丰富：C语言的运算符非常丰富，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符等，这使得程序能够进行各种复杂的运算操作。

7.代码具有良好的可读性和可维护性：C语言的语法规则严格，代码具有良好的可读性和可维护性。这使得C语言编写的程序易于调试、测试和修改。

C语言的应用领域

1.操作系统开发：C语言是操作系统开发的主要语言之一，如Linux操作系统的源代码就是用C语言编写的。

2.嵌入式系统开发：C语言广泛应用于嵌入式系统的开发，如智能家居、汽车电子等领域。

3.游戏开发：C语言在游戏开发中也有广泛应用，如《魔兽世界》、《CS》等游戏的底层引擎就是用C语言编写的。

4.网络编程：C语言在网络编程方面也有广泛应用，如网络协议栈、网络通信协议的实现等。

5.系统软件开发：C语言可以用于开发各种系统软件，如数据库管理系统、编译器等。

6.科学计算：C语言在科学计算领域也有广泛应用，如数学计算、物理模拟等。

7.其他领域：C语言还可以应用于其他领域，如图形图像处理、数据加密解密等。

面向对象的程序设计语言

C++

C++是一种面向对象的编程语言，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。

C++的特点

1.高效：C++生成的可执行代码运行速度很快，且占用内存较小。

2.静态类型：在编译期间即可检查变量的类型和错误。

3.可移植性：C++标准化，并且有跨平台的实现。

4.面向对象：C++支持封装、继承和多态等面向对象编程的特性。

5.高效内存管理：C++提供了智能指针等工具，帮助开发者更安全、高效地管理内存。

6.语法灵活：C++的语法较为灵活，但同时也具有一定的复杂性，需要开发者具备一定的经验和技能。

C++的应用领域

1.游戏开发：由于C++具有高效的执行速度和较小的内存占用，因此它是游戏开发中最常用的编程语言之一。

2.系统级编程：C++可以用来编写操作系统、驱动程序、网络协议等底层软件。

3.嵌入式设备：C++在嵌入式设备上的应用非常广泛，包括自动控制系统、机器人、智能家居等。

4.科学计算：C++的运行速度快，因此它可以用于大型数据处理和科学计算领域。

5.大型桌面应用程序：如Google Chrome和Microsoft Office等。

6.大型网站的后台。

7.编译器和数据库系统。

8.其他领域：C++还可以应用于其他领域，如人工智能、机器学习、图像处理等。

Java

Java是一种广泛使用的、面向对象的编程语言，具有简单性、跨平台性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、多线程、动态性等特点。

Java的特点

1.跨平台性：Java程序可以在任何支持Java虚拟机（JVM）的平台上运行，理论上一个Java程序可以在任何支持JVM的平台上运行。

2.面向对象：Java是一种完全基于面向对象的编程语言，支持类、继承、封装和多态等面向对象概念，这有助于提高代码的复用性和可维护性。

3.自动内存管理：Java的垃圾回收器可以自动管理程序的内存使用，降低了程序的出错率。

4.安全性：Java具有强大的安全机制，可以防止代码注入攻击、缓冲区溢出等安全问题，有效提高了程序的安全性。

5.多线程：Java内置对多线程编程的支持，这使得它可以轻松地利用多核处理器和分布式计算资源。

6.简单易学：Java的语法清晰、简洁，易于学习，并且拥有丰富的API和标准库，支持快速开发、测试和部署。

Java的应用领域

1.Web开发：Java的强大功能和广泛的支持使得它成为Web开发的重要语言，包括Web应用程序开发、Web服务和RESTful API开发等。

2.桌面应用程序：Java可以用于开发跨平台的桌面应用程序，如办公套件、图像处理软件等。

3.分布式系统：Java的分布式特性使得它可以用于开发分布式系统，如分布式数据库和分布式计算等。

4.嵌入式系统：Java可以用于开发嵌入式系统，如智能家居设备、智能手表等。

5.游戏开发：Java的跨平台性和强大的图形渲染能力使得它可以用于游戏开发，如Android平台上的许多游戏就是用Java开发的。

6.企业级应用：Java在企业级应用开发中也有广泛应用，如ERP、CRM等系统。

7.Android开发：Android操作系统基于Java，因此Java是Android应用程序开发的首选语言。

8.大数据处理：Java在大数据处理领域也有广泛应用，如Hadoop、Spark等大数据框架就是用Java开发的。

smalltalk

Smalltalk是一种面向对象的程序设计语言，被认为是具有代表性和运用最广泛的面向对象编程语言之一

Smalltalk的特点

1.一切都是对象：在Smalltalk中，所有的东西都是对象，或者应该被当作对象处理。例如，数字或字符串都是对象。

2.消息传递：Smalltalk中的对象通过发送和接收消息来交互。每个对象都有一组可以接收的消息，这些消息决定了对象的功能。

3.动态类型：Smalltalk中的变量和对象的类型可以在运行时改变。这意味着你可以在程序运行时改变变量的类型或对象的消息。

4.递归：递归是Smalltalk中非常常见的概念，它是指一个方法直接或间接地调用自己。递归允许你以一种更简单、更直观的方式编写处理复杂问题的代码。

5.直接内存访问：Smalltalk提供了直接访问和操作内存的能力，这使得它能更有效地处理内存和性能问题。

Smalltalk的应用领域

1.教育和教学：由于Smalltalk的直观性和易学性，它被广泛用于教授编程和软件开发的基本概念。许多教育机构和大学使用Smalltalk作为入门语言。

2.软件开发：由于Smalltalk的强大功能和灵活性，它被广泛应用于软件开发中，包括GUI开发、数据库访问、网络编程等。

3.系统集成：由于Smalltalk具有直接访问和操作内存的能力，它被用于开发系统集成软件，如中间件和设备驱动程序等。

4.游戏开发：Smalltalk也被用于开发游戏，特别是那些需要复杂图形和交互性的游戏。

5.科学计算：Smalltalk的动态类型和强大的数学运算能力使其在科学计算领域非常有用。它被用于开发各种科学计算软件，如物理模拟和化学计算等。

逻辑型程序设计语言

PROLOG

Prolog（Programming in Logic）是一种建立在逻辑学基础上的计算机程序设计语言，它最初被应用于自然语言处理领域

Prolog的特点

1.超高级语言：Prolog是一种声明性语言，它专注于描述程序的目标和规则，而不是具体实现细节。

2.说明性语言：对于某些问题，Prolog更关注告诉计算机应该做什么，而不是如何做。

3.表达力强：Prolog的强大表达能力使其适合表示人类的思维和推理规则。

4.坚实的数学基础：Prolog基于一阶谓词逻辑，这种逻辑形式也被称为“一阶谓词演算”。

5.自动回溯：Prolog使用了一种基于逆向规则的演绎推理技术，并支持自动回溯功能。

6.支持递归调用：Prolog允许递归调用，这使得它能处理复杂的问题和关系。

Prolog的应用领域

1.超高级语言：Prolog是一种声明性语言，它专注于描述程序的目标和规则，而不是具体实现细节。

2.说明性语言：对于某些问题，Prolog更关注告诉计算机应该做什么，而不是如何做。

3.表达力强：Prolog的强大表达能力使其适合表示人类的思维和推理规则。

4.坚实的数学基础：Prolog基于一阶谓词逻辑，这种逻辑形式也被称为“一阶谓词演算”。

5.自动回溯：Prolog使用了一种基于逆向规则的演绎推理技术，并支持自动回溯功能。

6.支持递归调用：Prolog允许递归调用，这使得它能处理复杂的问题和关系。

  程序语言的基本成分

数据

常量和变量

按照程序运行时数据的值是否可以改变，可以将数据分为常量和变量

全局量和局部量

数据可以按在程序代码中的作用范围可分为全局量和局部量

数据类型

基本数据类型，特殊类型，用户定义类型，构造类型，指针类型，抽象数据类型

运算

算数运算，关系运算，逻辑运算

控制

顺序结构，选择结构，循环结构

传输

语言允许的数据传输方式，赋值处理，数据输入和输出等

  汇编语言源程序

指令语句

又称机器指令语句，将其汇编后能产生响应的机器代码，在这些代码能被CPU直接识别并执行响应的操作，比如ADD,SUB和AND等，书写指令语句时必须遵循指令的格式要求

包括传送指令，算术运算指令，逻辑运算指令，移位指令，转移指令和处理机控制指令等类型

伪指令语句

指示汇编程序在汇编源程序时完成某些工作

伪指令语句和指令语句的区别：伪指令语句经过汇编后不产生代码且必须在汇编时完成，指令语句会产生代码，且必须在程序运行时完成

宏指令语句

允许用户将多次重复使用的程序段定义为宏。

宏的定义必须按照相应的规定进行执行

  汇编程序

执行过程：源程序--词法分析--语法分析--语义分析--中间代码生成--代码优化--目标代码生成--目标代码

  解释程序

分析部分

词法分析，语法分析，语义分析--中间代码

解释部分

解释执行--中间代码