程序设计语言是指用来编译、解释、处理各种程序时所使用的机器语言，它包括汇编语言、解释程序、编译程序及高级语言等，如Visual Basic(简称VB)、Visual C++(简称VC)、Delphi等。

内容提要

  • 编译与解释
  • 文法
  • 有限自动机和正规式
  • 表达式
  • 传值与传址
  • 多种程序语言的特点

一、编译与解释

在编译与解释方面，很多编程工具书都有作详细解释。以下是我个人的拙见：

机器语言与人类语言

人类作为高级动物，最显著的特点就是有语言，例如中文，英语，法语等种类繁多，且沟通直观。相较于人类语言，机器语言就显得简单，计算机能读懂的数据只有0和1，而人类要与计算机交流，用人类语言肯定不行的，因为计算机太笨了，听不懂，所以只能用由0和1组成的代码编码，即早期的汇编语言，是一种低级语言。

人不再迁就机器

以前听说过这么一个笑话：“人类之所以科技能一直进步，是因为人太懒了。” 开始我很是不解，难道不是科学家们的努力钻研、刻苦实验，才换来科技的进步吗？ 后来我有点了解了，举个不恰当的例子：就拿电风扇来说吧，大热天的还得自己扇风，多累啊，要是有个机器在那自动给我吹风该多好。为了有个自动扇风的机器，发明家改造了电机，在电机的基础上发明了电扇。我们有自己的语言，为什么要用难懂又难记的汇编指令呢？因此人不再迁就计算机，而是从人类语言的逻辑思维，发明了和计算机交流的高级语言，如C语言，C++，JAVA等。

编译器与解释器

两个不同母语的人交流需要翻译，人与计算机也一样。一个掌握高级语言的人通过代码与计算机交流，向计算机发送指令，也需要翻译。不同的高级语言翻译的方式不一样，例如Java使用编译器，而Python使用解释器。

  • 解释器：对每一行代码实时解释并执行
  • 编译器：将所有代码编译完成后，由编译好的目的代码执行

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二、文法

文法的定义

一个形式文法是一个有序四元组G=(V, T, S, P)，其中：

  • V：非终结符，它不是语言组成部分，也不是最终结果，可理解为占位符。
  • T：终结符，它是语言的组成部分 V∩T=∅
  • S：起始符，它是语言的开始符号
  • P：产生式，用终结符代替非终结符的规则。如α → β

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语法推导树

一棵语法树应具备以下特征：

  • 每个结点都有一个标记，此标记是V的一个符号
  • 根的标记是S
  • 若一个结点n至少有一个它自己除外的子孙，并且有标记A，则A肯定在Vn中
  • 如果结点n的直接子孙，从左到右依次是n1、n2、…nk 其标记为A1、A2、…Ak；那么A → A1、A2、…Ak 一定是P中的一个产生式。

例题：

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三、有限自动机和正规式

有限自动机

M = (S, ∑, δ, S0, Z)

  • S 是一个有限集，每个元素为一个状态
  • ∑ 是一个有穷字母表，每个元素为一个输入字符
  • δ 是转换函数，是一个单值对照
  • S0 属于S，是其唯一的初态
  • Z 是一个终态极（可空）

有限状态自动机可以形象地用状态转换图表示，如设有限自动机DFA = ({S,A,B,C,f},{1,0},δ,S,{f})，其中：δ(S,0)=B, δ(S,1)=A, δ(A,0)=f, δ(A,1)=C, δ(B,0)=C, δ(B,1)=f, δ(C,0)=f, δ(C,1)=f

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例题：

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正规式

正规式是一种表示正规集的工具，正规式是描述程序语言单词的表达式，对于字母表∑，其上的正规式及其表示的正规集可以递归定义如下。

  1. ε是一个正规式，它表示集合L(ε)={ε}。
  2. 若a是∑上的字符，则a是一个正规式，它所表示的正规集L(a)={a}。
  3. 若正规式r和s分别表示正规集L(r)、L(s)，则
    • r|s是正规式，表示集合L(r)∪L(s)；
    • r·s是正规式，表示集合L(r)L(s)；
    • r是正规式，表示集合(L(r))；
    • (r)是正规式，表示集合L(r)。

仅由有限次地使用上述三个步骤定义的表达式才是∑上的正规式。

运算符“|”、“·”、“*” 分别称为“或”、“连接”和“闭包”。

在正规式的书写中，连接运算符“·”可省略。

运算符的优先级从高到低顺序排列为：“*”、“·”、“|”。

运算符“|”表示“或”、并集。

“*”表示*之前括号里的内容出现0次或多次。

若两个正规式表示的正规集相同，则认为二者等价。两个等价的正规集U和V记作U=V。

— 以上均摘抄自百度百科

例如(a丨b)* 当*为3时，该式子可以是 aaa、aab、abb、bbb、bba、baa；

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四、表达式

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五、传值与传址

  • 传值：传值，实际是把实参的值赋值给行参，相当于copy。那么对行参的修改，不会影响实参的值。
  • 传址： 实际是传值的一种特殊方式，只是他传递的是地址，不是普通的赋值，那么传地址以后，实参和行参都指向同一个对象，因此对形参的修改会影响到实参。

通过代码比较区别：

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#include<stdio.h>

void swap(int n1,int n2)
{
    int temp;
    temp=n1;
    n1=n2;
    n2=temp;
}

int main()
{
    int a=5;
    int b=15;
    printf("交换前a,b的值分别为:\n");
    printf("a=%d\n",a);
    printf("b=%d\n",b);
    swap(a,b);
    printf("交换后a,b的值分别为:\n");
    printf("a=%d\n",a);
    printf("b=%d\n",b);
}

运行结果：

交换前a,b的值分别为:
a=5
b=15
交换后a,b的值分别为:
a=5
b=15

因为该代码只是把a，b的值传给了n1，n2；n1，n2在函数的作用下实现值的互换，但变量a，b指向值的地址已然没有改变。

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#include<stdio.h>

void swap(int *p1,int *p2)
{
    int temp;
    temp=*p1;
    *p1=*p2;
    *p2=temp;
}

int main()
{
    int a=5;
    int b=15;
    printf("交换前a,b的值分别为:\n");
    printf("a=%d\n",a);
    printf("b=%d\n",b);
    swap(&a,&b);
    printf("交换后a,b的值分别为:\n");
    printf("a=%d\n",a);
    printf("b=%d\n",b);
}

运行结果：

交换前a,b的值分别为:
a=5
b=15
交换后a,b的值分别为:
a=15
b=5

这次a，b的值实现了互换，因为传入swap函数的参数是变量a，b指向值的地址，经过互换，指向值的地址发生改变，即a，b的指向的值也发生改变。

六、多种程序语言的特点

计算机编程发展到了今天，已经有很多种高级语言，以下简单说几个，有兴趣的朋友可以自行百度了解。

  • Fortran语言：用于科学计算，执行效率高
  • Pascal语言：为教学而开放的，表达能力强，后期演化出Delphi
  • C语言：面向过程，高效
  • Lisp语言：函数式程序语言，多用于符号处理，人工智能
  • C++语言：面向对象，跨平台
  • Java语言：面向对象，跨平台
  • Prolog语言：逻辑推理，简洁，表达能力强，多用于数据库或专家系