程序設(shè)計(jì)語言的層次體系

1、1、程序設(shè)計(jì)語言的層次體系圖說明了程序設(shè)計(jì)語言的層次體系。 圖中將程序設(shè)計(jì)語 言分為低級(jí)語言和高級(jí)語言兩類?！凹?jí)”是指程序員與計(jì)算機(jī)對(duì)話的復(fù)雜程度。例如，就查詢語言來說，程序員（經(jīng)常是用戶管理人員） 只需要涉及到計(jì)算機(jī)“做什么”，而不必涉及到計(jì)算機(jī)“怎樣做”。 在高級(jí)語言中，程序員必須提供詳細(xì)說明“做什么”和“怎樣做”的指令，而軟件工具將幫助簡化程序員的工作。低級(jí)語言要求程序 員詳細(xì)說明由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每一級(jí)操作。在使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言 時(shí)，程序員不必記住數(shù)據(jù)在主存中的存儲(chǔ)單元。這是由系統(tǒng)自動(dòng)做 的。而在使用低級(jí)語言時(shí)，程序員必須在程序中提供相應(yīng)的邏輯， 以便監(jiān)視數(shù)據(jù)在主存中的物理位置。(P75

2、)圖20.7.1 程序設(shè)計(jì)語言的層次體系?低級(jí)語言雖然人們用COBOL PASCALS FORTRA來談?wù)摮绦蛟O(shè)計(jì)，但是 只有一種語言能夠在給定的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。那就是所謂的機(jī)器語言。所有其他語言都要被編譯（翻譯成機(jī)器語言），并 且最終用機(jī)器語言來執(zhí)行。機(jī)器語言是很繁瑣的，因?yàn)橹噶睿ㄓ址Q操作碼或OP碼）和運(yùn)算數(shù) 據(jù)的單元是用二進(jìn)制（一串0和1）來表示的。符號(hào)語言（有時(shí)稱作匯 編語言或匯編級(jí)的語言）具有一個(gè)本質(zhì)上與機(jī)器語言一一對(duì)應(yīng)的指 令系統(tǒng)。匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是它用助記符號(hào)而不是用0和1來表示指 令。例如，匯編語言中直接用 “A”來表示“加”指令，而不用一串 0和 1 來表示。在 1970年之前，機(jī)

3、器級(jí)和匯編級(jí)語言常常用于應(yīng)用程序的開發(fā)， 特別用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)。當(dāng)時(shí)信息服務(wù)人員認(rèn)為目標(biāo)程序利用計(jì) 算機(jī)的效率高。自那時(shí)以來使用高級(jí)語言無論在發(fā)揮人或是計(jì)算機(jī) 的效率上都超過了機(jī)器語言。由于這一原因，多數(shù)現(xiàn)行的程序設(shè)計(jì) 都是用高級(jí)語言來完成的。? 高級(jí)語言1. 面向過程的語言面向過程的語言（POL）是極其靈活的，可以用來刻劃幾乎所有科 學(xué)的和商業(yè)的過程。程序順序地編寫指令，而系統(tǒng)則根據(jù)用戶的規(guī) 定進(jìn)行處理。例如，工資系統(tǒng)就是使用POL來編定的。除非由程序邏輯控制去做其他事情，否則程序中的每一條指令都是按順序執(zhí)行 的。在一個(gè)工資單生成系統(tǒng)中，執(zhí)行程序指令的特定順序取決于被 處理的職工的工資計(jì)算

4、方法 （是按月發(fā)工資， 還是按工時(shí)計(jì)算工資 ）。 對(duì)每個(gè)職工都要重復(fù)該程序流程的順序。 有三種主要的POL科學(xué)計(jì) 算的、商用的以及多用途的。下面我們分別討論每一種POL。（1）科學(xué)計(jì)算的語言?？茖W(xué)計(jì)算的語言是代數(shù)或公式化的語言。 這種語言是為了滿足典型的科學(xué)計(jì)算處理要求 （矩陣操作、精度計(jì)算 以及其它方面 ）而設(shè)計(jì)的。 第一個(gè)而且仍然是最為流行的科學(xué)計(jì)算語 言是FORTRAN公式翻譯程序的縮寫）。盡管在沒有商業(yè)語言時(shí)（在計(jì) 算機(jī)不支持任何其它語言的情況下）FORTRANE作為一種商用語言來 使用了，但是FORTRA的商業(yè)處理能力是有限的。APL語言很快地抓住了一些用戶（主要是工程師）。APL是

5、唯一使 用帶有專用符號(hào)的交互式鍵盤來編寫程序的語言。（2）商用語言。目前很流行的第一個(gè)商用語言是 COBOL面向商業(yè) 的公用語言的縮寫 ）。它是一種功能很強(qiáng)而又極為冗長的語言。發(fā)展 COBO語言的前提是：該語言的語句應(yīng)該近似于英語。 有些程序員發(fā) 現(xiàn)語言使用起來很麻煩。然而， COBO語言尚處于方興未艾的時(shí)期， 而且被廣泛地接受。今天，人們正在繼續(xù)對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。在若干年內(nèi)，COBO仍將是一種流行的商用語言，但是使用該語言的相對(duì)百分 比將會(huì)下降。COBO最適合于具有循環(huán)處理周期的環(huán)境（例如打印工 資支票）以及數(shù)據(jù)操縱量相當(dāng)大的環(huán)境。美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所（ANSI）已經(jīng)對(duì)COBO和其他語言建立了標(biāo)

6、準(zhǔn)。建立這些標(biāo)準(zhǔn)的目的是使得在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫的程序可以移 植到另一臺(tái) （ 即另一個(gè)廠商制造的 ） 機(jī)器上去。不幸的是， ANSI 標(biāo)準(zhǔn) 很少被遵循；因此，COBO程序只是部分可移植的。報(bào)表程序生成程序（RPG）可能是僅次于COB0的最為流行的商業(yè) 語言了。最初設(shè)計(jì)的 RPG是在IBM公司數(shù)據(jù)錄入級(jí)的計(jì)算機(jī)上使用 的。它用于一些成批處理環(huán)境的小型商業(yè)工作。RPG與其它POL不同之處在于程序員還必須通過選擇所要求的程序設(shè)計(jì)特色來說明某些 處理要求 （例如何時(shí)打印小計(jì)記錄的選擇等等 ）。BASIC 設(shè)計(jì)者的最意圖體現(xiàn)在該語言的名字上 初學(xué)者通用的符號(hào) 指令碼（Baginers All-Purpos

7、e Symbolic Instructional Code）。最初它被當(dāng)作講授程序設(shè)計(jì)的一個(gè)工具，但是在這個(gè)“初學(xué)者”語言的能力被充分?jǐn)U充后，它變得如此流行，以致目前BASIC是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上用于應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的一種上要語言。在大系統(tǒng) 上也使用擴(kuò)展BASIC但不是用于生產(chǎn)系統(tǒng)。由于BASIC通常也用來 進(jìn)行少量的科學(xué)計(jì)算，因此，有人可能把它劃歸為多用途POL一類。（3）多用途語言。多用途語言對(duì)于商業(yè)和科學(xué)計(jì)算是同等有效 的。最為明顯的多用途語言是程序計(jì)算語言1/（即PL/T）。PL/1是在1956年由IBM公司普制出來的，但是，與任何一種語言一樣，它需 要幾年的時(shí)間來排錯(cuò)。許多公司（主要是IB

8、M公司的用戶），已經(jīng)采 用PL/1作為它們所使用的唯一的 POL在剛剛引入PL/1時(shí)，由于它 克服了現(xiàn)有程序設(shè)計(jì)語言的許多缺點(diǎn)而受到歡迎。然而， PL/1 仍然 沒有得到（原先期望那樣 ）普遍地接受。 其原因并非它的質(zhì)量和能力， 而是由于許多公司已花了巨大投資用COBO和 FORTA編制了大量應(yīng)用軟件。同時(shí)也由于使用這兩種語言的勢頭還在增長。以最快速度發(fā)展起來的語言是 PASCAL它是以17世紀(jì)的數(shù)學(xué)家 Blaise Pascal來命名的。PASCALS看成是一種最新的 POL盡管只 有1%-2%勺商業(yè)生產(chǎn)程序是用 PAS-CAL寫的，但是它的能力、靈活性 以及自我說明結(jié)構(gòu)是不可忽略的。 致使

9、這個(gè)語言被廣泛接受 （而且接 受面還在繼續(xù)增大 ） 的原因或許是因?yàn)榻^大多數(shù)的學(xué)院和大學(xué)的計(jì) 算機(jī)科學(xué)教程主張將PASCAL作為未來的POL隨著畢業(yè)生將這種主 張帶進(jìn)商業(yè)界，目前它已經(jīng)引起了各界的興趣。ADA是新近引入的一 種語言，它是美國國防部開發(fā)的一種多用途語言。盡管只有少數(shù)人 知道和理解ADA的用法，然而對(duì)于它能否被廣泛接受（不僅在軍界， 對(duì)其他部門也一樣 ） 。這一點(diǎn)，它的設(shè)計(jì)者們是很樂觀的。2. 面向問題的語言 面向問題的語言，是專門為了滿足某種特定應(yīng)用或解決特定問 題的一組語句。面向問題有的語言不要求像面向過程的語言的那種 詳細(xì)說明。例如，有幾種面向問題的語言就是專為統(tǒng)計(jì)分析而設(shè)計(jì)

10、 的。這種語言的用戶將注意力更多地集中在輸入和輸出上，而不是 在數(shù)學(xué)上。數(shù)學(xué)是嵌入在語言中的。已經(jīng)為幾十種應(yīng)用設(shè)計(jì)了各種面向問題的語言，這些語言正在 被用戶使用。這些應(yīng)用是：離散和連續(xù)模擬（例如，GPSSSIMSCRIPT GASP-IV），程控機(jī)器刀具（例如，APT），輔助工程師進(jìn)行建筑和橋梁 上的受力點(diǎn)分析（例如，GOGO）輔助系統(tǒng)分析（例如，SAS）以及輔助 辦公人員進(jìn)行字處理 （例如， SCRIBE）。面向問題的語言具有做統(tǒng)計(jì)、字處理和任何語言所滿足的應(yīng)用 的靈活性。然而，一種面向問題的語言總是局限于某種應(yīng)用。3. 查詢語言與其它高級(jí)語言相比，用戶和用戶管理人員更喜歡使用查詢語 言。然

11、而，根據(jù)不同的情況，某個(gè)用戶可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某種特定的面向 問題的語言對(duì)他更有用。查詢的語言是朝著用戶環(huán)境發(fā)展的典范。 一個(gè)用戶管理人員經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的培訓(xùn)和實(shí)踐就能有效地使用一種 查詢語言。然后，他用很短的時(shí)間就能從一個(gè)信息系統(tǒng)中抽取信息 或產(chǎn)生出一張報(bào)表。而通常這點(diǎn)時(shí)間只夠用來向一個(gè)系統(tǒng)分析員或 程序員說明技術(shù)要求。用戶只需說明做什么，而查詢語言軟件將自 動(dòng)規(guī)定怎樣做。查詢語言利用高級(jí)的、類似英語的命令來檢索和編排滿足管理 查詢和制表要求的數(shù)據(jù)。 用查詢語言可以交互式地完成一次詢問 （直 接與計(jì)算機(jī)通信 ） 。執(zhí)行程序產(chǎn)生的輸出直接在終端上顯示出來，或 者產(chǎn)生一份硬拷貝。查詢語言具有以下特色：類似

12、于英語的命令， 對(duì)數(shù)據(jù)的有限的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作，對(duì)報(bào)表的自動(dòng)編排、排序以及按關(guān) 鍵字挑選記錄等。下面的例子說明一種查詢語言及其使用方法。一個(gè)人事經(jīng)理查 看圖 20.7.2 所示的報(bào)表。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)報(bào)表，這個(gè)經(jīng)理使用一種叫 做EASYTRIEVB由Pansophic System公司銷售的一個(gè)軟件產(chǎn)品）的查 詢語言來編制他請(qǐng)求的 “程序”表 20.7.1 說明了這個(gè)程序。表的第一句說明工資數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在叫做“FILEA”的文件中，盡管在此例中只使用了一個(gè)文件，但是要求使用幾個(gè)文件，或 一個(gè)數(shù)據(jù)庫是沒有更多困難的。 第二行描述了產(chǎn)生圖 20.7.2 中的報(bào) 表所要求的文件中的數(shù)據(jù)元。用戶事先需要知道記錄的

13、格式。記錄 格式指出每個(gè)數(shù)據(jù)元在記錄中的相對(duì)位置，它的類型，以及它是字 母的，還是字母數(shù)字的。第一項(xiàng) DEPARTMEN部門），從記錄的第98 個(gè)字符位置開始，占三個(gè)字符長度（N表示數(shù)字，而A表示字母數(shù)字）。 名字字段從第 17個(gè)字符位置開始，占 20個(gè)字符（字母數(shù)字）長度， 語句終止于一串9,如第三語句號(hào)中所示，用一個(gè)“IF”語句來規(guī)定 挑選記錄的關(guān)鍵字值。經(jīng)理所感興趣的只是在部門 911 和 914 中的 那些職工。如果想挑選更多的記錄，還可以再使用若干“IF” 語句。語句 說明應(yīng)該按部門來排序輸出；也就是說，部門號(hào)為911的職工應(yīng)排在部門號(hào)為 914的職工前面。通過再使用一個(gè) “排序”

14、語句可以將一個(gè)部門的職工按其名字的字母順序排序。語句(5)指出應(yīng)該計(jì)算總計(jì)和打印輸出的那些點(diǎn)。本例中，對(duì)每 個(gè)部門要求計(jì)算總計(jì)。語句(6)和(7)允許人事經(jīng)理規(guī)定報(bào)表的標(biāo)題以及有關(guān)的列的標(biāo) 題。語句(6)是第一層標(biāo)題。語句 規(guī)定了用更加明顯的列標(biāo)題來替換程序中縮寫的標(biāo)識(shí) (如，將用“ EMPOLO YEE NAM代替“ NAME)。對(duì)于“快速和非正 式”的報(bào)表可以省略語句(6)和。在COBO程序中，與上述人事 經(jīng)理的請(qǐng)求相等價(jià)的程序?qū)⒁?150行以上的源程序語句。可以按交互式使用查詢語言，來請(qǐng)求如下的信息：自1月1日以來，哪些職工的病假超過20次?今天有沒有騰出高級(jí)的單間病房？ 某年級(jí)學(xué)生的

15、所有數(shù)學(xué)課程的平均分是多少？按照部門標(biāo)題名的字母順序列出已超過預(yù)算的那些部門等等。通過查詢語言可以很容易 地完成對(duì)于多少個(gè)文件和數(shù)據(jù)庫的少量查詢，例如，對(duì)于一個(gè)不知 道Pat Brown(伯特凡祭e)性別的秘書來說，查詢數(shù)據(jù)庫將比進(jìn)行麻 煩的電話詢問要快得多。4. 應(yīng)用程序生成程序盡管應(yīng)用程序生成程序的概念至今沒有嚴(yán)格的定義，但是目前 已經(jīng)使用的那些應(yīng)用程序生成程序的目標(biāo)以及各種開發(fā)步驟的目標(biāo) 是相同的。即它是不需要過程級(jí)指令就能夠說明開發(fā)一個(gè)信息系統(tǒng) 的所有程序設(shè)計(jì)任務(wù)的一種語言。某些應(yīng)用程序生成程序(通過與程 序員進(jìn)行交互式對(duì)話)已經(jīng)接近這一目標(biāo)。當(dāng)用應(yīng)用程序生成程序還 在早期的開發(fā)階段?，F(xiàn)有的應(yīng)用程序生成程序并不具備面向過程語 言的那種靈活性，而且不能用來開發(fā)完善的信息系統(tǒng)。然而當(dāng)用于 預(yù)期的用途時(shí)，它將能成倍地提高程序員的生產(chǎn)效率。當(dāng)它們成熟 時(shí)