研究生课程_程序语言设计原理教程_第01章

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1、第1章 历史回顾与语言分类 PL简史 三个计算时代 语言分类 重要语言18种11.1 PL简史 50年代高级语言出现 60年代奠基性研究 70年代完善的软件工程工具 80年代面向对象发展 90年代多范型、持久化、多媒体、平台无关2数学表示法单元记录设施符号名称1950数据规格说明结构化控制COBOL（1958）1960非算法规格说明交互使用结构化数据面向对象编程 1970并发 数据抽象19801985符 号 汇编 （ 1950年代中期 ）FORTRAN（1956）ALGOL-58APL （1962）ALGOL-60MAD（1959）RPG（1964 ）BASIC（1964 ）CPL（1963

2、）ALGOL-68BCPL （1967）PL/1 （1966） Simula （1967 ）Pascal(1973)B(1970)C (1972)并发Pascal (1975) Modula CLU(1977)SmalltalkAda(1982)True BASIC(1980s) C+ 1995Ada(95)多范式型java1996平台无关31.2 程序语言的计算背景 55 85 单主机计算 85 95 C/S计算 96 网络计算430年大致可分为以下三个时代。1 单主机计算 程序设计时代 结构化程序设计时代 软件工程时代5程序设计时代 55-65头十年是单主机计算形成期。此时的硬件是CPU、

3、内 、外存储器、各种外设。软件的操作系统成熟、并有少量 的库函数和系统支持程序。应用方式是编程计算。应用领 域是大型科学计算和大量数据处理。 编译理论、技术成熟、大量高级语言涌现。 数据结构算法、可计算理论完善。 高级程序设计语言的出现实现了系统程序员和应用程序员 的第一次分工。 计算机是科学家的工具，开始人工智能研究。6结构化程序设计时代 65-75年是结构化程序设计时代。结构化程序设计 使程序开发的速度、开发出程序的规模都有大幅度 提高。 结构化设计天然支持自顶向下逐步细化设计方法。 计算机的商业应用奠定了计算机工业的基石。 60年代中期开始了数据库管理系统的研究。数据库 的成功被认为是计

4、算机界70年代一大成就。 计算机是各种专业人员的工具。7软件工程时代 75-85年，是软件工程时代。软件工程实则是 将系统工程用于计算机软件。软件也是工业产 品。 为设计制造这个产品要定出规程、规范和标准 。有了规范和标准就可以作出设计、制造、管 理的工具和验证测试工具。工程活动必然涉及 人力组织，进度、调配，投资和效益。 文档开发也成为软件开发的一部分，所以:软件=程序+文档 计算机系统自成产业8 应用开发者又一次分工：程序员(按设计编码测试)，高 级程序员(按规格说明做设计)，系统分析员(按用户需 要写需求规格说明书)。 软件开发有了工程规范。人们自然想到利用软件工具 使本阶段工作做得更快

5、更好。于是，大量涌现计算机 辅助软件工程(CASE)工具。 软件工程使软件制作从手工业进入现代化大生产，软 件规模和开发效率随之大增。1974年出现了4000万句 规模的软件（美国航天飞机系统）。 70年代终端普及。要求在统一工作界面上操纵所有的 工具。数据，出现了系统集成的概念。续9面向对象技术 1980年出现了Smalltalk系统为代表的面向对象技术。 结构化程序=数据结构+数据 面向对象程序=对象+消息算法数据10面向对象的封装、抽象(类对象是实例对象的 制造工厂)，继承、多态 和动态束定的良好性 能，它天然地符合软件工程要求软件的局部性 、概括性、易维护、可重用、易扩充等性能。 加上

6、对象实体易于和客观世界实体对应(易设 计，修改)，它成为过程块程序模型之后最理 想的软件结构模型。 对象通信模型还天生来和分布式计算的各节 点通信机制对应。 面向对象又成为集成软件实现互操作 (Interoperation)理想模型。112 分布式客户/服务器计算 微机应用 网络应用 客户/服务器应用12微机应用 70年代末个人计算机开辟了个人应用的新领域。微机软 件制造商按传统的模式发展了大量微机软件。这些微机 CASE工具一直沿着“用户友好”、“所见即所得”的方向 发展。 早期微机上的应用开发者和传统应用开发者的所需知识 结构没什么两样：熟悉一门高级程序设计语言、懂得开 发方法，会建立应用

7、程序框架，利用数据结构和算法实 现各计算模块；作局部和总体测试；编制各种文档。13网络应用 计算机联网技术本质上是通过电路联接将各处理单元 的信息传输变换以达到整体信息处理和资源共享的目 的。 70年代中期出现了一批局域网LAN(Local Area Network)。以后十年，以太网、3+网、Novell网得到充 分发展。可以保证多种不同机型、不同操作系统、不 同通信方式的机器作信息交换。 局域网特别适合一般企事业单位的信息管理。厂长、 经理可以随时知道产品进度和雇员情况。企业管理信 息系统(MIS)一时成为一个非常有生命力的应用方向。 80年代，在局域网成熟的基础上广域网（WAN）出现 即

8、在不同协议的局域网之间加上网关（Gateway）和网 桥（Bridge）,路由器（Router）使网间信息通畅无阻， 并实现点到点的通信。14 局域网、广域网应用属于分布式应用。所谓分布式计 算是多个用户以独立的计算机互连，共同完成某个任 务。借助网络技术实现资源共享，且地域不受限制， 计算是高度并行的。 分布式计算首先要共享数据资源。某一站点上设一数 据库为其它站点的应用服务开始了客户（Client）和服 务器（Server）应用概念 局域网时代和第四代语言(4GL)成熟，在程序自动生成 器帮助下，用户可以不编程序，以点菜单，填表格， 甚至触摸上机。只提要求不设计实现要求的程序，计 算机使用

9、大大简化。续15客户/服务器应用 既然数据库服务器能简化客户端的数据库应用。其它 功能软件（如排版，通邮，有限元计算，甚至整个 图书馆管理系统）都可以放在单独的服务器上由网络 上所有客户共享。于是，大量服务器涌现。 85年开始了分布式客户/服务器计算时代，计算资源高 度共享，用户使用极其简单。又一次分工：系统开发 者，应用开发者，最终用户。 服务器站点上的服务器程序，一般由软件、设备制售 商提供开发工具并带有大量实用程序，由专业人员开 发，客户端的应用程序一般是二次开发。 分布式客户服务器计算模型与人类生产、交流、 生活中各种群体协作活动模型天然一致。16多媒体技术的实用 85-95年又是多媒

10、体技术渗入计算机的时代，基于信息 表示和收集(电视、摄像、传真、键盘，打印机、音响 等)、信息的传输（卫星电视、电话，无线、光缆通信 网络)、信息处理（计算机)三位一体的信息系统成为这 个时代应用的主流。 分布式客户服务器计算时代的这些系统，使计算 机的应用能力进一步扩大：信息检索可以达到联网的 任何地方；视频会议；电子出版物；可视电话；远程 教学；办公室自动化；旅游服务系统；银行储蓄业务 ；各种信用卡。 出现声控计算、触摸计算、手写输入、数字照相、彩 色打印、程控电话、VCD、DVD、汉显传呼等全新技 术的产品和个人数字助理（PDA）、电子排版、广告 制作、动画制作等新兴行业。17 多媒体与

11、网络通信技术结合为新兴领域发展提供可能 ，为基于卫星定位系统和地理信息系统的城市交通控 制、汽车驾驶自动化；停机坪调度；交通安全；军事 侦察。 多媒体与计算机模拟的综合应用是虚拟现实（Virtual Reality）技术。它使人与虚拟事物交互。虚拟大学、 虚拟商场、虚拟银行、虚拟将从根本上改变人们的 生活工作方式。续183 网络计算 单主机时代应用以单机计算为主，协作计算为辅。分布式 客户/服务器时代，以协作计算为主，一个客户程序写不了 百十句，其中大部分计算是在各种服务器中完成，只把结 果传回该客户。 应用系统的网络逐渐扩展到广域网(WAN，若干局域网联 网即为广域网)。若干广域网连成地区网

12、(省、市)，由地区 网再联成主干网(按业务系统，如交通部、教育部)，然后 ，全中国的主干网联到一起再上国际互联网(Internet)。 网络就是计算机。 大量复杂计算，看似在自己的客户机上做的，实际上都是 在Internet网上的服务器上完成的。19 Internet上有几十万个各种各样的服务器。有些服务器只 提供专用的计算，另一些服务器在全网上提供用户使用 网络的服务。 万维网WWW是在Internet网上装上了Web服务器，使每 个站点都认识、传递标准化的主页，使信息畅通无阻。 客户与服务器之间遵照超文本传输协议（HTTP)传递信 息。用户要查询某个信息或作计算，他向本机的浏览器 （Bro

13、wser）指定主页（Homepage）的URL地址，向相应 的Web服务器提出请求。HTTP把URL换成所在服务器上 的文件路径名，并按名找到服务器的主页。如果查出该 名是所在服务器上为客户提供的HTML主页，则Web服务 器把该主页传回客户机。用户即可在自己的屏幕上看到 结果。如果按文件路径名查出的是通用网关接口(CGI)文 件。则该文件由Web服务器“执行”。Web服务器将执行结 果（以HTML格式）传回请求的客户。续20续21 主页格式目前统一在超文本置标语言(HTML)之下。 HTML规定了主页上何处放图，何处放声、象。何处 放与此主页相关的程序。 平台无关语言Java诞生（1995.

14、5）使HTML主页不仅能 传递多媒体数据还能传递程序，使动画也能传递。 网络计算时代以WWW网络出现、主页文档标准化和 Java语言三大技术的成熟为标志。 网络上公开发布各种不同操作系统的Netscape和其它浏 览器，各站点机按自己的操作系统下载浏览器就可以 加入Internet用户行列。 几乎所有软件工具，应用软件都能找到，下载（ DownLoad)到本机直接应用，或作二次开发。续22 96年网络计算机NC(Network Computer)问世，NC机只 有一个简单的操作系统有接各种多媒体的接口，快 CPU，大内存，好显示器。不设硬盘，不用维护、升 级个人拥有的系统软件和应用软件，可节省

15、大量维护 费。 客户端的客户程序越来越简单。除了写一个程序头和 程序尾之外，中间嵌入若干对各种服务器的请求，程 序就编写完了。善于将各服务器的各种功能组织到本 专业的应用(即目标系统)上，提出合理解决方案 (Solution)是网络计算时代应用者的基本素质。续23Intranet与瘦PC 信息共享导致各企业机关信息无隐私。Intranet在 Internet上围上防火墙（Firewall）只让认定的信息输入/ 输出，防止黑客入侵。对使用者无任何影响。 没有硬盘难于存放有个人隐私的个人数据库。再者对 于日常使用频度较大的软件人们习惯是私人有一套。 97年瘦PC之说大为风行。它是对NC机的补充。即

16、公众 业务信息系统，如教学系统，银行系统，用NC，而私 人PC（近年发展的HPC）用瘦PC。 由于近年PC快速降价，瘦PC呼声并不高。低价位掌上 型电脑（HPC）和高性能PDA快速发展。24Java语言的平台无关性25Java向各行各业渗透 Java以编程语言出现，但它的平台无关性使其成为通用 的网络平台。它使网络真正成为开放的，可伸缩的，动 态的。这对于企业适应千变万化的市场。调整本企业的 软件，带来极大方便。 目前Java应用正突飞猛进发展 学术研究：能即时得到最新技术成就；各种项目申请、 评审快速批复。 金融业：虚拟证券交易所，动态股市行情服务；银行全 球业务运作合理化。 电信业：交互电视点播系统；以零管理的JavaStation代 替PC。 政