VLISP A Verified Implementation of Scheme pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:

出品人:

页数:184

译者:

出版时间:1995-5-31

价格:USD 185.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792395669

丛书系列:

图书标签:

Scheme
VLISP
形式化验证
编程语言
编译器
解释器
函数式编程
程序设计
理论计算机科学
形式方法

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具体描述

The VLISP project undertook to provide a rigorous verification of a programming language. The project began at the MITRE Corporation in late 1989 under the company's Technology Program. The work was supervised by the Rome Laboratory of the U.S. Air Force. Northeastern University became involved a year later. The aim was to show realism and comprehensiveness. Realism is revealed in the choice of a widely used programming language, Scheme, and the choice of a flexible and reasonably efficient implementation strategy. Comprehensiveness is revealed in the broad range of steps undertaken in verification, leading from the abstract syntax of a high level programming language, equipped with a continuation style, denotational semantics, down to an abstract assembly language equipped with a concrete operational semantics. The editors of VLISP have extracted re-usable conclusions from the work at two, quite different levels. First general approaches to the organization of the work have been found which are beneficial and which can be recommended. They help to make formal methods more pragmatically effective. Second, there are four main verification techniques that are applied in the proof process. This relatively small collection of techniques, none of them particularly arcane, allow a large verification to be undertaken. The identification of such re-usable parts bodes well for the increased use of formal methods in compiler construction.

VLISP 是一本关于编程语言 Scheme 的认证实现的深度探讨。它详细阐述了一个名为 VLISP 的特定 Scheme 实现的设计、开发以及最重要的——形式化验证过程。本书的目标读者是那些对编程语言理论、编译器设计、形式化方法以及 Scheme 语言本身感兴趣的专业人士、研究人员和高级学生。 VLISP 不仅仅是一个 Scheme 解释器或编译器的代码库，它代表了一种严谨的软件工程方法。核心在于“认证实现”（Verified Implementation）这一概念。这意味着 VLISP 的代码被证明在逻辑上是正确的，能够忠实地反映其定义和规范。这对于需要极高可靠性、安全性或可信度的应用领域，例如操作系统内核、安全关键系统、或者用于验证其他软件的工具来说，至关重要。本书会从基础讲起，首先会介绍 Scheme 语言的核心概念。Scheme 作为 Lisp 家族的一员，以其简洁的语法、强大的宏系统以及函数式编程范式而闻名。VLISP 的实现将遵循 Scheme 的标准规范，例如 R5RS、R6RS 或 R7RS，本书会详细说明 VLISP 在遵循这些标准时所做的设计选择和实现细节。读者会了解到 Scheme 的核心数据类型（如列表、符号、数字、过程）、基本操作、控制结构（如 `if`, `cond`, `let`）以及最重要的——lambda 演算和闭包的概念。接下来，本书将重点转向 VLISP 的架构和设计。一个成熟的编程语言实现通常包含多个组件，例如词法分析器（lexer）、语法分析器（parser）、抽象语法树（AST）生成、中间代码生成、优化器以及目标代码生成器（对于编译器）或字节码解释器（对于解释器）。VLISP 的实现很可能包含这些标准组件，本书会逐一对其进行剖析。例如，对于解析器，可能会讨论它如何处理 Scheme 的 S-表达式语法，以及如何将其转换为一种内部表示，以便后续的处理。对于 AST，会说明其结构如何反映 Scheme 程序的语法，以及为什么 AST 是进行后续分析和转换的理想数据结构。但是，VLISP 的真正亮点在于其“认证”部分。形式化验证是本书的核心内容，也是区别于普通语言实现书籍的关键。本书会详细介绍 VLISP 所采用的形式化验证技术。这可能涉及： 1. 形式化规范（Formal Specification）: 在进行任何实现之前，需要为 Scheme 语言本身以及 VLISP 实现的特定行为提供一种精确、无歧义的数学描述。这通常使用逻辑系统（如高阶逻辑、类型论）或专门的建模语言来完成。本书会阐述如何为 Scheme 的语义（operational semantics, denotational semantics, axiomatic semantics）进行形式化定义，以及 VLISP 的实现如何被映射到这些语义定义上。 2. 验证方法论（Verification Methodology）: VLISP 可能采用了基于模型检验（model checking）、定理证明（theorem proving）或抽象解释（abstract interpretation）等技术。定理证明: 这通常涉及使用自动化或半自动化的定理证明器（如 Coq, Isabelle/HOL, Lean）来证明 VLISP 的代码（通常是其形式化模型）满足其形式化规范。本书会详细介绍在 VLISP 的验证过程中，如何构造定理，如何定义引理，以及如何利用证明器的推理能力来逐步构建完整的证明。读者会了解到如何在代码的抽象层面进行数学推导，以确保其正确性。模型检验: 如果 VLISP 的验证主要依赖于模型检验，本书会解释如何将 VLISP 的行为建模为一个有限状态系统，并如何使用模型检验工具来搜索不满足规范的状态。虽然对于一个完整的编程语言实现，纯粹的模型检验可能难以覆盖所有情况，但它可能被用于验证某些关键组件或属性。 3. 证明辅助工具（Proof Assistant Tools）: 许多形式化验证依赖于强大的交互式证明辅助工具。本书会详细介绍 VLISP 开发团队使用的具体工具，以及他们如何利用这些工具来定义数据类型、编写证明规则、以及指导证明过程。读者将有机会深入了解这些工具的工作原理，以及它们在软件验证中的实际应用。 4. 验证的范围和层次（Scope and Levels of Verification）: 形式化验证可以应用于不同的层次。VLISP 可能对其核心解释器或编译器进行了严格的验证，也可能验证了语言的某些关键属性，如类型安全（type safety）、内存安全（memory safety）或安全性属性。本书会明确说明 VLISP 验证的范围，它验证的是什么，不验证什么，以及为什么做出这样的选择。例如，它可能验证了 Scheme 的计算模型是否正确实现，但不对底层的硬件或操作系统进行验证。 5. 实现与验证的协同（Integration of Implementation and Verification）: 最具挑战性也是最有价值的部分，是理解 VLISP 如何将形式化验证无缝集成到其开发流程中。这可能意味着在编写代码的同时就考虑验证的需求，或者在代码开发完成后，再对其进行验证。本书会展示验证过程如何反过来指导实现，发现实现中的错误，并最终产生一个既高效又可靠的 Scheme 实现。除了核心的 Scheme 实现和验证技术，VLISP 可能会包含以下一些内容：宏系统（Macro System）: Scheme 的宏系统是其强大之处，它允许用户扩展语言本身。VLISP 的宏实现及其相关的验证是一个复杂的话题，本书会深入探讨 Scheme 宏的工作原理，以及 VLISP 如何实现和验证其宏展开机制。这涉及到如何处理上下文、变量捕获以及宏的安全性。垃圾回收（Garbage Collection）: 内存管理是任何运行时环境的重要组成部分。VLISP 很可能包含一个垃圾回收器，负责自动回收不再使用的内存。本书会讨论 VLISP 所采用的垃圾回收算法（如标记-清除、复制收集），以及对这些算法进行形式化验证的挑战和方法。与底层系统的交互（Interaction with Underlying System）: 无论是作为解释器运行在操作系统上，还是作为编译器生成机器代码，VLISP 都需要与底层系统进行交互。本书可能会讨论 VLISP 如何处理输入/输出（I/O）、如何与操作系统 API 交互，以及这些交互部分的验证。性能考虑（Performance Considerations）: 尽管形式化验证强调正确性，但高性能也是实际应用中不可或缺的。本书可能会在介绍实现细节时，兼顾性能的优化策略，并讨论在追求正确性的同时如何权衡性能。案例研究和应用（Case Studies and Applications）: VLISP 的最终目标是什么？它将被用于哪些领域？本书可能会提供一些使用 VLISP 的案例研究，展示其在实际项目中的应用，以及形式化验证带来的实际好处。这有助于读者理解为什么需要 VLISP 这样的项目，以及它解决了哪些实际问题。总之，《VLISP A Verified Implementation of Scheme》将是一本内容翔实、技术前沿的著作。它不仅会教导读者 Scheme 语言的深层机制和实现细节，更重要的是，它将展示如何通过严谨的形式化验证，构建出高可信度的软件系统。本书将为软件工程、编程语言理论以及形式化方法的研究和实践提供宝贵的见解和参考。读者在阅读本书后，将对如何构建可靠的软件有更深刻的理解，并掌握将形式化方法应用于实际编程语言实现的先进技术。