計算機應用基礎項目教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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頁數:322

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出版時間:2009-8

價格:32.00元

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isbn號碼:9787111274568

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• 信息技術
• 計算機技能
• 初學者
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《編程語言設計與實現》 內容簡介 本書深入探討瞭編程語言的設計原理、核心概念以及實際的實現技術。它不僅著眼於現代編程語言的演進，更追溯瞭語言設計的基本哲學和數學基礎，為讀者構建一個全麵而深刻的理解框架。本書旨在培養讀者對編程語言背後機製的洞察力，從而能夠更有效地學習、使用乃至創造新的編程語言。 第一部分：編程語言的理論基石 本部分首先從根本上剖析瞭編程語言的本質，闡述瞭其作為一種抽象工具在人機交互中的關鍵作用。我們將從形式語言的角度齣發，介紹自動機理論、文法（如Chomsky文法體係）以及它們與編程語言結構的關係。讀者將學習如何使用數學模型來描述語言的語法規則，並理解這些模型如何直接影響到編譯器的設計。 形式語言與文法： 字母錶、字符串與語言： 定義瞭構成語言的基本元素，以及這些元素如何組閤成有意義的序列。 文法的類型： 詳細介紹0型、1型、2型（上下文無關文法）、3型（正則文法）等不同類型的文法，並解釋它們在描述不同語言特性時的適用性。 上下文無關文法（CFG）： 作為描述大多數現代編程語言語法結構的核心工具，我們將深入剖析CFG的定義、推導、歸約等概念，並通過實例展示如何用CFG來描述控製結構、錶達式、聲明等語言成分。 生成式和識彆式： 探討如何通過文法生成符閤規範的語句，以及如何構建解析器來識彆輸入的程序是否符閤語法規則。 自動機理論與語言識彆： 有限自動機（FA）： 介紹確定性有限自動機（DFA）和非確定性有限自動機（NFA），以及它們與正則文法的對應關係，這對於詞法分析至關重要。 下推自動機（PDA）： 闡述PDA如何與上下文無關文法關聯，為語法分析提供理論基礎。 計算模型與可計算性： 圖靈機： 作為通用計算能力的理論模型，我們將探討圖靈機的構成、工作原理，以及它與編程語言的計算能力之間的關係。 可計算性理論： 介紹停機問題、遞歸可枚舉集等概念，幫助讀者理解哪些問題是計算機可以解決的，哪些是不可能解決的，以及編程語言在理論上的局限性。 Church-Turing論題： 探討各種計算模型之間的等價性，以及圖靈完備性對於編程語言的重要性。 第二部分：編程語言的設計範式與核心特性 本部分將轉嚮編程語言的設計層麵，介紹不同設計範式如何塑造語言的風格和能力，以及一些核心語言特性是如何被設計和實現的。 編程範式： 命令式編程： 強調如何通過一係列指令來改變程序狀態，包括過程式和麵嚮對象編程。 聲明式編程： 關注“做什麼”而非“如何做”，包括函數式編程和邏輯式編程。 函數式編程： 深入探討不可變性、純函數、高階函數、遞歸等概念，以及它們如何帶來代碼的清晰性、可測試性和並發性。 麵嚮對象編程（OOP）： 詳細講解類、對象、封裝、繼承、多態等核心概念，以及它們在構建大型、可維護軟件係統中的作用。 邏輯式編程： 介紹基於邏輯推理的編程模型，如Prolog語言。 多範式編程： 探討現代語言如何融閤多種編程範式，提供更靈活的編程選擇。 類型係統： 靜態類型與動態類型： 分析兩種類型係統的優缺點，以及它們對程序健壯性和開發效率的影響。 類型檢查： 介紹編譯時類型檢查和運行時類型檢查的機製，以及類型推斷等高級技術。 類型安全： 探討如何設計類型係統以防止類型錯誤，確保程序的正確性。 強類型與弱類型： 區分不同類型的強製類型轉換行為。 內存管理： 手動內存管理： 分析C/C++等語言中的指針、堆與棧的使用，以及內存泄漏和野指針等問題。 自動內存管理（垃圾迴收）： 介紹各種垃圾迴收算法（如引用計數、標記-清除、復製、分代迴收），以及它們如何簡化程序員的負擔。 資源管理： 討論RAII（Resource Acquisition Is Initialization）等模式在C++中的應用。 並發與並行： 綫程與進程： 區分並發和並行，介紹綫程和進程的基本概念。 同步機製： 講解互斥鎖、信號量、條件變量等同步原語，以及如何避免競態條件和死鎖。 消息傳遞模型： 介紹actor模型等並發編程模式。 異步編程： 探討迴調函數、Promise、async/await等異步編程技術。 麵嚮對象設計原則： SOLID原則： 詳細闡述單一職責原則、開放封閉原則、裏氏替換原則、接口隔離原則、依賴倒置原則，指導讀者進行良好的麵嚮對象設計。 設計模式： 介紹工廠模式、單例模式、觀察者模式、裝飾器模式等經典設計模式，展示它們在解決常見設計問題中的應用。 第三部分：編程語言的實現技術 本部分將聚焦於如何將編程語言的設計轉化為可執行的程序，重點講解編譯器和解釋器的實現原理。 編譯器設計： 詞法分析（Lexical Analysis）： 掃描器： 如何將源代碼分解成一係列有意義的“標記”（tokens）。 正則錶達式與有限自動機： 理論基礎和實際應用。 工具： Lex/Flex等詞法分析器生成器。 語法分析（Syntax Analysis）： 解析器： 如何根據文法規則構建抽象語法樹（AST）。 自頂嚮下解析： LL(1)解析，遞歸下降解析。 自底嚮上解析： LR(0), SLR(1), LALR(1), LR(1)解析。 工具： Yacc/Bison等語法分析器生成器。 語義分析（Semantic Analysis）： 類型檢查： 驗證程序是否符閤類型規則。 符號錶管理： 跟蹤變量、函數等的聲明和作用域。 注解： 為AST添加類型信息、作用域信息等。 中間代碼生成： 三地址碼： 簡單易於優化的中間錶示。 抽象語法樹（AST）： AST上的遍曆和轉換。 控製流圖（CFG）： 分析程序執行路徑。 代碼優化： 數據流分析： 活躍變量分析、常數傳播等。 機器無關優化： 公共子錶達式消除、循環優化、內聯等。 機器相關優化： 指令選擇、寄存器分配。 目標代碼生成： 指令集架構（ISA）： 為特定處理器架構生成機器碼。 匯編代碼生成： 生成可讀的匯編語言。 鏈接與加載： 如何將編譯後的目標文件組閤成可執行程序。 解釋器設計： 直接執行： 逐條解釋執行源代碼或中間代碼。 字節碼解釋器： 虛擬機（VM）的概念，如Java虛擬機（JVM）和Python虛擬機。 即時編譯（JIT）： 結閤編譯和解釋的優點，提高執行效率。 虛擬機（VM）： 棧式虛擬機： 以棧為主要操作數存儲區域。 寄存器式虛擬機： 使用寄存器進行數據操作。 虛擬機棧與堆： 內存布局。 垃圾迴收在VM中的作用。 語言實現工具： 編譯器/解釋器生成器： ANTLR, LLVM等。 虛擬機監視工具。 第四部分：高級主題與現代語言發展 本部分將探討一些更前沿和深入的主題，以及當前編程語言發展的一些趨勢。 元編程（Metaprogramming）： 宏： 早期語言中的代碼生成機製。 反射（Reflection）： 在運行時檢查和修改程序結構。 編譯時元編程： 模闆元編程（C++）、宏（Rust）等。 領域特定語言（DSL）： 內部DSL vs 外部DSL： 嵌入現有語言與獨立設計。 DSL的設計原則與應用場景。 函數式語言的深入探討： Lambda演算： 函數式編程的數學基礎。 代數數據類型（ADT）和模式匹配。 類型類（Type Classes）和Haskell中的多態。 並發與分布式係統中的語言設計： Erlang的Actor模型。 Go的Goroutines和Channels。 Rust的Ownership和Borrowing模型對並發安全的支持。 編程語言的演進趨勢： 安全性與可靠性： Rust等語言的內存安全保證。 易用性與錶達力： Python, Kotlin等語言的流行。 並發與並行支持的增強。 與AI和機器學習的結閤。 本書通過係統性的講解，旨在為讀者提供一個深入理解編程語言本質的視角。它將幫助讀者不僅掌握現有語言的特性，更能理解語言設計背後的權衡與取捨，為他們未來的學習、研究和開發工作打下堅實的基礎。本書適閤計算機科學專業的學生、軟件工程師、語言設計者以及任何對編程語言底層機製感興趣的讀者。

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