Denotational Semantics for Occam2 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Univ.Oxford Computing Lab. Programming Research Gp.

作者:M.H. Goldsmith

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1993-06

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780902928855

丛书系列:

图书标签:

• 形式语义学
• 程序设计语言
• Occam2
• 语义分析
• 形式化方法
• 并发编程
• 计算理论
• 类型理论
• 程序验证
• 领域理论

编程语言理论与实践：从基础到前沿 本书旨在为计算机科学领域的学习者、研究人员以及软件工程师提供一个全面且深入的视角，探讨现代编程语言背后的严谨数学基础、设计哲学以及在实际应用中的工程挑战。全书结构清晰，内容涵盖了从经典理论到新兴范式的广泛领域，力求构建一个从底层抽象到顶层实现的知识体系。 第一部分：形式化基础与类型系统 本部分奠定了理解编程语言语义的基石。我们首先回顾λ-演算（Lambda Calculus）作为函数式编程的理论核心，详细阐述了其定义、规约系统（包括 $eta$-规约和 $alpha$-转换），并探讨了范式（Normal Form）的存在性与唯一性。在此基础上，我们将深入剖析邱奇-图灵论题（Church-Turing Thesis）的哲学意义及其对可计算性的影响。 随后，本书将焦点转向类型系统（Type Systems）。我们详细介绍了简单类型论（Simply Typed Lambda Calculus, STLC）的形式化定义，包括上下文、规则和基本推导。更进一步，我们探讨了更强大的类型系统，如依赖类型（Dependent Types）的原理，并讨论了它们在构建可靠软件，特别是在证明程序正确性方面的潜力。本书对类型安全（Type Safety）的概念进行了严格的数学论证，解释了为什么一个类型正确的程序在运行时不会违反其预期的内存或值约束。此外，我们将比较静态类型与动态类型的优势与权衡，并介绍如 Hindley-Milner 推断系统这样的高级工具。 第二部分：程序语义学的核心范式 理解程序的“含义”是编程语言设计的核心挑战。本部分系统地介绍了描述程序行为的三种主要形式化方法：操作语义、公理语义和 denotational 语义。 操作语义（Operational Semantics） 我们从小步语义（Small-Step Semantics，或称 Kripke-Style 语义）入手，使用结构归纳法精确定义了程序状态之间的每一步转换。这使我们能够精确地追踪程序的执行轨迹。接着，我们探讨大步语义（Big-Step Semantics，或称关系语义），它关注从输入状态到最终输出状态的完整转换。我们将比较这两种语义在表达非确定性（Non-determinism）和并发性方面的优劣。此外，我们将考察抽象机模型（Abstract Machine Models），例如存储器模型和调用栈的抽象化，以连接理论描述与实际机器的运作。 公理语义（Axiomatic Semantics） 公理语义，特别是基于 Hoare 逻辑（Hoare Logic）的方法，被用于程序验证。本书将详细阐述Hoare 三元组 ${P} C {Q}$ 的含义，并系统地推导赋值、顺序、条件和循环结构（如 `while` 循环）的推理规则。我们将探讨不变量（Invariants）的构建方法，并讨论如何利用这些规则来证明程序满足特定属性，例如终止性（Termination）和正确性（Partial Correctness）。我们还会触及时序逻辑（Temporal Logic）及其在并发程序规范中的应用。 Denotational 语义学：数学映射 本部分将重点介绍Denotational Semantics（通常被译为“取义语义”或“域理论语义”），它通过将程序结构映射到数学域（如偏序集、完全格）中的特定对象，来提供一个对程序行为的更高层次的、更具数学抽象性的理解。我们将引入Scott 域理论的基础知识，包括完备偏序集（cpos）、上确界（joins）和下确界（meets）。重点研究流数据类型（Stream Data Types）和递归定义的解释，特别是最小不动点（Least Fixed Point）在解释递归函数定义中的关键作用。本书将展示如何使用这种方法来精确地描述控制流和数据流，提供一种比操作语义更为“陈述性”的视角。 第三部分：并发性、并行性与通信 随着多核处理器的普及，并发编程的理论基础变得至关重要。本部分专注于如何形式化地描述和分析具有并发和通信机制的程序。 我们将考察进程代数（Process Algebras），特别是通信序列进程（CSP）和进程演算（Calculus of Communicating Systems, CCS）的基本结构。详细解释事件（Events）、动作（Actions）和同步通信的语义。我们将分析死锁（Deadlock）和活锁（Livelock）的特征，并介绍基于模型检测（Model Checking）和形式化验证技术来识别这些并发错误的有效方法。此外，本书还将探讨内存模型（Memory Models）在多线程环境中的重要性，以及一致性（Consistency）和可见性（Visibility）的正式定义。 第四部分：面向对象与模块化 现代软件工程严重依赖面向对象（OO）范式和模块化设计。本部分探讨将这些实践形式化所需的工具。 我们将分析对象模型的语义基础，包括类、方法和继承的含义。重点讨论多态性（Polymorphism）和重写（Overriding）对程序理解的影响，并介绍结构类型（Structural Typing）与标称类型（Nominal Typing）的对比。 此外，我们研究模块化的概念。形式化模块通常涉及接口和实现的分离，以及抽象数据类型（Abstract Data Types, ADTs）的数学描述。我们将探讨如何使用抽象不变量来确保模块封装的正确性，以及模块组合性（Composability）的理论要求。 第五部分：元编程与语言扩展 本书的最后部分展望了语言设计的未来方向，重点关注如何编写操作程序自身的程序。 我们将深入研究反射（Reflection）和宏系统（Macro Systems）的理论基础。详细分析卫生宏（Hygienic Macros）的必要性，以避免变量捕获等意外副作用。 最后，我们将探讨效应系统（Effect Systems）。与传统的基于类型或操作的副作用管理不同，效应系统允许程序员在类型级别声明程序执行过程中可能产生的所有副作用（如 I/O、异常、状态修改）。这提供了一种更细粒度的控制，有助于构建更安全、更易于推理的语言扩展。 本书通过严谨的数学推导和丰富的案例分析，旨在培养读者从“如何编写程序”到“程序是什么”的深刻理解，为下一代软件系统的设计与验证打下坚实的基础。

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