Languages and Compilers for Parallel Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Adve, Vikram

出品人:

页数:354

译者:

出版时间:

价格:$ 90.34

装帧:

isbn号码:9783540852605

丛书系列:

图书标签:

• 并行计算
• 编译器
• 编程语言
• 并行编程
• 计算机科学
• 程序设计
• 算法
• 计算模型
• 软件工程
• 高性能计算

《编程语言设计与实现：从理论到实践》 内容简介： 本书旨在深入探讨编程语言的设计理念、核心机制以及在现代计算环境中实现时的挑战与解决方案。我们不专注于特定类型的计算范式，而是着眼于通用编程语言在不断演进的技术浪潮中所扮演的关键角色。全书结构清晰，循序渐进，从语言抽象的本质出发，逐步剖析编译器和解释器的工作原理，并结合丰富的实例，带领读者全面理解一门编程语言从概念到可执行程序的完整生命周期。 第一部分：编程语言的基石——抽象与表达 本部分将深入研究编程语言最核心的功能：抽象。我们将首先探讨不同层次的抽象机制，从基本的数据类型和控制结构，到更高级的面向对象、函数式和逻辑编程范式。每一类抽象都将结合具体的语言特性进行阐述，并分析其在提升程序可读性、可维护性和表达能力方面的作用。 数据抽象： 我们将详细讨论如何设计和实现各种数据结构，包括标量类型（整数、浮点数、布尔值）、复合类型（数组、记录、联合）以及更复杂的集合类型（列表、集合、映射）。重点将放在如何通过类型系统来保证数据的完整性和安全性，以及不同数据表示对性能的影响。 控制抽象： 顺序、分支和循环是程序控制的基础。本书将分析这些基本控制结构的语言实现，并进一步探讨函数调用、异常处理、协程和异步编程等更复杂的控制流机制。我们将探究不同语言如何通过引入特定的语法和语义来优雅地处理并发和并行任务的控制。 结构抽象： 模块化是构建大型复杂系统的关键。我们将考察各种结构化编程技术，包括过程、函数、类、接口和命名空间。重点将放在如何通过这些机制实现代码的封装、复用和组织，以及它们对程序设计模式的影响。 范式探索： 本书将对主流的编程范式进行深入的比较和分析。 面向对象范式： 深入解析封装、继承和多态的核心概念，以及它们如何支持代码的重用和扩展。我们将讨论类、对象、方法、构造函数、访问修饰符、虚函数、接口等关键特性，并通过实例展示如何利用面向对象思想解决实际问题。 函数式范式： 探讨纯函数、不可变数据、高阶函数、闭包和递归等核心概念。我们将分析函数式编程如何简化并发编程，减少副作用，并提高代码的声明性。 逻辑编程范式： 介绍基于规则和事实的逻辑推理机制，以及查询和回溯等基本操作。我们将简要探讨逻辑编程在特定领域的应用，例如专家系统和人工智能。 多范式融合： 许多现代语言融合了多种编程范式的优点。我们将分析语言设计如何在不同范式之间提供无缝的转换和互操作性，以满足多样化的编程需求。 第二部分：语言的实现——编译器与解释器之道 本部分将聚焦于编程语言的实现技术，详细阐述编译器和解释器的工作流程及其关键组成部分。我们将从理论出发，结合具体的算法和数据结构，逐步揭示将人类可读的源代码转化为机器可执行指令的过程。 词法分析（Lexical Analysis）： 这一阶段的任务是将源代码分解成一系列有意义的“词素”（tokens）。我们将介绍有限自动机（Finite Automata）作为词法分析器的理论基础，并讲解如何使用正则表达式来定义语言的词法规则。读者将学习到如何构建词法分析器，识别关键字、标识符、运算符、字面量等。 语法分析（Syntactic Analysis）： 词法分析器生成的词素流会被送往语法分析器，后者负责验证词素序列是否符合语言的语法规则，并构建一个抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）。我们将详细介绍两种主要的语法分析技术： 自顶向下分析（Top-Down Parsing）： 包括递归下降分析和LL(k)分析。我们将探讨其工作原理、优缺点以及适用场景。 自底向上分析（Bottom-Up Parsing）： 包括移进-归约分析（Shift-Reduce Parsing）和LR(k)分析。我们将深入讲解LR分析的原理，例如SLR、LALR和Canonical LR，并提供构造LR分析表的实例。 语义分析（Semantic Analysis）： 在构建完语法树后，语义分析器会对程序进行更深层次的检查，以确保程序的语义是正确的。本部分将涵盖： 类型检查（Type Checking）： 介绍静态类型检查和动态类型检查的区别，以及如何实现类型一致性检查、类型推断和类型转换。 作用域和符号表（Scope and Symbol Tables）： 讲解变量、函数等标识符的作用域规则，以及如何使用符号表来管理和查找标识符的信息。 控制流分析： 检查程序控制流的合法性，例如函数调用参数的匹配、返回值的类型检查等。 中间代码生成（Intermediate Code Generation）： 为了简化优化和目标代码生成，编译器通常会将源代码转换为一种中间表示形式。我们将介绍几种常见的中间代码形式，如三地址码（Three-Address Code）、后缀表达式（Postfix Notation）和静态单赋值（Static Single Assignment, SSA）形式，并讲解如何从抽象语法树生成这些中间代码。 代码优化（Code Optimization）： 这一阶段旨在提高生成代码的效率，使其运行得更快、占用更少的内存。我们将探讨一系列重要的优化技术： 局部优化（Local Optimization）： 如常量折叠、死代码删除、公共子表达式消除等，针对程序的基本块进行优化。 全局优化（Global Optimization）： 如循环优化（循环不变代码外提、归纳变量消除）、过程间优化（过程内联）等，针对整个函数或程序进行优化。 寄存器分配（Register Allocation）： 介绍如何有效地利用CPU寄存器来存储变量，以减少对内存的访问。 目标代码生成（Target Code Generation）： 最后一步是将中间代码转换为特定目标机器架构的机器码或汇编代码。我们将讨论指令选择（Instruction Selection）、指令调度（Instruction Scheduling）和地址计算（Address Generation）等关键问题。 第三部分：高级主题与实践应用 本部分将超越基础的编译器构造，探讨一些更高级的主题，以及编程语言在现代计算环境中的实际应用。 内存管理（Memory Management）： 深入研究各种内存管理技术，包括静态内存分配、栈式内存分配和堆式内存分配。我们将重点分析垃圾回收（Garbage Collection）的算法，如标记-清除、复制回收和分代回收，以及它们对程序性能和行为的影响。 并发与并行（Concurrency and Parallelism）： 探讨编程语言如何支持并发（同时处理多个任务）和并行（同时执行多个任务）。我们将分析线程、进程、锁、信号量、消息传递等并发模型，以及如何利用多核处理器和分布式系统来加速计算。 虚拟机与运行时系统（Virtual Machines and Runtime Systems）： 介绍虚拟机（如Java虚拟机、.NET CLR）的作用，它们如何在不同硬件平台上提供统一的执行环境。我们将讨论运行时系统的组成部分，包括垃圾回收器、即时编译（Just-In-Time Compilation, JIT）器和库管理。 语言互操作性（Language Interoperability）： 在复杂的软件系统中，不同语言编写的组件常常需要协同工作。我们将探讨如何实现语言之间的互操作性，例如通过共享内存、接口定义语言（IDL）或外来函数接口（FFI）。 动态语言特性（Dynamic Language Features）： 深入分析动态类型、运行时代码生成、反射等动态语言特性，以及它们为编程带来的灵活性和挑战。 特定领域语言（Domain-Specific Languages, DSLs）： 探讨DSL的设计原则和实现方法，以及它们如何提高特定领域问题的开发效率。 本书特色： 理论与实践并重： 本书不仅深入剖析编程语言的理论基础，更结合了大量的实例和伪代码，帮助读者将理论知识转化为实际的编程技能。 循序渐进的结构： 从基本概念到复杂技术，本书的章节安排逻辑清晰，难度逐步递增，适合不同背景的读者。 广泛的适用性： 本书涵盖的知识体系适用于各种编程语言，无论读者是C++、Java、Python、Go还是新兴语言的开发者，都能从中受益。 前沿技术的探讨： 本书关注编程语言在多核、分布式、人工智能等领域的最新发展，为读者提供面向未来的视野。 通过学习本书，读者将能够： 深刻理解编程语言的设计哲学和实现原理。 掌握构建编译器和解释器的关键技术。 能够更有效地进行程序设计、代码优化和性能调优。 具备分析和评估不同编程语言特性的能力。 为设计和实现自己的编程语言或相关工具打下坚实的基础。 无论您是计算机科学专业的学生，还是有经验的软件工程师，本书都将是您深入理解编程语言世界不可或缺的参考。

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