程序设计语言的基本概念

程序设计语言是为了书写计算机程序而人为设计的符号语言，用于对计算过程进行描述、组织和推导。

程序设计语言的广泛使用始于1957年出现的FORTRAN，程序设计语言的发展是一个不断演化的过程，其根本推动力是更高的抽象机制以及对程序设计思想的更好支持。

低级语言与高级语言

计算机硬件只能识别由0、1组成的机器指令序列，即机器指令程序，因此机器指令是最基本的计算机语言。

由于机器指令是特定的计算机系统所固有的、面向机器的语言，所以用机器语言进行程序设计时效率很低，程序的可读性很差，也难以修改和维护。

因此，人们就用易记忆的符号代替0、1序列来表示机器指令，例如，用ADD表示加法，用SUB表示减法等。用符号表示的指令称为汇编指令，汇编指令的集合被称为汇编语言。

汇编语言的源程序由若干条语句组成，其中可以有三类语句：指令语句、伪指令语句和宏指令语句。

指令语句又称为机器指令语句，将其汇编后能产生相应的机器代码，这些代码能被CPU直接识别并执行相应的操作。基本的指令有ADD、SUB和AND等，书写指令语句时必须遵守指令的格式要求。

伪指令语句指示汇编程序在汇编源程序时完成某些工作，例如为变量分配存储单元地址，给某个符号赋一个值等。伪指令语句经编译后不产生机器代码。

在汇编语言中，还允许将多次重复使用的程序段定义为宏。宏指令语句就是宏的引用。

汇编语言的书写格式在很大程度上取决于特定计算机的机器指令，因此它仍然是一种面向机器的语言，人们称机器语言和汇编语言为低级语言。

在此基础上，人们开发了功能更强、抽象级别更高的语言以支持程序设计，于是就产生了面向各类应用的程序设计语言，称为高级语言。常见的有Java、C、C++、PHP、Python等。

程序设计语言的定义

一般地，程序设计语言的定义都涉及语法、语义和语用等方面。

语法是指由程序设计语言的基本符号组成程序中的各个语法成分（包括程序）的一组规则。其中由基本字符构成的符号（单词）书写规则称为词法规则，由符号构成语法成分的规则称为语法规则。

语义是程序设计语言中按语法规则构成的各个语法成分的含义，分为静态语义和动态语义。静态语义是指编译时可以确定的语法成分的含义，而运行时刻才能确定的含义是动态语义。

一个程序的执行效果说明了该程序的语义，它取决于构成程序的各个组成部分的语义。

语用表示了构成语言的各个记号和使用者的关系，设计符合的来源、使用和影响。

程序设计语言的分类

（1） 命令式和结构化程序设计语言

命令式语言是基于动作的语言，在这种语言中，计算被看成是动作的序列。命令式语言族开始于Fortran，Pascal和C语言都可以体现命令式程序设计的关键思想。

在这种语言中，计算机被看作是动作的序列，程序就是用语言提供的操作命令书写的一个操作序列。用命令式程序设计语言编写程序，就是描述解题过程中每一步的过程，程序的运行过程就是问题的求解过程，因此也称为过程式语言。

机器语言及汇编语言是最早的命令式语言。

通常所称的结构化程序设计语言属于命令式语言类，其结构特性主要体现在以下几个方面：

一是用自顶向下的逐步精化的方法编程，二是按模块组织的方法编程，三是程序只包含顺序、判定及循环构造，而且每种构造只允许单入口和单出口。

结构化程序的结构简单清晰、模块化强，描述方式接近人们习惯的推理式思维方式，因此可读性强。C、PASCAL等都是典型的结构化程序设计语言。

（2） 面向对象的程序设计语言

程序设计语言的演化从机器语言开始到汇编语言到各种结构化高级语言，最后到支持面向对象技术的面向对象语言，反映的就是一条抽象机制不断提高的演化道路。

C++、Java和Smalltalk是面向对象程序设计语言的代表，它们都支持封装、继承、多态等面向对象技术。

（3） 函数式程序设计语言

函数式设计语言是一类以λ演算为基础的语言，其基本概念来自于LISP，这是一个在1958年为了人工智能应用而设计的语言。函数是一种对应规则（映射），使定义域的每个元素和值域中的唯一的元素相对应。

常见的函数式程序设计语言有Haskell、Scala、Scheme、APL等。

（4） 逻辑型程序设计语言

逻辑型程序设计语言是一类以形式逻辑为基础的语言，其代表是建立在关系理论和一阶谓词理论基础上的PROLOG。PROLOG有很强的推理功能，适用于编写自动定理证明、专家系统和自然语言理解等问题的程序。