1.3 为什么研究程序设计语言

Why Study Programming Languages?

程序设计语言处于计算机科学的中心，也处于计算机科学课程体系的中心。与大部分汽车的拥有者一样，熟悉了一种或几种高级语言的学生们，通常都会对学习其他语言很感兴趣，也迫切希望了解在它们的“背后”究竟是些什么。对于程序设计语言的学习是一件很有趣的事情，也很有实际价值。

从一方面看，对于语言的设计和实现的深入理解，可以帮助人针对任何特定工作选择最合适的语言。大多数语言都可能更适合某些工作，但却不适合另一些工作。不会有人喜欢用APL去做符号计算或者字符串处理，但其他方面的许多选择就不那么一目了然了。应该选择C、C++还是Modula-3做系统程序设计？选择Fortran还是Ada做科学计算？选择Ada还是Modula-2做嵌入式系统？选择Visual Basic还是Java做图形用户界面？本书将帮助你做好准备去应对这一类选择。

类似的，本书还将使你更容易去学习新的语言。许多语言之间都有很密切的联系。如果你已经了解了C++，那么学习Java或者C# 就会容易一些。如果你已经了解Scheme，学习Common Lisp也会更容易。更重要的是，有些基本概念是所有程序设计语言的基础，这些概念中的大部分都是本书各章的名字：类型、控制（迭代、选择、递归、非确定性和并发）、抽象和命名。与从空白出发相比，从这些概念出发去思考问题，将使我们更容易把握新语言的语法（形式）和语义（意义）。自然语言的情况也与此类似，很好地掌握了有关语法形式的知识，能使人更容易学好另一种外语。

无论你学习什么语言，理解体现在其设计与实现中的各种决策，都能够帮助你更好地使用它。本书将在以下几个方面帮助你。

理解那些比较困难的特征典型的C++程序员都极少使用联合、多重继承、变动个数的参数，或者.*运算符（如果你不知道它们，完全不必担心）。就像理解语言的基本概念能使人更容易去掌握新语言一样，它也使人在深入查阅手册的细节时更容易理解上面这类概念。

从不同可能性中选择最适当的方式去表述事物这方面的选择需要基于对实现代价的理解。举例说，在C++里，程序员应该避免不必要的临时变量，应尽可能利用复制构造函数，以减少初始化的代价。在Java里，他们可能希望用Executor对象而不是显式地创建线程。如果用的是某些（比较糟糕的）编译器，他们就可能需要采用特殊的习惯用法，才能得到最快速的代码：在C语言里用指针去遍历数组；在Pascal或者Modula-3里用with语句提取出公共的地址计算；在Basic里用x*x而不是x**2。在任何语言里，程序员都需要在抽象的多种实现方式中做出评价和权衡。例如，对用二进制位表示的集合的元素个数，是采用计算的方式还是用查表的方式，虽然这两种方式都能完成工作。

更好地使用调试器、汇编器、连接器和其他有关工具一般来说，高级语言程序员不应该关心实现细节。但是也确实有一些时候，对某些细节的理解证明是特别有用的。如果一个人能检查程序里的二进制位，有时就会更容易对付那些顽固的很不常见的系统构造问题。

在缺乏某些有用特征的语言里模拟这些特征某些很有用的特征在老一些的语言里没有，但是可以通过某种深思熟虑（可能并非强制性）的编程方式去模拟。举例说，在老版本的Fortran里，熟悉新型控制结构的程序员可以通过注释和自我训练，写出结构良好的代码。类似的，在缺乏抽象机制的语言里，注释和命名规则可以用于模拟模块结构，Clu、Icon和C# 里那种特别有用的迭代器（iterators）（我们将在第6.5.3节研究）也可以通过子程序和静态变量模拟。在Fortran 77和其他缺少递归的语言里，我们可以从递归的伪代码出发，通过机械式的手工变换，推导出一个迭代程序来。在缺少命名常量和枚举类型的语言里，采用初始化一次之后绝不修改的变量，可以使代码更容易阅读，也更容易维护。

在需要语言处理技术时能更好地使用它大部分程序员永远都不会去实现某个常见的程序设计语言，但却都可能在做其他程序设计工作中需要语言处理技术。典型的个人计算机包含着数十种不同结构格式的文件：压缩的网页内容、文字处理、电子表格、演示幻灯片、点阵和向量图形、音乐、视频、数据库，以及各种其他应用领域的东西。每一种结构格式都有形式化的语法和语义，处理工具必须理解它们。在几乎所有复杂程序里，都可以看到各种各样的语法分析、语义分析、生成、优化，以及其他各种操作结构格式数据的代码，所有这些代码都基于语言处理技术。牢牢掌握这种技术的程序员，在编写良好结构的可维护的工具时，就会处于某种优势地位。

与此类似，通过启动配置文件、命令行参数、输入命令，或者各种内置的扩充语言（在第13章考虑这方面的细节），大部分工具都可以定制。我的主目录下就包含了250个以上独立的配置（“首选项”）文件。我个人的emacs文本编辑器的配置文件包含了1 200行以上的Lisp代码。今天几乎所有复杂系统的用户都需要很好地使用配置或者扩展语言。这样一个程序的设计者或者需要采纳某种现存的扩展语言，或者需要自己发明一种语言。深入掌握语言理论的程序员，在设计

优秀的记法形式以满足当前用户并有利于未来的开发方面，就会占据某种优势位置。

最后，如果你希望去做语言的设计和实现，本书将帮助你在这些方面做好准备。如果你对语言与操作系统或者系统结构的交互关系很有兴趣，本书也能帮助你理解其中的问题。

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