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1、一門數(shù)值計算領(lǐng)域特定語言的設(shè)計與實現(xiàn)一門數(shù)值計算領(lǐng)域特定語言的設(shè)計與實現(xiàn)數(shù)學(xué)與計算機(jī)系計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)數(shù)學(xué)與計算機(jī)系計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)118532010057118532010057翁志成指導(dǎo)老師郭永寧翁志成指導(dǎo)老師郭永寧【摘要】【摘要】程序設(shè)計語言作為人類與計算機(jī)交流的工具，在軟件開發(fā)中起到至關(guān)重要的作用。常規(guī)的傳統(tǒng)程序設(shè)計語言作為人類與計算機(jī)交流的工具，在軟件開發(fā)中起到至關(guān)重要的作用。常規(guī)的傳統(tǒng)編程語言功能強(qiáng)大，語法規(guī)則繁雜，

2、它們可以用來解決各式各樣的問題。但是編程語言功能強(qiáng)大，語法規(guī)則繁雜，它們可以用來解決各式各樣的問題。但是現(xiàn)今的編程任務(wù)已經(jīng)涉及到現(xiàn)今的編程任務(wù)已經(jīng)涉及到生活中方方面面，不同領(lǐng)域的問題必然會抽象出不同的問題模型，這時用常規(guī)的單一的編程語言對問題進(jìn)生活中方方面面，不同領(lǐng)域的問題必然會抽象出不同的問題模型，這時用常規(guī)的單一的編程語言對問題進(jìn)行建模描述必然會造成種種不便。因此，領(lǐng)域特定語言（行建模描述必然會造成種種不便。因此，領(lǐng)域特定語言（DS

3、LDSL，domainspecificlanguagedomainspecificlanguage）的設(shè)計就不可）的設(shè)計就不可避免。避免。領(lǐng)域特定語言通常也擁有常見的邏輯控制結(jié)構(gòu)，在語言內(nèi)部設(shè)置問題域內(nèi)必要的方便用來對問題進(jìn)領(lǐng)域特定語言通常也擁有常見的邏輯控制結(jié)構(gòu)，在語言內(nèi)部設(shè)置問題域內(nèi)必要的方便用來對問題進(jìn)行建模的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符，一般以解釋執(zhí)行的方式運(yùn)行。本課題就是要設(shè)計并實現(xiàn)一門數(shù)值計算方面的行建模的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符，一般以解釋執(zhí)

4、行的方式運(yùn)行。本課題就是要設(shè)計并實現(xiàn)一門數(shù)值計算方面的領(lǐng)域特定語言。領(lǐng)域特定語言?！娟P(guān)鍵詞】【關(guān)鍵詞】編程語言；領(lǐng)域特定語言；解釋器編程語言；領(lǐng)域特定語言；解釋器11.引論1.1語言處理器程序設(shè)計語言是人們向計算機(jī)描述計算過程的記號。如我們所知，這個世界依賴于程序設(shè)計語言，因為在所有計算機(jī)上運(yùn)行的所有軟件都是用某種程序設(shè)計語言編寫的。但是在一個程序可以運(yùn)行之前，它首先要被解釋成一種能夠被計算機(jī)理解的形式。完成這項任務(wù)的軟件系統(tǒng)可以使用編

5、譯器或解釋器。簡單地說，一個編譯器就是一個程序，它可以閱讀用某一種語言編寫的程序，然后將其翻譯成功能相同的其他語言的程序。解釋器是另一種常見的語言處理程序。它并不將源程序翻譯成目標(biāo)語言所能執(zhí)行的程序，而是直接讀入用戶的輸入并執(zhí)行相對應(yīng)的操作。要執(zhí)行某種語言編寫的程序，要么把它翻譯成一種能直接執(zhí)行的語言編寫的程序，要么就借助于解釋器直接解釋執(zhí)行。常見的程序設(shè)計語言以規(guī)模的大小或者說功能的完善程度可以分為DSL(DomainSpecific

6、Language)和GPPL（GeneralPurposeProgramLanguage）兩類。對于DSL來說，易于實現(xiàn)比起執(zhí)行效率更重要。由于實現(xiàn)起來容易，所以DSL及大部分的動態(tài)類型語言多采用解釋執(zhí)行的方式運(yùn)行。本課題亦采用解釋執(zhí)行的方式來實現(xiàn)所設(shè)計的語言的執(zhí)行。雖然大多數(shù)的語言可以既可被編譯（Compiled）又可被解釋（Interpreted），但大多數(shù)只在一種情況下能夠良好運(yùn)行。在一些編程系統(tǒng)中，程序要經(jīng)過幾個階段的編譯，一般

7、而言，后階段的編譯往往更接近機(jī)器語言。這種常用的使用技巧最早在1960年代末用于BCPL，編譯程序先編譯一個叫做“0代碼”的轉(zhuǎn)換程序（representation），然后再使用虛擬器轉(zhuǎn)換到可以運(yùn)行于機(jī)器上的真實代碼。這種成功的技巧之后又用于Pal和Pcode，以及Smalltalk和二進(jìn)制碼，雖然在很多時候，中間過渡的代碼往往是解譯，而不是編譯的。如果所使用的翻譯的機(jī)制是將所要翻譯的程序代碼作為一個整體翻譯，并之后運(yùn)行內(nèi)部格式，那么這個

8、翻譯過程就稱為編譯。因此，一個編譯器是一個將可閱讀的程序文本（叫做源代碼）作為輸入的數(shù)據(jù)，然后輸出可執(zhí)行文件（objectcode）。所輸出的可執(zhí)行文件可以是機(jī)器語言，由計算機(jī)的中央處理器直接運(yùn)行，或者是某種模擬器的二進(jìn)制代碼。如果程序代碼是在運(yùn)行時才即時翻譯，那么這種翻譯機(jī)制就被稱作解譯。經(jīng)解譯的程序運(yùn)行速度往往比編譯的程序慢，但往往更具靈活性，因為它們能夠與執(zhí)行環(huán)境互相作用。1.2一個解釋器的結(jié)構(gòu)一個解釋器主要由兩個部分組成：分析部

9、分和執(zhí)行部分。分析部分是把源程序分解成多個組成要素，并在這些要素之上加上語法結(jié)構(gòu)。然后用這個結(jié)構(gòu)來創(chuàng)建一個該源程序的一個中間表示。如果分析部分檢查出源程序不符合正確的語法構(gòu)成，或者語義上不一致，它就必須提供有用的信息，使得用戶可以按此進(jìn)行修改[1]。執(zhí)行部分是根據(jù)分析部分生成的程序的中間表示以及其他的一些有用的信息執(zhí)行相應(yīng)的語義動作。此外，分析部分還可以細(xì)分成詞法分析和語法分析[9]。1.3程序設(shè)計語言的發(fā)展歷史程序設(shè)計語言的發(fā)展大致經(jīng)

10、過了三個階段，第一代的程序設(shè)計語言是只有01序列組成的機(jī)器語言，無論在學(xué)習(xí)過程，調(diào)試或者修改時都存在極大地困難。第二代的計算語言是匯編語言，它可以看做是機(jī)器語言的指意性表示，表達(dá)方式更加接近自然語言，但匯編語言還是與特定的計算機(jī)處理器相關(guān)的，程序的可移植性很差。第三代計算語言包括我們常見的CC，Java等等，它們各有特色，融入了許多當(dāng)代編程的理論作為語言特色，較以前的編程語言學(xué)習(xí)起來更加簡單，且程序的可移植性很高。第四代編程語言還處在發(fā)