Foundations of Programming Languages pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Jacques Loeckx

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1988-10

价格:USD 114.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780471921394

丛书系列:

图书标签:

• 编程语言学
• 程序设计语言
• 编译原理
• 形式语言
• 自动机理论
• 语义学
• 类型系统
• 程序语言实现
• 理论计算机科学
• 计算机科学

深入计算机科学的基石：程序设计语言的理论与实践 本书旨在为读者提供一个关于程序设计语言（Programming Languages）核心概念、设计原理及其在现代计算领域中应用的全面而深入的探讨。它超越了对特定语言语法的简单介绍，而是致力于揭示隐藏在各种语言背后的统一的理论框架和设计哲学。 第一部分：语言基础与形式化方法 本部分奠定了理解程序设计语言的数学和逻辑基础。我们将从形式语言理论（Formal Language Theory）出发，系统地梳理文法和自动机的概念，这是构建和分析任何编程语言语法的基础。 1. 形式文法与句法分析： 详细阐述乔姆斯基文法（Chomsky Hierarchy），重点解析上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFG）在描述程序结构中的核心作用。我们将深入探讨自下而上（Bottom-Up）和自上而下（Top-Down）的句法分析技术，包括 LR(k) 分析器和 LL(k) 分析器的工作原理。读者将学习如何使用扩展巴科斯范式（EBNF）精确地描述一种语言的语法结构，并理解消除二义性对于编译器设计的重要性。 2. 语义学导论： 句法描述了程序的“骨架”，而语义则定义了程序的“意义”。本章将区分不同的语义描述方法： 操作化语义（Operational Semantics）： 侧重于描述程序执行的步骤，通过定义抽象机模型（如Lambda演算机器）来刻画程序状态的转变。 公理化语义（Axiomatic Semantics）： 引入霍尔逻辑（Hoare Logic）作为形式化验证程序正确性的强大工具。读者将学习如何使用前置条件、后置条件和弱前导算子来证明程序片段的特性。 指称语义（Denotational Semantics）： 旨在通过数学结构（如域理论）来映射程序构造到数学对象，提供一种更抽象的视角来理解程序行为。 第二部分：语言设计与实现机制 本部分聚焦于程序设计语言的设计决策点，以及这些决策如何在编译或解释过程中转化为实际的执行行为。 3. 类型系统（Type Systems）： 类型是程序安全和正确性的关键保障。我们将探讨静态类型与动态类型系统的权衡，深入研究类型推导（Type Inference）算法，特别是 Hindley-Milner 系统的机制。此外，还将覆盖更高级的主题，如多态性（Polymorphism）、子类型（Subtyping）以及类型安全与不可通过程序来破坏类型规则（Type Soundness）的证明。 4. 内存管理与运行时模型： 程序语言的性能在很大程度上取决于其内存分配和回收策略。本章将详尽分析栈（Stack）和堆（Heap）的组织方式，对比不同的垃圾回收（Garbage Collection, GC）算法，例如引用计数、标记-清除（Mark-and-Sweep）以及分代回收（Generational GC）的优缺点和实际应用场景。 5. 控制流与异常处理： 理解程序如何从一个状态转移到另一个状态是至关重要的。我们不仅会分析传统的顺序、选择和循环结构，还会深入探讨函数式语言中的递归、尾调用优化（Tail Call Optimization）以及过程调用机制（如调用约定和栈帧）。异常处理机制（如Try-Catch结构）的形式化处理和其在控制流中的非局部跳转特性也将被细致剖析。 第三部分：编程范式与高级特性 现代软件开发依赖于多种编程范式来解决不同层面的问题。本部分将系统地考察主要的范式及其背后的语言特性。 6. 命令式编程（Imperative Programming）： 聚焦于状态和副作用，分析过程式语言（如C、Pascal）的设计，强调变量的存储模型、副作用的控制以及模块化编程（Modules）的重要性。 7. 函数式编程（Functional Programming）： 强调纯函数、不可变数据和高阶函数。我们将深入研究 Lambda 演算作为其理论核心，探讨惰性求值（Lazy Evaluation）与严格求值（Strict Evaluation）的区别，以及如何利用高阶函数（如`map`, `filter`, `fold`）构建清晰且可组合的抽象。 8. 面向对象编程（Object-Oriented Programming）： 分析封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）这三大支柱。重点讨论基于类（Class-based）和基于原型（Prototype-based）的面向对象模型在语言实现上的差异，以及虚函数表（V-Table）在实现动态绑定中的作用。 9. 并发与并行编程： 在多核时代，程序设计语言必须提供可靠的并发机制。本章将比较基于共享内存模型（锁、信号量）和基于消息传递模型（Actor 模型，如Erlang）的并发设计。我们将探讨数据竞争（Data Race）的识别与避免，以及原子操作（Atomic Operations）在构建同步原语中的作用。 第四部分：编译技术与元编程 本部分将连接语言理论与实际的编译器构造。 10. 编译器的结构概览： 从前端到后端的完整流程，包括词法分析、中间代码生成（如三地址码）、优化阶段（如常量折叠、循环展开）和目标代码生成。特别关注中间表示（Intermediate Representation, IR）的设计及其对优化策略的影响。 11. 元编程与反射： 探讨语言如何扩展自身的能力。我们将研究宏系统（Macros，如Lisp和Rust）的工作原理，它们如何在编译时操作抽象语法树（AST），以及反射（Reflection）机制在运行时检查和修改程序结构的能力和潜在风险。 本书适合于计算机科学专业的高年级本科生、研究生，以及希望从底层理解软件工具链的系统工程师和编译器开发者。它不依赖于对特定主流语言的深入了解，而是提供一个跨越语言边界的、坚实的理论基础。

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这本关于编程语言基础的书籍，简直是为那些初次踏入计算机科学殿堂的新手量身定制的。它没有一开始就用晦涩难懂的术语将人击退，而是采用了一种非常平易近人的方式，循序渐进地引导读者理解编程语言背后的核心概念。我特别欣赏作者在介绍基本语法结构时所采用的类比和实例，它们让抽象的逻辑变得具体可感。比如，作者在讲解变量和作用域时，用生活中的“储物柜”来做比喻，一下子就抓住了重点。阅读过程中，我感觉自己不是在啃一本枯燥的技术手册，而是在跟随一位耐心的老师进行一次有趣的思维探险。书中的图示和代码片段排版清晰，配色也令人感到舒适，这极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳。对于那些希望打下坚实理论基础，而不是仅仅学习特定语言“皮毛”的人来说，这本书无疑是一块绝佳的基石。它强调的“为什么”比“怎么做”更重要，这种思维模式的培养，远比记住几条命令更有价值。

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我发现这本书的组织结构非常具有启发性，它像一个精心规划的迷宫，每走一步都有新的发现，但又始终保持着清晰的逻辑主线。作者巧妙地在不同的编程范式之间架设了桥梁，比如在讨论面向对象的设计模式时，会自然地引申到其在面向过程语言中的实现限制，并对比了泛型编程如何提供更灵活的解决方案。这种跨范式的对比分析，极大地拓宽了我对“如何解决问题”的理解边界。书中的案例代码质量极高，简洁、精确，完美地体现了其所阐述的理论。我个人尤其喜欢它在最后几章对新兴语言特性的探讨，例如元编程和并发模型的设计，这让这本书即使在内容相对“基础”的定位下，依然保持了前沿性和时效性。阅读下来，我强烈感觉到自己的“技术词汇量”和“抽象思维能力”得到了显著的提升。

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我必须指出，这本书在将理论与现实世界工具的关联性上，处理得非常高明。它没有过度纠缠于某个特定商业编译器或解释器的实现细节，而是聚焦于那些普适性的、跨越语言边界的底层机制。例如，它对内存管理，特别是垃圾回收算法的详尽分析，提供了不同策略的性能权衡和设计哲学，而不是简单地告诉你“用C#就不用管内存”或者“Java的回收器很强大”。这种“去工具化”的视角，让我能够更清晰地理解不同语言设计师在面对资源约束时所做的妥协与选择。对于想要进入编译器开发、虚拟机设计或进行复杂系统编程的人来说，这本书提供的这套理论工具箱，比任何一本特定语言的参考手册都要宝贵得多。它教会的不是“如何写代码”，而是“语言是如何工作的”。

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坦率地说，这本书的阅读体验是“高阻力、高回报”型的。它的叙述风格偏向严谨和学术化，没有太多幽默的段子来缓和气氛，这对于追求效率和精确性的读者来说是优点，但对于更喜欢故事性讲解的读者可能会觉得略显枯燥。不过，一旦你适应了这种节奏，你会发现这种严谨性带来的好处是无与伦比的：每一个定义都精确无误，每一个定理的推导都逻辑严密，没有丝毫模棱两可之处。书中对形式化方法的引入，虽然一开始让人有些畏惧，但它提供的数学工具，使得分析语言的正确性和一致性成为可能。这种对“绝对真理”的追求，是其他一些更偏向实用技巧的书籍所不具备的深度。它迫使你思考代码背后的数学本质，而不是停留在表面的语法糖果上。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它绝非一本肤浅的入门读物。作者对编译原理和解释器设计的精妙剖析，展现了对语言设计哲学深刻的洞察力。特别是关于类型系统的那几章，简直是教科书级别的论述。它没有满足于介绍静态类型和动态类型的区别，而是深入探讨了类型安全、多态性以及Hindley-Milner算法的优雅之处。我用了比预期更长的时间来消化这些内容，但每一次深入的研读都带来了“豁然开朗”的体验。书中对函数式编程范式，特别是不可变性和高阶函数的介绍，也极为到位，它巧妙地将这些概念融入到通用的语言结构讨论中，而不是将其作为一个孤立的主题来介绍。对于有一定编程经验，希望提升自己架构设计和代码质量的资深开发者而言，这本书提供的理论框架，能够有效指导他们在实际项目中做出更具前瞻性的技术选型和实现决策。

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