操作执行顺序的控制.PPT

第八章 顺序控制 顺序控制提供了操作和数据被组合成程序和程序集合的框架。 涉及两个方面的问题： 操作执行顺序的控制（顺序控制） 数据在子程序间的传递（数据控制） 执行顺序控制 控制的层次和形式 语句内（即表达式）的顺序控制 算术表达的顺序控制 非算术表达式的顺序控制 语句间的顺序控制 8.1 隐式和显式顺序控制 顺序控制结构可分为四组： 1、用于表达式中的结构（也针对语句，表达式是语句的基本建筑块）。如：优先级规则和括号。 2、用于语句或语句组间的结构。如：条件和迭代。 3、用于申明式程序设计语言的程序结构。如逻辑程序设计语言 4、用于子程序间的结构，如：子程序调用和协同例程。 这种分法并不是精确的，如LISP和APL中只有表达式而无语句。 顺序控制结构可以是隐含的（缺省的）（由语言定义，除非程序员显式修改）或显式的（程序员可用来修改隐含顺序）。 8.2 算术表达的顺序控制 考虑方程求根： 该公式至少涉及15个分开的操作，用汇编或机器语言至少需要15条指令甚至更多。而写成Fortran程序则为： ROOT=(-B+SQRT(B**2-4*A*C))/(2*A) 这是自然的表达方法，由翻译器而不是程序员来考虑各种优化问题。 然而，翻译器如何控制正确的操作顺序？ 算术表达的顺序控制 算术表达式的表示 语法：直观表示和形式化表示 语义：决定计值方式和过程 运算符的优先级 算术表达式在执行时的表示 树结构表示 目前，我们将表达式考虑为单个实体，忽略了其计值必需的实际语法和语义。 表达式中的基本顺序控制机制是“函数复合”：刻划操作及其操作数。 函数复合使表达式呈树结构特征，根为主操作，中间节点为中间层次操作，叶为操作数。 树结构表示 求方程根的表达式的树。 树表示阐明了表达式的控制结构，低层的数据引用和操作作为高层操作的操作数，必须先计值，但树表示也留下一些计值顺序没有指定。 如：－B和B**2谁先计值？B是否可组合为同一引用？ 通常语言定义只在树表示级定义表达式计值顺序，允许实现者决定计值细节。 表达式的语法 表达式(a+b)×(c－a)的树结构 表达式的语法 表达式可表示为树结构，但为了在程序中表示，线性化是需要的。 前缀（波兰前缀）记法。 这是波兰数学家发明的无括号记号法。如：f(x,y,z)，×+ab-ca LISP使用了该记号法的变种，称为剑桥波兰，用括号将操作符及其操作数括起来，如：(X(+ab)(-ca))。 后缀（逆波兰）记号法 类似于前缀，但操作符数在后面，如：ab+ca-× 中缀记号法 最适合二元操作，也是我们最常用的方式。 表达式的语义 （1/3） 上三种记号法对语言的设计都有一些有用的属性，在如何计算表达式值方面也有不同。 前缀计值 可以通过一遍扫描计值每个表达式，然而需要知道每个操作的操作数量。除了可省去括号外，前缀表达式在语言设计中有如下价值： 1、一般的函数调用均采用前缀方式。 2、可表示有任意数量操作数的操作，写表达式只需一个语法规则。 3、解码可以机械地很容易地进行，将其翻译成简单代码序是容易的。 表达式的语义 （1/3） 前缀计值 下面算法用一个执行栈计值表达式：对表达式P， 1、如P中下一项是操作子，压入栈项，设置所需参数数目。 2、如P中下一项是操作数，压入栈项。 3、如栈项n项是操作数（对栈中第一个n元操作），则可以进行计值，用计值结果替代该操作符和操作数。 表达式的语义 （2/3） 后缀计值 后缀计值时，操作符紧跟其操作数后而且操作数已被计值。 1、如P中下一项是操作数，压入栈顶 2、如P中下一项是n元操作符，n个参数必须是栈顶部的n个元素，计算结果并替换这n个元素。 这种计值策略直接、简单，是很多翻译器中生成表达式代码的基础。 表达式的语义 （3/3） 中缀计值 中缀是常见的，但用于程序语言中会导致一些问题： 1、只适合于二元操作。语言单用中缀是不够的，还需使用前缀，这二者的混合使翻译更为复杂。 2、表达式中涉及多个中缀操作时，如不使用括号，则存在固有二义性。为解决这个问题，通常引入隐含的规则。 操作子计值顺序 操作的层次 即操作的优先规则 结合律 然而，当语言引入新的，不是源自传统数学的操作符时，优先规则可能不再有用，因此，需要有不同方法来处理扩展的操作集。 C语言：使用扩展的优先规则集合，大多数使用从左到右的结合律。大多数C规则是合理的。 APL：操作数为数组和矢量，语言没有优先规则。所有表达式计值从右到左。这规则对大多数表达式也是合理的，除了一些典型的表达式，如a-b-c-意为a-(b-c)。 Smalltalk：模型类似APL，没有优先规则，表达式计值从左到右。 Forth：用于实时过程控制。其运行时结构为栈，语言是纯后缀的，没有优先规则。 执行时表示 对中缀形式的表达式