标题：程序设计语言概念
图书信息
  图书作者： John C.Mitchell 著 
译者: 冯建华、王益、廖雨果、李国良 
出版社： 清华大学出版社
ISBN： 7302111073 
出版时间： 2005-10第1版 
印刷时间： 2005-10第1次印刷 
开 本： 16 
价 格(元)： 56
前言
最好的程序设计语言就是编程思考中的概念上的世界。 
--Alan Perlis，NATO软件工程技术会议，罗马，1969
主要内容
程序设计语言为程序员写出一个好的程序提供了所需的抽象机制、组织原则以及控制结构。本书所介绍的是在程序设计语言中出现的概念，即在程序设计语言的实现过程中产生的问题，以及语言的设计方式对程序开发产生的影响。
结构
概述本书分为4个部分： 
第1部分：函数与基本原理 
第2部分：过程、类型、内存管理与控制 
第3部分：模块、抽象与面向对象程序设计 
第4部分：并发性与逻辑编程
略述第1部分将Lisp作为分析程序设计语言的示例，对其进行了简单介绍，内容包括编译器结构、解析、朗母达演算以及指称语义。可计算性一章还涉及了编译时程序分析和优化的限制。 
第2部分通过过程化的Algol系列语言和ML，介绍了类型、内存管理和控制结构。 
第3部分介绍使用抽象数据类型、模块和对象来组织程序。由于目前面向对象编程广受推崇，于是我们对几种面向对象语言进行了对比。有专门的章节对Simula、Smalltalk、C++和Java进行研究和比较。 
第4部分介绍了支持并发性的语言机制和逻辑编程。
读者群体
本书面向的读者是有一定编程基础的大学本科高年级学生和研究生新生。他们理解C或其他过程化语言，熟悉C++或者其他面向对象的程序设计语言。如果读者具备一些Lisp、Scheme或者ML的经验将会对第1部分和第2部分的理解有所帮助，但不具备这些背景知识也同样能学好这门课程。对算法和数据结构进行简单分析的经验也对理解本书有所帮助。例如，在比较某种构造的实现方式的时候，如果能够区分常数时间复杂性、多项式时间复杂性和指数时间复杂性将有助于理解。
本书作用
在学习了本书之后，读者将会对过去40年中所使用过的各种程序设计语言有更好的理解，对程序设计语言的设计过程中出现的问题和折衷有更深的认识，也会对所使用的程序设计语言的利弊有更透彻的了解。由于不同的语言体现了不同的编程概念，把其他语言中的思想引入到自己所编写的程序中将会提高读者的编程能力。
致谢
这本书的手稿源于我从1993年开始开设的一门程序设计语言课程（Standford CS 242）的笔记。每年都有精力充沛的助教帮助我调试课程的示例程序，设计课程作业和准备解决方案模型。该课程的组织和内容都受益于他们的建议。特别感谢Kathleen Fisher，他在1993年和1994年担任助教，并于1995年我不在校的时候教授课程。Kanthleen早些年帮我组织材料，并在1995年将我的手稿转录成在线文档。感谢Amit Patel主动组织布置作业和解决方案，感谢Vitaly Shmatikov对程序设计语言术语表做出的不懈努力。Anne Bracy、Dan Bentley和Stephen Freund仔细地校对了许多章节。 
剑桥大学出版社的Lauren Cowles、Alan Harvey和David Tranah给予我支持和帮助。我要特别感谢Lauren对草稿的所有12章都仔细阅读并详细做注。同时也要感谢他们邀请的校阅者，他们对本书的早期版本提出了很多宝贵的建议。Zena Ariola从本书的初稿开始就连续几年在俄勒冈州大学教授此书，并提出了很多很好的建议；还有很多其他讲师也提供了很多建议。 
最后，特别感谢Krzystof Apt对"逻辑编程"一章做出的贡献。 
John C. Mitchell
目录
第1部分 函数与基本原理第1章 导言 2 
1.1 程序设计语言 2 
1.2 目标 3 
1.2.1 总体目标 3 
1.2.2 特殊主题 3 
1.3 程序设计语言的历史 4 
1.4 组织：概念和语言 5 
第2章 可计算性 7 
2.1 部分函数与可计算性 7 
2.1.1 表达式、错误和非终止符 7 
2.1.2 部分函数 8 
2.1.3 可计算性 9 
2.2 本章小结 11 
习题 11 
第3章 Lisp语言：函数、递归和列表 13 
3.1 Lisp语言的历史 13 
3.2 好的语言设计 13 
3.3 语言简述 15 
3.4 Lisp设计中的创新 18 
3.4.1 语句和表达式 18 
3.4.2 条件表达式 19 
3.4.3 Lisp抽象机 20 
3.4.4 把程序作为数据 23 
3.4.5 函数表达式 24 
3.4.6 递归 25 
3.4.7 高阶函数 25 
3.4.8 垃圾收集 26 
3.4.9 纯Lisp与副作用 29 
3.5 本章小结 30 
习题 30 
第4章 基本原理 38 
4.1 编译器和语法 38 
4.1.1 一个简单编译器的结构 38 
4.1.2 文法和解析树 41 
4.1.3 解析和优先级 43 
4.2 朗母达演算 44 
4.2.1 函数和函数表达式 44 
4.2.2 朗母达表达式 45 
4.2.3 朗母达演算编程 49 
4.2.4 归约、汇合和范式 51 
4.2.5 朗母达演算的重要特征 52 
4.3 指称语义 52 
4.3.1 目标语言和元语言 53 
4.3.2 二进制数的指称语义 54 
4.3.3 While程序的指称语义 55 
4.3.4 透视和非标准语义 58 
4.4 函数型语言和命令型语言 60 
4.4.1 命令语句和声明语句 60 
4.4.2 功能型程序和命令型程序 61 
4.5 本章小结 65 
习题 66
第2部分 过程、类型、内存管理与控制第5章 Algol与ML语言 74 
5.1 Algol家族的程序语言 74 
5.1.1 Algol 60 74 
5.1.2 Algol 68 76 
5.1.3 Pascal 77 
5.1.4 Modula 78 
5.2 C语言的发展 78 
5.3 LCF系统和ML 80 
5.4 ML程序设计语言 82 
5.4.1 交互会话和运行时环境 82 
5.4.2 基本类型和类型构造器 85 
5.4.3 模式、声明、函数表达式 89 
5.4.4 ML数据类型的声明 92 
5.4.5 ML的引用单元与赋值 94 
5.4.6 ML小结 97 
5.5 本章小结 98 
习题 98 
第6章 类型系统和类型推测 105 
6.1 程序设计中的类型 105 
6.1.1 程序的组织和文档 105 
6.1.2 类型错误 106 
6.1.3 类型与优化 107 
6.2 类型安全和类型检查 108 
6.2.1 类型安全 108 
6.2.2 编译时和运行时的类型检查 108 
6.3 类型推测 110 
6.3.1 第一个类型推测的示例 110 
6.3.2 类型推测算法 111 
6.4 多态和重载 118 
6.4.1 参数多态 118 
6.4.2 参数多态的实现 120 
6.4.3 重载 122 
6.5 类型声明和类型等价性 123 
6.5.1 透明的类型声明 123 
6.5.2 C语言的声明和结构 124 
6.5.3 ML类型声明 125 
6.6 本章小结 126 
习题 127 
第7章 作用域、函数和存储管理 133 
7.1 块结构的语言 133 
7.2 内嵌块 135 
7.2.1 活动记录和局部变量 135 
7.2.2 全局变量和控制链 138 
7.3 函数和子程序 139 
7.3.1 函数的活动记录 139 
7.3.2 参数传递 141 
7.3.3 全局变量（一阶情况） 144 
7.3.4 末端递归（一阶情况） 146 
7.4 高阶函数 148 
7.4.1 一阶函数 148 
7.4.2 将函数传递给函数 149 
7.4.3 从嵌套作用域中返回函数 152 
7.5 本章小结 154 
习题 155 
第8章 顺序语言中的控制 168 
8.1 结构化控制 168 
8.1.1 意大利面条式的代码 168 
8.1.2 结构化控制 168 
8.2 异常 169 
8.2.1 异常机制的目的 169 
8.2.2 ML异常 171 
8.2.3 C++异常 173 
8.2.4 关于异常的更多内容 175 
8.3 延续 179 
8.3.1 表示"程序其余部分"的函数 179 
8.3.2 延续传递形式和末端调用 180 
8.3.3 延续的编译 183 
8.4 函数和求值顺序 183 
8.5 本章小结 186 
习题 187
第3部分 模块、抽象与面向对象程序设计第9章 数据抽象和模块化 192 
9.1 结构化程序设计 192 
9.1.1 数据细化 193 
9.1.2 模块化 194 
9.2 支持抽象机制的语言 196 
9.2.1 抽象 197 
9.2.2 抽象数据类型 198 
9.2.3 ML抽象数据类型 198 
9.2.4 表达无关性 201 
9.2.5 数据类型介绍 202 
9.3 模块 204 
9.3.1 Modula和Ada 205 
9.3.2 ML模块 207 
9.4 一般抽象 210 
9.4.1 C++函数模板 210 
9.4.2 标准的ML算符 212 
9.4.3 C++标准模板库 215 
9.5 本章小结 218 
习题 220 
第10章 面向对象语言的概念 226 
10.1 面向对象设计 226 
10.2 面向对象语言中的4个基本概念 227 
10.2.1 动态查找 227 
10.2.2 抽象 229 
10.2.3 子类型 231 
10.2.4 继承 232 
10.2.5 作为对象的闭包 233 
10.2.6 继承不是子类型 234 
10.3 编程结构 235 
10.4 设计模式 236 
10.5 本章小结 239 
10.6 展望：Simula、Smalltalk、C++、Java 239 
习题 240 
第11章 对象的历史：Simula和Smalltalk 246 
11.1 Simula面向对象机理 246 
11.1.1 对象和仿真 246 
11.1.2 Simula的主要概念 247 
11.2 Simula中的对象 247 
11.2.1 Simula中面向对象的基本特点 248 
11.2.2 一个点线圆的例子 248 
11.2.3 示例代码和对象表示 250 
11.3 Simula中的子类和继承 251 
11.3.1 对象类型和子类型 252 
11.4 Smalltalk的发展 254 
11.5 Smalltalk语言的特点 255 
11.5.1 术语 255 
11.5.2 类和对象 255 
11.5.3 继承 258 
11.5.4 Smalltalk的抽象性 260 
11.6 Smalltalk的灵活性 260 
11.6.1 动态查找和多态 260 
11.6.2 布尔变量和块 261 
11.6.3 self和super 262 
11.6.4 系统扩充：Ingalls测试 263 
11.7 子类型与继承的重要性 264 
11.7.1 对象类型作为接口 264 
11.7.2 子类型 265 
11.7.3 子类型和继承 265 
11.8 本章小结 267 
习题 268 
第12章 C++对象与运行效率 277 
12.1 设计目标和限制 277 
12.1.1 与C的兼容性 277 
12.1.2 C++的成功 278 
12.2 C++概述 278 
12.2.1 增加了C中没有的对象 279 
12.2.2 面向对象的特点 282 
12.2.3 好的决定和问题所在 282 
12.3 类、继承和虚函数 284 
12.3.1 C++类和对象 284 
12.3.2 C++派生类（继承） 285 
12.3.3 虚函数 287 
12.3.4 为什么C++的查找比Smalltalk的查找简单 288 
12.4 子类型 292 
12.4.1 子类型原理 292 
12.4.2 公有基类 293 
12.4.3 public成员的特殊类型 294 
12.4.4 抽象基类 294 
12.5 多重继承 295 
12.5.1 多重继承的实现 296 
12.5.2 命名冲突、继承和虚拟基类 298 
12.6 本章小结 301 
习题 302 
第13章 可移植性和安全性：Java语言 319 
13.1 Java语言概述 320 
13.1.1 Java语言的目标 320 
13.1.2 设计决策 320 
13.2 Java的类和继承 322 
13.2.1 类和对象 322 
13.2.2 包和可视性 325 
13.2.3 继承 325 
13.2.4 抽象类和接口 327 
13.3 Java的类型及子类型关系 328 
13.3.1 类型的分类 328 
13.3.2 类和接口的子类型关系 329 
13.3.3 数组、协变和反协变 330 
13.3.4 Java 异常类的层次关系 331 
13.3.5 子类型多态和通用编程 333 
13.4 Java系统架构 336 
13.4.1 Java虚拟机 336 
13.4.2 类加载器 337 
13.4.3 Java链接器、检验器及类型约束 337 
13.4.4 字节码解释器和方法查询 338 
13.5 安全特性 342 
13.5.1 缓冲区泄漏攻击 343 
13.5.2 Java沙箱 344 
13.5.3 安全和类型安全 346 
13.6 本章小结 347 
习题 349
第4部分 并发性与逻辑编程第14章 并发和分布式编程 358 
14.1 并发的基本概念 359 
14.1.1 执行顺序和非确定性 359 
14.1.2 通信、协调和原子性 361 
14.1.3 互斥和封锁 361 
14.1.4 信号量 364 
14.1.5 管程 365 
14.2 Actor模型 366 
14.3 并发ML 369 
14.3.1 线程和通道 369 
14.3.2 选择式通信和保护命令 371 
14.3.3 一流的同步操作：事件 373 
14.4 Java的并发性 377 
14.4.1 线程、通信与同步 378 
14.4.2 同步方法 380 
14.4.3 虚拟机与存储模型 382 
14.4.4 分布式程序设计与远程方法调用 386 
14.5 本章小结 388 
习题 390 
第15章 逻辑编程范例和Prolog 396 
15.1 逻辑编程的历史 396 
15.2 逻辑编程范例的简要概述 397 
15.2.1 说明性编程 397 
15.2.2 交互编程 397 
15.3 作为原子动作统一解决的等式 398 
15.3.1 项 398 
15.3.2 置换 399 
15.3.3 最通用的合一置换 399 
15.3.4 合一算法 400 
15.4 子句作为过程声明的一部分 402 
15.4.1 简单子句 402 
15.4.2 计算过程 402 
15.4.3 子句 404 
15.5 Prolog编程 405 
15.5.1 单个程序的多重使用 405 
15.5.2 逻辑变量 406 
15.6 Prolog中的数学 409 
15.6.1 数学运算符 410 
15.6.2 数学比较关系 410 
15.6.3 对算术表达式的赋值 412 
15.7 控制、双性语法和元变量 414 
15.7.1 剪切 414 
15.7.2 双性语法和元变量 415 
15.7.3 控制设备 416 
15.7.4 失败的否定 418 
15.7.5 高阶编程和Prolog中的元编程 419 
15.8 Prolog的评价 421 
15.9 书目评价 423 
15.10 本章小结 423
附录A 程序实例补充 425A.1 程序和面向对象机制 425 
A.1.1 类型的程序：典型案例版本 426 
A.1.2 shape程序：面向对象版本 430
附录B 术语表 433