华盛顿大学Programming Language Week2_Part1

华盛顿大学Programming Language Week2

Week1目录

• ML Expressions and Variable Bindings(ML的表达式以及变量绑定)
• Using use （使用use：主要运行源代码文件）
• Variables are Immutable （变量不可变的）
• Function Bindings （方法绑定）
• Pairs and Other Tuples （数对和其他元组）
• Lists（列表）
• Let Expressions（let表达式)
• Options（一种语法）
• Some Other Expressions and Operators
• Lack of Mutation and Benefits Thereof
• The Pieces of a Programming Language

ML Expressions and Variable Bindings

首先从一个非常非常简单的代码开始，变量的绑定

An ML program is a sequence of bindings.讲述的是指在ML语言中就是不断的变量绑定

在进行变量绑定时，需要涉及到type-checked和evaluate这两个内部操作，还有static environment和dynamic environment。

static environment中存放的是变量的类型即 type
dynamic environment中存放的是数值，在进行evaluate时就需要在这里面进行查找和使用

学习程序设计语言时需要学习三个东西syntax、semantics（type-check&evaluate)

• syntax (how to write it) : 语法，是指的一段代码的语言的规则例如val x = e;在这句话中就明确的指出了变量定义的方法。其中的e可以是任意的变量，也可以是表达式（expression）
• semantic(how it type-checks and evaluates) : 语义，在进行type-check时，会使用到static environment ，是会创建一个新的静态环境；而在进行evaluate时，使用的是dynamic environment，会赋予一个数值，具体如下：

val x = 34;
(* static environment: x-->int *)
(* dynamic environment: x-->34 *)

val y = 17;
(* static environment: y-->int, x-->int *)
(* dynamic environment: y-->17, x-->34 *)

(* to evaluate an addition, evaluate the subexpressions and add *)
(* to evaluate a variable, lookup its value in the environment  *)

val z = (x + y) + (y + 2);
(* static environment: z-->int, y-->int, x-->int *)
(* dynamic environment: z-->70, y-->17, x-->34 *)

在最后进行计算时，首先会在environment中进行查找，检查是否可以进行操作。

在本小节中，要学会的是对于一种新的程序设计语言都可以从三个方面去分析它，包括syntax、type-check、evaluate。例如：

这里只说了三个分析的例子，其他也是类似的

Using use

这里的use指的是要使用read-eval-print-loop，其意思是指读取、运算、循环输出，英文Wiki如下：

A read–eval–print loop (REPL), also termed an interactive toplevel or language shell, is a simple, interactive computer programming environment that takes single user inputs (i.e., single expressions), evaluates (executes) them, and returns the result to the user; a program written in a REPL environment is executed piecewise.

在该课程种使用的是ML language，搭配emacs，使用use "filename.sml";作为对写的文件进行调用，这个就和Java运行中的，编译+运行一样：javac hello.java然后java hello是一个道理的。

Variables are Immutable

在程序设计语言中一个很关键的就是immutable和mutable，它涉及了在语言中是否可以进行更改，是否可变。在ML中，变量进行赋值后，在这个dynamic environment中，x始终是map到一个数的。

如果是在一个dynamic environment中使用重新赋值是不会改变的，示例如下：

- val x = 10;
val x = 10 : int
- x = 20;
val it = false : bool

在这个语句中，首先对x进行赋值得到x = 10但是进一步使用x = 20时得到的时false，而不是赋值变换。

Function Bindings

Function类似于Java中的Method（方法）

学习Function的绑定，也是从三个方面来进行学习

1. syntax：fun x0(x1:t1,x2:t2...xn:tn) = e其中的x1-xn是变量名，其中的t1是type的简写，讲述的是变量的类型，最后的e是expression，是Function的表达式，一个简单的求x^y可以写为：

(* 涉及了一个递归的思想，而不是迭代*)
fun pow(x:int,y:int) = 
	if y = 0
	then 1
	else x*pow(x,y-1)

2. type-check: 在ML中，Function的类型和变量绑定的类型一致，例如x0首先是从static environment中得到x1...xn的类型，在得到类型之后进行自己的计算得到e的类型，最终x0的类型便是（t1 t2...tn -> t3)
3. evaluation：Function也只是在dynamic environment中的一个值。

Function Calls

1. Syntax： e0 (e1,...,en)
2. Type-check: 对于上面的e1...en的每一个类型都需要和e0这个Function在static environment中的类型相匹配
3. Evaluate：最终在dynamic environment中找到e1对应的v1（value）以及剩下的其他value。完成最终计算。

fun cube(x : int) = 
	pow(x,3)
val ans = cube(4)

Pairs and Other Tuples

前面讲述的都是一些简单的变量绑定，这里讲的Tuples（元组）则是一种组合变量，在其内部有多个值。

1. syntax：（e1,e2)其中的e1，e2也可以是组合变量。
2. evaluate：（e1,e2)对应的值为(v1,v2)

使用方法为#1 或者#2得到对应位置的变量。

- val a = (1,2,3,4);
val a = (1,2,3,4) : int * int * int * int
- #1 a;
val it = 1 : int
- #3 a;
val it = 3 : int

(*一个典型的例子就是div_mod，使用Java等其他语言需要创建一个类，来导出这两个东西*)
fun div_mod(x:int,y:int) = 
	(x div y,x mod y)

Lists

和Tuple相比，Lists可以无限长，没有限制，但是在List中的所有元素必须是同类型的，不能有混杂类型。

1. Syntax：[]使用的是方括号，
   操作：

• null 判断list是否为空，如果为空则返回true

- val c = [];
val c = [] : 'a list
- null c;
val it = true : bool

• hd 获得list的第一个元素

val cc = [1,3,4]
- hd cc;
val it = 1 : int

• tl 获取除了头元素的剩下的元素

- tl cc;
val it = [3,4] : int list

• :: 使用这个可以向list中添加元素

- 0::cc;
val it = [0,1,3,4] : int list

在这些基本操作里面没有办法知道List的长度，所以在这里大部分是使用Recursion（递归）

fun append (xs : int list, ys : int list) =
    if null xs
    then ys
    else (hd xs) :: append(tl xs, ys)

fun countdown (x : int) =
    if x=0
    then []
    else x :: countdown(x-1)

待续.....