第章程序设计基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第10章 程序设计基础,本章教学目的:,了解程序设计的基本概念、思想和方法，为今后更好地学习程序设计语言打好基础。,本章教学内容：,程序设计语言概述,2. 程序：程序的类型及程序的执行方式。,3. 软件工程：目前软件开发和维护的方法。,4. 软件生命周期：软件开发的具体步骤。,10.1 程序设计语言概述,任何以计算机为处理工具的任务都是对处理对象和处理规则的完整描述，称为程序。,软件是程序、数据及相关文档的集合，是 用户与硬件之间的接口。,机器语言是计算机硬件系统能唯一识别并执行的语言，计算机指令。,计算机指令是硬件唯一能识别的、实现计算机基本功能的二进制编码，是指挥计算机工作的基本命令。,指令,：,计算机指令是计算机执行命令的最小功能单位,是指挥计算机工作的命令，是软件与硬件的接口。,一般来说，指令由操作码和操作数两部分组成,：,操作码用于指明操作，不同指令具有不同的操作码。操作数可以是要操作的数据（称为立即数），也可以是存放操作数的内存单元地址或寄存器地址等,。,操作码,操作数,2. 指令系统,指令系统：一台计算机中全部指令的集合构成指令系统。,一台计算机的指令系统决定了它的基本性能，现代计算机一般都有几十条到上百条指令。,早期计算机，从简化计算机硬件结构和降低成本考虑，指令系统都比较简单，指令条数少、功能弱。,为增加计算机功能及缩小指令系统与高级程序设计语言之间的差异，人们研制了复杂指令系统计算机（CISC，Complex Instruction Set Computer）。CISC计算机指令条数多达二三百条，能直接处理多种数据类型。,RISC，Reduced Instruction Set Computer，指令系统具有指令少、功能简单、指令执行时间短等特点，RISC成为计算机设计的主流 。,10.1.2 汇编语言,汇编语言：指令由英文单词或缩写构成，用符号和十进制数代替机器语言中的二进制编码，便于人们记忆和书写。,10111000 00001000 00000000,00000101 00000111 00000000,以计算A=8+7为例,：,：,机器语言为,：,：,汇编语言为,：,：,MOVAX，8,ADDAX，7,；将8存入,累,累加器A中,；7与累加,器,器A中的内,容,容相加，,；结果仍存,放,放在A中,计算机程序,设,设计语言总,体,体上可以分,为,为低级语言,和,和高级语言,两,两大类，低,级,级语言是指,机,机器语言和,汇,汇编语言；,低级语言的,低,低级并不是,说,说语言的功,能,能性差，而,是,是指与计算,机,机 硬件,密,密切相关，,编,编写程序难,度,度较大。,机器语言和,汇,汇编语言都,与,与计算机类,型,型有关,；,汇编语言一,般,般用于编制,系,系统软件和,过,过程控制软,件,件,10.1.3 结构,化,化程序设计,语,语言,结构化程序,设,设计语言：,脱,脱离具体计,算,算机硬件结,构,构的程序设,计,计语言。,程序设计的,核,核心是数据,结,结构和算法,；,；,通过数据结,构,构定义数据,的,的存储形式,；,；,通过算法研,究,究如何用快,捷,捷、高效的,方,方法来组织,解,解决问题的,具,具体过程。,20世纪50年代后期,，,，出现了许,多,多脱离具体,计,计算机硬件,结,结构的程序,设,设计语言，,人,人们称之为,高,高级程序设,计,计语言。例,如,如Basic、FORTRAN、Pascal等,。,例如，计算A=8+7,并,并输出结果,的,的BASIC语言程序,段,段如下：,A=8+7,PrintA,结构化程序,设,设计语言将,注,注意力从机,器,器转移到问,题,题本身，它,致,致力于用计,算,算机能理解,的,的逻辑来描,述,述解决问题,的,的具体方法,和,和步骤。,面向过程的,程,程序设计的,核,核心是数据,结,结构和算法,。,。通过数据,结,结构定义数,据,据的存储形,式,式；通过算,法,法研究如何,用,用快捷、高,效,效的方法来,组,组织解决问,题,题的具体过,程,程。,1. 结构,化,化程序设计,语,语言的基本,特,特征,：,程序内部结,构,构化：程序,由,由顺序、选,择,择（分支）,和,和重复（循,环,环）3种结,构,构组成。,程序模块化,：,：一个大程,序,序由若干个,功,功能独立的,、,、相互关联,的,的程序模块,（,（子程序、,函,函数等）组,成,成。程序模,块,块之间通过,调,调用 关系,完,完成程序的,整,整体功能。,可移植性好,：,：即为一类,计,计算机设计,的,的程序，经,少,少量改动后,可,可以在另一,类,类计算机上,运,运行。与,低,低级语言相,比,比，结构化,程,程序具有较,好,好的移植性,。,。,具有代表性,的,的结构化程,序,序设计语言,：,FORTRAN语言：,是,是Formula Translator的,缩,缩写，在工,程,程、数学和,科,科学研究上,是,是使用最广,泛,泛的语言，,尤,尤其是在科,学,学计算中发,挥,挥着极其重,要,要的作用。,Pascal语言：作,为,为一门实用,程,程序设计语,言,言和教学工,具,具，Pascal语言,在,在高校计算,机,机软件教学,中,中一直处于,主,主导地位。,C语言：适,合,合于系统描,述,述，可以用,于,于编写系统,和,和应用软件,。,。,10.1.4 面向,对,对象的程序,设,设计语言,Object OrientedProgramming，OOP,早在20世,纪,纪60年代,在,在实验室中,就,就提出了面,向,向对象方法,，,，最早的面,向,向对象软件,是,是1966,年,年开发的Simula,它首次提,出,出模拟人类,思,思维方式，,将,将数据和相,关,关操作集成,在,在一起。使,得,得数据和处,理,理数据的方,法,法融为一体,，,，更方便处,理,理现实世界,中,中复杂的事,物,物。,面向对象的,程,程序设计语,言,言：,对象：是程,序,序中最基本,的,的运行实体,，,，一个程序,由,由若干个对,象,象组成，各,个,个对象既相,互,互独立，又,通,通过消息相,互,互联系。,类：是具有,相,相同特征对,象,象的抽象，,是,是创建对象,的,的模板,2. 可视,化,化程序设计,在可视化程,序,序设计中，,属,属性、事,件,件和方法是,用,用于控制和,管,管理对象的3个要素。,属性：用于,描,描述对象的,特,特征。,事件：是对,象,象响应某种,操,操作时的一,种,种反映机制,，,，是响应某,种,种操作的程,序,序代码入口,。,。,方法：一种,子,子程序，调,用,用时依附于,对,对象，运行,时,时执行相关,的,的操作，也,称,称之为对象,函,函数。,具有代表性,的,的面向对象,程,程序设计语,言,言：,C+语言：在C语言,基,基础上增加,了,了面向对象,的,的支持，基,本,本兼容C语,言,言程序。其,特,特点是既支,持,持结构化程,序,序设计方法,，,，又支持面,向,向对象程序,设,设计方法，,因,因此，也称,之,之为混合型,语,语言。,Delphi语言：是在Pascal基,础,础上开发出,来,来的可视化,程,程序设计语,言,言，是真正,的,的面向对象,编,编程语言，,执,执行效率高,，,，具有强大,的,的数据库管,理,理功能，是,开,开发中小型,数,数据库软件,的,的理想编程,工,工具。,Java语,言,言：Java,也,也是一种跨,平,平台的程序,设,设计语言，,适,适合开发基,于,于网络、多,媒,媒体、与平,台,台无关的应,用,用程序，应,用,用程序可以,在,在网络上传,输,输，并可以,运,运行在任何,计,计算机上。,网页设计语,言,言：,通过网络浏,览,览器浏览的,网,网页可分为,动,动态网页,、,、 静态网,页,页两种。,标记语言主,要,要用于设计,静,静态网页，,利,利用标记标,注,注信息的类,型,型和位置。,脚本语言是,介,介于HTML和编程语,言,言之间的一,种,种语言，主,要,要用于设计,动,动态网页。,在计算机中,，,，通常将,结,结构化程序,设,设计语言和,面,面向对象程,序,序设计语言,统,统称为高级,程,程序设计语,言,言，简称高,级,级语言。,10.2,程,程序,任何以计算,机,机为处理工,具,具的任务都,是,是对处理对,象,象和规则的,完,完整描述，,这,这种描述称,为,为程序。,程序是用计,算,算机语言设,计,计的，为完,成,成某一任务,、,、按一定顺,序,序编排的指,令,令序列。,要使程序起,作,作用，必须,将,将其装入到,内,内存中执行,，,，程序的实,际,际工作过程,称,称为执行或,运,运行。,在屏幕上显,示,示字符串“HelloWorld”,DSEGSEGMENT,STRING DB Hello World,0DH,OAH,$;定义缓,冲,冲区,DSEGENDS,CSEGSEGMENT,ASSUME CS:CSEG,DS:DSEG,START: MOV AX,DSEG,MOVDS,AX,LEA DX,STRING,MOV AH,09H,INT 21H,MOV AH,4CH,INT 21H,CSEGENDS,END START,【 例81 】计算,阶,阶乘的C语,言,言程序JSJC.C。,Longfun(Int x)/*,函,函数fun,用来计算x的阶乘*/,LongResult=1；/*result是变量，,用,用来保存计,算,算结果*/,Int I,；,；/* i为循,环,环控制变量*/,For(i=2；i 0 Then,Command1.Caption = ,查,查找下一个,a = k+ Len(Text1),Text2.SetFocus,Text2.SelStart= k -1,Text2.SelLength= Len(Text1),b = b+ 1,Else,MsgBox 查找,完,完毕！共找,到,到 &b & 个 & Text1,Command1.Caption = ,查,查找“,a = 1,End If,Print k,End Sub,根据程序所,处,处软件的开,发,发阶段或运,行,行方式的不,同,同，程序主,要,要有源程序,、,、可执行程,序,序和动态链,接,接库3种类,型,型。,人们将利用,程,程序设计语,言,言设计的内,容,容称为源程,序,序 。将保,存,存这些内容,的,的文件称为,源,源程序文件,。,。,可执行程序,是,是由源程序,翻,翻译（编译,）,）生成的、,真,真实的机器,语,语言程序。在Windows中，,最,最常用的可,执,执行程序文,件,件扩展名为EXE和COM。,动态链接库是由源程序,生,生成的机器,语,语言程序的,另,另一种形式,，,，主要作为,可,可执行程序,的,的辅助文件,，,，不能独立,运,运行。,主要作用：,（1）提供,应,应用程序接,口,口（API,）,），User32.dll,（2）程序,动,动态加载,源程序的翻,译,译方式：,编译方式：通过程序设,计,计语言提供,的,的编译或生,成,成工具，系,统,统自动对整,个,个源程序逐,句,句进行词法,分,分析、语法,分,分析和机器,语,语言指令翻,译,译。,解释方式：在程序设计,语,语言环境中,直,直接运行源,程,程序，在执,行,行每条语句,前,前，系统先,分,分析语句的,词,词法和语法,，,，若语句正,确,确，则生成,并,并执行机器,语,语言指令，,直,直到程序运,行,行结束。,10.3,软,软件工程,基,基础,软件工程是,将,将系统的、,规,规范的、可,度,度量的方法,应,应用于软件,开,开发和维护,整,整体过程的,一,一门科学，,用,用数学、计,算,算机科学和,管,管理科学的,原,原理，借助,传,传统工程科,学,学的原则和,方,方法创建与,维,维护软件，,从,从而达到提,高,高软件质量,、,、降低软件,成,成本的目的,。,。,软件工程学,出,出现的目的,是,是为缓解软,件,件危机。,软件工程的诞生背景,程序设计时,代,代：,程序设计语,言,言是机器语,言,言和汇编语,言,言，这个阶,段,段被称为程,序,序设计时代,。,。软件开发,主,主要是个体,手,手工劳动,完,完全依赖程,序,序设计者的,个,个人技能，,不,不重视程序,设,设计方法。,程序系统时,代,代：,高级程序设,计,计语言出现,后,后，提出了,结,结构化程序,设,设计的方法,，,，并成为软,件,件开发的主,要,要工具，称,此,此阶段为程,序,序系统时代,。,。,供需矛盾,；,开发成本和,时,时间失控；,质量难以保,障,障,；,维护困难,。,主要表现,:,软件危机,是泛指在计,算,算机软件的,开,开发和维护,过,过程中所遇,到,到的一系列,严,严重问题。,软件发展速度落后于硬件发展水平，人们对软件的需求得不到满足。,管理人员缺少开发软件的经验，需求描述不准确，而开发人员又缺少管理经验，二者之间缺乏交流工具，过分依赖开发人员在软件开发过程中的技巧和创造力，因此，很难开发出高质量的实用软件。,由于缺乏软件开发规范和技术文档，人们很难阅读和修改其他人开发的软件，使软件维护、移植和升级困难，导致软件重复开发问题严重，软件复用性降低。,软件工程主要包括软,件,件开发技术,和,和软件工程,管,管理。,软件工程是一门交叉,科,科学，包含,方,方法、工具,和,和过程3个,要,要素。,软件工程包,括,括三个要素,：,：方法、工,具,具和过程。1.,方法：完成,软,软件工程项,目,目的技术手,段,段，它支持,项,项目计划和,估,估算、系统,和,和软件需求,分,分析、软件,设,设计、编码,、,、测试和维,护,护。2.,工,工具：支持,软,软件的开发,和,和管理，支,持,持各种软件,文,文档的生成,。,。人们将用,于,于软件开发,的,的软、硬件,工,工具和软件,工,工程数据库,集,集成在一起,，,，建立了集,成,成软件工程,环,环境；3.过程：支,持,持软件开发,各,各个环节的,控,控制、管理,。,软件工程的,基,基本目标是,付,付出较低的,开,开发成本，,达,达到要求的,软,软件功能；,按时完成开,发,发任务，及,时,时交付使用,；,；,开发出来的,软,软件具有良,好,好的稳定性,、,、可靠性、,适,适应性和可,操,操作性，易,于,于移植和维,护,护。,在软件开发,过,过程中，必,须,须遵循,抽象性,、,信息隐藏性,、,模块化,、,局部化,、,一致性,、,完整性,和,可验证性,等原则。,抽取,事物,最基本,的,特性和行为,，忽略某些无关紧要的细节。,模块化,是程序中逻辑上相对独立的成分，是,功能相对独立的程序单位,(VB语言中的子程序、窗体等)，具有良好的接口定义(如子程序的形式参数、对象的事件等)。,隐藏,信息模块的,实现细节,（如子程序实现代码、对象的构造代码等），,通过,模块,接口,实现,操作,，将注意力集中在更高层次的对象上。,一个,模块,的,功能尽量独立,和完整，不受其他模块运行（如改变同名变量的值）的干扰，在模块内部有较强的内聚力，其他模块只能通过接口与之建立联系，以便降低求解问题的复杂性。,在一个软件系统的各个模块中，使用规范、统一的符号和术语；,软件与硬件接口,一致；,模块内外接口,一致；,系统规格说明书与软件系统的行为,一致等。,软件系统不丢失任何重要成分，,完全实现,系统所需要的功能。,开发大型软件系统需要逐步分解，,系统分解,应遵循系统容易检查、测试和评审的原则，以保证系统的,可验证性,。,10.4,软,软件生命,周,周期,软件产品从,形,形成概念开,始,始，经过开,发,发、使用和,维,维护，直到,最,最后退役的,全,全过程称为,软,软件的生命,周,周期。,在“计算机,软,软件开发规,范,范”的国家,标,标准中，将,软,软件生存周,期,期划分为可,行,行性研究、,需,需求分析、,概,概要设计、,详,详细设计、,代,代码实现、,软,软件测试、,使,使用与维护7个阶段，,在,在每个阶段,中,中都明确规,定,定了任务、,实,实施方法、,步,步骤和完成,标,标志等，并,要,要求产生相,关,关的文档。,软件定义阶,段,段:,1. 可行,性,性研究：也,称,称软件计划,或,或策划阶段。,此阶段主要,对,对待开发系,统,统涉及到的,经,经费、软/,硬,硬件技术、,效,效益和法律,等,等方面的问,题,题进行可行,性,性论证，制,定,定系统开发,任,任务的实施,计,计划,。,2. 需求,分,分析：,需求是用户,对,对目标软件,系,系统在功能,、,、行为、性,能,能和约束等,方,方面的要求,或,或期望。需,求,求分析是对,应,应用问题及,其,其环境的理,解,解与分析，,为,为应用问题,涉,涉及的事物,、,、功能及系,统,统行为建立,模,模型，将需,求,求精确化和,完,完整化，最,终,终形成需求,规,规格说明书,。,。,需求分析的,主,主要工作：,获取资料,资料分析,形成需求规,格,格说明书,需求评审,系统分析员,与,用户,进行业务交流和探讨，不断收集、积累相关的业务资料（文件或表格等），加深理解需求，澄清模糊的概念，对有争议的业务环节,达成共识,等。,系统分析员,对收集的资料进行综合分析和总结，,确认业务范围和处理细节,，,规划业务流程,，排除不合理的需求，,确定应用问题的解决方案,、目标系统的,功能模块,以及,数据模型,（如ER图形），,建立,各功能模块之间的,关联,等。,需求分析,的,成果,是,需求规格说明书,，通常包括,数据描述,、,功能描述,和,性能描述,等信息。它是用户、系统分析员和软件开发人员进行交流的共识资料，是待开发软件系统的预期目标，同时作为控制软件的开发过程，系统功能测试、评估和验收的依据。,对,需求规格说明书,进行,审核,，验证文档的一致性、完整性、正确性、可行性和有效性。,软件开发阶,段,段:,3. 概要,设,设计：也称,结,结构设计或,总,总体设计，,根,根据需求确,定,定软件和数,据,据的总体框,架,架。,数据结构设,计,计：也称数,据,据对象设计,，,，主要任务,是,是依据需求,分,分析的数据,模,模型，结合,程,程序中涉及,的,的算法，设,计,计数据文件,的,的逻辑结构,。,软件结构设,计,计：按自顶,向,向下、逐步,求,求精和模块,化,化的设计原,则,则，将一个,软,软件分解和,规,规划成若干,个,个模块，确,定,定各模块之,间,间的关联信,息,息。,概要文档：,概,概要设计说,明,明书、数据,结,结构或数据,库,库设计说明,书,书和软件集,成,成调试计划,等,等。,4. 详细,设,设计：主要,任,任务是设计,软,软件功能结,构,构图中每个,最,最低层模块,的,的局部算法,和,和数据结构,确定每个,模,模块调用和,数,数据传输接,口,口。,描述算法的,常,常用工具有,伪,伪代码（Procedure DesignLanguage，PDL）、,程,程序流程图,和,和NS图,等,等，设计成,果,果是详细设,计,计说明书。,5. 编码,实,实现：需要,选,选择一种程,序,序设计语言,，,，进入程序,设,设计阶段。,通,通常利用菜,单,单或窗口结,合,合工具栏设,计,计软件功能,结,结构图的总,体,体框架，依,据,据详细设计,中,中的算法和,数,数据结构设,计,计每个功能,模,模块的程序,代,代码，设计,成,成果是源程,序,序。,6.,软,软,件,件测,试,试：,是,是对,需,需求,规,规格,说,说明,书,书、,概,概要,设,设计,说,说明,书,书及,程,程序,代,代码,等,等内,容,容的,最,最后,复,复审,。,。,软件,质,质量,保,保证,贯,贯穿,于,于软,件,件开,发,发的,整,整个,过,过程,，,，其,中,中关,键,键步,骤,骤是,软,软件,测,测试,；,软件,测,测试,目,目的,是,是在,软,软件,产,产品,交,交付,使,使用,之,之前,尽,尽可,能,能发,现,现潜,在,在的,错,错误,；,软件,测,测试,主,主要,检,检测,和,和更,正,正语,义,义和,功,功能,错,错误,。,软件,测,测试,的,的方,法,法：,静态,测,测试：,不需,要,要运,行,行软,件,件，,由,由人,工,工直,接,接进,行,行阅,读,读和,检,检查,源,源程,序,序，,包,包括,代,代码,检,检查,、,、静,态,态结,构,构分,析,析和,代,代码,质,质量,度,度量,等,等。,动态,测,测试,：,：,是基,于,于计,算,算机,的,的测,试,试，,通,通过,运,运行,软,软件,发,发现,错,错误,。,。这,种,种方,法,法需,要,要测,试,试人,员,员根,据,据软,件,件开,发,发规,格,格说,明,明和,程,程序,内,内部,结,结构,精,精心,地,地设,计,计,测试,用,用例,，通,过,过输,入,入数,据,据和,预,预期,的,的输,出,出结,果,果发,现,现软,件,件中,的,的错,误,误。,为测试软件而设计的数据称为测试用例。设计测试用例时，要根据程序的具体功能或运算，综合考虑各种可能情况，构造具有代表性的数据。,动态,测,测试,的,的方,法,法：,白盒,测,测试,：,：也,称,称结,构,构测,试,试或,逻,逻辑,驱,驱动,测,测试,。,。需,要,要测,试,试人,员,员先,阅,阅读,和,和分,析,析源,程,程序,的,的内,部,部结,构,构，,根,根据,程,程序,可,可能,执,执行,的,的路,径,径（,分,分支,或,或循,环,环）,设,设计,测,测试,用,用例,，,，确,保,保每,个,个分,支,支、,每,每个,循,循环,体,体和,循,循环,边,边界,条,条件,至,至少,执,执行,一,一次,，,，然,后,后，,通,通过,测,测试,用,用例,运,运行,软,软件,，,，验,证,证软,件,件结,构,构的,正,正确,性,性。,黑盒,测,测试,：,：也,称,称功,能,能测,试,试或,数,数据,驱,驱动,测,测试,。,。黑,盒,盒测,试,试主,要,要依,据,据需,求,求规,格,格说,明,明书,和,和概,要,要设,计,计说,明,明书,，,，使,用,用测,试,试用,例,例运,行,行软,件,件，,检,检验,软,软件,功,功能,的,的性,能,能、,正,正确,性,性和,遗,遗漏,问,问题,，,，将,软,软件,视,视为,黑,黑匣,子,子，,不,不需,要,要了,解,解软,件,件内,部,部代,码,码。,单元,测,测试,：测,试,试的,对,对象,是,是软,件,件设,计,计的,最,最小,单,单位,模块，是,动,动态,测,测试,的,的第,一,一步,。,。,集成,测,测试,：又,称,称为组装,测,测试或综合,测,测试。按,概,概要,设,设计,的,的要,求,求，,将,将所有,模,模块通过,调,调用,连,连接,成,成程,序,序系,统,统进,行,行测,试,试。,确认,测,测试,：也,称,称有效,性,性测,试,试。一,般,般采,用,用黑,盒,盒测,试,试方,法,法。,系统,测,测试,：在,实,实际,运,运行,环,环境,下,下对,计,计算,机,机系,统,统进,行,行一,系,系列,的,的综合,测,测试。,测试4步,骤,骤：,使用,：,：也,称,称运,行,行或,执,执行,。,。一,般,般包,括,括软,件,件安,装,装、,使,使用,培,培训,、,、相,关,关事,宜,宜咨,询,询等,内,内容,。,。,维护,：,：是,软,软件,运,运行,过,过程,中,中更,新,新或,升,升级,等,等一,系,系列,活,活动,。,。具,体,体任,务,务包,括,括运,行,行过,程,程中,的,的故,障,障处,理,理，,修,修改,逐,逐渐,暴,暴露,出,出来,的,的错,误,误，,版,版本,升,升级,，,，软,件,件移,植,植等,。,。,软件,一,一旦,交,交付,用,用户,投,投入,运,运行,，,，便,进,进入,软,软件,生,生命,周,周期,的,的使,用,用与,维,维护,阶,阶段,，,，直,至,至退,役,役。,演讲,完,完毕,，,，谢,谢,谢观,看,看！,