第10章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ).ppt

第10章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ),本章教學(xué)目的:,了解程序設(shè)計(jì)的基本概念、思想和方法，為今后更好地學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言打好基礎(chǔ)。,本章教學(xué)內(nèi)容：,程序設(shè)計(jì)語言概述2.程序：程序的類型及程序的執(zhí)行方式。3.軟件工程：目前軟件開發(fā)和維護(hù)的方法。4.軟件生命周期：軟件開發(fā)的具體步驟。,10.1程序設(shè)計(jì)語言概述,任何以計(jì)算機(jī)為處理工具的任務(wù)都是對處理對象和處理規(guī)則的完整描述，稱為程序。軟件是程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的集合，是用戶與硬件之間的接口。,機(jī)器語言是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)能唯一識別并執(zhí)行的語言，計(jì)算機(jī)指令。計(jì)算機(jī)指令是硬件唯一能識別的、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)基本功能的二進(jìn)制編碼，是指揮計(jì)算機(jī)工作的基本命令。指令：計(jì)算機(jī)指令是計(jì)算機(jī)執(zhí)行命令的最小功能單位,是指揮計(jì)算機(jī)工作的命令，是軟件與硬件的接口。,一般來說，指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成：操作碼用于指明操作，不同指令具有不同的操作碼。操作數(shù)可以是要操作的數(shù)據(jù)（稱為立即數(shù)），也可以是存放操作數(shù)的內(nèi)存單元地址或寄存器地址等。,2.指令系統(tǒng),指令系統(tǒng)：一臺計(jì)算機(jī)中全部指令的集合構(gòu)成指令系統(tǒng)。一臺計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)決定了它的基本性能，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一般都有幾十條到上百條指令。,早期計(jì)算機(jī)，從簡化計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和降低成本考慮，指令系統(tǒng)都比較簡單，指令條數(shù)少、功能弱。為增加計(jì)算機(jī)功能及縮小指令系統(tǒng)與高級程序設(shè)計(jì)語言之間的差異，人們研制了復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（CISC，ComplexInstructionSetComputer）。CISC計(jì)算機(jī)指令條數(shù)多達(dá)二三百條，能直接處理多種數(shù)據(jù)類型。,RISC，ReducedInstructionSetComputer，指令系統(tǒng)具有指令少、功能簡單、指令執(zhí)行時(shí)間短等特點(diǎn)，RISC成為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的主流。,10.1.2匯編語言,匯編語言：指令由英文單詞或縮寫構(gòu)成，用符號和十進(jìn)制數(shù)代替機(jī)器語言中的二進(jìn)制編碼，便于人們記憶和書寫。,101110000000100000000000000001010000011100000000,以計(jì)算A=8+7為例：,機(jī)器語言為：,匯編語言為：,MOVAX，8ADDAX，7,；將8存入累加器A中；7與累加器A中的內(nèi)容相加，；結(jié)果仍存放在A中,計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言總體上可以分為低級語言和高級語言兩大類，低級語言是指機(jī)器語言和匯編語言；低級語言的低級并不是說語言的功能性差，而是指與計(jì)算機(jī)硬件密切相關(guān)，編寫程序難度較大。機(jī)器語言和匯編語言都與計(jì)算機(jī)類型有關(guān)；匯編語言一般用于編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件,10.1.3結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言：脫離具體計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)語言。程序設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法；通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)的存儲形式；通過算法研究如何用快捷、高效的方法來組織解決問題的具體過程。,20世紀(jì)50年代后期，出現(xiàn)了許多脫離具體計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)語言，人們稱之為高級程序設(shè)計(jì)語言。例如Basic、FORTRAN、Pascal等。例如，計(jì)算A=8+7并輸出結(jié)果的BASIC語言程序段如下：A=8+7PrintA,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言將注意力從機(jī)器轉(zhuǎn)移到問題本身，它致力于用計(jì)算機(jī)能理解的邏輯來描述解決問題的具體方法和步驟。面向過程的程序設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)的存儲形式；通過算法研究如何用快捷、高效的方法來組織解決問題的具體過程。,1.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言的基本特征：,程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)化：程序由順序、選擇（分支）和重復(fù)（循環(huán)）3種結(jié)構(gòu)組成。程序模塊化：一個(gè)大程序由若干個(gè)功能獨(dú)立的、相互關(guān)聯(lián)的程序模塊（子程序、函數(shù)等）組成。程序模塊之間通過調(diào)用關(guān)系完成程序的整體功能?？梢浦残院茫杭礊橐活愑?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的程序，經(jīng)少量改動(dòng)后可以在另一類計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。與低級語言相比，結(jié)構(gòu)化程序具有較好的移植性。,具有代表性的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言：,FORTRAN語言：是FormulaTranslator的縮寫，在工程、數(shù)學(xué)和科學(xué)研究上是使用最廣泛的語言，尤其是在科學(xué)計(jì)算中發(fā)揮著極其重要的作用。Pascal語言：作為一門實(shí)用程序設(shè)計(jì)語言和教學(xué)工具，Pascal語言在高校計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)中一直處于主導(dǎo)地位。C語言：適合于系統(tǒng)描述，可以用于編寫系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。,10.1.4面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言,ObjectOrientedProgramming，OOP早在20世紀(jì)60年代在實(shí)驗(yàn)室中就提出了面向?qū)ο蠓椒?，最早的面向?qū)ο筌浖?966年開發(fā)的Simula它首次提出模擬人類思維方式，將數(shù)據(jù)和相關(guān)操作集成在一起。使得數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方法融為一體，更方便處理現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜的事物。,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言：,對象：是程序中最基本的運(yùn)行實(shí)體，一個(gè)程序由若干個(gè)對象組成，各個(gè)對象既相互獨(dú)立，又通過消息相互聯(lián)系。類：是具有相同特征對象的抽象，是創(chuàng)建對象的模板,2.可視化程序設(shè)計(jì),在可視化程序設(shè)計(jì)中，屬性、事件和方法是用于控制和管理對象的3個(gè)要素。屬性：用于描述對象的特征。事件：是對象響應(yīng)某種操作時(shí)的一種反映機(jī)制，是響應(yīng)某種操作的程序代碼入口。方法：一種子程序，調(diào)用時(shí)依附于對象，運(yùn)行時(shí)執(zhí)行相關(guān)的操作，也稱之為對象函數(shù)。,具有代表性的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言：,C+語言：在C語言基礎(chǔ)上增加了面向?qū)ο蟮闹С?，基本兼容C語言程序。其特點(diǎn)是既支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，又支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，因此，也稱之為混合型語言。Delphi語言：是在Pascal基礎(chǔ)上開發(fā)出來的可視化程序設(shè)計(jì)語言，是真正的面向?qū)ο缶幊陶Z言，執(zhí)行效率高，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能，是開發(fā)中小型數(shù)據(jù)庫軟件的理想編程工具。Java語言：Java也是一種跨平臺的程序設(shè)計(jì)語言，適合開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)、多媒體、與平臺無關(guān)的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，并可以運(yùn)行在任何計(jì)算機(jī)上。,網(wǎng)頁設(shè)計(jì)語言：,通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器瀏覽的網(wǎng)頁可分為動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁、靜態(tài)網(wǎng)頁兩種。標(biāo)記語言主要用于設(shè)計(jì)靜態(tài)網(wǎng)頁，利用標(biāo)記標(biāo)注信息的類型和位置。腳本語言是介于HTML和編程語言之間的一種語言，主要用于設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁。,在計(jì)算機(jī)中，通常將結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言統(tǒng)稱為高級程序設(shè)計(jì)語言，簡稱高級語言。,10.2程序,任何以計(jì)算機(jī)為處理工具的任務(wù)都是對處理對象和規(guī)則的完整描述，這種描述稱為程序。程序是用計(jì)算機(jī)語言設(shè)計(jì)的，為完成某一任務(wù)、按一定順序編排的指令序列。要使程序起作用，必須將其裝入到內(nèi)存中執(zhí)行，程序的實(shí)際工作過程稱為執(zhí)行或運(yùn)行。,在屏幕上顯示字符串“HelloWorld”,DSEGSEGMENTSTRINGDBHelloWorld,0DH,OAH,$;定義緩沖區(qū)DSEGENDSCSEGSEGMENTASSUMECS:CSEG,DS:DSEGSTART:MOVAX,DSEGMOVDS,AXLEADX,STRINGMOVAH,09HINT21HMOVAH,4CHINT21HCSEGENDSENDSTART,【例81】計(jì)算階乘的C語言程序JSJC.C。Longfun(Intx)/*函數(shù)fun,用來計(jì)算x的階乘*/LongResult=1；/*result是變量，用來保存計(jì)算結(jié)果*/IntI；/*i為循環(huán)控制變量*/For(i=2；i10)/*判斷輸入數(shù)據(jù)范圍*/Printf(“Datamustbewteen1and10.n”)；/*數(shù)據(jù)超界，提示合理范圍*/Continue；/*回到循環(huán)開始位置，繼續(xù)判斷循環(huán)條件*/s=fun(i)；/*調(diào)用函數(shù)fun計(jì)算i階乘，結(jié)果存于變量s中*/Printf(%d!=%ldn，I，s)；/*在屏幕上輸出計(jì)算結(jié)果*/圖8.1.1程序JSJC運(yùn)行過程,DimaAsIntegerDimbAsIntegerPrivateSubCommand1_Click()k=InStr(a,Text2,Text1)Ifk0ThenCommand1.Caption=查找下一個(gè)a=k+Len(Text1)Text2.SetFocusText2.SelStart=k-1Text2.SelLength=Len(Text1)b=b+1ElseMsgBox查找完畢！共找到&b&個(gè)&Text1Command1.Caption=查找“a=1EndIfPrintkEndSub,根據(jù)程序所處軟件的開發(fā)階段或運(yùn)行方式的不同，程序主要有源程序、可執(zhí)行程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫3種類型。人們將利用程序設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)的內(nèi)容稱為源程序。將保存這些內(nèi)容的文件稱為源程序文件。,可執(zhí)行程序是由源程序翻譯（編譯）生成的、真實(shí)的機(jī)器語言程序。在Windows中，最常用的可執(zhí)行程序文件擴(kuò)展名為EXE和COM。,動(dòng)態(tài)鏈接庫是由源程序生成的機(jī)器語言程序的另一種形式，主要作為可執(zhí)行程序的輔助文件，不能獨(dú)立運(yùn)行。主要作用：（1）提供應(yīng)用程序接口（API），User32.dll（2）程序動(dòng)態(tài)加載,源程序的翻譯方式：,編譯方式：通過程序設(shè)計(jì)語言提供的編譯或生成工具，系統(tǒng)自動(dòng)對整個(gè)源程序逐句進(jìn)行詞法分析、語法分析和機(jī)器語言指令翻譯。解釋方式：在程序設(shè)計(jì)語言環(huán)境中直接運(yùn)行源程序，在執(zhí)行每條語句前，系統(tǒng)先分析語句的詞法和語法，若語句正確，則生成并執(zhí)行機(jī)器語言指令，直到程序運(yùn)行結(jié)束。,10.3軟件工程基礎(chǔ),軟件工程是將系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件開發(fā)和維護(hù)整體過程的一門科學(xué)，用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和管理科學(xué)的原理，借助傳統(tǒng)工程科學(xué)的原則和方法創(chuàng)建與維護(hù)軟件，從而達(dá)到提高軟件質(zhì)量、降低軟件成本的目的。軟件工程學(xué)出現(xiàn)的目的是為緩解軟件危機(jī)。,軟件工程的誕生背景,程序設(shè)計(jì)時(shí)代：程序設(shè)計(jì)語言是機(jī)器語言和匯編語言，這個(gè)階段被稱為程序設(shè)計(jì)時(shí)代。軟件開發(fā)主要是個(gè)體手工勞動(dòng),完全依賴程序設(shè)計(jì)者的個(gè)人技能，不重視程序設(shè)計(jì)方法。,程序系統(tǒng)時(shí)代：高級程序設(shè)計(jì)語言出現(xiàn)后，提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法，并成為軟件開發(fā)的主要工具，稱此階段為程序系統(tǒng)時(shí)代。,供需矛盾；開發(fā)成本和時(shí)間失控；質(zhì)量難以保障；維護(hù)困難。,主要表現(xiàn):,軟件危機(jī)是泛指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。,軟件工程主要包括軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。,軟件工程是一門交叉科學(xué)，包含方法、工具和過程3個(gè)要素。,軟件工程包括三個(gè)要素：方法、工具和過程。1.方法：完成軟件工程項(xiàng)目的技術(shù)手段，它支持項(xiàng)目計(jì)劃和估算、系統(tǒng)和軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編碼、測試和維護(hù)。2.工具：支持軟件的開發(fā)和管理，支持各種軟件文檔的生成。人們將用于軟件開發(fā)的軟、硬件工具和軟件工程數(shù)據(jù)庫集成在一起，建立了集成軟件工程環(huán)境；3.過程：支持軟件開發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制、管理。,軟件工程的基本目標(biāo)是付出較低的開發(fā)成本，達(dá)到要求的軟件功能；按時(shí)完成開發(fā)任務(wù)，及時(shí)交付使用；開發(fā)出來的軟件具有良好的穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性和可操作性，易于移植和維護(hù)。,在軟件開發(fā)過程中，必須遵循抽象性、信息隱藏性、模塊化、局部化、一致性、完整性和可驗(yàn)證性等原則。,10.4軟件生命周期,軟件產(chǎn)品從形成概念開始，經(jīng)過開發(fā)、使用和維護(hù)，直到最后退役的全過程稱為軟件的生命周期。,在“計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范”的國家標(biāo)準(zhǔn)中，將軟件生存周期劃分為可行性研究、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)、軟件測試、使用與維護(hù)7個(gè)階段，在每個(gè)階段中都明確規(guī)定了任務(wù)、實(shí)施方法、步驟和完成標(biāo)志等，并要求產(chǎn)生相關(guān)的文檔。,軟件定義階段:,1.可行性研究：也稱軟件計(jì)劃或策劃階段。此階段主要對待開發(fā)系統(tǒng)涉及到的經(jīng)費(fèi)、軟/硬件技術(shù)、效益和法律等方面的問題進(jìn)行可行性論證，制定系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃。,2.需求分析：需求是用戶對目標(biāo)軟件系統(tǒng)在功能、行為、性能和約束等方面的要求或期望。需求分析是對應(yīng)用問題及其環(huán)境的理解與分析，為應(yīng)用問題涉及的事物、功能及系統(tǒng)行為建立模型，將需求精確化和完整化，最終形成需求規(guī)格說明書。,需求分析的主要工作：,獲取資料資料分析形成需求規(guī)格說明書需求評審,軟件開發(fā)階段:,3.概要設(shè)計(jì)：也稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)，根據(jù)需求確定軟件和數(shù)據(jù)的總體框架。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：也稱數(shù)據(jù)對象設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是依據(jù)需求分析的數(shù)據(jù)模型，結(jié)合程序中涉及的算法，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：按自頂向下、逐步求精和模塊化的設(shè)計(jì)原則，將一個(gè)軟件分解和規(guī)劃成若干個(gè)模塊，確定各模塊之間的關(guān)聯(lián)信息。概要文檔：概要設(shè)計(jì)說明書、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)說明書和軟件集成調(diào)試計(jì)劃等。,4.詳細(xì)設(shè)計(jì)：主要任務(wù)是設(shè)計(jì)軟件功能結(jié)構(gòu)圖中每個(gè)最低層模塊的局部算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),確定每個(gè)模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)傳輸接口。,描述算法的常用工具有偽代碼（ProcedureDesignLanguage，PDL）、程序流程圖和NS圖等，設(shè)計(jì)成果是詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書。,5.編碼實(shí)現(xiàn)：需要選擇一種程序設(shè)計(jì)語言，進(jìn)入程序設(shè)計(jì)階段。通常利用菜單或窗口結(jié)合工具欄設(shè)計(jì)軟件功能結(jié)構(gòu)圖的總體框架，依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)中的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每個(gè)功能模塊的程序代碼，設(shè)計(jì)成果是源程序。,6.軟件測試：是對需求規(guī)格說明書、概要設(shè)計(jì)說明書及程序代碼等內(nèi)容的最后復(fù)審。,軟件質(zhì)量保證貫穿于軟件開發(fā)的整個(gè)過程，其中關(guān)鍵步驟是軟件測試；軟件測試目的是在軟件產(chǎn)品交付使用之前盡可能發(fā)現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤；軟件測試主要檢測和更正語義和功能錯(cuò)誤。,軟件測試的方法：,靜態(tài)測試：不需要運(yùn)行軟件，由人工直接進(jìn)行閱讀和檢查源程序，包括代碼檢