程序設(shè)計(jì)語言和編碼

程序設(shè)計(jì)語言和編碼第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日編碼階段的任務(wù)是根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書編寫程序程序設(shè)計(jì)語言的特性和程序設(shè)計(jì)風(fēng)格會深刻地影響軟件的質(zhì)量和可維護(hù)性為了保證程序編碼的質(zhì)量，程序員必須深刻理解、熟練掌握并正確地運(yùn)用程序設(shè)計(jì)語言的特性此外，還要求源程序具有良好的結(jié)構(gòu)性和良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格2第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日內(nèi)容摘要程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)風(fēng)格3第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日內(nèi)容摘要程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)風(fēng)格4第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日基本概念程序設(shè)計(jì)語言是指用于書寫計(jì)算機(jī)程序的語言，它是一種實(shí)現(xiàn)性的軟件語言語法（syntax）用來表示構(gòu)成語言的各個(gè)記號之間的組合規(guī)則，它是構(gòu)成語言結(jié)構(gòu)正確成分所需遵循的規(guī)則集合如C語言中for語句的構(gòu)成規(guī)則是：

for（表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3）語句

語法中不涉及到這些記號的含義，也不涉及使用者5第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日語義（semantic）用來表示按照各種表示方式所表示的各個(gè)記號的特定含義，但它不涉及到使用者。

如上述for語句中：表達(dá)式1表示循環(huán)初值；表達(dá)式2表示循環(huán)條件；表達(dá)式3表示循環(huán)的增量；語句為循環(huán)體。整個(gè)語句的語義是：（1）計(jì)算表達(dá)式1（2）計(jì)算表達(dá)式2，若計(jì)算結(jié)果為0，則終止循環(huán)；否則轉(zhuǎn)（3）（3）執(zhí)行循環(huán)體（4）計(jì)算表達(dá)式3（5）轉(zhuǎn)向（2）6第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日語用（pragmatic）用來表示構(gòu)成語言的各個(gè)記號和使用者的關(guān)系。如：語言是否允許遞歸？是否要規(guī)定遞歸層數(shù)的上界？這種上界如何確定？這些都屬于語用上的問題。7第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)語言的基本成分程序設(shè)計(jì)語言基本成份可歸納為四種：數(shù)據(jù)成分、運(yùn)算成分、控制成分、傳輸成分?jǐn)?shù)據(jù)成分：它指明該語言能接受的數(shù)據(jù)，用來描述程序中的數(shù)據(jù)。如各種類型的變量、數(shù)組、指針、記錄等。作為程序操作的對象，具有名稱、類型和作用域等特征。使用前要對數(shù)據(jù)的這些特征加以說明。數(shù)據(jù)名稱由用戶通過標(biāo)識符命名，類型說明數(shù)據(jù)需占用存儲單元的多少和存放形式，作用域說明數(shù)據(jù)可以使用的范圍。8第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日以C語言為例，其數(shù)據(jù)構(gòu)造方式可分為基本類型和派生類型

9第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日運(yùn)算成分：它指明該語言允許執(zhí)行的運(yùn)算，用來描述程序中所需進(jìn)行的運(yùn)算。如+、-、*、/等?？刂瞥煞郑核该髟撜Z言允許的控制結(jié)構(gòu)，人們可利用這些控制成分來構(gòu)造程序中的控制邏輯?；镜目刂瞥煞职ǎ喉樞蚪Y(jié)構(gòu)、條件選擇結(jié)構(gòu)和重復(fù)結(jié)構(gòu)。如下頁圖10第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日基本程序控制結(jié)構(gòu)11第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日傳輸成分：它指明該語言允許的數(shù)據(jù)傳輸方式，在程序中可用它進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。例如：TurboC語言標(biāo)準(zhǔn)庫提供了兩個(gè)控制臺格式化輸入、輸出函數(shù)printf()和scanf()，這兩個(gè)函數(shù)可以在標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備上以各種不同的格式讀寫數(shù)據(jù)。Printf()函數(shù)用來向標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備(屏幕)寫數(shù)據(jù)，scanf()函數(shù)用來從標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備(鍵盤)上讀數(shù)據(jù)。12第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)語言的特性心理特性從設(shè)計(jì)到編碼的轉(zhuǎn)換基本上是人的活動(dòng)，因此，語言的性能對程序員的心理影響將對轉(zhuǎn)換產(chǎn)生重大影響在維持現(xiàn)有機(jī)器的效率、容量和其它硬件限制條件的前提下，程序員總希望選擇簡單易學(xué)、使用方便的語言，以減少程序出錯(cuò)率，提高軟件可靠性，從而提高用戶對軟件質(zhì)量的可信度13第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日

影響程序員心理的語言特性有：一致性：指語言采用的標(biāo)記法（使用的符號）協(xié)調(diào)一致的程度。如，一符多用的標(biāo)記法容易導(dǎo)致錯(cuò)誤。二義性：對語句不同理解所產(chǎn)生的二義性將導(dǎo)致程序員對程序理解的混亂。如，

ifthenifthenelsex:=a**b**c14第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日緊致性（compactness）：指程序員必須記憶的與編碼有關(guān)的信息總量?？坍嬀o致性的指標(biāo)有：對結(jié)構(gòu)化部件的支持程度，可用關(guān)鍵字和縮寫的種類，算術(shù)及邏輯操作符的數(shù)目，預(yù)定義函數(shù)的個(gè)數(shù)等。局部性：程序由模塊組成，應(yīng)采用高內(nèi)聚低耦合、模塊獨(dú)立、局部化等原則。線性：人們習(xí)慣于按邏輯上線性的次序理解程序，程序中大量的分支和循環(huán)、隨意的GOTO語句會破壞程序的線性，提倡結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。15第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)性：傳統(tǒng)性容易影響人們學(xué)習(xí)新語種的積極性16第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日工程特性程序設(shè)計(jì)語言的特性影響人們思考程序的方式，從而也限制了人們與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的方式。為滿足軟件工程的需要，程序設(shè)計(jì)語言還應(yīng)該考慮：將設(shè)計(jì)翻譯成代碼的便利程度、編譯器的效率、源代碼的可移植性、配套的開發(fā)工具、軟件的可復(fù)用性和可維護(hù)性。17第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日將設(shè)計(jì)翻譯成代碼的便利程度：語言若直接支持結(jié)構(gòu)化部件、復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、特殊I/O處理、按位操作和OO方法，則便于將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成代碼。編譯器的效率：編譯器應(yīng)生成效率高的代碼源代碼的可移植性：語言的標(biāo)準(zhǔn)化有助于提高程序代碼的可移植性，源程序中應(yīng)盡量不用標(biāo)準(zhǔn)文本以外的語句。18第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日配套的開發(fā)工具：CASE工具可減少編碼時(shí)間，提高代碼質(zhì)量。盡可能使用工具和程序設(shè)計(jì)支撐環(huán)境?？蓮?fù)用性：指編程語言能否提供可復(fù)用的軟件成分，復(fù)用時(shí)需要修改調(diào)整的內(nèi)容多少可維護(hù)性：包括可理解性、可測試性、可修改性。源程序的可讀性和文檔化特性是影響可維護(hù)性的重要因素。19第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日應(yīng)用特性不同的程序設(shè)計(jì)語言滿足不同的技術(shù)特性，可以對應(yīng)于不同的應(yīng)用。例如Prolog語言適用于人工智能領(lǐng)域、SQL語言適用于關(guān)系數(shù)據(jù)庫。語言的技術(shù)特性對軟件工程各階段有一定的影響，特別是確定了軟件需求之后，程序設(shè)計(jì)語言的特性就很重要了，要根據(jù)不同項(xiàng)目的特性選擇相應(yīng)特性的語言。20第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展和分類程序設(shè)計(jì)語言的分類按語言級別：低級語言和高級語言；按應(yīng)用范圍：通用語言和專用語言；按用戶要求：過程式語言和非過程式語言；按語言所含的成分：順序語言、并發(fā)語言和分布式語言21第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展史第一代語言：機(jī)器語言和匯編語言第二代語言：早期的高級語言，如BASIC，F(xiàn)ORTRAN，COBOL等第三代語言：具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和過程描述能力，支持結(jié)構(gòu)化編程，如Pascal，Modula，C，Ada等第四代語言（4GL）：這類語言出現(xiàn)于七十年代，其目的是為了提高程序開發(fā)速度，以及讓非專業(yè)用戶能直接編制計(jì)算機(jī)程序22第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日第四代語言的特點(diǎn)：對用戶友善，一般用類自然語言、圖形或表格等描述方式，普通用戶很容易掌握多數(shù)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相結(jié)合，可直接對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作對許多應(yīng)用功能均有默認(rèn)的假設(shè)，用戶不必詳細(xì)說明每一件事情的做法程序碼長度及獲得結(jié)果的時(shí)間與使用COBOL語言相比約少一個(gè)數(shù)量級支持結(jié)構(gòu)化編程，易于理解和維護(hù)23第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日

目前，第四代語言的種類繁多，尚無標(biāo)準(zhǔn)，在語法和能力上有很大差異，其中一些支持非過程式編程，更多的是既含有非過程語句，也含有過程語句。典型的4GL有：數(shù)據(jù)庫查詢語言、報(bào)表生成程序、應(yīng)用生成程序、電子表格、圖形語言等。多數(shù)4GL是面向領(lǐng)域的，很少是通用的。24第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日

自然語言最理想的是可以使用自然語言（如英語、法語或漢語），使計(jì)算機(jī)能理解并立即執(zhí)行請求。但迄今為止，自然語言理解仍然是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究中的一個(gè)難點(diǎn)，盡管在實(shí)驗(yàn)室的研究中取得了一定的成果，但在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用仍然是相當(dāng)有限的。

25第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)語言的選擇為一個(gè)特定的開發(fā)項(xiàng)目選擇編程語言時(shí)，通常要考慮如下因素：應(yīng)用領(lǐng)域算法和計(jì)算復(fù)雜性軟件運(yùn)行環(huán)境用戶需求，特別是性能需求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性軟件開發(fā)人員的知識水平可用的編譯器與交叉編譯器26第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日項(xiàng)目所屬的應(yīng)用領(lǐng)域常常是首要的標(biāo)準(zhǔn)COBOL適用于商業(yè)領(lǐng)域FORTRAN適用于工程和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域Prolog、Lisp適用于人工智能領(lǐng)域Smalltalk、C++適用于OO系統(tǒng)的開發(fā)有些語言適用于多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如C若有多種語言都適合于某項(xiàng)目的開發(fā)時(shí)，也可考慮選擇開發(fā)人員比較熟悉的語言27第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日選擇高級語言還是低級語言優(yōu)先選擇高級語言開發(fā)和維護(hù)高級語言程序比開發(fā)和維護(hù)低級語言程序容易得多必要時(shí)使用低級語言高級語言程序經(jīng)編譯后所產(chǎn)生的目標(biāo)程序的功效要比完成相同功能的低級語言程序低得多，所以在有些情況下會部分或全部使用低級語言28第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日

使用低級語言的情況：對運(yùn)行時(shí)間和存儲空間有過高要求的項(xiàng)目，如電子筆記本中的軟件在某些不能提供高級語言編譯程序的計(jì)算機(jī)上開發(fā)程序，如單片機(jī)上的軟件大型系統(tǒng)中對系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間起關(guān)鍵作用的模塊29第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日內(nèi)容摘要程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)風(fēng)格30第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序設(shè)計(jì)風(fēng)格編程的依據(jù)是詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果，因此程序的質(zhì)量主要取決于設(shè)計(jì)，但編程的質(zhì)量也在很大程度上影響著程序的質(zhì)量編程風(fēng)格主要包括：源程序中的內(nèi)部文檔數(shù)據(jù)說明語句構(gòu)造輸入／輸出31第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日源程序文檔化在源程序中可包含一些內(nèi)部文檔，以幫助閱讀和理解源程序在源程序中的內(nèi)部文檔主要包括：標(biāo)識符的命名注解程序的視覺組織32第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日標(biāo)識符的命名選擇含義明確的名字，使其能正確提示標(biāo)識符所代表的實(shí)體例如，表示總量的變量名用Total，表示平均值的用Average等名字不要太長，太長會增加打字量，且易出錯(cuò)。必要時(shí)可使用縮寫不用相似的名字，相似的名字容易混淆，不易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤如cm,cn,cmn,cnm,cnn,cmm33第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日不用關(guān)鍵字作標(biāo)識符同一個(gè)名字不要有多個(gè)含義名字中避免使用易混淆的字符。如數(shù)字0與字母O；數(shù)字1與字母I或l；數(shù)字2與字母z等34第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日程序的注釋程序中的注解用來幫助人們理解程序，決不是可有可無的一些正規(guī)的程序文本中，注解行的數(shù)量約占整個(gè)源程序的1／3到1／2，甚至更多注解分為序言性注解和功能性注解35第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日通常置于每個(gè)程序模塊的開頭部分，主要描述：模塊的功能模塊的接口：包括調(diào)用格式、參數(shù)的解釋、該模塊需要調(diào)用的其它子模塊名重要的局部變量：包括用途、約束和限制條件開發(fā)歷史：包括模塊的設(shè)計(jì)者、評審者、評審日期、修改日期以及對修改的描述序言性注釋36第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日通常嵌在源程序體內(nèi)，主要描述程序段的功能。書寫功能性注解時(shí)應(yīng)注意的問題：注解要正確，錯(cuò)誤的注解比沒有注解更壞；為程序段作注解，而不是為每一個(gè)語句作注解；用縮進(jìn)和空行，使程序與注釋容易區(qū)分；注解應(yīng)提供一些從程序本身難以得到的信息，而不是語句的重復(fù)。功能性注釋37第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日例如，下面的模塊級注釋描述了公共的和私有的過程（在類模塊中稱為“方法”）、屬性及其數(shù)據(jù)類型，以及如何將該類作為對象來使用的有關(guān)信息：公共方法：

MailAddRecipient(strNameAsString,OptionalfTypeAsBoolean)strName://要加入到郵件中的收件人名稱。

fType:OutlookMailItemType//屬性設(shè)置。

SendMail(OptionalblnShowMailFirstAsBoolean)blnShowMailFirst://發(fā)送前是否顯示Outlook郵件信息。如果不能解析收件人的地址，讓代碼將它設(shè)置為True。

私有方法：

InitializeOutlook()CreateMail()

公共屬性：

MailSubject:(Writeonly,String)MailMessage:(Writeonly,String)MailAttachments:(Writeonly,String)38第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日通過在程序中添加一些空格、空行和縮進(jìn)等技巧，幫助人們從視覺上看清程序的結(jié)構(gòu)例如，通過縮進(jìn)技巧可清晰地觀察到程序的嵌套層次，同時(shí)還容易發(fā)現(xiàn)諸如“遺漏end”那樣的錯(cuò)誤視覺組織39第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日

IF（…）THEN

IF（…）THEN

……

ELSE

……

ENDIF

……

ELSE

……

ENDIF40第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日自然的程序段之間可用空行隔開可通過添加空格使語句成分清晰，如

(A＜－17)ANDNOT(B＜＝49)ORC

可寫成

(A＜－17)ANDNOT(B＜＝49)ORC也可以通過添加括號突出運(yùn)算的優(yōu)先級，避免發(fā)生運(yùn)算的錯(cuò)誤，如

a**(b**c)41第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日放置大括號一般首選的方法是K&R方法：把左括號放在行尾，右括號放在行首。如：if

(X)

{Y}定義函數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)把左右括號都放在行首，如：int

F(int

x){//}注意，右括號所在的行不應(yīng)當(dāng)有其它語句，除非跟隨著一個(gè)條件判斷。也就是do-while語句中的“while”和if-else語句中的“else”。例如：do

{body

of

do-loop}

while

(condition);if

(x

==

y)

{…}

else

if

(x

>

y)

{...}

else

{…}42第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)說明為了使程序中數(shù)據(jù)說明更易于理解和維護(hù)，可采用以下風(fēng)格：數(shù)據(jù)說明的次序應(yīng)當(dāng)規(guī)范化說明語句中變量安排有序化使用注解說明復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)43第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)說明的次序應(yīng)當(dāng)規(guī)范化數(shù)據(jù)說明次序規(guī)范化，使數(shù)據(jù)屬性容易查找，也有利于測試，排錯(cuò)和維護(hù)原則上，數(shù)據(jù)說明的次序與語法無關(guān)，其次序是任意的。但出于閱讀、理解和維護(hù)的需要，最好使其規(guī)范化，使說明的先后次序固定44第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日說明語句中變量安排有序化當(dāng)多個(gè)變量名在一個(gè)說明語句中說明時(shí)，可以將這些變量按字母的順序排列，以便于查找45第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日使用注釋說明復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如果設(shè)計(jì)了一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)使用注釋來說明在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的固有特點(diǎn)例如用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，應(yīng)當(dāng)在注釋中做必要的補(bǔ)充說明46第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日語句構(gòu)造編碼階段的主要任務(wù)就是書寫程序語句。有關(guān)書寫語句的原則有幾十種，總起來說，希望每條語句盡可能簡單明了，能直截了當(dāng)?shù)胤从吵绦騿T的意圖，不能為了片面追求效率而使語句復(fù)雜化。常用的規(guī)則如下：47第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日1.在一行內(nèi)只寫一條語句在一行內(nèi)只寫一條語句，并且采取適當(dāng)添加空格的辦法，使程序的邏輯和功能變得更加明確。許多程序設(shè)計(jì)語言允許在一行內(nèi)寫多個(gè)語句。但這種方式會使程序可讀性變差。因而不可取。48第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2.程序編寫首先應(yīng)當(dāng)考慮清晰性程序編寫首先應(yīng)當(dāng)考慮清晰性，不要刻意追求技巧性，使程序編寫得過于緊湊。例如，有一個(gè)用C語句寫出的程序段：

A[I]=A[I]＋A[T]；

A[T]=A[I]－A[T]；

A[I]=A[I]－A[T]；49第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日

此段程序可能不易看懂，有時(shí)還需用實(shí)際數(shù)據(jù)試驗(yàn)一下。實(shí)際上，這段程序的功能就是交換A[I]和A[T]中的內(nèi)容。目的是為了節(jié)省一個(gè)工作單元。如果改一下：

WORK=A[T]；

A[T]=A[I]；

A[I]=WORK；

就能讓讀者一目了然了。50第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日3.程序要能直截了當(dāng)?shù)卣f明程序員的用意。程序編寫得要簡單，寫清楚，直截了當(dāng)?shù)卣f明程序員的用意。例如，

for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=n;j++)

V[i][j]＝(i／j)*(j／i)

除法運(yùn)算（／）在除數(shù)和被除數(shù)都是整型量時(shí)，其結(jié)果只取整數(shù)部分，而得到整型量。51第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

當(dāng)i＜j時(shí),i/j=0

當(dāng)j＜i時(shí),j/i=0

得到的數(shù)組當(dāng)i≠j時(shí)

V[i][j]=(i／j)*(j／i)=0

當(dāng)i＝j(luò)時(shí)

V[i][j]=(i／j)*(j／i)=1這樣得到的結(jié)果V是一個(gè)單位矩陣。52第五十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日寫成以下的形式，就能讓讀者直接了解程序編寫者的意圖。

for(i＝1;i<=n;i++)

for(j＝1;j<=n;j++)

if(i==j)

V[i][j]＝1.0;

ELSE