《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》第5章-程序設(shè)計基礎(chǔ).ppt

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1,大學(xué)計算機基礎(chǔ),北京航空航天大學(xué),教學(xué)課件,2,第5章程序設(shè)計基礎(chǔ),5.3程序設(shè)計步驟與程序設(shè)計方法,5.1程序和程序設(shè)計語言,5.2算法,5.4常用程序設(shè)計語言,5.5程序設(shè)計范型,,,,,,3,本章重點,程序的概念程序設(shè)計語言的結(jié)構(gòu)算法的概念與描述方法程序設(shè)計步驟程序設(shè)計方法,4,5.1程序和程序設(shè)計語言,5.1.1程序的一般概念5.1.2程序設(shè)計語言的概述5.1.3程序設(shè)計語言的結(jié)構(gòu),5,5.1.1程序的一般概念,生活中程序的概念,何事？,策劃,導(dǎo)演,例1：年終總結(jié)會的程序：會議主持宣布會議開始領(lǐng)導(dǎo)講話個人或團隊代表發(fā)言領(lǐng)導(dǎo)總結(jié)會議主持宣布會議結(jié)束,6,5.1.1程序的一般概念（續(xù)1）,生活中程序的概念,步行騎車開車時間紅綠燈鐵道,依據(jù)實際案例并精心計算,解決該計算問題的方法、步驟就包含了程序的概念。,例2：某人從甲地到丙地去。,7,5.1.1程序的一般概念（續(xù)2）,計算機程序的概念：,為實現(xiàn)某一算法而編寫的指令序列。宏觀地描述該指令序列，可用計算機的機器語言匯編語言高級語言用經(jīng)典的公式可表示為：程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),8,5.1.2程序設(shè)計語言的概述,程序設(shè)計——編寫程序的全過程。有學(xué)者認為：程序設(shè)計=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+程序設(shè)計語言,程序設(shè)計語言——人和計算機之間對話和交流的一種工具，用于描述計算機所執(zhí)行的操作。,計算機程序設(shè)計語言有幾百種，但是最常用的不過10多種，了解一些程序設(shè)計語言的不同特性，有助于為特定任務(wù)而選擇適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計語言。,9,1.機器語言（MachineLanguage）,指令——指揮計算機完成某個基本操作的命令。,指令系統(tǒng)——所有的指令集合。（第一代程序設(shè)計語言）機器語言——用二進制代碼表示指令系統(tǒng)的語言。機器語言程序——由二進制代碼按一定規(guī)則組成的、能被機器理解和運行的指令序列。（也稱可執(zhí)行程序）例如：計算累加器A=8+10的機器語言程序如下：,10,2.匯編語言（AssemblyLanguage）,匯編語言——實質(zhì)就是以容易記憶的代碼或英文單詞來代替約定的機器指令。（第二代程序設(shè)計語言）,例如：用ADD表示加、SUB表示減、JMP表示跳轉(zhuǎn)、MOV表示數(shù)據(jù)的傳送指令等。匯編源程序——使用匯編語言編寫的程序。例如：上述計算累加器A=8+10的匯編語言程序如下：,11,3.高級語言（HighLevelLanguage）,高級語言——類似數(shù)學(xué)語言或人的自然語言，同時又不依賴于某種計算機硬件，使得設(shè)計編制的程序能夠在所有機器上通用。（第三代程序設(shè)計語言）,程序設(shè)計語言在不同的系統(tǒng)平臺使用比較普遍的有：FORTRAN、ALGOL、COBOL、LISP、PL/I、BASIC、SIMULA67、Pascal、C、Smalltalk80、Ada、C++、VC、VB、Delphi、Java、JavaScript、C#、VisualBASIC.NET。可視化語言——構(gòu)成了命令式語言中的另一個子類。最流行的可視化語言VisualBASIC（1999年），已被VisualBASIC.NET（2002年）取代。提供拖拉式生成代碼段的功能。一度被認作第四代語言，此說法已不再使用了。,12,程序設(shè)計語言的特點,機器語言的特點：編程難效率高需要指令系統(tǒng)難讀難維護,高級語言的特點：編程容易效率低需要編譯系統(tǒng)易讀易維護,匯編語言的特點：編程不容易效率較高需要匯編程序不易讀不易維護,13,5.1.3程序設(shè)計語言的結(jié)構(gòu),程序結(jié)構(gòu)的多樣性：結(jié)構(gòu)化程序模塊化程序面向?qū)ο蟮某绦蚪Y(jié)構(gòu),一個良好結(jié)構(gòu)的程序具有以下等特點：結(jié)構(gòu)清晰容易閱讀容易理解容易驗證容易維護1996年，計算機科學(xué)家Boehm和Jacopini提出并從數(shù)學(xué)上證明任何一個算法，都能以三種基本控制結(jié)構(gòu)表示，即順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。,14,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中——順序結(jié)構(gòu),按照程序語句行的自然順序，一條語句一條語句地執(zhí)行程序。,15,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中——選擇結(jié)構(gòu),根據(jù)條件的判斷確定應(yīng)該執(zhí)行哪一條分支的語句序列。（又稱為分支結(jié)構(gòu)）,單分支、多分支結(jié)構(gòu)？,16,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中——循環(huán)結(jié)構(gòu),主要用于重復(fù)執(zhí)行相同的語句序列（被稱為循環(huán)體），直到判定條件為假（或為真）時才可終止執(zhí)行循環(huán)體。,17,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的特點,,每種結(jié)構(gòu)，只有一個入口和一個出口，這是結(jié)構(gòu)化設(shè)計的一個原則。,遵循結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的原則，按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法設(shè)計出的程序具有明顯的優(yōu)點：其一，程序易讀、理解和維護。程序員用結(jié)構(gòu)化編程方法，將復(fù)雜程序分解成若干子結(jié)構(gòu)，便于控制、降低程序的復(fù)雜性，因此容易編寫程序，同時便于驗證程序。其二，提高編程工作效率，降低軟件開發(fā)成本。由于結(jié)構(gòu)化編程方法能夠把錯誤控制到最低限度，因此能夠減少調(diào)試和查錯的時間。,18,5.2算法,5.2.1算法的概念與特征5.2.2算法的描述方法5.2.3程序設(shè)計典型算法,19,5.2.1算法的概念與特征,1976年NiklausWirth（也是Pascal語言發(fā)明者，1984年獲得圖靈獎）的專著：,Algorithms＋DataStructures＝Programs（算法十?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序）在計算機軟件開發(fā)行業(yè)中產(chǎn)生了極為深遠的影響，從而推動了軟件開發(fā)技術(shù)和方法步入正軌，使人們開始深入研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計與分析的技術(shù)和方法。,20,1.算法的概念,算法——解決某個具體問題而采取的方法與步驟的完整和準(zhǔn)確的描述。是指令的有限序列，其中每一條指令表示一個或多個操作。是問題的程序化解決方案，這些解決方案本身并不是答案，而是獲得答案的精確指令。,算法的分類順序算法：是由馮諾依曼型計算機體系結(jié)構(gòu)所決定的，其主要思想是指令逐條運行，每次執(zhí)行一步操作。并行算法：要求在一些更新式的計算機中可以在同一時間執(zhí)行多條指令。,21,2.算法的特征,一個算法必須具備五項基本特征：有窮性、確定性、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和可行性。,（1）有窮性——算法是有序指令的集合，并在執(zhí)行有窮步驟后能夠終止。（2）確定性——每條指令必須有確切的含義，且無二義性。在任何條件下，算法只有唯一的一條執(zhí)行路徑，即對于相同的輸入數(shù)據(jù)只能得到相同的輸出數(shù)據(jù)。（3）輸入數(shù)據(jù)——可有零個或多個輸入數(shù)據(jù)。這些輸入數(shù)據(jù)取自于某個特定對象的集合。（4）輸出數(shù)據(jù)——必須有一個或多個輸出數(shù)據(jù)。（5）可行性——描述的操作都可以通過已經(jīng)實現(xiàn)的基本運算執(zhí)行有限次來實現(xiàn)，也可以證明整個算法實施后可以得到預(yù)期的解。,22,例5.1一個非算法的計數(shù)過程,①令n為0；②置n為n+1；③返回②。,結(jié)論：不能稱為算法。原因：違背了算法特征中（1）、（4）、（5）。,23,例5.2計數(shù)器算法,用自然語言編寫一個不超過1萬次的計數(shù)器算法：①令n為0；②置n為n+1③若n小于10000，則返回②；否則，輸出n之值，且算法到此結(jié)束。,結(jié)論：是算法。原因：符合算法特征。,在算法設(shè)計過程中，其實還有有關(guān)正確性、可讀性、健壯性、效率與低存儲量需求，以及算法效率的度量等問題。,24,5.2.2算法的描述方法,流程圖（FlowChart）PAD圖（ProblemAnalysisDiafram，問題分析圖）N-S圖自然語言偽代碼UML圖（UnifiedModelingLanguage，統(tǒng)一建模語言）,25,1.流程圖,流程圖（框圖）用不同形狀的幾何圖形表示不同性質(zhì)的操作，用流程線指明算法的執(zhí)行方向。ANSI(美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)、ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和我國國家標(biāo)準(zhǔn)中均有類似的規(guī)定。常見的流程圖符號如下：,向下或向右的流程線可以不畫出箭頭。當(dāng)流程線有交叉時，則畫一半圓通過交叉點。,26,用流程圖描述的計數(shù)器算法,27,2.PAD圖,由日立公司推出的PAD圖是一種二維圖。即從上向下順序執(zhí)行，從左到右表示層次關(guān)系。表示三種基本結(jié)構(gòu)的PAD圖如下：,28,3.N-S圖,1973年美國兩位學(xué)者提出無流程線的N-S圖（盒圖）。,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計由三種基本結(jié)構(gòu)而組成，則算法也應(yīng)采用結(jié)構(gòu)化描述方法，N-S圖的基本單元是矩形框，框內(nèi)可以有三種基本結(jié)構(gòu)，形如堆積木，也只有一個入口和一個出口。三種基本結(jié)構(gòu)的N-S圖如下：,29,用N-S圖描述的計數(shù)器算法,30,4.自然語言,自然語言是人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學(xué)習(xí)中使用的通用語言，使用自然語言的文字描述算法通俗易懂，但也有它的缺陷：,（1）容易產(chǎn)生歧義性，因為自然語言經(jīng)常要根據(jù)上下文才能判別其含義，不太嚴(yán)格。（2）自然語言很難清楚地表達算法的邏輯流程，對于算法中的條件判斷、循環(huán)，尤其是在這些處理中還有多層嵌套，就很難用清晰而直觀的語言來表達算法的流程。因此僅適于描述簡單問題。,31,5.偽代碼,偽代碼是介于自然語言和計算機語言之間的文字和符號，它不能被計算機所理解，但使用偽代碼描述的算法很容易轉(zhuǎn)變成某種編程語言。,//用偽代碼描述的計數(shù)器算法如下：n←0don←n+1whilenb)m=a;/*從a與b中取大數(shù)送m中*/elsem=b;if(m>c);/*從m與c中取大數(shù)送m中，“；”即m=m*/elsem=c;return(m);/*返回m給主函數(shù)*/}/*Endofmax3function*/,36,2.歐幾里得算法,求解兩個不全為0的非負整數(shù)m和n的最大公約數(shù)，可以采用以下歐幾里得算法。,,（1）歐幾里得算法主函數(shù)描述如下：①輸入兩個不全為0的非負整數(shù)m,n;②Ecd=Euclid(m,n);③輸出Ecd，且算法到此結(jié)束。,（2）Euclid(m,n)子函數(shù)算法描述如下：whilen≠0dor←mmodnm←nn←rreturnm,37,3.兩個變量值的交換算法,計算機實現(xiàn)的兩個變量值的交換算法如下：,①令a=5,b=10②c←a,a←b,b←c③輸出a和b的值。,/*兩個變量值交換算法的C源程序*/voidmain(void){inta=5,b=10,c;/*定義a、b、c3個整型變量*/printf(“交換前:a=%d,b=%d\n”,a,b);/*交換前輸出a和b的值*/c=a;/*將a中的值賦值給c*/a=b;/*將b中的值賦值給a*/b=c;/*將c中的值賦值給b*/printf(“交換后:a=%d,b=%d\n”,a,b);/*交換后輸出a和b的值*/}/*Endofmainfunction*/,三角對換法,38,4.排序算法,給定一個有n個元素可排序的序列，例如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或字符串?dāng)?shù)據(jù)等，要求按照升序或降序方式重新排列。,排序算法：如冒泡排序法、選擇排序法、插入排序法、合并排序法、快速排序法等等排序算法。,39,蠻力法中的選擇排序法,按照降序方式排序的選擇排序算法：,SelectionSort（Array[0..n-1]）/*本算法用選擇排序法對給定數(shù)組按照降序方式排序*//*Array[0..n-1]是有n個元素的可排序數(shù)組*//*本算法的結(jié)果在Array數(shù)組中*/fori←0ton-2domax←iforj←i+1ton-1doifArray[j]>Array[max]max←jswapArray[i]andArray[max],40,選擇排序法的C程序,/*SelectionSort(Array[0..n-1])選擇排序算法的C源程序*/voidSelectionSort(intn,intArray[]){inti,j,max,t;/*定義4個整型變量*/for(i=0;iArray[max])max=j;/*記錄大數(shù)元素的下標(biāo)位置*//*利用t變量做三角對換*/t=Array[i],Array[i]=Array[max],Array[max]=t;}}/*EndofSelectionSortfunction*/,41,選擇排序法降序方式排序操作過程,例如：對序列89，29，68，90，17，34，45操作。,|8929689017344590|2968891734459089|6829173445908968|2917344590896845|1734299089684534|1729908968453429|17,每行表示該算法的一次迭代，即從尾部到豎線的一遍掃描；找到的最大元素用黑體字表示，豎線左邊元素已經(jīng)位于它們的最終位置，所以在當(dāng)前和以后的循環(huán)中，都不必再操作了。排序操作過程如下：,42,5.查找算法,查找是指從給定的集合（或者是多重集，它允許幾個元素具有相同的值）中查找一個給定的值（稱為查找鍵K）。,常用的查找算法有順序查找和折半查找，還有那些將原來的集合表示為另一種形式以方便查找的算法等等。順序查找——直接從頭到尾搜索集合的查找鍵。折半查找——必須首先將集合按照降序或升序排序，然后利用折半技術(shù)搜索集合的查找鍵，所以，當(dāng)集合是有序的時候，使用折半查找效率高、速度快。,43,判定哪一種算法是最佳方案,針對排序和查找方面的算法更多，例如，采用分治法、減治法、變治法等等方法中的各種排序和查找算法。,,運用經(jīng)典的算法設(shè)計技術(shù)——時空權(quán)衡、動態(tài)規(guī)劃、貪婪技術(shù)等；算法能力的極限中的決策樹技術(shù)、在多項式的時間內(nèi)求解、數(shù)值分析，超越算法能力的極限中的回溯發(fā)、分支界限法和近似算法設(shè)計技術(shù)。,技術(shù)和思維方式都是不可或缺的,鞭策學(xué)習(xí)和掌握程序設(shè)計中的算法設(shè)計與分析技術(shù),托馬斯愛迪生（1847-1931）的名言：“不斷關(guān)注那些已被他人成功應(yīng)用的新思路。你的原創(chuàng)思想只應(yīng)該應(yīng)用在那些你正在研究的問題上”。,44,5.3程序設(shè)計步驟與程序設(shè)計方法,5.3.1程序設(shè)計步驟5.3.2程序設(shè)計方法,45,5.3.1程序設(shè)計步驟,一般程序設(shè)計應(yīng)該包含以下4個步驟：,（1）針對具體問題進行分析——了解問題性質(zhì)，明確問題解決所達目標(biāo)，提供的輸入是什么？最終實現(xiàn)的輸出是什么？執(zhí)行中要做什么？怎么做？并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。（2）確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并設(shè)計相應(yīng)的算法——對具體問題進行概念抽象，構(gòu)造出解決問題的輪廓，設(shè)計程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。（3）編寫實現(xiàn)算法的程序——根據(jù)算法確定解決問題的詳細步驟，通常是通過繪制程序流程圖，來描述問題處理的過程；然后按照流程圖的描述選用某種程序設(shè)計語言編寫程序。（4）測試與調(diào)試程序——在程序設(shè)計過程中，經(jīng)常不是那么一帆風(fēng)順的，尤其是初學(xué)者會遇到各種這樣或那樣的問題，還有一些問題可能是不可預(yù)測的，往往不得不返到上一步驟中更改或調(diào)整相應(yīng)的內(nèi)容，并將相應(yīng)文檔也一并修改，通過舉一反三的方法來解決給定問題。,46,測試程序與調(diào)試程序,測試程序,為了發(fā)現(xiàn)程序中的設(shè)計錯誤而運行程序。——所使用的測試用例尤其重要，因為不僅需要合法值域用例，而且非法值域用例也是必須的?！绦驕y試的成功與否直接可以體現(xiàn)程序健壯性?！?dāng)軟件項目是由團隊開發(fā)時，測試程序可分為：單元測試、組裝測試和確認測試。調(diào)試程序錯誤定位和糾錯的過程，這一過程的快慢與程序設(shè)計人員的編程經(jīng)歷和經(jīng)驗是密切相關(guān)的。,47,高級語言編寫和運行過程,48,5.3.2程序設(shè)計方法,早期的程序設(shè)計方法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法,49,1.早期的程序設(shè)計方法,早期的程序設(shè)計方法追求程序的高效率，編程過份依賴技巧，忽視程序清晰，而不注重所編寫程序的結(jié)構(gòu)，很少考慮程序的規(guī)范化問題，也就是沒有固定程序設(shè)計方法的時期。,程序的可讀性、可重用性都很差。其中典型問題是：頻繁使用goto語句，特意算計如何節(jié)省內(nèi)存空間。雖然這些方法存在很多問題，但當(dāng)時受限于計算機運行速度慢、內(nèi)存容量小、硬件價格昂貴，程序的規(guī)模也比較小，對于單人完成較為簡單的任務(wù)，事實上這些方法還是經(jīng)常被采用的。,50,2.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法出現(xiàn)在70年代中期。,隨著計算機硬件成本急劇下降，軟件需要處理的復(fù)雜問題也就越來越多。為了擺脫60~70年代初的軟件危機，因為當(dāng)時編程無章可循，程序常常帶有強烈的個人色彩，程序的可讀性差，程序的調(diào)試和維護更困難，促使人們認真反省和研究程序設(shè)計中一系列根本性問題：,程序的基本結(jié)構(gòu)是什么？程序設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用什么方法？算法設(shè)計先于程序編碼？清晰第一，效率第二？程序設(shè)計技術(shù)與方法如何規(guī)范化和工程化？,解決手工作坊式軟件開發(fā)的弊端,51,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的特點,使得程序?qū)哟畏置?、邏輯清晰、功能獨立，簡化了開發(fā)程序的復(fù)雜性，增加了程序的可靠性，能夠充分發(fā)揚團隊精神快速而高效地完成項目開發(fā)，增強系統(tǒng)的可維護性，使程序設(shè)計更加規(guī)范化。,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的特點：自頂向下、逐步求精劃分功能模塊結(jié)構(gòu)化編程,52,3.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法出現(xiàn)在80年代中后期。,隨著計算機硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計算機的性能也越來越強，用途也更加廣泛。軟件產(chǎn)業(yè)所面臨的問題需求不斷擴大，程序也就越來越龐大而復(fù)雜。在面向過程的程序設(shè)計中——軟件設(shè)計的主要工作就是用不同的功能模塊分別描述它們的求解過程。在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中——數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程分離為相互獨立的實體，它只是封裝了各個功能模塊，而每個功能模塊可以隨意修改未加封裝的數(shù)據(jù)。新時期的新問題，以及軟件產(chǎn)業(yè)的更高要求，迫使人們再次尋求更加科學(xué)、更加先進的程序設(shè)計方法。,53,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（OOP）,Object-OrientedProgramming是建立在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計基礎(chǔ)上的，但它不再是從功能入手，而是從對象入手。,采用的是一種結(jié)構(gòu)模擬的方法。用“類”描述具有相同屬性特征的一組對象，用“封裝”將對象的屬性和行為分別用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法來描述，并將它們綁定在一起形成一個可供訪問的基本邏輯單元，利用“繼承”實現(xiàn)類與類之間的數(shù)據(jù)和方法的共享。,54,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要概念,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的重要概念：對象（Object）類（Class）消息（Message）方法（Method）,55,對象（Object）,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的對象——現(xiàn)實世界中的客體在應(yīng)用程序中的具體體現(xiàn)，其中封裝了客體的屬性信息和行為方式，并用數(shù)據(jù)表示屬性，用方法表示行為方式。,對象中的數(shù)據(jù)記錄了客體的屬性狀態(tài)，方法決定了客體所能夠?qū)嵤┑牟僮餍袨楹团c其它對象進行通信的接口方式。對象并非孤立存在，消息傳遞是對象之間相互聯(lián)系的唯一途徑，發(fā)送者發(fā)送消息，接收者通過調(diào)用相應(yīng)的方法響應(yīng)消息，這個過程被不斷地重復(fù)，從而驅(qū)動整個程序的運轉(zhuǎn)。,56,類（Class）,人類在認知客觀世界時，將眾多的事物歸納、劃分成一些類，這是經(jīng)常采用的思維方法。分類所依據(jù)的原則是抽象。,類是具有相同屬性和行為方式的一組對象的集合，或者說，類是指對一組具有相同特征（包括屬性、操作、方法、關(guān)系、行為）的對象的抽象描述，任何對象都是某個類的實例。對象是系統(tǒng)運行時將類作為生成對象實例的模板，通過分配私有存儲空間，然后對相應(yīng)的屬性賦初始值而創(chuàng)建的，這個過程在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中稱為“實例化”。類與對象的關(guān)系猶如模具與鑄件之間的關(guān)系。,57,消息（Message）,消息——一個對象要求另一個對象實施某項操作的請求。,在一條消息中，需要包含消息的接收者和要求接收者執(zhí)行某項操作的請求，但具體的操作過程由接收者自行決定，這樣可以很好地保證系統(tǒng)的模塊性。消息傳遞是對象之間相互聯(lián)系的唯一途徑。發(fā)送者發(fā)送消息，接收者通過調(diào)用相應(yīng)的方法響應(yīng)消息，這個過程被不斷地重復(fù)，從而驅(qū)動整個程序的運轉(zhuǎn)。,58,方法（Method）,面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的方法——針對對象的屬性的各種操作。,將一些通用的過程或函數(shù)編寫好并封裝起來，作為方法直接提供給用戶調(diào)用。,59,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計幾個重要的基本特征,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計幾個重要的基本特征：抽象（Abstract）封裝（Encapsulation）繼承（Inheritance）多態(tài)（Polymorphism）,60,抽象（Abstract）,抽象——忽略事物的非本質(zhì)特征，只注意那些與當(dāng)前目標(biāo)有關(guān)的本質(zhì)特征，從而找出事物的共性，把具有共同性質(zhì)的事物劃分為一類，得出一個抽象的概念。,在理解復(fù)雜的現(xiàn)實世界和解決復(fù)雜的特定問題時，如何從繁雜的信息集中抽取出有用的、能夠反映事物本質(zhì)的東西，降低其復(fù)雜程度是解決問題的關(guān)鍵，而抽象正是降低復(fù)雜度的最佳途徑。抽象可分為過程抽象和數(shù)據(jù)抽象過程抽象——即功能抽象，舍棄個別功能，抽取共同擁有的功能。數(shù)據(jù)抽象——一種更高級別的抽象，它將現(xiàn)實世界中存在的客體作為抽象單元，其抽象內(nèi)容既包括客體的屬性特征，也包括行為特征（起到信息隱藏的作用）。它是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計所采用的核心方法。,61,封裝（Encapsulation）,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的封裝——將對象的屬性和行為分別使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法來描述，并將它們綁定在一起形成一個可供訪問的基本邏輯單元。,用戶對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問只能通過使用類提供的外部接口。這樣，將描述這些屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和訪問這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法封裝在一個對象中，從而使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得到隱藏，不允許外界直接訪問。其它對象只能通過封裝提供的外部接口（這些方法）對該對象實施各項操作，保證了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的安全，提高了系統(tǒng)的可維護性和可移植性。,62,繼承（Inheritance）,繼承是面向?qū)ο蠹夹g(shù)提高軟件開發(fā)效率的重要措施，如果類與類之間有is-a（是一種）的關(guān)系，則可用繼承機制來表示。,其定義是：特殊類的對象擁有其一般類的全部屬性和服務(wù)，稱作特殊類對一般類的繼承。它體現(xiàn)了類與類之間的不同抽象級別。根據(jù)繼承與被繼承的關(guān)系，可分為派生類（或稱子類）和基類（或稱父類）。繼承機制其實質(zhì)是反映了從一般到特殊的關(guān)系，父類表現(xiàn)出的是共性和一般性，子類表現(xiàn)出的是個性和特殊性，子類從父類那里獲得所有的屬性和方法，并且可以對這些獲得的屬性和方法加以改造，使之具有自己的特點。繼承對于軟件復(fù)用和擴充有著及其重要的意義，利用代碼重用技術(shù)，能夠降低開發(fā)投入，加快軟件開發(fā)速度、提高軟件質(zhì)量，減少維護成本。繼承可分為公有繼承（public）、私有繼承（private）和保護繼承（protected）三種訪問控制方式。,63,多態(tài)（Polymorphism）,多態(tài)——不同層次的類中，以及在一個類的內(nèi)部，同名成員函數(shù)之間的關(guān)系問題，是解決功能和行為的再抽象。,多態(tài)是指不同的對象收到相同的消息時產(chǎn)生多種不同的行為方式。它是一種用統(tǒng)一的方式來處理一組各具個性卻同屬一族的不同個體的機制，這就使得同樣的消息被不同的對象接收時，將被解釋為不同的語義。例如：定義了多個“add”相加的同名函數(shù)，但它們的參數(shù)類型各不相同，如果用整型之間、實型之間、雙精度浮點型之間分別表示相加運算，則當(dāng)同樣的消息（相加）被不同類型的對象（變量）接收后，不同類型的變量將采用不同的方式進行加法運算。,,64,5.4常用程序設(shè)計語言,5.4.1科學(xué)計算語言5.4.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言5.4.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言5.4.4其它程序設(shè)計語言5.4.5標(biāo)記式語言HTML和XHTML5.4.6腳本語言,65,5.4.1科學(xué)計算語言,FORTRAN（FORmulaTRANslating）可稱之為第一個高級編譯語言，從其用詞及涵義即把應(yīng)用領(lǐng)域的目標(biāo)鎖定在科學(xué)計算（或稱數(shù)值計算）上。,Fortran90中有Pascal特征，如指針、遞歸、動態(tài)數(shù)組等概念。Fortran95中簡化了開發(fā)并行程序的任務(wù)，去除了Fortran90中的許多特性，還有一些特性被置入“待廢棄之列”。,從JohnBackus（1977年獲得圖靈獎）的Fortran0到目前的Fortran95，版本不斷更新，程序設(shè)計人員只要面對解決科學(xué)計算問題時，就會自然想到使用公式翻譯語言。Fortran高級程序設(shè)計語言歷經(jīng)如此漫長的年代變遷，還是具有那么長久的生命力，這與它為適應(yīng)計算機時代的需求而不斷創(chuàng)新是分不開的。在該語言的發(fā)展歷史中，最為重要的版本如下：FortranⅥFortran66Fortran77Fortran90Fortran95,66,5.4.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言,擺脫60年代末軟件危機的最佳解決方案，使開發(fā)軟件編寫代碼的過程中能夠循規(guī)蹈矩地步入正軌，各類開發(fā)人員能夠不謀而合地使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的算法最小集來完成。,語言完整性而言，有非結(jié)構(gòu)化語句，例如：goto、continue、break等語句，用到它們的話，也會嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的要求和約定用法限制來使用。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計開發(fā)方法使得軟件代碼可讀性、可維護性、以及可擴充性都得到了有力支持。Pascal、C是最成功的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，既是在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計開發(fā)方法依然在發(fā)揮著極其重要的作用。,67,1.Pascal語言,1971年，NiklausWirth推出了Pascal語言（以法國數(shù)學(xué)家BlaisePascal為命名），這應(yīng)該屬于wirth前期研究ALGOL60，以及吸取COBOL和PL/Ⅰ的優(yōu)良特性后，而專門設(shè)計用于程序設(shè)計教學(xué)的語言。,Pascal語言的語法非常嚴(yán)謹(jǐn)，類型豐富，層次分明，易讀易寫，是第一個結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它是簡單性和易于表達的完美結(jié)合。在70年代中期之前，通常在大學(xué)的計算機程序設(shè)計課程教學(xué)都是采用Fortran、PL/Ⅰ、或ALGOL語言，但以后都被Pascal語言所取代，其主要原因是Pascal語言是最適合于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的教學(xué)。,68,2.C語言,1972年，美國貝爾實驗室的KennethLaneThompson和DennisMacAlistairRitchie（1983年獲得圖靈獎）為了重新改寫UNIX操作系統(tǒng)，而共同設(shè)計、開發(fā)了C語言。,C是由CPL、BCPL、B和ALGOL68等繼承發(fā)展而來的。CPL在60年代初開發(fā)于劍橋大學(xué)。BCPL是1967年由MartinRichards開發(fā)的一種簡單的系統(tǒng)語言。60年代末Thompson用匯編語言編寫了第一版UNIX操作系統(tǒng)。1970年他以BCPL為基礎(chǔ)，在UNIX下實現(xiàn)了第一個高級語言B。,69,5.4.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言經(jīng)歷了一個很長的發(fā)展階段，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概念的許多原始思想都來之于Simula67，但是直到Smalltalk演化到Smalltalk80時（1980年），面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計才得到了充分的發(fā)展。同時對以前的思想作了新的解釋。,可以說面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言與面向?qū)ο笏枷霂缀跏峭桨l(fā)展并相互促進的。早先的面向?qū)ο笳Z言，如：LISP、Simula67、Smalltalk、CLU、CwithClasses、Ada83、Modula-2和Smalltalk80等語言。,70,1.C++語言,1980年，BjarneStroustrup博士（1993年獲得了ACMGraceMurrayHopper獎）在貝爾實驗室開始研究從C到C++的開發(fā)。,經(jīng)歷了漫長的5年時間，在1985年推出了第一個可以實現(xiàn)的C++1.0版本，被稱為Cfront。隨后至1990年推出了C++3.0版本。1998年ISO對C++進行了標(biāo)準(zhǔn)化。1990年有了ANSIC++標(biāo)準(zhǔn)。,71,2.Java語言,Java是SunMicrosystems公司在1995年推出的一種編程語言。通常我們以JDK（Sun開發(fā)的一套Java開發(fā)工具）的版本來定義Java的版本。目前最新的版本是6.0。,Java是一種簡單、面向?qū)ο蟆⑵脚_無關(guān)、分布式、解釋型、安全可靠、性能優(yōu)異、多線程、動態(tài)的高級程序設(shè)計語言，特別適合在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的編程使用。,72,3.C#語言,C#（讀作Csharp）是一種為生成在.NETFramework上運行的多種應(yīng)用程序而設(shè)計的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。,簡單、功能強大、類型安全。起源于C語言家族，憑借它的許多創(chuàng)新，在保持C樣式語言的表示形式和優(yōu)美的同時，實現(xiàn)了應(yīng)用程序的快速開發(fā)。語法表現(xiàn)力強，易學(xué)。語法方面簡化了C++的諸多復(fù)雜性，同時提供了很多強大的功能，例如，可為空的值類型、枚舉、委托、匿名方法和直接內(nèi)存訪問，這些都是Java所不具備的。支持泛型方法和類型，從而提供了更出色的類型安全和性能。提供了迭代器，允許集合類的實現(xiàn)者自定義迭代方法，簡化了客戶端代碼對它的使用。,73,5.4.4其它程序設(shè)計語言,ALGOL語言COBOL語言BASIC語言Ada語言LISP函數(shù)型程序設(shè)計語言Prolog邏輯程序設(shè)計語言,74,1.ALGOL語言,ALGOL（ALGOrithmicLanguage）稱為算法語言。,ALGOL語言的版本58、60、68，它是第一種國際性的團體GAMM（SocietyforAppliedMathematicsandMechanics的德文縮寫）和ACM（AssociationforComputingMachinery，美國計算機學(xué)會）共同設(shè)計的程序設(shè)計語言，也是第一種與機器無關(guān)的語言。第一種語法得到正式描述的語言。巴科斯范式（Backus-Naurform，BNF）形式化的成功應(yīng)用促進了計算機科學(xué)許多重要領(lǐng)域的發(fā)展。其地位維持了長達二十余年之久。從1960年以來所設(shè)計的每一種命令式程序設(shè)計語言都與ALGOL60不無干系。實際上，它們大多數(shù)都可直接或間接地算是ALGOL60的新版本。例如，PL/Ⅰ、SIMULA67、ALGOL68、C、Pascal、Ada、C++、Java等。,75,2.COBOL語言,COBOL（COmmonBusinessOrientedLanguage）稱為商業(yè)應(yīng)用通用語言。,1959年5月，美國國防部提供資助，由一個委員會通過會議在相當(dāng)短的時間內(nèi)設(shè)計出來的。首次實現(xiàn)了層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個變量都在數(shù)據(jù)劃分中詳細定義，包括小數(shù)位數(shù)和小數(shù)點的位置。文件記錄的描述也同樣詳細，它們被描述為輸出至打印機的行，這就使COBOL非常適合于打印報表。支持長名（30個字符）和連字符，使編寫出的程序能夠望文生義。經(jīng)歷了不同版本的更新，1968年、1974年和1985年都有ANSI標(biāo)準(zhǔn)化。導(dǎo)致財會電算化，從任何意義上講，這都是一個極其重要的革新。目前，我國還有不少群體在使用該語言，國外使用則依然比較普遍，而該語言本身仍然在繼續(xù)發(fā)展中。,76,3.BASIC語言,BASIC（BeginnersAll-purposeSymbolicInstructionCode）語言是一種得到廣泛使用但聲譽不太高的程序設(shè)計語言。,數(shù)學(xué)家JohnKemeny和ThomasKurtz在新漢普郡的Dartmouth學(xué)院（現(xiàn)為大學(xué)）設(shè)計出來的（60年代初曾參與過許多版本的Fortran和ALGOL60編譯器的研制）。早期BASIC是第一種通過連接至遠程終端加以使用的語言，當(dāng)時終端剛剛出現(xiàn)，而在此之前，大多數(shù)程序都只能通過打孔卡片或紙帶輸入計算機。1964年5月1號凌晨4點，終于誕生了第一個使用分時BASIC的程序。隨著微機的誕生，BASIC又被配置在微機上，以解釋性或編譯性方式運行程序，因為易學(xué)，對計算機的推廣應(yīng)用起到了重要作用。BASIC也經(jīng)歷了各種版本，例如，TurboBASIC、QuickBASIC等，由于用BASIC編寫的程序結(jié)構(gòu)性很差，在其發(fā)展過程中幾乎沒有進行過標(biāo)準(zhǔn)化。,77,VisualBASIC的出現(xiàn),直到1991年，微軟推出基于Windows環(huán)境，采用可視化界面設(shè)計和事件驅(qū)動的編程機制，以及基于對象的開發(fā)工具VisualBASIC1.0版本之后，才又激發(fā)了廣大計算機愛好者的興趣。,VB已經(jīng)更新到VisualBASIC6.0版本。微軟現(xiàn)在的VisualBASIC.NET網(wǎng)絡(luò)功能更強（它還只是微軟VisualStudio.NET中的成員之一），是VB的替代品。因為它們存在著顯著的不同差異，有些使用者開始轉(zhuǎn)向使用C#。,78,4.Ada語言,Ada語言是為美國國防部（DepartmentofDefense，DoD）開發(fā)的。,1975年，美國國防部研究和工程部主任MalcolmCurrie成立了高級語言工作組，其成員來自軍界各個行業(yè)，另外還與英國、法國和西德保持著聯(lián)系。Ada語言的研究與開發(fā)可分為：前三個階段（1983年之前）圍繞Ada83版本。后三個階段（1988年之后）圍繞Ada9X版本。中間Ada語言設(shè)計則封凍了至少5年。,79,5.LISP函數(shù)型程序設(shè)計語言,LISP（ListProcessor）是一個全面而強大的語言。,早期人們視其為一個外觀和表現(xiàn)很奇怪的語言，而且認為使用LISP的開銷相當(dāng)大。LISP的開發(fā)是為了用于符號計算和表處理應(yīng)用，主要是AI（ArtificialIntelligence，人工智能）領(lǐng)域的計算。在許多AI應(yīng)用中，LISP及其以后的版本仍是標(biāo)準(zhǔn)語言。在AI中，許多領(lǐng)域都已經(jīng)得到開發(fā)，這主要歸功于LISP的應(yīng)用。盡管也可以使用其它類型的語言（主要是邏輯程序設(shè)計語言），但大多數(shù)現(xiàn)有的專家系統(tǒng)都是用LISP開發(fā)的。LISP還在知識表示、機器學(xué)習(xí)、智能訓(xùn)練系統(tǒng)和語音建模等領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位。,80,在AI領(lǐng)域之外,在AI領(lǐng)域之外，LISP也相當(dāng)成功。,例如，EMACS文本編輯器就是用LISP編寫的，符號數(shù)學(xué)系統(tǒng)MACSYMA也是用LISP編寫的，此系統(tǒng)除了提供其它功能外，還可以完成符號區(qū)分和集成。LISP機器是一種個人計算機，其整個系統(tǒng)軟件均用LISP編寫。LISP還成功地用于為大量應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)造專家系統(tǒng)。,81,6.Prolog邏輯程序設(shè)計語言,邏輯程序設(shè)計起源要歸功于Robinson為邏輯推導(dǎo)所開發(fā)的規(guī)約規(guī)則。,Prolog主要由Aix-Marseille大學(xué)的AlainColmeraur和PhillippeRoussel所開發(fā)，并得到了Edinburgh大學(xué)的RobertKowalski的一些幫助。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RelationalDatabaseManagementSystems，RDBMS）以表的形式存儲數(shù)據(jù)。查詢通常用關(guān)系算子表示，這是一種符號邏輯形式。這些系統(tǒng)查詢語言是非過程性的，而邏輯程序設(shè)計也是非過程性的，因此二者從這個意義上講是相同的，用戶不必描述如何檢索出答案，只需描述答案的特征即可。,82,6.Prolog邏輯程序設(shè)計語言（續(xù)）,邏輯程序設(shè)計和RDBMS之間的關(guān)聯(lián)是很顯然的。,簡單的信息表可以由Prolog結(jié)構(gòu)來描述，而表之間的關(guān)系則可以方便而容易地描述為Prolog規(guī)則。檢索過程交由規(guī)約操作完成，Prolog的目標(biāo)語句提供了對RDBMS的查詢。因此，邏輯程序設(shè)計恰能滿足RDBMS實現(xiàn)的需求。符號邏輯提供了邏輯程序設(shè)計和語言的基礎(chǔ)。邏輯程序設(shè)計的方法是將一組事實和規(guī)則（表示事實間關(guān)系）用作為一個數(shù)據(jù)庫，并使用一個自動推導(dǎo)過程來檢查新命題的合法性，在此假設(shè)數(shù)據(jù)庫中的事實和規(guī)則均為真，這種方法正是為自動定理證明開發(fā)的。,83,5.4.5標(biāo)記式語言HTML和XHTML,HTML（HypertextMarkupLanguage）即超文本標(biāo)記語言。XHTML（eXtensibleHTML）是一種在HTML基礎(chǔ)上優(yōu)化和改進的新語言。,84,1.HTML超文本標(biāo)記語言,HTML（超文本標(biāo)記語言）是WWW（WorldWideWeb）的描述語言。由TimBerners-lee提出。,設(shè)計目的能把存放在一臺電腦中的文本或圖形與另一臺電腦中的文本或圖形方便地聯(lián)系在一起，形成有機的整體，人們不用考慮具體信息是在當(dāng)前電腦上還是在網(wǎng)絡(luò)的其它電腦上。用鼠標(biāo)在某一文檔中點取一個圖標(biāo)，Internet就會馬上轉(zhuǎn)到與此圖標(biāo)相關(guān)的內(nèi)容上去，而這些信息可能存放在網(wǎng)絡(luò)的另一臺電腦中。HTML是由HTML命令組成的描述性文本，HTML命令可以說明文字、圖形、動畫、聲音、表格、鏈接等。HTML的結(jié)構(gòu)包括頭部（Head）、主體（Body）兩大部分。頭部描述瀏覽器所需的信息，主體包含所要說明的具體內(nèi)容。,85,2.XHTML,2000年底，國際W3C（WWWConsortium）組織公布發(fā)行了XHTML1.0版本。XHTML1.0是一種在HTML4.0基礎(chǔ)上優(yōu)化和改進的新語言。,設(shè)計目的基于XML（eXtensibleMarkupLanguage）應(yīng)用。XHTML（eXtensibleHTML）是一種增強了的HTML。它的可擴展性和靈活性將適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更多的需求。,86,HTML三個主要缺點,XHTML解決HTML語言所存在的嚴(yán)重制約其發(fā)展的問題。,HTML發(fā)展到今天存在三個主要缺點：不能適應(yīng)現(xiàn)在越來越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用的需要。（手機、PDA、信息家電都不能直接顯示HTML）HTML代碼不規(guī)范、臃腫。（瀏覽器需要足夠智能和龐大才能夠正確顯示HTML）數(shù)據(jù)與表現(xiàn)混雜。（頁面要改變顯示，就必須重新編寫HTML）W3C的XHTML是HTML向XML過渡的一個橋梁。,87,XML是Web發(fā)展的趨勢,XHTML是當(dāng)前替代HTML4.0標(biāo)記語言的標(biāo)準(zhǔn)。,使用XHTML1.0，只要你小心遵守一些簡單規(guī)則，就可以設(shè)計出既適合XML系統(tǒng)，又適合當(dāng)前大部分HTML瀏覽器的頁面。也就是說，你可以立刻設(shè)計使用XML，而不需要等到人們都使用支持XML的瀏覽器?？梢允箇eb平滑的過渡到XML。,88,XHTML的優(yōu)勢,XHTML非常嚴(yán)密。,早期的瀏覽器接受私有的HTML標(biāo)簽，所以人們在頁面設(shè)計完畢后必須使用各種瀏覽器來檢測頁面，看是否兼容，往往會有許多莫名其妙的差異，人們不得不修改設(shè)計以便適應(yīng)不同的瀏覽器。XHTML能與其它基于XML的標(biāo)記語言、應(yīng)用程序及協(xié)議進行良好的交互工作。XHTML是Web標(biāo)準(zhǔn)家族的一部分，能很好地應(yīng)用在無線設(shè)備等其它用戶代理上。,89,5.4.6腳本語言,2種不同形式的腳本語言JavaScript（1998年）：是一種嵌入到HTML中的客戶端腳本語言。PHP（PersonalHomePage，2000年）：是嵌入到HTML中的服務(wù)器腳本語言。,腳本語言（ScriptingLanguage）是以腳本的形式定義一項任務(wù)，以此控制操作環(huán)境，擴展應(yīng)用程序的性能。,90,1.JavaScript腳本語言,JavaScript是WWW上的一種功能強大的編程語言。,由瀏覽器中的解釋器來解釋執(zhí)行。它不僅可以直接應(yīng)用于HTML文檔以獲得交互式效果或其他動態(tài)效果，而且可以運行于服務(wù)器端，從而替代傳統(tǒng)的CGI程序。JavaScript腳本程序的特點：開發(fā)客戶端Web應(yīng)用程序，也就是開發(fā)所謂的客戶端腳本。客戶端腳本程序通常都是解釋執(zhí)行的。被嵌入到HTML文件中。,91,1.JavaScript腳本語言（續(xù)）,隨著HTML文件一同下載到瀏覽器端。,瀏覽器讀HTML文件，然后解釋執(zhí)行并顯示其中的元素。讀取HTML文件并分辨其中的元素的過程稱為語法分析或解析（parsing）。如果解析到JavaScript腳本，則瀏覽器執(zhí)行其腳本語句。是最流行的Web腳本語言，其主要原因在于它具有最廣泛的兼容性，可以運行于多個瀏覽器平臺上。VBScript也是一種通用的Web腳本語言，由微軟公司開發(fā)，但由于它只能被IE瀏覽器所支持，所以無法與JavaScript抗衡。至于VBScript以外的其他Web腳本語言就更是影響微弱了。,92,2.PHP腳本語言,PHP是嵌入到HTML文件中的服務(wù)器端腳本語言。,PHP腳本語言的特點專門用于Web應(yīng)用。在Web服務(wù)器上解釋PHP代碼。（當(dāng)某個瀏覽器請求了PHP代碼所在的HTML文件后）PHP代碼通常會生成HTML代碼作為輸出。Web瀏覽器絕對不會看到PHP代碼。,,93,5.5程序設(shè)計范型,5.5.1命令型程序設(shè)計語言5.5.2函數(shù)型程序設(shè)計語言5.5.3邏輯程序設(shè)計語言5.5.4面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言,94,交互式語言和非交互式語言,按照使用方式，程序設(shè)計語言有交互式語言和非交互式語言之分：,交互式語言——反映人機交互作用的語言（BASIC）。非交互式語言——不反映人機交互作用的語言。如FORTRAN、COBOL、ALGOL69、Pascal、C等都是非交互式語言。,95,程序設(shè)計范型,程序設(shè)計范型（Paradigm）是指設(shè)計程序的規(guī)范、模型和風(fēng)格，它是一類程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)。,成功的程序設(shè)計語言最初都是為某一特殊用途而設(shè)計的。盡管在很多程序設(shè)計語言中都含有命令結(jié)構(gòu)和聲明結(jié)構(gòu)，但程序設(shè)計語言還是可以被劃分為4大類型：命令型程序設(shè)計語言。函數(shù)型程序設(shè)計語言。邏輯程序設(shè)計語言。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言。有些程序設(shè)計語言（例如，C++、Java等)既是面向?qū)ο笥质敲钚统绦蛟O(shè)計語言，也可稱為多范型程序設(shè)計語言。,96,5.5.1命令型程序設(shè)計語言,命令型語言的特點算法必須詳細指定。賦值語句、變量。包括指令或語句的具體執(zhí)行順序。絕大多數(shù)程序設(shè)計語言只要不是純函數(shù)型、邏輯和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，都具有命令型語言的特性。較有影響力或常用的命令型程序設(shè)計語言有：FORTRAN、ALGOL、COBOL、PL/I、SIMULA67、BASIC、Pascal、C、Ada、C++、Delphi、Java等。,在執(zhí)行命令型程序設(shè)計語言的時候，每次只能執(zhí)行一步計算，因為程序中的每一步都依賴于它前面的步驟。,97,5.5.2函數(shù)型程序設(shè)計語言,函數(shù)型程序設(shè)計語言的特點所有計算都是通過將函數(shù)應(yīng)用參數(shù)來實現(xiàn)的。不再需要賦值語句和變量。迭代過程可用遞歸函數(shù)調(diào)用來指定。語義比命令型語言的語義簡單得多。目前通常使用的兩個LISP版本為Scheme（1975）和COMMONLISP（1984）。由RobinMilner于愛丁堡大學(xué)設(shè)計的ML（MetaLanguage）元語言，它基本上是一種函數(shù)型語言，但是也支持命令型程序設(shè)計。而Haskell（1992）是一種純函數(shù)型語言，它的特點是使用了“懶計算”，即表達式的值只在需要時才會計算得出，這為該語言增添了一些令人意想不到的功能。,1958年的LISP即為函數(shù)型程序設(shè)計語言的典型代表。,98,5.5.3邏輯程序設(shè)計語言,在人工智能應(yīng)用領(lǐng)域早期主要使用LISP語言，后來到70年代初期有了Prolog。邏輯程序設(shè)計語言的特點是基于規(guī)則的語言的一個例子。規(guī)則的指定可以采用任何順序。由語言實現(xiàn)環(huán)境選擇一種執(zhí)行順序，以生成所需的結(jié)果。這種軟件開發(fā)方法與其它三類語言所用的方法大不相同，顯然需要一種截然不同的語言。簡而言之，用邏輯程序設(shè)計語言編程是非過程性的，邏輯程序設(shè)計是用一種形式化的邏輯表示法來指導(dǎo)計算機完成計算處理。謂詞算子即為當(dāng)前邏輯程序設(shè)計語言中所用的表示法。謂詞算子提供了與計算機通信的基本形式，證明方法（用有限歸約）則提供了推導(dǎo)技術(shù)。,Prolog就是最為通用的一種邏輯程序設(shè)計語言。,99,5.5.4面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言,面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的特點：將客觀事物都視作為具有屬性和行為的對象。抽象類、繼承與多態(tài)。對象訪問機制。異常處理機制。增強了程序的復(fù)用能力、開發(fā)效率和可維護性等。支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的語言目前已經(jīng)成為主流，大部分語言都出現(xiàn)過支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的版本。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言有：Smalltalk、CLOS、VB、VC、Delphi、Java、JavaScript、C#。對于不同的語言，其對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的特定支持也各不相同，有的也支持函數(shù)型程序設(shè)計，或者仍然采用了某些基本結(jié)構(gòu)，并且看上去仍象是原來的命令型語言。,C++是目前應(yīng)用最廣泛的語言，并支持多種范型，包括OOP、類屬程序設(shè)計和過程式程序設(shè)計。,Smalltalk是絕無僅有的純面向?qū)ο笳Z言,100,腳本語言和特殊用途語言,JavaScript、PHP腳本語言。用于生成商業(yè)報表的RPG。用于控制可編程的機器工具的APT。用于系統(tǒng)仿真的GPSS等。,101,BjarneStroustrup曾經(jīng)說過的一番話語,“對于軟件領(lǐng)域堪稱專業(yè)的人士來說，了解多種語言和多種程序設(shè)計范型是至關(guān)重要的。目前，C++是多范型程序設(shè)計的最佳語言，而且也是學(xué)習(xí)多種不同形式程序設(shè)計的很好的語言。不過，只了解C++并不好，更不用說只了解某一種單范型語言了。這有些像色盲或只會說一種語言的人；你很難知道你遺漏了什么。學(xué)習(xí)和掌握了多種程序設(shè)計風(fēng)格，并了解在不同語言中該如何加以使用，往往是促成好的程序設(shè)計的源動力”。,,102,5.6習(xí)題（1/2）,1.什么是計算機程序？你能列出計算機程序設(shè)計語言有哪些？2.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中的基本結(jié)構(gòu)有哪些？3.什么叫算法？算法的特征是什么？4.算法的描述方法有哪些？哪些是常用的？區(qū)別在何處？5.分別用不同的描述方法描述結(jié)構(gòu)化程序的3種基本結(jié)構(gòu)。6.編寫求最大值的算法。7.什么是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計？為何要采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計？8.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法有哪些特點？9.什么是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計？為何要采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計？10.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法有哪些重要概念和基本特征？,103,5.6習(xí)題（2/2）,11.分別描述常用程序設(shè)計語言的共同點和不同點。12.什么是程序設(shè)計范型？程序設(shè)計范型有哪些？13.有多范型的程序設(shè)計語言嗎？若有，是何種程序設(shè)計語言？14.在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，你能想到使用什么程序設(shè)計語言嗎？15.將5.1.1中的步行從甲地到丙地，改為開車從甲地到丙地，并且設(shè)A線含有5個紅綠燈，B和C線上只有1個紅綠燈。則當(dāng)交通高峰期就開車走B和C線，非交通高峰期就開車走A線。試用不同的算法描述方法編寫該算法。16.進一步改寫第6題。附加條件是：非交通高峰期時，并且時間段為0點至5點時，就開車走A線。否則，開車走B和C線。試用不同的算法描述方法重新編寫該算法。17.現(xiàn)有10個整數(shù)已經(jīng)按升序排列。請編寫算法，要求用折半查找算法查找第一次出現(xiàn)的鍵K值。18．標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML有哪五類圖？19．簡單敘述C++、Java、C#語言的共同點和不同點。20．什么是標(biāo)記語言？什么是腳本語言？腳本語言有哪些？,