第12章 程序设计语言和编码.ppt
软件工程软件工程软件工程软件工程第12章 程序设计语言和编码编码阶段的任段的任务是根据是根据详细设计说明明书编写程序写程序程序程序设计语言的特性和程序言的特性和程序设计风格会格会深刻地影响深刻地影响软件的件的质量和可量和可维护性性为了保了保证程序程序编码的的质量，程序量，程序员必必须深刻理解、熟深刻理解、熟练掌握并正确地运用程序掌握并正确地运用程序设计语言的特性言的特性此外，此外，还要求源程序具有良好的要求源程序具有良好的结构性构性和良好的程序和良好的程序设计风格格2内容摘要内容摘要程序程序设计语言言程序程序设计风格格3内容摘要内容摘要程序程序设计语言言程序程序设计风格格4基本概念基本概念程序程序设计语言是指用于言是指用于书写写计算机程序的算机程序的语言，它是一种言，它是一种实现性的性的软件件语言言程序程序设计语言包含：言包含：语法、法、语义和和语用用语法法（syntax）用来表示构成）用来表示构成语言的各个言的各个记号号之之间的的组合合规则，它是构成，它是构成语言言结构构正确成分所需遵循的正确成分所需遵循的规则集合集合如如C语言中语言中for语句的构成规则是：语句的构成规则是：for（表达式（表达式1；表达式；表达式2；表达式；表达式3）语句）语句语法中不涉及到这些记号的含义，也不涉及使用者语法中不涉及到这些记号的含义，也不涉及使用者5语义（semantic）用来表示按照各种表示方式所表）用来表示按照各种表示方式所表示的各个示的各个记号的特定含号的特定含义，但它不涉及到使用者。，但它不涉及到使用者。如上述如上述for语句中：表达式句中：表达式1表示循表示循环初初值；表达；表达式式2表示循表示循环条件；表达式条件；表达式3表示循表示循环的增量；的增量；语句句为循循环体。整个体。整个语句的句的语义是：是：（1）计算表达式算表达式1（2）计算表达式算表达式2，若，若计算算结果果为0，则终止循止循环；否否则转（3）（3）执行循行循环体体（4）计算表达式算表达式3（5）转向（向（2）6语用用（pragmatic）用来表示构成）用来表示构成语言的各个言的各个记号和使用者号和使用者的关系。的关系。如：如：语言是否允言是否允许递归？是否要？是否要规定定递归层数的上界？数的上界？这种上界如何确定？种上界如何确定？这些都属些都属于于语用上的用上的问题。7程序设计语言的基本成分程序设计语言的基本成分程序程序设计语言基本成份可言基本成份可归纳为四种：数四种：数据成分、运算成分、控制成分、据成分、运算成分、控制成分、传输成分成分 数据成分数据成分：它指明该语言能接受的数据，用：它指明该语言能接受的数据，用来描述程序中的数据。如各种类型的变量、来描述程序中的数据。如各种类型的变量、数组、指针、记录等。作为程序操作的对象，数组、指针、记录等。作为程序操作的对象，具有名称、类型和作用域等特征。使用前要具有名称、类型和作用域等特征。使用前要对数据的这些特征加以说明。数据名称由用对数据的这些特征加以说明。数据名称由用户通过标识符命名，类型说明数据需占用存户通过标识符命名，类型说明数据需占用存储单元的多少和存放形式，作用域说明数据储单元的多少和存放形式，作用域说明数据可以使用的范围。可以使用的范围。8以以 C语言言为例，其数据构造方式可分例，其数据构造方式可分为基本基本类型和派生型和派生类型型 9运算成分：运算成分：它指明它指明该语言允言允许执行的运行的运算，用来描述程序中所需算，用来描述程序中所需进行的运算。行的运算。如如+、-、*、/等。等。控制成分：控制成分：它指明它指明该语言允言允许的控制的控制结构，人构，人们可利用可利用这些控制成分来构造程些控制成分来构造程序中的控制序中的控制逻辑。基本的控制成分包括：。基本的控制成分包括：顺序序结构、条件构、条件选择结构和重复构和重复结构构。如下如下页图10基本程序控制结构基本程序控制结构11传输成分：成分：它指明它指明该语言允言允许的数据的数据传输方式，在程序中可用它方式，在程序中可用它进行数据行数据传输。例如：例如：Turbo C语言言标准准库提供了两个提供了两个控制台格式化控制台格式化输入、入、输出函数出函数printf()和和scanf()，这两个函数可以在两个函数可以在标准准输入入输出出设备上以各种不同的格式上以各种不同的格式读写数写数据。据。Printf()函数用来向函数用来向标准准输出出设备(屏幕屏幕)写数据写数据，scanf()函数用来函数用来从从标准准输入入设备(键盘)上上读数据。数据。12程序设计语言的发展和分类程序设计语言的发展和分类程序程序设计语言的分言的分类按语言级别按语言级别：低级语言和高级语言；：低级语言和高级语言；按应用范围按应用范围：通用语言和专用语言；：通用语言和专用语言；按用户要求按用户要求：过程式语言和非过程式语言；：过程式语言和非过程式语言；按语言所含的成分按语言所含的成分：顺序语言、并发语言：顺序语言、并发语言和分布式语言和分布式语言 13程序程序设计语言的言的发展史展史第一代语言：机器语言和汇编语言第一代语言：机器语言和汇编语言第二代语言：早期的高级语言，如第二代语言：早期的高级语言，如BASIC，FORTRAN，COBOL等等第三代语言：具有很强的数据结构和过程第三代语言：具有很强的数据结构和过程描述能力，支持结构化编程，如描述能力，支持结构化编程，如Pascal，Modula，C，Ada等等第四代语言（第四代语言（4GL）：这类语言出现于七）：这类语言出现于七十年代，其目的是为了提高程序开发速度，十年代，其目的是为了提高程序开发速度，以及让非专业用户能直接编制计算机程序以及让非专业用户能直接编制计算机程序14第四代语言的特点：第四代语言的特点：对用户友善，一般用类自然语言、图形或对用户友善，一般用类自然语言、图形或表格等描述方式，普通用户很容易掌握表格等描述方式，普通用户很容易掌握多数与数据库系统相结合，可直接对数据多数与数据库系统相结合，可直接对数据库进行操作库进行操作对许多应用功能均有默认的假设，用户不对许多应用功能均有默认的假设，用户不必详细说明每一件事情的做法必详细说明每一件事情的做法程序码长度及获得结果的时间与使用程序码长度及获得结果的时间与使用COBOL语言相比约少一个数量级语言相比约少一个数量级支持结构化编程，易于理解和维护支持结构化编程，易于理解和维护15 目前，第四代语言的种类繁多，尚无标准，目前，第四代语言的种类繁多，尚无标准，在语法和能力上有很大差异，其中一些支在语法和能力上有很大差异，其中一些支持非过程式编程，更多的是既含有非过程持非过程式编程，更多的是既含有非过程语句，也含有过程语句。语句，也含有过程语句。典型的典型的4GL有：数据库查询语言、报表生有：数据库查询语言、报表生成程序、应用生成程序、电子表格、图形成程序、应用生成程序、电子表格、图形语言等。语言等。多数多数4GL是面向领域的，很少是通用的。是面向领域的，很少是通用的。16 自然自然语言言 最理想的是可以使用自然最理想的是可以使用自然语言（如英言（如英语、法法语或或汉语），使），使计算机能理解并立即算机能理解并立即执行行请求。但迄今求。但迄今为止，自然止，自然语言理解言理解仍然是仍然是计算机科学研究中的一个算机科学研究中的一个难点，点，尽管在尽管在实验室的研究中取得了一定的成室的研究中取得了一定的成果，但在果，但在现实中的中的应用仍然是相当有限用仍然是相当有限的。的。17程序设计语言的选择程序设计语言的选择为一个特定的开一个特定的开发项目目选择编程程语言言时，通常要考通常要考虑如下因素：如下因素：应用领域应用领域算法和计算复杂性算法和计算复杂性软件运行环境软件运行环境用户需求，特别是性能需求用户需求，特别是性能需求数据结构的复杂性数据结构的复杂性软件开发人员的知识水平软件开发人员的知识水平可用的编译器与交叉编译器可用的编译器与交叉编译器18项目所属的目所属的应用用领域常常是首要的域常常是首要的标准准COBOLCOBOL适用于商业领域适用于商业领域FORTRANFORTRAN适用于工程和科学计算领域适用于工程和科学计算领域PrologProlog、LispLisp适用于人工智能领域适用于人工智能领域SmalltalkSmalltalk、C+C+适用于适用于OOOO系统的开发系统的开发有些语言适用于多个应用领域，如有些语言适用于多个应用领域，如C C若有多种若有多种语言都适合于某言都适合于某项目的开目的开发时，也可考也可考虑选择开开发人人员比比较熟悉的熟悉的语言言19选择高高级语言言还是低是低级语言言优先选择高级语言优先选择高级语言 开发和维护高级语言程序比开发和维护低开发和维护高级语言程序比开发和维护低级语言程序容易得多级语言程序容易得多必要时使用低级语言必要时使用低级语言 高级语言程序经编译后所产生的目标程序高级语言程序经编译后所产生的目标程序的功效要比完成相同功能的低级语言程序的功效要比完成相同功能的低级语言程序低得多，所以在有些情况下会部分或全部低得多，所以在有些情况下会部分或全部使用低级语言使用低级语言20 使用低使用低级语言的情况：言的情况：对运行时间和存储空间有过高要求的项对运行时间和存储空间有过高要求的项目，如电子笔记本中的软件目，如电子笔记本中的软件在某些不能提供高级语言编译程序的计在某些不能提供高级语言编译程序的计算机上开发程序，如单片机上的软件算机上开发程序，如单片机上的软件大型系统中对系统执行时间起关键作用大型系统中对系统执行时间起关键作用的模块的模块21内容摘要内容摘要程序程序设计语言言程序程序设计风格格22程序设计风格程序设计风格编程的依据是程的依据是详细设计的的结果，因此程序果，因此程序的的质量主要取决于量主要取决于设计，但，但编程的程的质量也量也在很大程度上影响着程序的在很大程度上影响着程序的质量量编程程风格主要包括：格主要包括：源程序中的内部文档源程序中的内部文档数据说明数据说明语句构造语句构造输入输出输入输出23源程序文档化源程序文档化 在源程序中可包含一些内部文档，在源程序中可包含一些内部文档，以帮助以帮助阅读和理解源程序和理解源程序在源程序中的内部文档主要包括：在源程序中的内部文档主要包括：标识符的命名标识符的命名注解注解程序的视觉组织程序的视觉组织24标识符的命名标识符的命名选择含含义明确的名字，使其能正确提示明确的名字，使其能正确提示标识符所代表的符所代表的实体体例如，表示总量的变量名用例如，表示总量的变量名用TotalTotal，表示平均，表示平均值的用值的用AverageAverage等等名字不要太名字不要太长，太，太长会增加打字量，且易会增加打字量，且易出出错。必要。必要时可使用可使用缩写写不用相似的名字，相似的名字容易混淆，不用相似的名字，相似的名字容易混淆，不易不易发现错误如如cm,cn,cmn,cnm,cnn,cmmcm,cn,cmn,cnm,cnn,cmm25不用关不用关键字作字作标识符符同一个名字不要有多个含同一个名字不要有多个含义名字中避免使用易混淆的字符。名字中避免使用易混淆的字符。如数字如数字0与字母与字母O；数字数字1与字母与字母I或或l；数字数字2与字母与字母z等等26程序的注释程序的注释程序中的注解用来帮助人程序中的注解用来帮助人们理解程序，理解程序，决不是可有可无的决不是可有可无的一些正一些正规的程序文本中，注解行的数的程序文本中，注解行的数量量约占整个源程序的占整个源程序的13到到12，甚至更多甚至更多注解分注解分为序言性注解和功能性注解序言性注解和功能性注解27通常置于每个程序模通常置于每个程序模块的开的开头部分，部分，主要描述：主要描述：模块的功能模块的功能模块的接口：包括调用格式、参数的解释、该模模块的接口：包括调用格式、参数的解释、该模块需要调用的其它子模块名块需要调用的其它子模块名重要的局部变量：包括用途、约束和限制条件重要的局部变量：包括用途、约束和限制条件开发历史：包括模块的设计者、评审者、评审日开发历史：包括模块的设计者、评审者、评审日期、修改日期以及对修改的描述期、修改日期以及对修改的描述序言性注释序言性注释28通常嵌在源程序体内，主要描述程序通常嵌在源程序体内，主要描述程序段的功能。段的功能。书写功能性注解写功能性注解时应注意的注意的问题：注解要正确，错误的注解比没有注解更坏；注解要正确，错误的注解比没有注解更坏；为程序段作注解，而不是为每一个语句作注解；为程序段作注解，而不是为每一个语句作注解；用缩进和空行，使程序与注释容易区分；用缩进和空行，使程序与注释容易区分；注解应提供一些从程序本身难以得到的信息，而注解应提供一些从程序本身难以得到的信息，而不是语句的重复。不是语句的重复。功能性注释功能性注释29例如，下面的模例如，下面的模块级注注释描述了公共的和私有的描述了公共的和私有的过程（在程（在类模模块中称中称为“方法方法”）、）、属性及其数据属性及其数据类型，以及如何将型，以及如何将该类作作为对象来使用的有关信息象来使用的有关信息：公共方法：公共方法：MailAddRecipient(strName As String,Optional fType As Boolean)strName:/要加入到要加入到邮件中的收件人名称件中的收件人名称。fType:Outlook MailItem Type/属性属性设置置。SendMail(Optional blnShowMailFirst As Boolean)blnShowMailFirst:/发送前是否送前是否显示示 Outlook邮件信息。如果不件信息。如果不能解析收件人的地址，能解析收件人的地址，让代代码将它将它设置置为 True。私有方法：私有方法：InitializeOutlook()CreateMail()公共属性：公共属性：MailSubject:(Write only,String)MailMessage:(Write only,String)MailAttachments:(Write only,String)30通通过在程序中添加一些空格、空在程序中添加一些空格、空行和行和缩进等技巧，帮助人等技巧，帮助人们从从视觉上看清程序的上看清程序的结构构例如，通例如，通过缩进技巧可清晰地技巧可清晰地观察到程序的嵌套察到程序的嵌套层次，同次，同时还容容易易发现诸如如“遗漏漏end”那那样的的错误视觉组织视觉组织31 IF（）THEN IF（）THEN ELSE ENDIF ELSE ENDIF32自然的程序段之自然的程序段之间可用可用空行空行隔开隔开可通可通过添加空格使添加空格使语句成分清晰，如句成分清晰，如(A17)ANDNOT(B49)ORC可写成可写成(A17)AND NOT(B49)OR C也可以通也可以通过添加括号突出运算的添加括号突出运算的优先先级，避免避免发生运算的生运算的错误，如，如 a*(b*c)33放置大括号放置大括号一般首一般首选的方法是的方法是K&RK&R方法：把左括号放在行尾，右括号放在行首。如：方法：把左括号放在行尾，右括号放在行首。如：ifif(X)(X)Y Y 定定义函数函数时应当把左右括号都放在行首，如：当把左右括号都放在行首，如：intintF(intF(intx)x)/注意，右括号所在的行不注意，右括号所在的行不应当有其它当有其它语句，除非跟随着一个条件判断。也就是句，除非跟随着一个条件判断。也就是do-whiledo-while语句中的句中的“whilewhile”和和if-elseif-else语句中的句中的“elseelse”。例如：。例如：dodo bodybodyofofdo-loop do-loop whilewhile(condition);(condition);ifif(x(x=y)y)elseelseifif(x(x y)y).elseelse 34数据说明数据说明为了使程序中数据说明更易于理解和维护，可采用以下风格：数据说明的次序应当规范化数据说明的次序应当规范化说明语句中变量安排有序化说明语句中变量安排有序化使用注解说明复杂数据结构使用注解说明复杂数据结构35数据说明的次序应当规范化数据说明的次序应当规范化数据数据说明次序明次序规范化，使数据属性容范化，使数据属性容易易查找，也有利于找，也有利于测试，排，排错和和维护原原则上，数据上，数据说明的次序与明的次序与语法无关，法无关，其次序是任意的。但出于其次序是任意的。但出于阅读、理解、理解和和维护的需要，最好使其的需要，最好使其规范化，使范化，使说明的先后次序固定明的先后次序固定36说明语句中变量安排有序化说明语句中变量安排有序化当多个当多个变量名在一个量名在一个说明明语句中句中说明明时，可以将，可以将这些些变量按字母的量按字母的顺序排序排列，以便于列，以便于查找找37使用注释说明复杂数据结构使用注释说明复杂数据结构如果如果设计了一个复了一个复杂的数据的数据结构，构，应当使用注当使用注释来来说明在程序明在程序实现时这个个数据数据结构的固有特点构的固有特点例如用户自定义的数据类型，应当在注例如用户自定义的数据类型，应当在注释中做必要的补充说明释中做必要的补充说明38语句构造语句构造编码阶段的主要任段的主要任务就是就是书写程序写程序语句。句。有关有关书写写语句的原句的原则有几十种，有几十种，总起来起来说，希望每条，希望每条语句尽可能句尽可能简单明了，能明了，能直截了当地反映程序直截了当地反映程序员的意的意图，不能，不能为了片面追求效率而使了片面追求效率而使语句复句复杂化。化。常用的常用的规则如下：如下：391.在一行内只写一条语句在一行内只写一条语句在一行内只写一条在一行内只写一条语句，并且采句，并且采取适当添加空格的取适当添加空格的办法，使程序法，使程序的的逻辑和功能和功能变得更加明确。得更加明确。许多程序多程序设计语言允言允许在一行内在一行内写多个写多个语句。但句。但这种方式会使程种方式会使程序可序可读性性变差。因而不可取。差。因而不可取。402.程序编写首先应当考虑清晰性程序编写首先应当考虑清晰性程序程序编写首先写首先应当考当考虑清晰性，清晰性，不要刻意追求技巧性，使程序不要刻意追求技巧性，使程序编写得写得过于于紧凑。凑。例如，有一个用例如，有一个用 C 语句写出的句写出的程序段：程序段：AI=AIAT；AT=AIAT；AI=AIAT；41 此段程序可能不易看懂，有此段程序可能不易看懂，有时还需需用用实际数据数据试验一下。一下。实际上，上，这段程序的功能就是交段程序的功能就是交换AI和和AT中的内容。目的是中的内容。目的是为了了节省一个工作省一个工作单元。如果改一下：元。如果改一下：WORK=AT；AT=AI；AI=WORK；就能就能让读者一目了然了。者一目了然了。423.程序要能直截了当地说明程序员的用意。程序要能直截了当地说明程序员的用意。程序程序编写得要写得要简单，写清楚，直截了当，写清楚，直截了当地地说明程序明程序员的用意。例如，的用意。例如，for(i=1;i=n;i+)for(j=1;j=n;j+)Vij (ij)*(ji)除法运算（）在除数和被除数都是整除法运算（）在除数和被除数都是整型量型量时，其，其结果只取整数部分，而得到果只取整数部分，而得到整型量。整型量。43 当当 ij 时,i/j=0 当当 ji 时,j/i=0 得到的数得到的数组 当当ij时 Vij=(ij)*(ji)=0当当ij时 Vij=(ij)*(ji)=1这样得到的得到的结果果 V 是一个是一个单位矩位矩阵。44写成以下的形式，就能写成以下的形式，就能让读者直者直接了解程序接了解程序编写者的意写者的意图。for(i1;i=n;i+)for(j1;j=n;j+)if(i=j)Vij 1.0;ELSE Vij 0.0;454.其他常用其他常用规则让编译程序做简单的优化。让编译程序做简单的优化。尽可能使用库函数尽可能使用库函数避免不必要的转移。避免不必要的转移。尽量只采用三种基本的控制结构来编尽量只采用三种基本的控制结构来编写程序。除顺序结构外，使用写程序。除顺序结构外，使用if-then-else来实现选择结构；使用来实现选择结构；使用do-until或或do-while来实现循环结构。来实现循环结构。46输入和输出输入和输出输入和入和输出信息是与用出信息是与用户的使用直接相关的使用直接相关的。的。输入和入和输出的方式和格式出的方式和格式应当尽可能当尽可能方便用方便用户的使用。一定要避免因的使用。一定要避免因设计不当不当给用用户带来的麻来的麻烦因此，在因此，在软件需求分析件需求分析阶段和段和设计阶段，段，就就应基本确定基本确定输入和入和输出的出的风格。系格。系统能能否被用否被用户接受，有接受，有时就取决于就取决于输入和入和输出出的的风格格47不不论是批是批处理的理的输入入输出方式，出方式，还是交互式的是交互式的输入入输出方式，在出方式，在设计和和编码时都都应考考虑下列原下列原则：1.对所有的所有的输入数据都要入数据都要进行行检验，识别错误的的输入，以保入，以保证每个数每个数据的有效性；据的有效性；2.检查输入入项的各种重要的各种重要组合的合合的合理性，必要理性，必要时报告告输入状入状态信息；信息；3.使得使得输入的步入的步骤和操作尽可能和操作尽可能简单，并保持，并保持简单的的输入格式；入格式；48 4.输入数据入数据时，应允允许使用自由格使用自由格式式输入；入；5.应允允许缺省缺省值；6.输入一批数据入一批数据时，最好使用，最好使用输入入结束束标志，而不要由用志，而不要由用户指定指定输入数据数目；入数据数目；7.在交互式在交互式输入入输入入时，要在屏幕，要在屏幕上使用提示符明确提示交互上使用提示符明确提示交互输入入的的请求，指明可使用求，指明可使用选择项的种的种类和取和取值范范围。同。同时，在数据，在数据输入的入的过程中和程中和输入入结束束时，也要，也要在屏幕上在屏幕上给出状出状态信息；信息；498.当程序当程序设计语言言对输入入输出格式有出格式有严格要求格要求时，应保持保持输入格式与入格式与输入入语句句的要求的一致性；的要求的一致性；9.给所有的所有的输出加注解，并出加注解，并设计良好的良好的输出出报表。表。输入入输出出风格格还受到受到许多其它因素的多其它因素的影响。如影响。如输入入输出出设备（例如（例如终端的端的类型，型，图形形设备，数字化，数字化转换设备等）、等）、用用户的熟的熟练程度、以及通信程度、以及通信环境等。境等。50
