高级语言程序设计第1章

1、高级语言程序设计高级语言程序设计张 伟课堂号：3课程安排课程安排v课时安排v授课：30学时 周三7,8节 9-22v上机：30学时 周一9,10节 9号楼3楼1号机房v考试方式v上机（单选，多选，程序填空，改错，编程）学习要求及成绩构成学习要求及成绩构成学习要求学习要求课前请做好预习，课后请做好复习课前请做好预习，课后请做好复习遵守课堂纪律遵守课堂纪律认真、独立、按时完成练习认真、独立、按时完成练习重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间成绩构成成绩构成平时：平时： 40% （考勤、上机作业）（考勤、上机作业）期末考试：期末考试：60%（上机）（上机）v计算机是

2、一个有用的工具，它能做许多事情，例如矩阵计算、方程求解、辅助设计等。要让计算机解决某一个问题之前，必须先把求解问题的步骤描述出来，这便称之为算法。下面是一个一元二次方程求根的算法实例： 计算方程的判别式 如判别式小于零，则输出方程没有实根的信息 否则，计算方程的实根，并输出计算结果我们不能直接将算法输入到计算机，因为用这种自然语言表达的算法，计算机并不理解。正象我们人之间通过语言进行沟通一样，我们要计算机做事，要用计算机能够理解的语言，称之为计算机语言。将算法用某种特定的计算机语言表达出来，输入到计算机，这便是计算机编程，用计算机语言表达出的算法称之为计算机程序（或程序）。 第第1章章 高级语

3、言程序设计概述高级语言程序设计概述本章学习重点本章学习重点v程序设计语言的发展v常用程序设计语言v高级语言编程的基本步骤v面向对象程序设计语言的特点vC语言程序的结构v算法的概念v软件工程概述 第一章第一章 高级语言程序设计概述高级语言程序设计概述1.1 程序设计语言的发展程序设计语言的发展 程序设计语言按照语言级别可以分为低级语言和高级语言。低级语言有机器语言和汇编语言。低级语言与特定的机器有关，其功效高，但使用复杂、繁琐、费时、易出差错。机器语言是表示成数码形式的机器基本指令集。汇编语言是机器语言中部分符号化的结果。高级语言的表示方法要比低级语言更接近于待解问题的表示方法，其特点是在一定程

4、度上与具体机器无关，易学、易用、易维护。CPU指令系统，由0、1序列构成的指令码组成如：10000000 加 10010000 减用助记符号描述的指令系统如 ADD A, B面向机器的语言程序设计是数据被加工的过程程序设计是数据被加工的过程客观世界可以分类，对象是类的实例对象是数据和方法的封装对象间通过发送和接受消息发生联系程序设计关键是定义类，并由类派生对象1.1 程序设计语言的发展程序设计语言的发展1.1.1 程序设计语言简介程序设计语言简介（1）机器语言 机器语言是第一代计算机语言。 （2）汇编语言 汇编语言第二代计算机语言 （3）高级语言 高级语言的发展经历了从早期语言到结构化程序设计

5、语言，从面向过程到非过程化程序语言的过程。 （4）面向对象语言 80年代初开始，在软件设计思想上，又产生了一次革命，其成果就是面向对象的程序设计。 用二进制代码表示的机器指令集合。用二进制代码表示的机器指令集合。 优点：优点：灵活、直接识别执行、速度快。灵活、直接识别执行、速度快。 缺点：缺点：面向硬件、直观性差，易出错，面向硬件、直观性差，易出错， 程序不易移植。程序不易移植。 用助记符表示的计算机语言，仍然面向用助记符表示的计算机语言，仍然面向机器。机器。 优点：优点：简单易记、速度快，目标程序占简单易记、速度快，目标程序占用空间少。用空间少。 缺点：缺点：面向硬件，通用性差。面向硬件，通

6、用性差。两者都属于两者都属于低级语言。低级语言。 与自然语言相近并为计算机所接受和执行的语言。与自然语言相近并为计算机所接受和执行的语言。 优点：优点：面向用户，与硬件无关，通用性与移植性强。面向用户，与硬件无关，通用性与移植性强。 缺点：缺点：源程序须源程序须翻译翻译成机器语言形式的目标程序，计算成机器语言形式的目标程序，计算机才能识别和执行。机才能识别和执行。两种翻译方式：两种翻译方式：编译编译和和解释解释两种翻译方式编译方式编译方式源程序源程序计算机计算机目标程序目标程序结果结果编译程序编译程序解释程序解释程序源程序源程序计算机计算机结果结果解释方式解释方式 语言处理程序语言处理程序1.

7、1.2 常用的程序设计语言常用的程序设计语言 v目前有各种高级程序设计语言，其中以下几种应用非常广泛。 vFORTRAN：科学计算 vCOBOL ：数据处理vPASCAL：科学计算、数据处理、描述系统软件vC 语言：描述操作系统、编译程序和各种软件 vLISP：人工智能 vJava：解释方式、跨平台1.1.3 发展趋势发展趋势v程序设计语言是软件的重要方面。它的发展趋势是:v可视化v智能化v构件化高级语言编程基本步骤高级语言编程基本步骤开 始编 辑编 译有错？链 接执 行结果正确？结 束源程序file.c目标程序file.obj库函数和其它目标程序可执行程序file.exe不正确正确有无源程序

8、目标程序可执行程序内容高级语言机器语言机器语言可执行不可以不可以可以文件名后缀.c.obj.exe1.2 C语言及其程序的基本组成语言及其程序的基本组成1.2.1 C语言的发展 vC语言是国际上广泛流行的计算机高级语言，它既可以编写应用软件，也可以编写系统软件。C语言的原型ALGOL 60语言（也成为A语言）。1963年，剑桥大学将ALGOL 60语言发展成为CPL(Combined Programming Language)语言。1967年，剑桥大学的Matin Richards 对CPL语言进行了简化，于是产生了BCPL语言。1970年，美国贝尔实验室的Ken Thompson将BCPL进

9、行了修改，并为它起了一个有趣的名字“B语言”。意思是将CPL语言煮干，提炼出它的精华。并且用B语言写了第一个UNIX操作系统。在1973年，美国贝尔实验室的D.M.RITCHIE在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。v为了推广UNIX操作系统，1977年Dennis M.Ritchie 发表了不依赖于具体机器系统的C语言编译文本可移植的C语言编译程序。1978年Brian W.Kernighian和Dennis M.Ritchie出版了名著The C Programming Language，从而使C语言成为目前世界上流行最广泛的

10、高级程序设计语言。1988年，随着微型计算机的日益普及, 出现了许多C语言版本。由于没有统一的标准,使得这些C语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况,美国国家标准研究所(ANSI)为C语言制定了一套ANSI标准, 成为现行的C语言标准 C语言发展迅速, 而且成为最受欢迎的语言之一, 主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件, 如DBASE PLUS、DBASE 都是由C 语言编写的。用C语言加上一些汇编语言子程序, 就更能显示C语言的优势了。v最流行的C语言有Microsoft C 或称 MS C、Borland Turbo C 或称 Turbo C。这些C语言版本不仅实现了AN

11、SI C标准，而且在此基础上各自作了一些扩充，使之更加方便、完美。在C的基础上，1983年又由贝尔实验室的Bjarne Strou-strup推出了C+。 C+进一步扩充和完善了C语言，成为一种面向对象的程序设计语言。 将将CPLCPL语语言言煮干煮干，提炼出它提炼出它的精华的精华B BC CPLPL的第二个的第二个字母作为这种字母作为这种语言的名字，语言的名字，这就是这就是C C语言语言 C C语言一共只有语言一共只有3232个关键字，个关键字，9 9种控制语句，程序书写自种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语

12、句与低级语言的实用性结合起来。语句与低级语言的实用性结合起来。C C语言可以象汇编语言可以象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。机最基本的工作单元。 C C的运算符包含的范围很广泛，共有种的运算符包含的范围很广泛，共有种3434个运算符。个运算符。C C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使从而使C C的运算类型极其丰富表达式类型多样化，灵活的运算类型极其丰富表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的使用各种运算符可

13、以实现在其它高级语言中难以实现的运算（具体见后面的章节）。运算（具体见后面的章节）。 C C的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、联合体类型等。能用来实现各指针类型、结构体类型、联合体类型等。能用来实现各种复杂的数据类型的运算。并引入了指针概念，使程序种复杂的数据类型的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外效率更高。另外C C语言具有强大的图形功能，支持多种语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。 结构式语言的显著特点是代码及数据的分

14、隔化，即程结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。使程序完全结构化。 一般的高级语言语法检查比较严，能够检查出几乎所一般的高级语言语法检查比较严，能够检查出几乎所有的语法错误。而有的语法

15、错误。而C C语言允许程序编写者有较大的自由语言允许程序编写者有较大的自由度。度。 C C语言既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许语言既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够象汇编语言一样对位、字节和地址进行操多功能，能够象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作作, ,而这三者是计算机最基本的工作单元，可以用来写而这三者是计算机最基本的工作单元，可以用来写系统软件。系统软件。一般只比汇编程序生成的目标代码效率低一般只比汇编程序生成的目标代码效率低101020%20%。 C C语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如如DOSDOS、

16、WINDOWSWINDOWS、UNIXUNIX。也适用于多种机型，在一种计。也适用于多种机型，在一种计算机上编写的程序，无须修改或经过很少的修改，就可算机上编写的程序，无须修改或经过很少的修改，就可以在其它类型的计算机上运行。以在其它类型的计算机上运行。 C C语言提供了预处理器，程序可以利用宏指令提高可语言提供了预处理器，程序可以利用宏指令提高可读性和可移植性。读性和可移植性。 C C语言允许递归调用，在解决递归问题上具有独特优语言允许递归调用，在解决递归问题上具有独特优势。势。1.2.2 C语言的特点语言的特点32个关键字：个关键字：(由系统定义，不能重作其它定义由系统定义，不能重作其它定

17、义)v1 数据类型关键字（14个）： v(1) char (2) double (3) enum (4) float (5) int (6) long (7) shortv(8) signed (9) struct (10) union (11) unsigned (12) void (13)typedef (14)volatile v2 控制语句关键字（12个）： vA循环语句：(1) for (2) do-while (3) while (4) break (5) continue vB条件语句：(1) if (2) else (3) goto vC开关语句：(1) switch (2)

18、case (3) default vD返回语句：return v v3 存储类型关键字（4个） v(1) auto (2) extern (3) register (4) static (5) const ：声明只读变量 v4 其它关键字（1个）：sizeof9种控制语句种控制语句vgoto语句：无条件转向；vif-else语句：判断语句； vwhile：循环语句； vdo-while语句：先执行循环体，然后判断循环条件是否成立， 之后继续循环； vfor语句：循环，可替代while语句；只是用法不同； vbreak语句：跳出本层的循环；(只跳出包含此语句的循环) vcontinue语句：继续

19、(一般放到循环语句里，不在执行它下面的语句，直接跳到判断语句例：for语句，就直接跳到第二个分号处；while语句，就直接跳到while()的括号里； vswitch语句：多向选择； vreturn语句：返回； C Primer Plus, Stephen Prata, Fifth EditionC Primer Plus, Stephen Prata, Fifth Edition 1.2.3 C语言程序的结构语言程序的结构/* This is a C program. */ #include /* 预处理命令 */void main( ) /*无参数无返回值的主函数*/ /*程序开始*/ i

20、nt x,y,s; /*定义变量*/ x=20; y=40; /*语句*/ s=x+y; printf(“The sum of two integer is %dn”,s); /*程序结束*/声明部分执行部分函数体1.2.3 C语言程序的结构语言程序的结构/* This is a C program.*/ #include /*预处理命令*/int sum(int a,int b) /*有参数、有返回值的自定义函数*/int c; /*定义变量*/ 声明部分c=a+b;return(c); /*返回整数c*/void main( ) /*无参数无返回值的主函数*/ /*程序开始*/int x,

21、y,s; /*定义变量*/x=20; y=40; /*语句*/s=sum(x,y); printf(“The sum of two integer is %dn”,s); /*程序结束*/声明部分执行部分主函数体执行部分自定义函数体C语言程序的基本结构(1) 一行只放一条语句。一行只放一条语句。(2) 养成随时给程序加注释的习惯。养成随时给程序加注释的习惯。(3) 编写函数时，变量定义部分和函数的执行部分之间增加一编写函数时，变量定义部分和函数的执行部分之间增加一空行，或者在程序的执行部分按照完成的功能块增加相应空行，或者在程序的执行部分按照完成的功能块增加相应的空行，会增加程序的易读性。的空

22、行，会增加程序的易读性。 (4) 为变量起有意义的名字，既可以帮助程序员读懂程序，也为变量起有意义的名字，既可以帮助程序员读懂程序，也可以避免变量的重复乱用，导致程序的逻辑错误。可以避免变量的重复乱用，导致程序的逻辑错误。(5) 程序的书写要有层次感，该缩进的一定要缩进。程序的书写要有层次感，该缩进的一定要缩进。(6) 在运算符和赋值符的两边加上一个空格会增加程序的易读在运算符和赋值符的两边加上一个空格会增加程序的易读性。性。void main ( ) int i, sum; sum = 0; for (i = 1; i = 100; i+) if (i % 2 = = 0) sum += i

23、; printf (sum = %d, sum);1.3 面向对象程序设计的基本思想面向对象程序设计的基本思想v面向对象方法(Object-Oriented Method，OO方法)是一种把面向对象的思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，简称OO (Object-Oriented)方法，是建立在“对象”概念基础上的方法学。面向对象的程序设计方法强调在软件开发过程中面向待求解总是域中的事物，它的基本特征主要包括抽象性、封装性、继承性和多态性。1.3.1 面向对象方法的产生面向对象方法的产生v计算机的应用越来越广泛，不再仅限于科学计算，计算机处理的问题变得庞大而复杂v软件设计的主要目标

24、不再局限于设计求解问题的过程（过程计算v图形用户面的普及使软件的使用者越来越方便，而软件的开发者却越来越因难，它们很难用过程语言来实现v面向过程的结构化程序设计方法的局限性：代码的重用性差代码的重用性差。原因：结构化程序设计方法将数据与处理数据的过程（函数）分离；当数据结构改变时，相关的处理过程通常需要全部或部分进行修改，也不利于程序功能的修改和扩展。例如，一个求方程实根的函数不能应用于复数的情形。 1.3.1 面向对象方法的产生面向对象方法的产生v面向对象的程序设计方法有三个优点：v（1）程序的可维护性好。面向对象程序易于阅读和理解，程序的复杂性有所降低；v（2）程序易修改：程序员可以通过添

25、加或删除对象，较容易地实现修改、添加或删除程序；v（3）可重用性好：对象可以使用多次程序员可以根据需要将类和对象保存起来，随时插入到应用程序中，无需作修改。 1.3.2 类与对象的概念类与对象的概念v面向对象程序设计的基本思想认为客观世界由各种各样的对象组成，每一类型的对象都有各自的内部状态和行为规律，不同对象间的相互联系和作用构成了不同的系统，形成了客观世界。 v面向对象程序设计方法中的对象是构成软件系统的一个基本单位，是系统用以描述客观事物的一个实例。对象由一组属性和一组行为构成，属性是用来描述对象静态特征的数据项，行为是用来描述对象动态特征的一系列操作。对象是具有属性和行为的封装体。v类

26、是具有相同属性和行为的一组对象的集合，它是属于同一类的全部对象提供了统一的抽象描述。类是对象的集合和再抽象。类是具有相同属性和行为的一组对象的集合。它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。v具有相同或相似性质的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象。1.3.3 消息的概念消息的概念v一个面向对象的程序由许多对象组成，这些对象之间需要相互沟通。对象之间通过收发消息相互沟通，类似于人与人之间的信息传递。不同对象之间通过发送消息向对方提出服务，接受消息的对象主动完成所请求的服务，这种通信机制称为消息传递。传递消息的内容包括接收消息的对象的名字，需要调用

27、的函数的名字，以及必要的信息。v同一个对象可以接受不同形式的多个消息，产生的消息各不相同；相同形式的消息可以发送给不同的对象，产生的响应可以各不相同；一个对象可以立即响应发送给它的消息，也可以暂不响应消息。程序的执行取决于事件发生的顺序，由所产生的消息来驱动程序的执行，不需要预先确定消息产生的顺序。v消息机制为对象间提供了一个动态联系的途径，使它们的行为能互相配合，构成一个有机的运行系统。1.3.4 面向对象程序设计的特点面向对象程序设计的特点(1) 抽象性抽象性 在系统开发中，抽象指的是在决定如何实现对象之前的对象的意义和行为。抽象指仅表现核心的特性而不描述背景细节的行为。使用抽象可以尽可能

28、避免过早考虑一些细节。(2) 封装性封装性 把数据和函数包装在一个单独的单元（称为类）的行为称为封装。数据封装是类的最典型特点。 一个对象就是一个封装了数据和操作这些数据的代码的逻辑实体。 封装性构成了面向对象方法的基础，封装性是保证软件部件具有优良的模块性的基础。对象是封装的最基本单位。封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。面向对象的封装比传统语言的封装更为清晰、更为有力。因而，这种方法的创始人Codd和YOuMn认为，面向对象就是“对象十属性十方法”。(3) 继承性继承性 继承性是面向对象程序设计语言不同于其它语言的最重要的特点，是其他语言所没有的。 继承性是类特有的性质，类可以派生出

29、子类，子类自动继承父类的属性与方法，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。这样可大大提高软件的可重用性。 在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，则称为单重继承，子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为多重继承。在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性。 (4) 多态性多态性 多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。 1.3.5 面向对象程序设计语言面向对象程序设计语言目前常用的面向对象程序设计语言有C+、Java、V

30、isual BASIC等。(1) C+ C+是美国Bell实验室于二十世纪八十年代在C语言的基础上开发出来的，是目前已经得到广泛应用的面向对象程序设计语言。C+保留了C语言的全部优点，增加了面向对象的机制，支持面向对象程序设计方法。C+既可以用于结构化程序设计，又可以用于面向对象程序设计，是一种混合型面向对象程序设计语言。 (2) Java语言语言 1995年6月Sun公司推出了一种纯粹面向对象程序设计的语言Java。Java编写的软件的执行代码具有兼容性，它编写的软件可以在有Java解释器的各种系统上运行。 Java程序有两种类型：一是可在网页上运行的Applet小应用程序，它不能单独运行，

31、必须嵌入HTML文件中，由Web浏览器执行；另一类是可以单独执行的Java应用程序，可完成各种功能。 Java是网络世界的通用语言，它提供了丰富的类库，具有强大的图形、图像、动画、音频、视频、多线程及网络交互能力，具有面向对象性、与平台无关性、可移植性、安全性、动态性，并具有并发机制。目前Java已成为应用最广泛的网络编程语言之一。(3) Visual BASIC语言语言 1991年Microsoft在原BASIC语言的基础上推出了可视化面向对象编程语言Visual BASIC。VB继承了BASIC语言的特点，具有语法简单、容易学习、容易使用、数据处理能力强的特点，同时采用了面向对象、事件驱动

32、的编程机制和可视化程序设计方法，有效地提高了应用程序开发的效率。同时VB还具有强大的多媒体及网络编程功能，可以编写强大的多媒体处理程序和数据库应用程序。1.4 C+的基本概念的基本概念当C语言程序代码达到25000行以上后，维护和修改工作变得相当困难。为了满足管理程序复杂性的需要，贝尔实验室的Bjarne Stroustrup博士于1979年开始对C语言进行了改进和扩充，并引入了面向对象程序设计的内容，1983年命名为C+，后经过三次重大修订，于1994年制定了标准C+草案，之后经过为断完善，成为目前的C+。1.4.1 C+的特点的特点vC+具有以下特点:v(1) 保持了与C语言的兼容性。绝大

33、多数C语言程序不经修改可以直接在C+环境中运行。v(2) 支持面向过程的程序设计。它是一种理想的结构化程序设计语言，又包含了面向对象程序设计的特征。C+由两部分组成：一是过程性语言部分，与C语言无本质区别；二是类和对象部分，是面向对象程序设计的主体。v(3) 具有程序效率高、灵活性强的特点。C+使程序结构清晰、易于扩展、易于维护而不失效率。v(4) 具有通用性和可移植性。C+是一种标准化的、与硬件基本无关的程序设计语言，C+程序通常无需修改或稍许修改便可在其他计算机上运行。v(5) 具有丰富的数据类型和运算符，并提供了强大的库函数。v(6) 具有面向对象的特性，C+支持抽象性、封装性、继承性和

34、多态性1.4.2 Visual C+vVisual C+是C+集成开发环境之一，它已从最初的1.0版到目前的6.0版、C+.NET，系统功能日益强大和完善，是目前应用最广泛的C+语言。v(1) Visual C+6.0v(2) Visual C+.NET1.5 算法概述算法概述v著名计算机科学家沃思提出一个公式：v程序=数据结构+算法v算法的特性算法的特性v有穷性：有穷性：一个算法必须保证执行有限步之后结束。在执行有限步之后，计算必须终止，并得到解答。也就是说一个算法的实现应该在有限的时间内完成。 v确切性确切性：算法的每一步骤必须有确切的定义。算法中对每个步骤的解释是唯一的。 v零个或多个输入零个或多个输入：输入指在执行算法时需要从外界取得的必要的信息。一个算法有零个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况。一个算法可以没有输入。v一个或多个输出：一个或多个输出：输出是算法的执行结果。一个算法有一个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。没有输出的算法是毫无意义的。 v有效性：有效性：或可行性。算法中的每一个步骤能够精确地运行，并得到确定的结果。而且人们用笔和纸做有限次运算后即可完成。 算法的描述算法的描述