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1、北京理工大学 软件工程实践汤铭端 中国航天科工集团公司204所第五讲软件实现内容和目的n编程语言的选择 n编程风格n程序效率n编码要求n静态分析n代码审查n软件调试编程n编程是设计的自然结果n编程语言的特性和编程风格会深刻地影 响软件的重量和可维护性n软件实现是一个不断变换的过程：设计 源程序目标代码机器码编程语言的选择n应用领域n算法及运算的复杂性n软件运行的环境n性能n数据结构的复杂性n软件开发组成员对该语言的熟悉程度编程风格n程序必须是可以理解的n程序的风格应该强调简单和清晰n影响程序风格的因素有：n源程序内部文档化n数据说明的方法n语句的结构nI/O的方法源程序文档化n选择好标识符（变
2、量和标号）的名字n挑选有意义的标识符名字n安排注解n序言式注解（头文件）n功能注解n使程序的结构一目了然n缩进数据说明n数据说明的次序应该规范化n多个变量说明时最好按字典数顺序排列n对复杂结构用注解说明语句结构n每个语句应该简单直接，不应该为提高效率而 把语句复杂化n使程序简单易懂n避免采用复杂的条件语句n不要用“否定”条件的条件语句n避免多重的循环嵌套或条件嵌套n用括号使逻辑表达式或算术表达式更为清晰n用空格及有意义的符号使语句内容清晰明确n反问自己“如果这程序不是我编的，我能看懂吗？”输入/输出n对批处理I/On符合逻辑地组织输入nI/O出错检查n好的I/O出错恢复功能n清晰的输出报告格式
3、n对交互式I/On简单而有提示的输入方式n完备的出错处理及出错恢 复n人机对话输出nI/O格式的一致性n原则：n检查所有输入数据的合法性n检查输入项的各种重要组合 是否合理n输入格式要简单n最好采用数据结尾指示符， 而不应要求用户规定“输入 项目的数量”n交互式I/O要求用户输入时 ，标明交互输入可选择的种 类和范围n输出时保持格式的一致性n设计和标明所有的输出Wasserman交互系统设计原则原则n把计算机的内部特性掩盖起来不让用户看到n使程序“穿上防弹衣”，保证程序不被用户破坏n如果用户的请求会产生重大的后果，就要提醒用 户n在使用此程序时提供联机的帮助条件n按照用户的水平设计输入要求n按
4、照输出设备的速度设计输出信息n区别对待不同类型的用户n保持一致的响应时间n应尽量减少用户处理出错的工作量效率n要求有效地利用临界资源是自然的nCPU周期和内存单元常被看作临界资源n有关效率的三个格言：n效率是一种性能需求。软件的效率应根据需要，而 不是尽可能地高！n好的设计必然提高效率。n程序的简单性与程序的效率往往是一致的。n总之不要去牺牲程序的清晰性、可读性或正确 性去追求效率的非本质的提高源程序的效率n源程序的效率与算法 效率直接相关n编程风格会影响运行 速度及所需内存的大 小n编译器的“优化”特性 是提高效率的一种手 段n原则：n在具体编程前应简化算术 表达式及逻辑表达式n细心地分析多
5、层嵌套循环 以确定能否把一些语句或 表达式移到循环之外n尽量避免采用多维数组n尽量避免采用指针及复杂 的表n采用“快”的算术运算n不要把不同的数据类型混 在一起n只要可能就采用整型数的 算术运算和布尔表达式内存效率n大机器领域内存几乎无限制，虚存使“内 存效率”不等同于“占用最小的内存”n微机领域内存的限制仍是很现实的问题n采用汇编语言可以节省内存n提高运行效率的技术往往可以同时节省 内存n使程序简单是提高内存效率的关键输入输出效率n提高I/O效率的指导原则：n全部I/O应有缓冲以避免过于频繁的信息交 换n对外存应该选用最简单的可接收的存取方式n与外存联系的I/O操作应成块地传送数据n与终端及
6、行式打印机联系的I/O操作应考虑 设备的特性，以改进质量与速度n如果“超高效率”的I/O无法被人们理解，则 是毫无意义的Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n写得清晰而不是太灵巧n简单而直接地说明你的用意n使用库功能n避免使用临时变量n写清晰不要为了“效率”而牺牲清晰n让机器干苦活n用调用一个公共的例程去代替重复的表示n选用不易混淆的变量名n避免使用不必要的转移Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n不使用条件转移代替一个逻辑表达式n假如一个逻辑表达式难以理解，则试着对其进 行变换n使用数组，避免重复的控制序列n选用使程序简单的数据表示法n
7、先用一个容易理解的伪语言写程序，然后再翻 译成你所用的语言 使用IFELSEIFELSEIFELSEENDIF实施多 路选择n模块化，使用子例程Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n确保注释与代码一致n不要用注释去精确地重复代码使每一个注 释有价值n不要注释或修补坏代码重写n使用有意义的变量名n使用有意义的语句标号n程序格式应有助于读者理解程序n为你的数据设计提供文档n仅使用GOTO去实施一个基本的结构Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n假如你能保持程序的可读性，则完全不必使用 GOTOn以小片段的方式写和测试一个大程序n对已定义的递归
8、数据结构使用递归过程n检测输入的合理性和合法性n确保输入没有违反程序的限制n使用文件的结尾或标记终止输入，而不是用计 数来终止输入n识别错误的输入（若有可能要恢复输入）Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n输入简易，输出自明n使用一致的输入格式n使输入容易校对n若可能，使用自由格式输入n使用自标识的输入，允许缺省，输出时反映这 两者n确保在使用之前，所有变量已被置初值n在出现故障时不要停机n使用排错编译程序Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n用DATA语句或INITIAL属性置常数n用可执行的代码置变量初值n尽量注意由错误引起的分岔n注
9、意在相等时转移的正确性n当一个循环从边上或底上退出到同一个地方时 ，必须十分小心n确保你的代码“没有做什么优美方面的事情”n在边值处测试程序n人工核查某些答案Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n10.0乘以0.1很少是1.0n不要单独地进行浮点数相等比较n先保证正确，再提高速度n在提高速度之前，做好自动防止故障的措施n先保证清晰，再提高速度n不要为谋求“效率”上的少量增益而牺牲清晰n让你的编译程序做简单的优化n不要滥用再使用代码，取而代之的是改组n确保特殊情况是确实的特殊Kernighan和Plauger给出的好 的程序设计风格的规则n保持简单，以提高速度n不要浪
10、费代码而提高速度找一个较好 的算法n使用工具装备你的程序，在“效率”改变以 前测量（END）程序编码结构要求n采用结构化编码方法n按以下22个特性构造（1）完整性n任何程序或控制段的开始和结束，必须 包含在单一的结构化模块中。（2）功能n每个模块必须完成单一的定义良好的功 能，模块的全部元素都是为了实现唯一 的功能。n此外，模块实现的细节对其它模块来说 应该是隐蔽的。如果实现的细节改变， 直接受影响的只是实现功能的那个模块 ，并且只有该模块需要修改。（3）入口出口n每个模块一般要求单一入口和单一出口 。处理完成后，模块必须返回到调用它 的程序而不是其它模块。n接口（入口与出口条件和参数）必须明
11、 确表示和定义。（4）说明n模块的说明语句和数据语句应放在程序 首部之后和第一个可执行语句之前，虽 然允许每行可有多个数据说明，但应保 证清晰地定义复杂的数据结构。（5）常量n常量必须在程序的说明中定义，常量通 常有数组规模、值、DO和FOR 循环中 的循环数、数组下标、记录规模和行长 度等。（6）变元n在调用语句中的变元一般不得包含算术 或逻辑表达式。n每个变元必须由单一变量来表示。n在调用一个模块的过程中，变元的类型 和个数必须与模块的形参相一致。n此外，必须标明调用过程中使用的形参 。（7）幂n幂的指数必须用整数表示，即 而不是3.0。（8）混合方式运算n应避免使用混合运算的算术表达式，
12、不 能避免时应仔细计算表达式的值，以保 证类型转换得到预期的结果，应对转换 进行适当的注释。（9）转移n尽量少用无条件转移语句。如需使用， 必须在同一程序单元内转移，并应向转 移语句所在点的前方转移。n允许使用为实现结构化程序设计所必需 的转移指令。（10）错误处理a.必须记录所有错误的发生及处理情况，保存系 统发生错误的全部记录，以利于后续错误情况 的处理和分析； b.必须预先了解错误的潜在影响，并且在它们出 现之前确定如何处理； c.应尽可能使错误不扩散，不引起连锁反应； d.当程序不能执行时，必须在中止前释放已取得 的全部资源和结果。（11）范围检查n为保证变量值落在预期的范围内，必须进
13、行范 围检查。n如果变量值不在规定范围内，则必须进行适当 的错误处理。n变量的定义域必须在设计时规定，在实现时声 明，并在运行时检查。n必须进行范围检查的变量应包括：参数；数值 下标；CASE结构中的变量参数；循环结构中用 作初值、增量和终值的变量。（12）序标和下标n循环序标参数和数值下标必须表示为整 型的常量或变量。（13）循环终止n必须保证循环终止，终止条件不能靠对 循环参数所作假设的正确性，而是靠对 循环入口事前直接的验证。（14）标号和名字的使用n标号和名字必须有意义、一致并明显、 唯一，不易混淆。（15）全局变量和共享变量n应避免使用全局或共享变量。当一个变量由两个或多 个模块共享
14、时，每个模块都必须正确地使用该变量。n由多个模块使用的变量应作为变元进行通信。限制变 量的范围有助于掌握变量的准确含义。n当有明确的技术根据需要使用公共数据时，应有下列 限制： a.仅使用可由名字访问的公用域； b.公用数据域的长度和说明，对于使用它的每个模块 都是相同的； c.可能时，应仅保留公用块的一个副本，而且必须用 “INCLUDE ”语句包容在每一个模块中而不是在模块 中各自编码描述。 （16）连接约定n如果模块是用汇编语言实现的，则必须定义和 使用模块间通信的标准约定。目的是构造独立 的、自包容的模块，它可以用良好定义的方法 与其它模块通信。n应考虑的约定有： a.在将控制转给其它
15、模块之前必须保护寄存器的内容 ，并在控制返回时恢复； b.通信必须通过变元素； c.必须有一个与调用模块返回地址进行通信的标准方 法。 （17）输入与输出n输入例程和输出例程必须集中在有限几 个模块内。n将这些例程汇集到少数几个模块中有利 于输入和输出数据的监控。n此外，将这些例程限制在有限范围内可 使修改更容易。 （18）命名n代码和数据单元的名字必须体现它们的 功能和内容。（19）程序首部n每个代码模块必须包含一个标准化的程 序首部注释语句块，作为每个程序模块 的内部源文档。它放在模块的首部，描 述模块的功能、用途和操作要求。n程序首部应包括下面的信息： a.名称：包含用于标识模块的名称、
16、版本标识 符和入口。 b.目的：包含模块目的功能的简要说明。程序首部n程序首部应包括下面的信息： c.输入输出，包含该模块所使用的每个文件 名，并指明是向模块输入、还是输出、还是两者兼 有。使用交互式屏幕的模块也应提供屏幕功 能的说明。 d.参数：提供模块所需的全部变元的定义以及模块的 返回值（输出参数）。参数定义必须包括：名字、 数据类型、大小和功能。 e.调用：提供该模块调用的全部例程的清单和调用该 模块的全部例程的清单。 f.全局数据：提供模块中使用的全部公用或全局数据 的清单。程序首部n程序首部应包括下面的信息： g.限制：包含约束或限制模块性能特点的任何特殊或 非常规因素的清单。 h.异常结束：包含异常返回条件和动作的清单。 i.方法：包含为实现模块的功能而使用的方法的详细 说明。 j.编程者：代码编制人名及所属机构。 k.版本号及完成日期：当前的模块版本号和它的完成 日期。 l.修改记录：包含对该模块的修改人、所属机构、日 期及对应的版本号。（20）行间注释n源程序体内的注释必须解释程序执行的
