程序设计基础

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1、第二章程序设计基础2.1 程序设计方法与风格程序设计是一门艺术，需要相应的理论、技术、方法和工具来支持。就程 序设计方法和技术的发展而言，主要经过了结构化程序设计和面向对象程序设 计阶段。除了好的程序设计方法和技术外，程序设计风格也是很重要的。因为程序 设计风格会深刻地影响软件的质量和可维护性，良好的程序设计风格可以使程 序结构清晰合理，使程序代码便于维护，因此程序设计风格对保证程序的质量 是很重要的。一般来说，程序设计风格是指编写程序时所表现出的特点、习惯和逻辑思 路。程序是由人来编写的，为了测试和维护程序，往往还要阅读和跟踪程序， 因此程序设计的风格总体而言应该强调简单和清晰，程序必须是可

2、理解的。可 以认为，著名的“清晰第一，效率第二”的论点已成为当今主导程序设计风格。要形成良好的程序设计风格，主要应注重和考虑下述一些因素。1、源程序文档化源程序文档化应考虑如下几点：(1) 符号名的命名：符号名的命名应具有一定实际意义，以便于对程序功能 的理解。(2) 程序注释：正确的注释能够帮助读者理解程序。注释一般包括序言性注 释和功能性注释。序言性注释通常位于每个程序的开头部分，它给出程序的整 体说明，主要描述内容包括：程序标题、程序功能说明、主要算法、接口说明 程序位置、开发简历、程序设计者、复审者、复审日期、修改日期等。功能性 注释的位置一般嵌在源程序体之中，主要描述其后的语句或程序

3、做什么。(3) 视觉组织：为使程序的结构一目了然，可以在程序中利用空格、空行、 缩进等技巧使程序层次清晰。2、数据说明的方法 在编写程序时，需要注意数据说明的风格，以便使程序中的数据说明更易 于理解和维护。一般应注意以下几点：(1) 数据说明的次序规范化。鉴于程序理解、阅读和维护的需要，使数据说 明次序固定，可以使数据的属性容易查找，也有利于测试、排错和维护。(2) 说明语句中变量安排有序化。当一个说明语句说明多个变量时，变量按 字母顺序排列为好。(3) 使用注释来说明复杂数据的结构。3、语句的结构程序应该简单易懂，语句构造应该简单直接，不应该为提高效率而把语句 复杂化。一般应注意如下：(1)

4、 在一行内只写一条语句；(2) 程序编写应优先考虑清晰性；(3) 除非对效率有特殊要求，程序编写要做到清晰第一，效率第二；(4) 首先要保证程序正确，然后才要求提高速度；(5) 避免使用临时变量而使程序的可读性下降；(6) 避免不必要的转移；(7) 尽可能使用库函数；(8) 避免采用复杂的条件语句；(9) 数据结构要有利于程序的简化；(10) 尽量减少使用“否定”条件的条件语句；(11) 要模块化，就使模块功能尽可能单一化；(12) 利用信息隐藏，确保每一模块的独立性；(13) 从数据出发去构造程序；(14) 不要修补不好的程序，要重新编写。4、输入和输出 输入和输出信息是用户直接关心的，输入

5、和输出方式和格式应尽可能方便 用户的使用，因为系统能否被用户接受，往往取决于输入和输出的风格。无论 是批处理的输入和输出方式，还是交互式的输入输出方式，在设计编程时都应 考虑如下原则：(1) 对所有的输入数据都要检查数据的合法性；(2) 检查输入项的各种重要组合的合理性；(3) 输入格式要简单，以使得输入的步骤和操作尽可能简单；(4) 输入数据时，应允许使用自由格式；(5) 应允许缺省值；(6) 输入一批数据时，最好使用输入结束标志；(7) 在以交互式输入/输出方式进行输入时，要在屏幕上使用提示符明确提示 输入的请求，同时在数据输入过程中和输入结束时，应在屏幕上给出状态信息；(8) 当程序设计

6、语言对输入格式有严格要求时，应保持输入格式与输入语句 的一致性；给所有的输出加注释，并设计输出报表格式。2.2 结构化程序设计方法 由于软件危机的出现，人们开始研究程序设计方法，其中最受关注的就是 结构化程序设计方法(Structured Programming)。所谓结构化程序设计方法是指 采用顺序、分支和循环三种基本结构来实现算法。按照结构化程序设计方法设 计出的程序结构良好，具有易读、易维护等优点。自顶向下、逐步求精和模块 化是结构化程序设计方法中最典型、最具有代表性的方法。2.2.1 结构化程序设计的原则1、自顶向下设计方法：是一种从顶层开始，向下逐层分解、逐步细化，直 到最底一层达到

7、最简单的功能模块为止的方法。这种方法能够使编程者思路清 楚、有条不紊地一步一步深入地工作，用较短的时间设计出结构良好、可读性 强、可靠性较高的程序，并容易验证程序的正确性，便于维护。2、逐步求精设计方法：是将一个抽象的问题分解成若干个相对独立的小问 题，并逐级进行由抽象到具体，由粗到细，由表及里不断进行精细化的程序设 计方法。每一步求精过程都将问题的算法进一步细化，直到算法精细化到可以 用三种基本结构实现为止。3、模块化设计方法：是指将一个复杂的问题，分解成许多功能单一、相对 独立的模块，各模块之间按照层次结构联系起来构成模块结构图。在模块结构 图中，每个模块用一个矩形框表示，框内写上每个模块

8、的名称，模块之间的调 用关系用带箭头的方向线表示。模块化设计方法的核心是如何划分模块，产生 模块结构图。4、限制使用GOTO语句：滥用确实有害，不用并非明智。上述三种结构化程序设计方法各有其特点。逐步求精设计方法主要指一个 程序的设计过程，它符合人们逻辑推理和思维的习惯。模块化设计方法和自顶 向下设计方法主要指一个比较大的系统的设计过程，采取的是化整为零，各个 击破的方法。将问题分割成若干个子问题，对子问题再进行分割，这样可将问 题分割成一个模块层次结构。关于 GOTO 语句：(1) 滥用 GOTO 语句确实有害，应尽量避免；：(2) 完全避免使用 GOTO 语句并非明智的方法，有时会使程序流

9、程更清楚、 效率更高；(3) 争论的焦点不应该放在是否取消GOTO语句，而应该放在用什么样的程 序结构上。其中最关键的是，肯定以提高程序清晰性为目标的结构化方法。2.2.2 结构化程序设计的基本结构与特点结构化程序设计方法是程序设计的先进方法和工具。采用结构化程序设计 方法编写程序，可使程序结构良好、易读、易理解、易维护。1966年，Boehm 和Jacopini证明了程序设计语言仅仅使用顺序、选择和重复三种基本控制结构 就足以表达出各种其他形式结构的程序设计方法。1、顺序结构：顺序结构是一种简单的程序设计，它是最基本、最常用的结 构，如图 21 所示。顺序结构是顺序执行结构，所谓顺序执行，就

10、是按照程序 语句行的自然顺序，一条语句一条语句地执行程序。2、选择结构：选择结构又称为分支结构，它包括简单选择和多分支选择结 构，这种结构可以根据设定的条件，判断应该选择哪条分支来执行相应的语 句序列。3、重复结构：重复结构又称为循环结构，它根据给定的条件，判断是否需 要重复执行某一相同的或类似的程序段，利用重复结构可简化大量的程序行。 在程序设计语言中，重复结构对应两类循环语句，对先判断后执行循环体的称 为当割循环结构，对先执行循环体后判断的称为直到型循环结构。总之，遵循 结构化程序的设计原则，按结构化程序设计方法设汁出的程序具有明显的优点， 其程序易于理解、使用和维护。程序员采用结构化编程

11、方法，便于控制、降低 程序的复杂性，因此容易编写程序。便于验证程序的正确性，结构化程序清晰 易读，可理解性好，程序员能够进行逐步求精、程序证明和测试，以确保程序 的正确性，程序容易阅读并被人理解，便于用户使用和维护。其二，提高了编 程工作的效率，降低了软件开发成本。由于结构化编程方法能够把错误控制到 最低限度，；因此能够减少调试和查错时间。结构化程序是由一些为数不多的基 本结构模块组成，这些模块甚至可以由机器自动生成，从而极大地减轻了编程 工作量。2.2.3结构化程序设计原则和方法的应用 基于对结构化程序设计原则、方法以及结构化程序基本构成结构的掌握和 了解，在结构化程序设计的具体实施中，要注

12、意把握如下要素：1、使用程序设计语言中的顷序、选择、循环等有限的控制结构表示程序 的控制逻辑；2、选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口：3、程序语句组成容易识别的块，每块只有一个入口和一个出口；4、复杂结构应该用嵌套的基本控制结构进行组合嵌套来实现：5、语言中所没有的控制结构，应该采用前后一致的方法来模拟；6、严格控制GOTO语句的使用。其意思是指：(1) 用一个非结构化的程序设计语言去实现个结构化的构造；(2) 若不使用GOTO语句会使功能模糊；(3) 在某种可以改善而不是损害程序可读性的情况下。 2.3面向对象的程序设计今天，面向对象(Object Oriented)方法已经发展成为主

13、流的软件开发方 法。面向对象方法的形成同结构化方法一样，起源于实现语言，首先对面向对 象的程序设计语言开展研究，随之逐渐形成面向对象分析和设计方法。面向对 象方法和技术历经30多年的研究和发展，已经越来越成熟和完善，应用也越来 越深入和广泛。面向对象方法之所以日益受到人们的重视和应用，成为流行的软件开发方 法，是源于面向对象的以下主要优点。1、与人类习惯的思维方法一致 传统的程序设计方法是面向过程的，以算法为核心，把数据和过程作为相 互独立的部分，数据代表问题空间中的客体，程序则用于处理这些数据，在计 算机内部数据和程序是分开存放的这样的做法往往会发生使用错误的数据调 用正确的程序模块的情况。

14、其原因是，传统的程序设计方法忽略了数据和操作 之间的内在联系，用这种方法设计出来的软件系统其解空间与问题空间不一致， 使人感到难于理解。实际上，用计算机解决的问题都是现实世界中的问题，这 些问题无非由一些相互间存在一定联系的事物所组成，每个具体的事物都具有 行为和属性两方面的特征。因此，把描述事物静态属性的数据结构和表示事物 动态行为的操作放在一起构成一个整体，才能完整、自然地表示客观世界中的 实体。面向对象方法和技术以对象为核心。对象是由数据和容许的操作组成的封 装体，与客观实体有直接的对应关系。对象之间通过传递消息互相联系，以模 拟现实世界中不同事物彼此之间的联系。面向对象的设计方法与传统

15、的面向过程的方法有本质不同，这种方法的基 本原理是，使用现实世界的概念抽象地思考问题从而自然地解决问题。它强调 模拟现实世界中的概念而不强调算法，它鼓励开发者在软件开发的绝大部分过 程中都用应用领域的概念去思考。2、稳定性好面向对象方法基于构造问题领域的对象模型，以对象为中心构造软件系统。 它的基本作法是用对象模拟问题领域中的实体，以对象间的联系刻画实体间的 联系。因为面向对象的软件系统的结构是根据问题领域的模型建立起来的，而 不是基于对系统应完成的功能的分解，所以，当对系统的功能需求变化时并不 会引起软件结构的整体变化，往往仅需要作一些局部性的修改。由于现实世界 中的实体是相对稳定的，因此，

16、以对象为中心构造的软件系统也是比较稳定的。 而传统的软件开发方法以算法为核心，开发过程基于功能分析和功能分解。用 传统方法所建立起来的软件系统的结构紧密地依赖于系统所要完成的功能，当 功能需求发生变化时将引起软件结构的整体修改。事实上，用户需求变化大部 分是针对功能的，因此，这样的软件系统是不稳定的。3、可重用性好 软件重用是指在不同的软件开发过程山重复使用相同或相似软件元素的过 程。重用是提高软件生产率的最主要的方法。传统的软件重用技术是利用标准函数库，也就是试图用标准函数库中的函 数作为“预制件”宋建造新的软件系统。但是，标准函数缺乏必要的“柔性”， 不能适应不同应用场合的不同需要，并不是理想的可重用的软件成分。实际的 库函数往往仅提供最基本、最常用的功能，在开发个