一、程序设计方法与风格
一、程序设计方法与风格
(1)程序设计与编码风格
1、计算机程序设计语言
计算机程序设计语言通常分为低级语言和高级语言。低级语言包括机器语言和汇编语言；高级语言则是一种更接近人类自然的用来编写处理问题的程序的代码语言。如C、C++、BASIC、Fortran等语言都是高级语言。
机器语言是计算机能够直接识别和执行的二进制代码指令集。它具有灵活性高、执行速度快等特点。但使用机器语言很麻烦，它既难写有难读，因此，除了计算机生产厂家的专业人员，绝大多数程序员都不用机器语言编写程序。为了便于人们使用而采用汇编语言来编写程序。
汇编语言是一种符号语言，它是用助记符来表示操作码的也是面向机器的计算机语言。汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，因此比用机器语言的二进制代码编程序要方便得多，在一定程度上简化了编写程序的过程。汇编语言的特点是用助记符代替了机器的指令代码，而且助记符与机器指令是一一对应的。
由于机器语言和汇编语言都是面向硬件的，语言过分依赖机器，不便于计算机专业人员以外的人使用。为此，人们就设计出一种接近人类自然语言用来编写处理问题的程序的代码语言，这种代码语言就称为高级程序设计语言，简称高级语言。但计算机不能直接理解高级语言，用高级语言编写的程序需要经过编译或解释程序，才能在计算机上运行。
2、程序与程序设计
程序是把计算机语言代码按一定的语法规则，对所要处理的数据以及处理的方法和步骤所作的完整而准确的描述；而程序设计则是完成一项程序设计的过程。
著名的计算机科学家Niklaus Wirth对程序的定义：
程序=算法+数据结构
要编写一个程序，首先要掌握一种程序设计语言和它的开发环境，同时也要熟悉问题世界的知识和掌握把问题世界转化为程序世界的方法(即程序设计方法)。
程序设计方法是指用什么观点来研究问题并对问题进行求解，以及怎样进行系统构造的软件方法学。常用的程序设计方法包括结构化程序设计方法、软件工程方法和面向对象方法等。
3、编码风格
编码风格是指在不影响程序正确性和效率的前提下，有效编排和组织程序的基本原则。一个具有良好编码风格的程序主要表现为可读性好，易测试、易维护。良好的编码风格可以减少编码的错误，减少读程序的时间，从而提高软件的开发效率。编码风格主要体现在以下几个方面。
①源程序文档化
a.符号名的命名(如模块名、变量名、常量名等)能够反应它所代表的实际东西，应具
一定的实际含义，以便理解程序功能。
b程序注释通常使用自然语言书写，给程序的整体说明以及相关语句或程序段的功能说明，增加程序的可读性。注释一般为序言性注释和功能性注释。序言性注释常为于程序的开头部分，它包括程序标题、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、副审者、复审日期及修改日期等。功能性注释一般嵌在源程序体之中，用于描述其后的语句或程序的主要功能。
c程序的视觉组织：在程序中利用空格、空行和缩进等技巧，是程序的逻辑结构更加清晰，层次更加分明。
②数据说明的方法
数据说明是对程序中数据结构的组织和描述。数据说明应注意以下几点：
a数据说明的次序规范化
b说明语句中变量安排有序化
c使用注释来说明复杂数据的结构
③语句结构
语句是构成程序的基本单位，语句的构造方式和书写格式对程序的可读性具有非常重要的决定作用。
语句结构不能为了片面追求效率而使语句复杂化，而应力求简单、直接，以便程序更易于阅读和理解，构造语句时应注意以下几个问题：
a语句应简单直接
b对复杂的表达式应加上必要地括号是表达式清晰
c不要书写太复杂的条件，嵌套的重数不宜过多
d为了不破坏结构化程序设计中结构的清晰性，在程序中应尽量使用强制类型转移语句goto e对于程序中需要重复出现的代码段，应将其用独立模块(函数或过程)实现
为了便于对程序的阅读，书写格式的规范是不不可少的。书写程序时应注意以下几个主要问题：
a虽然很多语言都允许在一行内书写多条语句，但最好在一行内只写一条语句，使程序看起来更清晰
b书写语句时，应当使用递缩格式来使程序的层次更加清晰
c在模块之间通过加入空行进行分隔
④输入、输出
对用户来说，输入、输出(操作界面)就是应用系统本身，直接与用户使用
相关。因此，输入输出方式和风格应当尽可能地方便用户的操作和使用。输入、输出方式和风格需考虑以下几点：
a输入方式应力求简单、尽量避免给用户带来不必要的麻烦
b在以交互式输入/输出方式进行输入时，应有必要的提示信息，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。
c程序应对输入数据的合法性进行检查
d如用户输入某些数据后可能产生严重后果，应给用户输出必要的提示并
要求用户确认。
e应根据系统的特点和用户的习惯设计出令用户满意的输出方式
f输出数据的格式应清晰简洁
g输出数据时要加上必要的提示信息
二、结构化程序设计
1、结构化程序设计的基本结构和特点
；结构化程序的基本结构
程序设计语言仅通过顺序、选择和循环3种基本控制结构就能够表示出其
他各种形式结构的程序设计方法。
a顺序结构：是一种简单的程序设计结构，顺序结构自始至终严格按照程
序中语句的先后顺序逐条执行，是最基本、最普遍的结构形式
b选择结构：又称选取结构，分支结构，包括简单选择和多分枝选择结构。选择结构中，根据给定的条件P是否成立而选择执行A或执行B。
c循环结构：又称重复结构，即反复执行某一部分的操作。在程序设计语言中循环结构有两类循环语句：
Ⅰ当型(While)循环结构：对循环体先判断再执行
Ⅱ直到型(Until)循环结构：先执行循环体后判断
②结构化程序的特点
顺序、选择和循环这3种基本结构，有以下共同特点：
a只有一个入口
b只有一个出口
c结构内的每一部分都有机会被执行到
d结构内不存在"死循环"
程序结构仅由顺序、选择和循环3种基本结构复合而成。可以自底而上逐步抽象，最终抽象成一个函数型节点。由顺序、选择和循环3种基本结构顺序组成的算法结构，可解决任何复杂的问题。由基本结构所构成的算法属于"结构化"的算法，它不存在无规律的转向，只在该基本结构内才允许存在分支和向前或向后的跳转
2、结构化程序设计原则和方法
过去，程序被看成是处理数据的一系列过程，过程或函数则被定义为一个接一个顺序执行的一组指令，而且数据与程序被分开存储。由于软件危机的出现，人们便开始研究程序设计方法、结构化程序设计方法也应运而生。
一个结构化程序就是用高级语言表示的结构化算法，这种程序便于编写、阅读、修改和维护。这就减少了程序出错的机会，提高了程序的可靠性，保证了程序的质量。
结构化程序设计强调程序设计风格和程序结构的规范化，提高清晰的结构。结构化程序设计方法的主要思想是把复杂的问题分解成若干简单的子问题并逐
步求精。具体的说，结构化程序设计就是采取以下方法：
①自顶而下：就是先考虑总体，再考虑细节；先考虑全局目标，后考虑局
部目标。这种程序结构按功能划分为若干个基本模块，这些模块形成一个树状
结构。
②逐步求精：对复杂问题，设计一些子目标做过渡，逐步细化。也就是把
复杂问题分解成一系列简单的子问题，直到这些小问题小到易于理解和实现的
程度。
③模块化设计：就是把程序要解决的总目标分解为目标，再进一步分解为
具体的小目标，把每一个目标成为一个模块。
④结构化编码：即用高级语言语句正确实现3种基本结构。
结构化程序设计是面向过程的程序设计方法，它具有很多优点，其核心是
结构化算法。它把数据和处理数据的过程分离为相互独立的实体，当数据结构
改变时，所用相关的处理过程都要进行相应的修改，每一种相对于老问题的新
方法都要带来额外的开销，程序的可用性差。而且当数据增大时，数据与处理
这些数据的方法之间的分离会使程序越来越难以理解。
三、面向对象的程序设计方法
1、面向对象的方法
①面向对象方法的基本思想
面向对象的程序设计(Object-Oriented Programming,OOP)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OOP方法。
面向对象方法的本质就是主张从客观世界固有的事务出发来构造系统，提倡用
人类在现实生活中常用的思维方法来认识、理解和描述客观事物，强调最终建
立的系统能够映射问题域，即系统中的对象以及对象之间的关系能够如实地反
映问题域中的固有事务及其关系。
面向对象方法的基本思想描述如下：
a客观世界的任何事物都是对象，它们都有一些与数据结构相应的静态属性和与程序模块相应的相关操作。作为一个整体，从外面看只能看到对象的外部特征，而这些对象的属性和操作不用对外公开，并尽可能地隐藏对象内部的信息
b对象之间有抽象和具体、群体和个人、整体和部分等几种关系。对象概念间的网络结构由这些关系构成。
c较大的、抽象的对象所具有的性质包括静态属性和动态操作，自然地成为其子类的性质，而不是重复说明或规定。
d对象之间可以相互传送信息，消息传递是对象间通信的手段。一个对象通过向另一个对象发送消息来请求服务。消息通常包括接收对象、调用的操作名以及适当的参数。
②面向对象程序设计的优点
a面向对象的方法符合人们认识客观世界的规律
面向对象方法以客观世界中系统的实体为基础，将客观实体的属性及其操作封装成对象。人们把描述事物静态属性的数据结构和表示事物的动态行为的操作放在一起构成一个整体，用来表示客观世界中的实体。而传统的程序设计方法是面向过程的，它忽略了数据与操作之间的内在联系，用该方法设计出来的软件系统的空间和问题空间不一致，会令人难以理解。
面向对象的基本原理是：以现实世界的概念抽象地思考问题，从而自然地解决问题。面向对象方法的核心是对象，用面向对象方法开发的系统相对比较稳定。
b稳定性好
面向对象的软件系统的结构不是基于系统完成的功能的分解，而是根据问题域的模型建立起来的，因此，当系统的功能需求变化时并不会引起软件结构
的整体变化，往往只需要做一些局部型修改。而传统的软件开发方法的核心是
算法，其开发过程基于功能分析和功能分解。当功能需求发生变化时将会引起
软件结构的整体修改。
c可重用性好
在同一个应用领域的不同应用系统中，往往会涉及到很多相同或相似的实体，这些实体在不同的应用系统存在很多相同的属性和操作木业存在一些不同
的应用系统所特有的属性和操作。软件重用是指在不同的软件开发过程中重复
使用相同或相似软件元素的过程，是提高软件生产效率的最主要方法。
面向对象的软件开发技术在利用可重用的软件成分构成新的软件系统时，
具有很大的灵活性。重复使用一个对象类有两种方法：一种是创建该类的实例，从而直接使用它；另一种是从它派生出一个满足当前需要的新子类。
d面向对象方法开发的软件易于维护，其体型结构易于理解、扩充和修改。
用面向对象开发的软件易于维护，而且易于测试和调试。面向对象开发的
软件稳定性比较好，比较容易修改，易于理解，而且易于测试和调试。面向对
象方法开发的软件系统由对象类构成，对象的封装很好的体现了抽象和信息隐
蔽的特征。对象用属性和操作作为接口，用户只能通过接口访问对象，对象的
具体实现对外是不公布的。对象的接口确定之后，实现细节的修改不会对其他
对象产生影响，便于维护。
2、面向对象的基本概念
①对象：在现实世界中，每个实体都是对象，它可以是有形的(如汽车、电视机等)，也可以是无形的(如工作计划、教学计划等)。对象时指具有属性(数据)和操作(行为方式)的实体。它具有自身的静态特征和动态特征。在面向对象方法学中，对象时由描述该对象属性的数据和可以对这些数据进行的操作封装
在一起的一个统一体。
对象包含以下特征：
a标示的唯一性：指对象时可以区分的
b分类性：是指可以把具体相同属性和操作的对象抽象为类
c封装性：指从外面仅能看到对象的外部特征，而不了解数据是如何实现
这些操作的。
d多态性：指同一个操作可以作用于不同的对象。
e模块独立性好：指对象(模块)内部各元素彼此结合的很密，内聚性强。
②属性
属性是指对象所包含的信息，它在设计对象时就确定，一般只能通过执行
对象的操作来改变。属性通常是一些数据，有时也可以是另外一个对象。例如，书是一个对象，它的属性有书名、作者、出版社、出版日期、定价等属性，其
中书名、出版日期、定价是数据，作者和出版社可以是对象，它们也可以有自
己的属性。每个对象都有它自身的属性值，用以表示该对象的状态。
③方法
方法也称为操作或服务，它规定了对象的行为，表示对象所能提供的服务。对象中的属性只能通过该对象所提供的操作来存取或修改，操作的过程对外是
封闭的。封装作为一种隐蔽技术，用户只能看见对象封装界面上的信息，而对
象内部的具体实现是隐蔽的，用户看不见。封装的目的是使对象的使用者和生
产者分离，使对象的定义和实现分开。一个对象通常可以由对象名、属性和操
作组成。
④类
把属性、操作相似的对象归为类，也就是说，类是一组具有相同属性和相
同操作的对象的集合，是已经定义了关于对象的特征、外观和行为的模板。一
个类的对象对应于类的一个实例。例如"树"是一个类，"树"类的实例"柳树"、"白杨树"都是对象。即对象是客观世界中的实体，而类是同一类实体的抽象描述。类具有属性，属性是状态的抽象；类也具有操作，它是对象行为的抽象。
构造函数和析构函数是两类特殊的成员函数。
构造函数与类名完全相同，系统在创建对象时自动调用，通常在来的构造
函数中进行初始化工作。析构函数是在类名之前加上字符"~"，在对象消亡时系统自动调用，通常在析构函数中进行一些清理工作，例如释放不再需要的空间等。
访问对象的一般成员用"."访问，访问对象的指针成员用"-"访问。
⑤继承
继承也称为派生，它是使用已有的类定义为建立新类的定义的基础的技术。已有的类可当做基类来实现，则新类相应地可作为派生类来引用。也就是说，
基类是用来生成新类的类，而派生类是由已有的类派生出来的新类，也叫子类。
广义地说，继承是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义它们。子类可以继续其父类的所有属性和操作，同时子类中还可以定义自己特有
的属性和操作。
继承分为单一继承和多重继承。单一继承(即单继承)是指一个子类只有唯
一的一个父类，多重继承是指一个子类有一个以上的父类。多重继承的类可以
组合父类的性质构成自己所需要的性质。
继承的方式有3种：public、private和protected。
继承的使用，使得相似对象可以共享程序代码和数据结构，减少程序中的
多余信息，一个对象向另一个对象发送消息，请求服务，接收消息的对象经过
解释，然后响应请求对象。
⑥消息
消息一般包括接收对象、调用的操作名和适当的参数。消息传递是对象之
间通信的手段，一个对象向另一个对象发送消息，请求服务，接收消息的对象
经过解释，然后响应请求对象。
⑦多态性
多态性是指同一个操作作用于不同的对象可以有不同的类型或表现出不同
的行为。也可以这样说，相同的操作的消息发送给不同的对象时，那些对象只
会根据自己所属的类中定义的操作来执行，因而表现出不同的行为。
多态性机制进一步减少了信息的冗余，增加了面向对象软件系统的灵活性，而且显著地提高了软件的可重用型和可扩充性。
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高一信息技术课程教案 课题：第六章第一节程序设计的基本方法 计划课时：1课时本课课时：1课时 教学目的： 1、理解算法的概念； 2、知道两种算法的描述方法—语言描述法和流程图的区别； 3、能初步掌握用流程图描述算法。 4、培养学生的理论联系实际能力和动手能力。 5、提高学生的信息技术素养和创新意识。 教学重点、难点 算法的描述、流程图 教具 教师机、投影仪、视频展示台、多媒体CAI课件 教学方法 以任务为主线、教师为主导、学生为主体的任务驱动式教学 教材分析 本节所讲算法主要是指计算机解决问题的方法和步骤。美国著名计算机科学家克努特教授提出了”计算机科学就是研究算法的科学”的著名论断，说明了算法在设计程序中的重要性，解决任何问题都必须设计算法，所以本节内容起到统领全章的作用。 但是，对于初学者而言，本节内容属于理论知识，具有一定的抽象性。建构主义理论认为学习是新旧知识的联系，是学习者主动建构内在心理结构的过程。而在初学者原有的认知结构中没有关于算法的认知。如果直接讲算法，学生很难实现新旧知识的联系，无法做到意义建构和有意义的学习，对于算法的含义就难以做到真正理解。按照从感性到理性、从已知到未知的认知规律，我从学生的感性认知入手，从学生的兴趣出发，先创设情境，引入三个用VB编写的小程序，把学生的兴趣调动起来，通过对具体问题的讨论，使学生明白解决任何问题都需要有清晰的解决思路和解题步骤，计算机解决问题和人解决问题一样都需要有明确的解题步骤，而计算机的解题步骤就称为算法，这样就很自然地引入了算法的概念。易于学生接受和理解。 对于本节内容的重难点，即算法的描述，主要是通过对实际问题的解决来突破的。本节所讲算法
程序设计风格指一个人编制程序时所表现出来的特点,习惯逻辑思路等. 在程序设计中要使程序结构合理、清晰，形成良好的编程习惯，对程序的要求不仅是可以在机器上执行，给出正确的结果，而且要便于程序的调试和维护，这就要求编写的程序不仅自己看得懂，而且也要让别人能看懂 源程序文档化 (1)标识符应按意取名。 (2)程序应加注释。注释是程序员与日后读者之间通信的重要工具，用自然语言或伪码描述。它说明了程序的功能，特别在维护阶段，对理解程序提供了明确指导。注释分序言性注释和功能性注释。序言性注释应置于每个模块的起始部分，主要内容有： ①说明每个模块的用途、功能。 ②说明模块的接口：调用形式、参数描述及从属模块的清单。 ③数据描述：重要数据的名称、用途、限制、约束及其他信息。 ④开发历史：设计者、审阅者姓名及日期，修改说明及日期。 功能性注释嵌入在源程序内部，说明程序段或语句的功能以及数据的状态。注意以下几点： ①注释用来说明程序段，而不是每一行程序都要加注释。 ②使用空行或缩格或括号，以便很容易区分注释和程序。 ③修改程序也应修改注释。 数据说明原则 为了使数据定义更易于理解和维护，有以下指导原则： (1)数据说明顺序应规范，使数据的属性更易于查找，从而有利于测试、纠错与维护。例如按以下顺序：常量寿命、类型说明、全程量说明、局部量说明。 (2)一个语句说明多个变量时，各变量名按字典序排列。 (3)对于复杂的数据结构，要加注释，说明在程序实现时的特点。 语句构造原则 语句构造的原则是：简单直接，不能为了追求效率而使代码复杂化。为了便于阅读和理解，不要一行多个语句。不同层次的语句采用缩进形式，使程序的逻辑结构和功能特征更加清晰。要避免复杂的判定条件，避免多重的循环嵌套。表达式中使用括号以提高运算次序的清晰度等等。 输入输出原则 输入和输出在编写输入和输出程序时考虑以下原则： (1)输入操作步骤和输入格式尽量简单。 (2)应检查输入数据的合法性、有效性，报告必要的输入状态信息及错误信息。 (3)输入一批数据时，使用数据或文件结束标志，而不要用计数来控制。 (4)交互式输入时，提供可用的选择和边界值。 (5)当程序设计语言有严格的格式要求时，应保持输入格式的一致性。 (6)输出数据表格化、图形化。 输入、输出风格还受其他因素的影响，如输入、输出设备，用户经验及通信环境等。 追求效率原则
《程序设计艺术与方法》课程实验报告实验名称实验二搜索算法的实现 姓名系院专业计算机与 信息学院 班级学号 实验日期指导教师成绩 一、实验目的和要求 1．掌握宽度优先搜索算法 2．掌握深度优先搜索算法 二、实验预习内容 1．将书上的走迷宫代码上机运行并检验结果，体会搜索的思想 2．预习n皇后问题 3．预习骑士游历问题 三、实验项目摘要 1．n皇后问题： 在一个国际象棋棋盘上放n个皇后，使得任何两个皇后之间不相互攻击，求出所有的布棋方法。上机运行并检验结果 2．骑士游历问题： 在国际棋盘上使一个骑士遍历所有的格子一遍且仅一遍，对于任意给定的顶点，输出一条符合上述要求的路径 3．倒水问题： 给定2 个没有刻度容器，对于任意给定的容积，求出如何只用两个瓶装出L 升的水，如果可以，输出步骤，如果不可以，请输出No Solution 。 四、实验结果与分析（源程序及相关说明） N皇后问题代码 #include
while(pos!=0){ int p=pos&-pos;pos-=p; compare(row+p,(ld+p)<<1,(rd+p)>>1); }} else{sum++;}} int main(){int n; cout<<"请输入皇后的个数:"; cin>>n; upperlimit = (upperlimit< 常见的程序设计方法及适用情况 一．常见的程序设计方法 常见的程序设计方法有：结构化程序设计、面向对象程序设计。 二．适用情况 1.结构化程序设计： （1）产生：结构化程序设计由迪克斯特拉（E.W.dijkstra）在1969年提出，是以模块化设计为中心，将待开发的软件系统划分为若干个相互独立的模块，这样使完成每一个模块的工作变单纯而明确，为设计一些较大的软件打下了良好的基础。 （2）基本要点 1.采用自顶向下，逐步求精的程序设计方法 在需求分析，概要设计中，都采用了自顶向下，逐层细化的 2.使用三种基本控制结构构造程序 任何程序都可由顺序、选择、重复三种基本控制结构构造。 (1)用顺序方式对过程分解，确定各部分的执行顺序。 (2)用选择方式对过程分解，确定某个部分的执行条件。 (3)用循环方式对过程分解，确定某个部分进行重复的开始和结束的条件。 (4)对处理过程仍然模糊的部分反复使用以上分解方法，最终可将所有细节确定下来。（3）设计语言 C，FORTRAN，PASCAL，Ada，BASIC （4）基本结构 顺序结构 顺序结构表示程序中的各操作是按照它们出现的先后顺序执行的。 选择结构 选择结构表示程序的处理步骤出现了分支，它需要根据某一特定的条件选择其中的一个分支执行。选择结构有单选择、双选择和多选择三种形式。 循环结构 循环结构表示程序反复执行某个或某些操作，直到某条件为假（或为真）时才可终止循环。在循环结构中最主要的是：什么情况下执行循环？哪些操作需要循环执行？循环结构的基本形式有两种：当型循环和直到型循环。 当型循环：表示先判断条件，当满足给定的条件时执行循环体，并且在循环终端处流程自动返回到循环入口；如果条件不满足，则退出循环体直接到达流程出口处。因为是"当条件满足时执行循环"，即先判断后执行，所以称为当型循环。 直到型循环：表示从结构入口处直接执行循环体，在循环终端处判断条件，如果条件不满足，返回入口处继续执行循环体，直到条件为真时再退出循环到达流程出口处，是先执行后判断。因为是"直到条件为真时为止"，所以称为直到型循环。 （5）适用情况 结构化程序设计又称为面向过程的程序设计。在面向过程程序设计中，问题被看作一系列需要完成的任务，函数（在此泛指例程、函数、过程）用于完成这些任务，解决问题的焦点集中于函数。其中函数是面向过程的，即它关注如何根据规定的条件完成指定的任务。（6）特点 结构化程序中的任意基本结构都具有唯一入口和唯一出口，并且程序不会出现死循环。 课程名称：程序设计形式语义学 英文名称：The Formal Semantics of Program 一、课内学时： 32 学分： 2 二、适用专业： 计算机科学与技术 三、预修课程； 离散数学，程序设计语言 四、教学目的： 为了适应计算机科学技术的迅速发展和对系统研发人才的要求，计算机专业的研究生有必要在深入学习专业知识的同时，对程序形式语义学有一个全面的了解，以便掌握程序设计语言的两个必要组成部分：语言的形式语法和形式语义。 本课程的内容是程序设计理论的组成部分，它以数学为工具，利用符号和公式，精确地定义和解释计算机程序设计语言的语义。通过本课程的学习，使学生在计算机语言的形式语义学方面打下扎实的基础，掌握形式语义学的基本理论、基本方法和重要结论，并了解国内外最新研究动态、热点，为以后的研究做好准备。 五、教学方式： 课堂讲授为主，学生讨论为辅，此外还包括25%的实验内容（基于Hoare公理化方法的公理语义证明）。 六、教学主要内容及对学生的要求： 1 语义、真值与逻辑 1.1 命题、句义和话语义 1.2 句义的信息类型 1.3 程序形式语义学的研究范围、 1.4 逻辑在语义研究中的地位 2 指称语义 2.1 指称语义的基础 2.2 存储语义 2.3 环境语义 2.4 命令语义 2.5 指称语义举例 3 操作语义 3.1 程序的结构化操作语义与属性文法 3.2 施用表达式的机器计算 4 公理语义 4.1 Hoare公理系统 4.2 Dijkstra的最弱前置条件 4.3 Martin-Lof类型论 4.4 程序正确性证明方法 5 并发程序设计语言的语义 5.1 并发系统 5.2 并发程序设计语言及其指称语义和公理语义 第27讲程序设计与软件开发基础(一) 教学目标及基本要求 掌握逐步求精的结构化程序设计方法，初步掌握良好的程序设计风格的内涵，掌握算法的基本概念，理解面向对象程序设计的基本概念。 教学重点 逐步求精的结构化程序设计方法，算法的基本概念。 教学难点 面向对象程序设计的基本概念，算法的复杂度。 教学内容 程序设计的风格 结构化程序设计 面向对象程序设计 算法的基本概念 算法的复杂度 教学时间 1学时 7.1 程序设计概述 7.1.1程序设计的风格 1．程序设计风格 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。 程序设计的风格总体而言应该强调简单和清晰，程序必须是可以理解的。 主导的程序设计风格：“清晰第一，效率第二” 。 2．良好程序设计风格 （1）源程序文档化 ①符号名的命名 见名知意 名字不宜太长 不要使用相似的名字 不要使用关键字做标识符 同一个名字不要有多种含义 ②程序注释 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： 一般嵌在源程序体之中，主要描述其后的语句或程序做什么。 ③视觉组织 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 ①数据说明的次序规范化：数据说明次序固定，便程序理解、阅读和维护，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，变量按照字母顺 序排序为好。 ③使用注释来说明复杂数据的结构。 ④显式地说明一切变量。 （3）语句的结构 ①在一行内只写一条语句。 ②程序编写应优先考虑清晰性，除非对效率有特殊要求，即清晰第一，效率第二。 ③首先要保证程序正确，然后才要求提高速度。 ④避免使用临时变量而使程序的可读性下降。 ⑤避免采用复杂的条件语句和不必要的转移，尽量使用库函数。 ⑥数据结构要有利于程序的简化，程序要模块化，且要尽量使模块功能单一化，利 用信息隐蔽，确保每一个模块的独立性。 ⑦尽量只采用3种基本控制结构来编写程序。 （4）输入和输出 ①对所有的输入数据都要检验数据的合法性以及检查输入项的各种重要组合的合理 性。 ②输入格式要简单，以使输入的步骤和操作尽可能简单。 ③输入数据时，应允许使用自由格式和缺省值。 ④输入一批数据时，最好使用输入结束标志。 ⑤以交互式方式输入、输出数据时，要在屏幕上有明确的提示符，数据输入结束时， 应在屏幕上给出状态信息。 ⑥当程序设计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，并设计良好的输出报表格式。 7.1.2 结构化程序设计 1．结构化程序设计的原则 自顶向下、逐步求精、模块化、限制使用GOTO语句。 （1）自顶向下 先总体，后细节；先全局目标，后局部目标。 （2）逐步求精 设计一些子目标作为过渡，逐步细化。 （3）模块化 把程序要解决的总目标分解为分目标，再进一步分解为具体的小目标，把每个小目标称为一个模块。 （4）限制使用GOTO语句 使用GOTO语句有时会使程序执行效率较高，但也容易造成程序混乱，程序不易理解、不易排错、不易维护，因而要尽量限制使用GOTO语句。 2．结构化程序的基本结构与特点 结构化程序的基本结构只有3种：顺序、选择和循环 （1）顺序结构 如图7-1所示,顺序结构是顺序执行结构。所谓顺序执行，就是按照程序语句行的自然 图7-1 顺序结构 第一课程序设计的步骤和方法 一、教学分析 本课选择浙江省教育出版社宁波市版教材九年级上第一课，程序设计是一项严谨的工作，需要将生活实例转化成计算机能执行的程序，中间有若干环节。本课意图在于让学生了解程序设计的一般步骤，理解程序设计的方法，养成良好的编程习惯。 二、教学目标 知识与技能目标： 1．了解程序设计的一般步骤。 2．理解程序设计的方法。 3．能用自然语言叙述两变量值交换过程。 4、掌握两个变量值交换方法。 5、掌握从生活实例到构建数学模型的一般方法。 过程与方法：在小组合作以及学生亲身实验体验的过程中，不断发现问题和解决问题来掌握构建数学模型和算法的方法。 情感态度与价值观目标：通过小组合作，培养学生协作能力；通过生活实例构建合理的数学模型，培养学生严谨类推的逻辑思维能力。 三、重难点及分析 重点：掌握程序设计的一般步骤。 难点：理解并掌握两变量交换的算法；能够将实例转换为具体算法。 分析： 程序设计具有严密的逻辑性，程序最终为解决实际生活中的问题，在现实问题和程序设计之间需要将日常生活复杂问题简化，构建合理的数学模型，这是程序设计的前提。程序的“按部就班”和现实生活中的问题解决方式存在一定的差异，因此学生理解程序设计的一般过程，这是本课的重点。 交换两个变量值是理解程序设计方法的经典算法。通过实物模拟交换过程，有利于学生初步建立程序设计变量交换的思维雏形。然后再用生活实例比较身高排序，将两变量具体进行应用表现，让学生掌握分析实例的能力，然后将其转换为具体的程序算法，所以将掌握两变量交换的算法作为本节课教学难点。 四、学情分析 本班学生是丹城二中206学生，跟他们的任课教师接触之后，了解这是一帮活泼同时又好动的学生，控制的好能够将课堂气氛调动的很好，所以我改变以往的严肃的教态，本节课以鼓励为主，让学生树立信心，用学生对自己鼓掌的方法，拉近与学生的距离，因为这是九年级的第一课，学生也没有具体的程序基础，所以这节课讲解的程序是最容易最经典的，让学生浅显易懂，以及尽量用幽默的语句，增加教师的亲和力，使课堂气氛活跃。 五、教学过程 环节一“小组讨论，引入课题” 教师：今天我们来学习《程序设计的步骤和方法》，在这之前，我们来当一回专家，讨论下问题！首先大家给自己鼓励把掌声献给自己，等会踊跃发言。 学生：一片掌声 教师：我们来讨论“蛋炒饭的制作过程、洗衣服的制作过程，两个杯中球的位置互换”（PPT中逐一展示） 学生：对于问题非常感兴趣，发言的学生很多，踊跃发表的自己的高论“如何制作蛋炒饭、洗衣服的步骤” 教师：接下来，我们讨论两个杯中的球，如何互换位置，大家前后桌为一组相互讨论下，用语言表述调换的过程。组长安排组员发言，时间为3分钟。 教学意图：教师通过掌声和赞美来活跃课堂气氛，因为初次接触学生彼此之间存在距离感，这个措施拉近了师生关系，同时也很好把握了课堂的气氛，学生回答问题的同时，教师需要进行适当的引导让学生知道做事情需要严谨的步骤和方法，同时引出实验对象，进行小组合作讨论（5-6为一组，事先确定好小组长） 环节二实验操作，讲解两变量值的交换 教学意图：突出本节课的教学重点，理解程序设计的一般步骤，程序设计的六个步骤贯穿于环节二中，上完之后由学生再来总结程序设计的六个步骤。 教师：请学生上台演示操作（讲解、操作都是由学生自主上台完成，体 现学生上课的主体地位，教师要作为适当的引导） 任务一：通过实验操作，口述操作过程 程序设计方法与艺术实验报告 班级：0001班 指导老师：徐本柱 组长：2015211727 张家铭组员：2015211739 2015211744 2015211753 题目A旅行路线的数目 一个正方形的小镇被分成N2个小方格，Betsy要从左上角的方格到达左下角的方格，并且经过每个方格恰好一次。编程对于给定的N，计算出Betsy能采用的所有的旅行路线的数目 解题思路： 这道题目很明显是道搜索题，关键在于优化。而搜索题的优化主要就是剪枝。 首先很容易想到，因为Betsy是任意的走，当ｎ取到５或６时，它的方案总数就已经很大了，方案数越是大，搜索时，不要用的枝就会越多，而且这些枝占方案总数的比例相当大。如果能知道什么情况下，会出现必然无解，就能很好的提高效率了。于是由此知道，此题用剪枝的方法做是正确的。 具体解法： 首先从题目的条件入手，题目要求每一个各自都必须走到，而且每一个格子只能走一遍。这两个条件就指出了这道题目的可剪的枝条中的两个。 然后从这两条出发，仔细分析一下，到底在什么情况下会不满足题目的要求。 第二个条件要求每个格子只能走一遍，这很简单，用一个数组记录一下到底有哪些格子是已经经过了的，那些是还没有经过的，在Betsy移动时，就只移动到那些还没有经过的格子中去，这样就避免了一个格子走两遍。 第一个条件要求每个格子都要经过一次，这是个很难满足的条件，有很多无解的情况就是因为不满足它，那到底有哪些情况会导致不满足着一个条件呢。比方说下面的几个图。图中箭头表示Betsy的行走路线。 如图１，其中的黄色区是不能达到的，如果到 达了黄色区，就别再想到最左下角了，因为， 这个区域只有一个入口，没有出口，进得去， 出不来。于是，就一般的情况来说，每一个还 没有到过得格子（除开终点）都必须要有两个 空格子与之相连接（Betsy当前所在的格子算是 个空格子），这样才能保证Betsy既可以移进这 个格子又可以移出这个格子。 图１ 再如图２，其中的红色格子是不可能达到了， 虽然它满足每一个格子都有两个相邻的空格 子，但是，Betsy是不可能移动到这些红格子中 去了，这几个格子被隔断了。一般化，Betsy行 走的路径不能够圈出一个独立的块出来，否则 这一块是没有办法走到的。 图２ 图２中的独立的一块要如何判断，难道要进行一次搜索求得？不。看一下的几种情况，仅当出现这几种情况时，会分割出一个独立的块。 程序设计基础复习题 一、单选 1、一个完整的计算机系统应该包括（） A、系统软件和应用软件 B、计算机及其外部设备 C、硬件系统和软件系统 D、系统硬件和系统软件 2、“裸机”的概念是指（） A、正在进行设计还没有组装好的计算机 B、已经组装好但还没有安装任何软件的计算机 C、仅安装了操作系统的计算机系统 D、安装了文字处理软件但没有安装专用数据处理系统的计算机 3、世界上第一台电子数字计算机研制成功的时间是（） A、1936年 B、1946年 C、1956年 D、1970年 4、CASE的含义是（） A、计算机辅助设计 B、计算机辅助制造 C、计算机辅助教学 D、计算机辅助软件工程5、当前广泛使用的微型计算机是（） A、第一代 B、第二代 C、第三代 D、第四代 6、当代计算机的体系结构称为是（） A、冯·诺依曼机 B、非冯·诺依曼机 C、图灵机 D、比尔盖茨机 7、硬盘是（） A、输入设备 B、输出设备 C、存储设备 D、计算设备 8、下面4句话中，最准确的表述是（） A、程序=算法+数据结构 B、程序是使用编程语言实现算法 C、程序的开发方法决定算法设计 D、算法是程序设计中最关键的因素 9、计算机能直接执行的语言是（） A、机器语言 B、汇编语言 C、高级语言 D、目标语言 10、解释程序的功能是（） A、将高级语言程序转换为目标程序 B、将汇编语言程序转换为目标程序 C、解释执行高级语言程序 D、解释执行汇编语言程序 11、下面4种程序设计语言中，不是面向对象式语言的是（） A、JAVA B、Object Pascal C、Delphi D、C 12、不是C语言的基本数据类型是（） A、int B、double C、char D、bool 13、在C语言中，为了求两个整数相除之后得到的余数，可以使用运算符（） A、/ B、% C、* D、++ 14、数据的逻辑结构分为（） A、纯属结构和非线性结构 B、顺序结构和非顺序结构 C、树型结构和图型结构 D、链式结构和顺序结构 15、用链表表示纯属表的优点是（） A、便于随机存取 B、便于插入和删除操作 C、花费的存储空间较顺序存储少 D、元素的物理顺序与逻辑顺序相同 16、栈的最主要特点是（） A、先进先出 B、先进后出 C、两端进出 D、一端进一端出 17、下面4句结论只有一句是错误的，它是（） 程序设计方法学作业题（一） 1、（20分）设计一个集合(Set)类。Set可以包含零个或多个无序的非重复元素。每个元素都是整数。公有接口包括如下成员函数： （1）创建一个Set，包括普通构造函数、拷贝构造函数、默认构造函数、恰当析构函数； （2）增加一个元素到Set； （3）从Set中删除一个元素； （4）显示Set中所有元素； （5）s1和s2都是Set对象，计算它们的交集； （6）s1和s2都是Set对象，计算它们的并集； （7）s1和s2都是Set对象，计算它们的差集； （8）判断两个集合是否相等； （9）判断一个集合是否包含在另一个集合中； （10）判断集合是否为空； （11）给出集合大小； （12）清空一个集合； 编写主函数，能够实现下列操作： 1 –创建集合s1 & s2和s3 2 –向集合s1中添加一个元素 3 –从集合s3中删除一个元素 4 –计算s1和s2的交集 5 –计算s1和s2的并集 6 –计算s1和s2的差集 7 –显示指定的集合 8 –显示s1和s2是否相等 9 –显示s1是否包含s2 10–清空指定集合 11–显示指定集合是否为空 12 - Quit program 所写的成员函数都有机会调用到。 2、（10分）设计一个Deck类用来表示一副52张的扑克牌，公有接口必须包括用于洗牌、发牌、显示牌局中各方玩牌者所拿的一手牌，以及比较牌的大小关系等这样的成员函数。要模拟洗牌，可以利用rand这样的函数。 2013年4月3日提交1、2两题程序源代码(.cpp文件 )，两个人雷同都给0分，逾期不交0分。程序正确的情况下提前交有加分，提前一天加1分，加满5分为止。 kanzl@https://www.doczj.com/doc/bd7474130.html, 程序设计的基本方法 一、题： 二、教学目标： ⑴理解算法的概念，了解描述算法的两种方法——自然语言和流程图，知道各自的优缺点。 ⑵初步掌握用流程图描述算法。 三、教学的重点和难点： ⑴算法的概念。 ⑵用流程图描述算法。 四、教学过程： 新导入 我们在日常生活中经常要处理一些事情，就拿邮寄一封信来说吧，大致可以将寄信的过程分为这样的几个步骤：写信、写信封、贴邮票、投入信箱等四个步骤。将信地投入到信箱后，我们就说寄信过程结束了。 那么在计算机中，它是如何来处理问题的呢？是否和我们日常处理事情的过程很类似呢？ 回答是肯定的，例如要设计一个程序让计算机求1+1=？，那么我们就要先编写程序。在编写程序前需要先确定解决问题的思路和方法，并要正确地写出求解步骤，这就是算法。 新授 一、算法的概念 为了更好地理解算法，举几个例子说明： 例1 交换两个变量中的数据。 先请学生考虑解决这个问题的方法，然后请一个学生说一说自己想到的解决方法。如学生回答不出来，作适当提示：如果要将醋瓶中的醋和酒瓶中的酒互换应怎么做？学生会很容易地想到要借助于一只空瓶子。 分析题意：已知变量x和中分别存放了数据，现在要交换其中的数据。为了达到交换的目的，需要引进一个类似于空瓶子的中间变量。交换两变量中数据的具体算法如下： ①将x中的数据送给变量，即x→； ②将中的数据送给变量x，即→x； ③将中的数据送给变量，即→。 总结：在程序设计中，交换变量中的数据常用在排序算法中。例2 输入三个不相同的数，求出其中的最小数。 同样，先请学生思考，然后请学生说出他所想到的解决该问题的方法。 教师分析：先设置一个变量in，用于存放最小数。当输入a、b、三个不相同的数后，先将a与b进行比较，把小者送给变量in，再把与in进行比较，若<in，则将的数值送给 1．绿色设计的定义 绿色设计(Green Design, GD) ,通常包括生态设计(Ecological Design, ED)、环境设计(Design for Environment)和生命周期设计(Life Cycle Design)或环境意识设计(Environmental Conscious Design, ECD)等，是指在产品的整个生命周期内，着重考虑其环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。 1．虚拟现实 虚拟现实(Virtual Reality, VR)是一种先进的计算机用户接口技术，它将人和外部世界隔离开来，通过给用户同时提供诸如视觉、听觉和触觉等各种直观、自然的实时感知交互手段，使用户具有身临其境的感觉，从而使人们能够更逼真地观察所研究的对象，更自然、更真实地与对象进行交互操作。 总结起未，虚拟现实系统具有以下几个基本特点: A．沉浸感(Immersion) B．交互性(Interaction) C．自主性(Autonomy) D．想象力(Imagination) E．多感知性(Multi perceives) 逆向工程技术(Reverse Engineering, RE)，也称反求工程、反向工程等，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。 一般来说，逆向工程的工作内容主要包括产品造型数据反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业设计领域的实际应用中，主要包括以下几个方面: (1)数字化模型的检测(2)新型外观的设计，主要用于加快产品的改型或仿型设计(3)损坏或磨损外观造型的还原，如艺术品、文物的修复等。 通用设计(Universal Design) 又称全民设计、共用性设计，是无障碍设计的扩展，指产品或建筑等人造物品无须改良或特别设计就能为所有人使用。通用设计的产品在设计时基于身体有障碍人士的使用特点，使得其产品同时也能被所有人更容易的使用。 总体上说，将产品开发的流程分为寻找设计突破口、确定设计方案、实现设计创意和实现商业价值四个阶段。 1，寻找设计突破口2.确定设计方案3.实现设计创意4.实现商业价值 不同产品的设计程序也不尽相同，不存在唯一确定的设计程序，不过大多数设计工作在程序上却趋干一致，本讲义将此程序分为三个阶段，即需求问题化、问题方案化与方案视觉化。 1.需求问题化 2.问题方案化 3.方案视觉化 技术导向型产品的主要特征是，其核心、的获利能力基于它的技术性能或实现特定技术性能的能力。虽然这种产品也需要具有美学性和人机交互性，但顾客在购买这种产品时主要还是基于它的技术性能。对于技术驱动型产品的开发工作来说，工程或技术的要求是主要的，并主导着产品的开发工作。这样，工业设计的角色就限于对核心技术的包装，即设计产品外观和保证产品能向顾客传达它的技术功能和人机交互模式。 顾客导向型产品核心的获利能力来自于它的用户界面的质量和外观的美学性。这种产品与用户有很强的交互关系。对于开发人员来说.工业设计方面的考虑就比技术要求更重要。虽然工程设计对于决定这类产品的技术特征仍是很重要的，但 程序设计中常用的计算思维方式 算法思维 逻辑思维 第1章正确认识和处理整体与部分的关系 概述： “整体”与“部分”是一对虽然对立、但并非僵化不变的概念。在一定条件下，“部分”可以看作“整体”，“整体”又可以看作是另一个“整体”的“部分”，两者相互依存和影响。“整体”与“部分”又可以相互转化的。“整体”的问题可以分割成“部分”来处理，“部分”的问题也可以通过“整体”来解决。 1.1 整体实现的关键是准确地应用必要条件 A、选择有助于简化问题、变难为易的必要条件 这里面就是说我们要在坚持“简化问题、变难为易”的原则下，尽力寻找“精确”的必要条件，以缩小求解范围，提高出解速度。当碰到一道难题时，总是尝试从最简单的特殊情况入手，找出有助于简化问题、变难为易的必要条件，逐渐深入，最终分析归纳出一般规律。 B、合成必要条件，从整体结构上优化 在搜索和动态规划中，必要条件有期很好的应用价值。一般地，对于深度优先搜索和广度优先搜索，如何限制搜索范围、减少搜索量最有效的手段是“剪枝”。然而由于问题的错综复杂，所以我们要找最高效的优化条件，来提高程序的效率。所以我们可以尝试从多个侧面分析寻找必要条件，把问题分解，根据各部分的本质联系，将各方面的必要条件综合起来使用。 C、必要条件与原有模型比较、更新算法 上面所说的两种优化程序的策略其实是都是在“缩小求解范围”，改进在有算法的基础上进行的，属于局部优化。然而精确选择揭示问题本质的必要条件，与原有的模型比较， 小结：必要条件是逻辑推到的理论依据，也是思考过程的一种取向。解题时，若能寻找出精确的必要条件，一方面能帮助我们揭示问题的本质，设计出正确的算法；另一种方面又能“缩小求解范围”，提高算法效率。因此，准确地应用必要条件是整体实现的关键。所以我们要在坚持“具体问题具体分析”的原则，不拘一格，灵活处理；在分析问题时，要勤于思考，善于发现。 1.2 整体思考的一个重要角度是“守恒” A、从具体问题中抽象出守恒量 守恒量需要通过联想和化归思维将其抽象出来，从问题本身的结构中抽象出守恒量。 B、根据问题的本质构造守恒量 有时候，如果能为每一个元素标一个权值，就可以揭示问题“守恒”规律。在总价值不变的前提下，或许能将整个问题转化成一个简单的、或者是经典的问题。比如构造成Fibonacci数列等。 C、在交互式问题中构造变化中的不变量 考虑可能出现的各种情况和最优策略，找变化中的不变量，运用“守恒”法寻找解题的突破口 小结：守恒是问题分析问题的一种思维方式一种整体意识和解题方法，通过联想和化归思维将其抽象出来。 1.3 提高整体实现效率的基本途径是“充分利用有效信息”和“压缩冗余信息” A.计算过程中充分利用有效信息： 在记忆化搜索和动态规划中充分利用信息，特别指出在动态规划中改变状态的表示含义对优化问题是个很好的策 程序设计艺术与方法 实验一STL 的熟悉与使用 1．实验目的（1）掌握C++中STL 的容器类的使用。（2）掌握C++中STL 的算法类的使用。 2．试验设备硬件环境：PC 计算机软件环境：操作系统：Windows 2000 / Windows XP / Linux 语言环境：Dev cpp / gnu c++ 3．试验容(1) 练习vector 和list 的使用。定义一个空的vector，元素类型为int，生成10 个随机数插入到vector 中，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。在vector 头部插入一个随机数，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。用泛型算法find 查找某个随机数，如果找到便输出，否则将此数插入vector 尾部。用泛型算法sort 将vector 排序，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。删除vector 尾部的元素，用迭代器遍历vector 并输出其中的元素值。将vector 清空。定义一个list，并重复上述实验，并注意观察结果。(2) 练习泛型算法的使用。 - 149 定义一个vector，元素类型为int，插入10 个随机数，使用sort 按升序排序，输出每个元素的值，再按降叙排序，输出每个元素的值。练习用find 查找元素。用min 和max 找出容器中的小元素个大元素，并输出。 源代码： #include ?程序设计方法与风格 ?经历两个阶段： ?结构化程序设计 ?面向对象的程序设计 ?良好设计风格： “清晰第一，效率第二” 例如：加注释、提示输入、加输入结束标志、标识符命名有实际意义等。 ?原则 ?自顶向下 ?逐步求精 ?模块化 ?限制使用goto语句 基本结构 ?顺序结构 ?选择结构 ?循环结构 优点 ?程序易于理解、使用、维护 ?提高编程效率，降低开发成本 设计原则和方法的应用 ?三种结构表示程序的控制逻辑； ?每种结构只有一个入口和一个出口； ?语言中没有的控制结构，应该用前后一致的方法模拟； ?严格控制使用goto语句 本质：以对象为核心。 ?对象是数据和操作的封装体，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。 面向对象程序设计方法的优点 ?（1）与人类的思维方法一致，符合人们对客观世界的认识规律。 ?（2）稳定性好； ?（3）可重用性好； ?（4）易于开发大型软件产品； 面向对象的基本概念 ?对象：在现实世界中，每个实体都是对象，如，大学生、汽车、电视机、空调等都是现实世界中的对象。 ?（1）属性：对象所包含的信息，它在设计对象时确定，一般只能通过执行对象的操作来改变。 ?（2）操作：描述了对象执行的功能。其过程对外是封闭的，即用户只能看到这一操作实施后的结果（封装性）。 类：类是一组具有相同属性和相同操作的对象的集合。是对象的抽象，描述了属于该对象类型的所有对象的性质，而一个对象则是其对应类的一个实例。 注意：“实例”这个术语指一个具体的对象；“对象”术语既可以指一个具体的对象，也可以泛指一般对象。 消息：一个实例与另一个实例之间传递的信息，包括3部分：接收消息的对象名称；消息名；零个或多个参数。 例：MyCircle.Show(GREEN); 面向对象的基本概念 ? 继承：使用已有的类定义作为基础建立新类的定义技术。已有的类可当做基类引用， 则新类相应地可当做派生类来引用。 （基类：用来生成新类的类。 派生类：由已存在的类派生出来的新类，也叫子类。）继承具有传递性。 ? 多态性：对象根据所接受的消息而做出动作，同样的消息被不同的对象接受时可导 致完全不同的行为，该现象称为多态性。 图2-1 一般与特殊的关系 图2-2 多重继承 3.1.1软件定义与软件特点 1.软件定义：软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，是包括程序、数据及其相关文档组成的完整集合。 软件=程序+数据+文档 程序：程序是按事先设计好的功能和性能要求执行的指令序列。 数据：数据是指程序能正常处理信息的数据和数据结构。 文档：文档是与程序运行和维护有关的图文资料。 2.软件的特点： （1） 软件具有抽象特征。 （2） 软件具有无明显制造过程特征。 （3） 软件无设备的特征。 （4） 手工制作特征。 （5） 成本昂贵特征。 1. 软件危机：泛指在软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。 总之，可以将软件危机归结为成本、质量、生产率等问题。 软件工程：应用于计算机软件的定义、开发和维护的一整套方法、工具、文档、实践标准和工序。 主要思想：强调在软件开发过程中需要应用工程化原则。 软件工程三要素：方法、工具、过程。 方法：完成软件工程项目的技术手段； 工具：支持软件的开发、管理、文档生成； 过程：支持软件开发的各个环节的控制、管理。 ? 软件工程过程：把输入转化为输出的一组彼此相关的资源和活动。（通常把用户的 要求转变为软件产品的过程也叫做软件开发过程). 第三部分程序设计基础 3.1 程序、程序设计、程序设计语言的定义 ⑴程序：计算机程序，是指为了得到某种结果而可以由计算机等具有信息处理能力的装置执行的代码化指令序列，或者可以被自动转换成代码化指令序列的符号化指令序列或者符号化语句序列。 ⑵程序设计：程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。程序设计往往以某种程序设计语言为工具，给出这种语言下的程序。程序设计过程应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。 ⑶程序设计语言：程序设计语言用于书写计算机程序的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。程序设计语言有3个方面的因素，即语法、语义和语用。 3.2 高级语言和低级语言的概念及区别 ⑴高级语言：高级语言（High-level programming language）是高度封装了的编程语言，与低级语言相对。 它是以人类的日常语言为基础的一种编程语言，使用一般人易于接受的文字来表示（例如汉字、不规则英文或其他外语），从而使程序编写员编写更容易，亦有较高的可读性，以方便对电脑认知较浅的人亦可以大概明白其容。 ⑵低级语言：低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。机器语言用指令代码编写程序，而符号语言用指令助记符来编写程序。 ⑶区别： 高级语言：实现效率高，执行效率低，对硬件的可控性弱，目标代码大，可维护性好，可移植性好低级语言：实现效率低，执行效率高，对硬件的可控性强，目标代码小，可维护性差，可移植性差 了解知识：CPU运行的是二进制指令，所有的语言编写的程序最终都要翻译成二进制代码。越低级的语言，形式上越接近机器指令，汇编语言就是与机器指令一一对应的。而越高级的语言，一条语句对应的指令数越多，其中原因就是高级语言对底层操作进行了抽象和封装， 程序设计艺术与方法 实验一STL 得熟悉与使用 １. 实验目得(1)掌握Ｃ+＋中STＬ得容器类得使用。(2) 掌握Ｃ++中SＴL得算法类得使用。 2. 试验设备硬件环境:PC 计算机软件环境: 操作系统:Windoｗs20０0 / WｉndｏwｓXP/ Liｎｕx 语言环境:Ｄev cｐp/ gnu ｃ++ 3. 试验内容(1) 练习vｅctoｒ与list 得使用。定义一个空得veｃtor,元素类型为iｎt,生成1０个随机数插入到veｃｔoｒ中,用迭代器遍历vecｔor 并输出其中得元素值。在veｃｔｏr 头部插入一个随机数,用迭代器遍历ｖeｃtｏｒ并输出其中得元素值。用泛型算法find 查找某个随机数,如果找到便输出,否则将此数插入vｅctor 尾部。用泛型算法soｒｔ将ｖeｃtor 排序,用迭代器遍历vecｔor 并输出其中得元素值。删除vector 尾部得元素,用迭代器遍历ｖector 并输出其中得元素值、将ｖｅctor 清空。定义一个list,并重复上述实验,并注意观察结果。(2) 练习泛型算法得使用。 - 149 定义一个vｅctｏr,元素类型为iｎt,插入１0 个随机数,使用soｒt 按升序排序,输出每个元素得值,再按降叙排序,输出每个元素得值。练习用fiｎd查找元素。用ｍｉn 与mａｘ找出容器中得小元素个大元素,并输出、 源代码: #incｌude UML在面向对象程序设计中的应用 引言 面向对象软件开发方法已经成为现代软件工程的重要手段。应用面向对象方法设计出的软件组件可以方便的实现软件重用。同时这种机制将传统的以数据为中心的软件开发方法，改变为同时关注数据的信息与功能，从而可以开发出适应信息与功能变化的系统。 面向对象方法学基本思想是:对所研究的事物进行自然分割，并从分割后的实体中抽象出对象，每个对象都真实地反映了它所对应的实体，然后以更接近人类思维的方式建立事物模型，以便对客观实体进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软件尽可能直接地描述现实世界，构造出模块化的、可重用的、维护性好的软件，同时限制软件的复杂性和降低开发维护费用。 面向对象程序设计的介绍 上世纪八十年代末以来，随着面向对象技术成为研究的热点，面向对象的思想已经涉及到软件开发的各个方面。如:面向对象的分析(oboeCtor、entedAnalysis)、面向对象的设(ooD，oboeetorientedDeSlgn)、面向对象的编程(ooP，oboeetor、entedProgramming)等等。面向对象程序设计(oP)现在已经是我们编程的一项基本技能。面向对象编程之所以如此风靡，有好几个原因导致这种结果。 面向对象思想起源于七十年代，在八十年代得到了巩固和发展。九十年代，面向对象技术已经成熟，并进入深入发展阶段。面向对象程序设计与传统的过程化程序设计有着显著的区别:过程化程序设计 是面向功能的，通常用函数或过程来实现所需要的功能，数据通常作为参数传递给函数或过程，数据与实现该数据功能的函数或过程分离，这种方式不利于大中型软件的开发与维护，小部分数据或功能的变动会波及到很多相关的程序，由于用户的需求和软、硬件技术的不断发展变化，按照功能划分设计的系统模块必然是易变的和不稳定的。这样开发出来的模块可重用性生不高。随着计算机应用需求的不断扩大，计算机软件越来越复杂，这种复杂性不仅体现在规模的扩大，而且模块之间的交互越来越复杂，为此，人们提出了面向对象的程序设计思想，它是一种以对象为中心的程序设计方法。 面向对象程序设计是一种围绕真实世界的概念来组织模型的程序设计方法，它采用对象来描述问题空间的实体。对象是包含现实世界物体特征的抽象实体，它反映了系统为之保存信息和(或)与它交互的能力。它是一些属性及服务的一个封装体，在程序设计领域，可以用`对象二数据+作用于这些数据上的操作”这一公式来表达。 类(class)是具有相同操作功能和相同的数据格式(属性)的对象的集合。类可以看作抽象数据类型的具体实现。抽象数据类型是数据类型抽象的表示形式。数据类型是指数据的集合和作用于其上的操作的集合，而抽象数据类型不关心操作实现的细节。从外部看，类型的行为可以用新定义的操作加以规定。类为对象(object)集合的抽象，它规定了这些对象的公共属性和方法;对象为类的一个实例。苹果是一个类，而放在桌上的那个苹果则是一个对象。对象和类的关系相当于一般的程序设计语言中变量和变量类型的关系。常见的程序设计方法
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