计算机导论PPT第八章_程序设计语言(1)

在过程式语言中，与主程序一样，子程序能够调用 预定义的过程来操作局部对象。这些局部对象或局部 变量在子程序被调用时创建，当控制从子程序返回时 被销毁。局部对象属于子程序。
子程序仅仅作用于局部对象是非常少见的。多数情 况下主程序需要子程序作用于由主程序创建的一个对 象或一组对象。此时，主程序和子程序就需要使用参 数，在主程序中称为实际 程序都是用某种高级语言编写的。为了 在计算机上运行程序，需要将其翻译成当前计算机 能够运行的机器语言。高级语言程序被称为源程序。 被翻译成的机器语言程序为目标程序。有两种方法 进行翻译：编译(compilation)和解释(interpretation)。
编译
编译程序通常将整个源程序翻译成目标程序。
在面向对象模式中，文件能把所有的被文件执行的 过程（在面向对象模式中称为方法）打包在一起， 包括打印、复制和删除等。程序只需向对象发出相 应请求。
图 3.4 面向对象模式的概念
类 如图 3.5 所示，相同类型的对象（如文件）需要一组 方法，这些方法显示了这类对象对来自“领地”外的 刺激的反应。为了创建这些方法，面向对象语言使 用称为类的单元。
解释
解释是把源程序中的每一行翻译成目标程序中相应的行 ，并执行它的过程。解释程序存在两种趋势： Java语言之前的解释式语言，如BASIC
调试困难 运行效率低
Java使用的解释程序
i
编译和解释的不同在于，编译在执行前翻译整个源 代码，而解释一次只翻译和解释源代码中的一行。
翻译过程
编译和解释都遵循相同的翻译过程。主要包括词法分 析、语法分析、语义处理、代码生成几个阶段。
表4.1 算数运算符
关系运算符用于比较两个数据的大小关系。关系运算 符的结果是逻辑值(true or false)。 C、C++和Java
中使用的六种关系运算符如表4.2所示
表4.2 关系运算符
逻辑运算符是逻辑值(true or false)组合后得到的一个新值 。C语言中使用的三种逻辑运算符如表4.3所示
结构化程序设计推荐使用三种类型的控制语句：顺 序、选择和循环语句。
图 4.1 两路和多路判断
图 4.2 三种类型的循环
子程序
子程序的概念在过程式语言中极其重要。主要是因为 子程序能够使程序变得更加结构化：完成指定任务的 子程序能够一次编写多次调用，就像编程语言中的预 定义过程一样。
图 4.3 子程序的概念
图 3.5 类的组成
方法
总体上，方法的格式与有些过程式语言中用的函 数非常相似。每个方法包含方法头、局部变量和语句 。这就意味着我们对过程式语言所讨论的大多数特性 都可以应用在为面向对象程序所写的方法上。 例如，C++语言就是一个面向对象C语言的扩展。
继承 在面向对象模式中，一个类可从另一个类继承 。当一个通用类(general class )被定义后，我们可以 定义一个继承其某些特性的更为具体的类，在这个 新类中也会包含某些新的特征。 例如，例如当定义一个几何形状的类 (GeometricalShapes) 后，可以定义一个称为矩形 (Rectangles) 的类。矩形是具有额外特征的几何形 状。
第八章 程序设计语言
本章内容
编程语言的演化 源程序到目标程序的翻译 编程模式 共同概念

1 演化
为计算机写程序，我们必须使用计算机语言。 计算机语言是指编写程序时，根据事先定义的规 则（语法）而写出的预定语句的集合。 经过多年的发展，计算机语言已经从机器语言 (machine language ) 演化到高级语言 (high-level languages)。
图 3.8 抽取列表中的第三个元素
Some functional languages LISP (LISt Programming) Scheme (first 7 11 8 9 16) 2
(rest 7 11 8 9 16 ) 11 8 9 16
(first (rest ( rest List) ) )
表4.3 逻辑运算符
语句
每条语句都使程序执行一个相应的动作。它被直接翻译 成一条或多条计算机可执行的指令。 C、C++和Java中 定义了多种类型的语句。 赋值语句给变量赋值。换言之，它将一个值存储在变 量中，该变量是在声明部分已经被创建 复合语句是一个 0 个或多个语句的代码单元，也被称 为块。复合语句将一组语句看成是一个独立的实体 在过程式语言中程序是语句的集合。语句通常是逐句 顺序执行的。执行顺序的改变是由控制语句完成的。
图 2.1 源代码翻译过程
3 编程模式
模式是一种计算机语言看待要解决问题的方式。依据其解决问 题的方式，计算机语言可分为四类：过程式、面向对象式、函 数式和说明式
图 3.1 编程语言种类
过程式模式
在过程模式中，把程序看成是操纵被动对象的 活动主体。在日常生活中，我们会遇到许多被动 对象：石头、书和灯等。一个被动对象本身不能 开启一个动作，但它能从活动主体接收动作。
说明式模式
依据逻辑推理的原则响应查询，后来发展称为一级 谓词演算。 逻辑推理以推导为基础。根据一些假定正确的已知 论断（事实），运用逻辑推理的可靠准则推导出新的 论断。如以下著名的逻辑推导准则：
将此原则应用于以下事实
可推导出下面新的事实:
Prolog 最著名的说明式语言 由 A. Colmerauer 在 1972 提出 . Prolog程序由事实和规则构成。如前面的例子可用如下 的prolog语言描述
常量
与变量一样，常量也是一个可以存储值的被命名的位 置，但其存储的值在程序的开始处被定义后就不能改 变。
输入和输出
几乎所有的程序都需要输入或输出数据。这些操 作可能非常复杂，尤其是对大文件进行读写时。大 多数程序设计语言使用一些预先定义好的函数完成 输入和输出。例如在C语言中 数据输入可以通过一条语句或一个预定义的函数 如scanf来完成， scanf(“%d”, &num) 数据的输出也可以通过一条语句或一个预先定义的 函数如printf来完成, printf(“The value is: %d”,num)
典型的面向对象语言 C++ Java
图 3.6 面向对象的基本特征
函数式模式
函数式模式中程序被看成是一个数学函数，将一组输 入映射到一组输出的黑盒子。
图 3.7 函数式语言中的函数
例如，定义一个称为 first 的原始函数 ,由它完成从一个数 据列表抽取第一个元素的功能；在定义一个函数rest，由 它完成从一个数据列表中抽取除第一个元素以外的所有 元素的功能。那么通过这两个函数的组合使用就可以定 义一个函数来完成对第三个元素的抽取。如图3.8
表 1.1 两个整数相加的机器语言
汇编语言
接下来的演化是伴随着用带符号或助记符的指令和地址代替二进 制代码而发生的。这种助记符语言就是汇编语言。 汇编程序将汇编语言代码翻译成机器语言代码。
表 1.2 两个整数相加的汇编语言
高级语言
尽管汇编语言大大提高了编程效率，但仍然需要程序员在所用的 硬件上花费大部分精力。高级语言适用于许多不同的计算机，其 设计目标就是使程序员摆脱汇编语言繁琐的细节，能够把精力集 表 1.3 C++中的加法程序 中到应用程序上。 人们开发了多种高 级语言，著名的有 BASIC、PASCAL 、C、C++和Java等 高级语言和汇编语 言有一个共性：它 们必须被转化为机 器语言
表达式 语 句 子程序
标识符
标识符就是对象的名称。它使我们能够对程序中 的对象进行命名。
例如，计算机中每个数据都存在一个唯一的地址 中。如果没有标识符用符号代表数据的位置，我们就 必须使用数据地址来操作这些数据。取而代之，只要 给出数据的名字，编译器就能够去跟踪数据实际存放 的位置。
数据类型
数据类型定义了一系列值以及一组应用于这些值 的操作。每种数据类型值的集合称为此数据类型的 域。大多数语言定义了两种数据类型：简单数据类 型和复合数据类型。 简单数据类型是不能分解成更小数据类型的数据 类型（C语言int：-32768~+32767，2个字节） 复合数据类型是一组元素，其中每个元素是简单 数据类型或复合数据类型
//Local Declarations
标识符 数据类型
变 量
字面值 常 量 输入和输出
const float taxMultiplier = 1.08; int price; float cost;
//Statements
cin>>price; cost = price*taxMultiplier+2000; print(cost); return 0; } //main
表达式
表达式是由一系列操作数和运算符简化后的一个单 一数值。例如，下面是一个值为13的表达式
操作数接受一个运算符的动作。一个运算符可能有 多个操作数
操作符是用来完成一个动作的特定语言的语法标记。 最为熟悉的运算符都是从数学中得到的 ,表 4.1 给出了 一些用于C、C++和Java中的算数运算符
用户可进行如下查询:
程序会响应： yes.
4 共同概念
通过对一些过程式语言进行快速浏览，发现存在共 同的概念。这些概念中大部分也适用于面向对象语 言。这是因为当创建方法时，面向对象模式使用过 程式模式。
示例

#include <iostream.h> using namespace std; void print( float result) { cout<<result; } int main(void) {
图 3.2 过程式模式的概念
过程式模式的程序由三部分组成：对象创建部分、一 组过程调用和构成每个过程的一组代码。有些过程在 语言本身中已经被定义，通过组合这些代码，开发者 可以建立新的过程。