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文檔簡介
計算機科學(xué)概論十一五國家級規(guī)劃教材
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國家精品資源共享課程1計算機十一五國家級規(guī)劃教材
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國家精品資源共享課程第6章
程序設(shè)計語言2計算機科學(xué)概論第6章
程序設(shè)計語言2計算機科學(xué)概論本章提要3123程序設(shè)計語言概述高級程序語言的種類程序設(shè)計的基本概念程序單元程序設(shè)計語言的執(zhí)行45高級話題6本章提要3123程序設(shè)計語言概述高級程序語言的種類程序設(shè)計的
程序設(shè)計語言：指揮計算機工作的命令。
沒有程序，計算機將無法進(jìn)行工作。
最早的程序語言：
1945年的Plankalkul，非存儲式高級程序。6.1.2程序語言的發(fā)展歷史46.1.1什么是程序語言
6.1程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言：指揮計算機工作的命令。最早的程序語言：6.
程序設(shè)計語言的發(fā)展經(jīng)歷了三代的發(fā)展變化：
第一代：機器語言第二代：符號語言第三代：高級語言
表6.1：一些主要程序語言的發(fā)展歷史。56.1.2程序語言的發(fā)展歷史程序設(shè)計語言的發(fā)展經(jīng)歷了三代的發(fā)展變化：表6.1：一些主
按人與機器的交互程度分類：機器語言；匯編語言；高級語言。6.1.3程序語言的分類
表6.2：部分重要的程序設(shè)計語言的分類。6按人與機器的交互程度分類：6.1.3程序語言的分類表由“0”和“1”組成的二進(jìn)制碼構(gòu)成。優(yōu)點：速度快，不需要翻譯。特點：依賴機器，可讀性差，難以掌握。一個機器語言的例子：表6.3。用符號和助記符來代表機器語言，為各操作碼分配助記符。（如：Asm，Masm）優(yōu)點：速度快，可讀性較好。特點：依賴機器，較難掌握，需要翻譯。一個符號語言的例子：表6.4。76.1.4機器語言6.1.5匯編語言由“0”和“1”組成的二進(jìn)制碼構(gòu)成。用符號和助記符來代表機
用類英語描述對機器的指令。
（如：Fortran，Basic，C，Pascal，C++等。）
優(yōu)點：可讀性好，易于掌握。
特點：不依賴機器，需要翻譯。
程序設(shè)計就是尋找解決問題的方法，不需關(guān)心計算機本身的具體實現(xiàn)。 兩個高級語言的例子：表6.5、表6.6。86.1.6高級語言 用類英語描述對機器的指令。
（如：Fortran，Basi
目前常用的程序語言大約有50多種。
(詳見表6.7)
每月對程序設(shè)計語言的使用情況有一個排名：
(詳見表6.8)注：排名結(jié)果并不代表程序語言的好壞。6.2.1常用高級程序語言6.2高級程序語言的類型9目前常用的程序語言大約有50多種。6.2.1常用高級程
按照程序的運行方式分類：
1、匯編型語言
2、解釋型語言
3、編譯型語言
4、混合型語言
5、腳本性語言106.2.1常用高級程序語言按照程序的運行方式分類： 1、匯編型語言106.2.1
根據(jù)程序語言解決問題的方法及功能分類： 1、過程化語言
2、函數(shù)式語言
3、邏輯式語言
4、面向?qū)ο笳Z言
5、專用語言116.2.1常用高級程序語言根據(jù)程序語言解決問題的方法及功能分類： 1、過程化語言
又稱為命令式語言或強制性語言。
（如：Fortran語言，COBOL語言，Ada語言，C語言，Basic語言，Pascal語言等。）
過程化語言程序——按順序的機器指令。
過程化語言的命令表現(xiàn)在兩個方面：
1、操作數(shù)據(jù)項。
2、控制下一條要執(zhí)行的指令。
126.2.2過程化語言 又稱為命令式語言或強制性語言。126.2.2過程化語
過程化語言的特點：過程化語言特點適用領(lǐng)域Fortran高精度運算復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理能力指數(shù)運算（）科學(xué)計算和工程應(yīng)用。COBOL能快速訪問，更新數(shù)據(jù)庫能生成大量報表方便的格式化輸出商業(yè)領(lǐng)域。Pascal結(jié)構(gòu)化編程學(xué)術(shù)界，應(yīng)用軟件。Ada具有并行處理能力大型計算機和工業(yè)領(lǐng)域。C具有一些低級指令簡潔，高效已被ANSI和ISO標(biāo)準(zhǔn)化操作系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件。136.2.2過程化語言過程化語言的特點：過程化語言特點適用領(lǐng)域Fortran高
又稱為表處理語言。
（如：LISP語言，Scheme語言。）
將函數(shù)看成是“黑盒”，程序就是將一系列的“黑盒”連起來。146.2.3函數(shù)式語言又稱為表處理語言。
（如：LISP語言，Scheme語言。
函數(shù)式語言程序設(shè)計的特點：1、定義函數(shù)
（也可通過基本函數(shù)創(chuàng)建新的函數(shù)。）2、調(diào)用函數(shù)
（可通過函數(shù)的組合解決問題。）156.2.3函數(shù)式語言函數(shù)式語言程序設(shè)計的特點：156.2.3函數(shù)式語言
一個Scheme語言的范例：P.169函數(shù)(car(List))的作用：從列表List中取出第一個元素。函數(shù)(cdr(List))的作用：從列表List中取出除第一個元素
以外的所有元素?，F(xiàn)有列表List：List=491242354726則：(car(List))的結(jié)果為4(cdr(List))的結(jié)果為91242354726若要從List表中取出第四個元素，則：(car(cdr(cdr(cdrList))))166.2.3函數(shù)式語言一個Scheme語言的范例：P.169166.2.3函數(shù)
又稱為聲明式語言或說明性語言。
程序設(shè)計主要是進(jìn)行事實歸納和規(guī)則推理，適合于特定的領(lǐng)域。
（如：Prolog語言）
一個Prolog語言的例子：P.169176.2.4邏輯式語言又稱為聲明式語言或說明性語言。176.2.4邏輯式語言
采用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行程序設(shè)計。
(如：Smalltalk語言，C++語言，Java語言等。)
面向?qū)ο笳Z言的特點：
對象和操作被捆綁在一起。
通過對象去調(diào)用操作，有可能產(chǎn)生的結(jié)果：
1、改變對象自身的狀態(tài)
2、改變其他對象的狀態(tài)
3、改變系統(tǒng)的狀態(tài)186.2.5面向?qū)ο笳Z言采用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行程序設(shè)計。186.2.5面向?qū)ο罄纾簣D形用戶界面系統(tǒng)。
●圖標(biāo)——對象
●圖標(biāo)所允許的操作
（如：單擊鼠標(biāo)左鍵、右鍵，雙擊鼠標(biāo)左鍵等）——對象的操作。●操作的結(jié)果——對象通過該對象內(nèi)部的操作產(chǎn)生的結(jié)果。196.2.5面向?qū)ο笳Z言例如：圖形用戶界面系統(tǒng)。196.2.5面向?qū)ο笳Z言
應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的語言。 如：HTML語言，Perl語言，PHP語言，
SQL語言等。
特點：屬于腳本語言，易于掌握。206.2.6專用語言應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的語言。206.2.6專用語言
一個HTML程序的例子：<html><head><title>標(biāo)題</title></head><body>這是一個HTML范例!</body></html>216.2.6專用語言一個HTML程序的例子：<html>216.2.6專用
過程化程序語言具有的共性：
1、標(biāo)識符
2、變量與數(shù)據(jù)類型
3、常量和文字
4、表達(dá)式和賦值語句
5、控制語句
6、注釋
過程化程序語言的語句：
1、聲明語句：說明程序中要使用的元素。
2、命令語句：描述算法的步驟。
3、注釋語句：解釋程序的功能。6.3程序設(shè)計語言的基本概念22過程化程序語言具有的共性：過程化程序語言的語句：6.
標(biāo)識符的作用：命名。
計算機通過標(biāo)識符與地址的聯(lián)系來操作數(shù)據(jù)。
不同的程序語言對標(biāo)識符有不同的規(guī)定。例如：語言正確的標(biāo)識符錯誤的標(biāo)識符Cstu_No，Number3_stu_No，stu.no，3numberFortranxyz7，ab8c，Total127xyz,AB_t，total123，ab.cPascalxtable8，Apple9xtable8，Apple_xBasicExp5，team．34game，_abc（表6.11）236.3.1標(biāo)識符標(biāo)識符的作用：命名。語言正確的標(biāo)識符錯誤的標(biāo)識符Cstu1、變量：
以標(biāo)識符作為名字，代替存儲地址。
變量的特點：保存程序的計算結(jié)果。2、數(shù)據(jù)類型
數(shù)據(jù)類型決定了數(shù)據(jù)可執(zhí)行的操作以及
數(shù)據(jù)的取值范圍。
程序設(shè)計語言的基本數(shù)據(jù)類型見表6.12。246.3.2變量與數(shù)據(jù)類型1、變量：
以標(biāo)識符作為名字，代替存儲地址。246.3.3、變量的聲明將變量指定為某種
數(shù)據(jù)類型。如：語言變量聲明語句C語言floatlength，width；intTax，Total；charSymbol；Fortran語言REALLength，widthINTEGERTax，TotalCHARACTERSymbolPascal語言varLength，width：real；Tax，Total：integer；Symbol：char；Basic語言number%price!name$256.3.2變量與數(shù)據(jù)類型3、變量的聲明語言變量聲明語句C語言floatlength常量：程序執(zhí)行過程中不能更改的數(shù)據(jù)。 常量分兩種：文字常量和命名常量。
文字常量：直接以數(shù)字的形式出現(xiàn)在程序中。 如c語言中：Area=3.14159*r*r；/*r為變量*/
命名常量：以標(biāo)識符的形式出現(xiàn)在程序中。
如c語言中：Area=PI*r*r；/*r為變量*/266.3.3常量和文字常量：程序執(zhí)行過程中不能更改的數(shù)據(jù)。266.3.3常量和1、表達(dá)式：由一系列操作數(shù)和運算符的組合構(gòu)成。
操作數(shù)：變量或表達(dá)式。
（表達(dá)式的結(jié)果為一個具體的值）運算符：制定運算規(guī)則。
常用的運算符有四種（表6.14~6.17）：算術(shù)運算符；
關(guān)系運算符；
邏輯運算符；
賦值運算符。276.3.4表達(dá)式和賦值語句1、表達(dá)式：276.3.4表達(dá)式和賦值語句
控制語句的作用：改變程序中語句的執(zhí)行順序。
主要有兩種：分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。1、分支結(jié)構(gòu)
有兩種分支結(jié)構(gòu)：
①if~else結(jié)構(gòu)(流程圖見圖6.5)。②switch結(jié)構(gòu)(流程圖見圖6.6)。286.3.5控制語句控制語句的作用：改變程序中語句的執(zhí)行順序。286.3.52、循環(huán)結(jié)構(gòu)
有三種循環(huán)結(jié)構(gòu)：
①for循環(huán)結(jié)構(gòu)(流程圖見圖6.7)。②while循環(huán)結(jié)構(gòu)(流程圖見圖6.7)。③do~while循環(huán)結(jié)構(gòu)(流程圖見圖6.8)。注：在不同的程序語言中，分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)
的語法描述會稍有差異。296.3.5控制語句2、循環(huán)結(jié)構(gòu)296.3.5控制語句3、強制轉(zhuǎn)移語句
是一種強命令型語句，無條件轉(zhuǎn)移程序指令。
具有統(tǒng)一的語句形式：
goto<語句標(biāo)號>goto語句的特點：
①給程序的執(zhí)行帶來極大的方便；
②會降低程序的可讀性；
③可能導(dǎo)致程序發(fā)生嚴(yán)重的錯誤。一個使用goto語句的例子：P.177
建議：不用或少用goto語句306.3.5控制語句3、強制轉(zhuǎn)移語句306.3.5控制語句
注釋是對程序的語句或功能進(jìn)行說明，
為閱讀程序提供額外的信息，幫助理解。
注釋的存在與否都不影響程序的執(zhí)行。
不同的程序語言有不同的注釋符號。 常見語言的注釋符號見表6.18。
建議：為程序?qū)懮线m當(dāng)?shù)淖⑨尅?/p>
316.3.5注釋注釋是對程序的語句或功能進(jìn)行說明，
1、過程：一些指令的集合。（指令：由順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)或循環(huán)結(jié)構(gòu)組成）
2、過程頭部：過程名。(建議用動詞作為過程名)
3、過程調(diào)用：請求過程提供服務(wù)。
注：過程就是程序的縮影。6.4程序單元326.4.1過程
程序單元：具有獨立的功能。
過程或函數(shù)：具有獨立的功能的程序單元。1、過程：一些指令的集合。6.4程序單元326.4.1
過程調(diào)用的控制流：336.4.1過程過程調(diào)用的控制流：336.4.1過程1、參數(shù)：過程中要用到的通用變量。
●形參：過程中制定的參數(shù)。
●實參：調(diào)用過程時傳遞給形參的數(shù)據(jù)。2、參數(shù)的位置：過程頭部的括號中。3、參數(shù)的傳遞方式： ①傳值：將實參的副本傳遞給形參。
②傳引用：將實參變量的地址傳遞給形參。
346.4.2參數(shù)1、參數(shù)：過程中要用到的通用變量。346.4.2參數(shù)
C語言中描述的一個過程如下：voidpush(floatf){if(sp<Max)val[sp++]=f；
elseprint(“Error!StackFull\n”)；}
過程的調(diào)用：push(12.3);356.4.2參數(shù)C語言中描述的一個過程如下：voidpush(floa
函數(shù)與過程類似。
函數(shù)與過程的不同之處：
函數(shù)必須向調(diào)用它的地方傳回一個值。（函數(shù)必須要有一個計算結(jié)果。）
函數(shù)的頭部：函數(shù)名。(建議用名詞作函數(shù)名)366.4.3函數(shù)函數(shù)與過程類似。366.4.3函數(shù)
一個C語言函數(shù)的例子：floatmyroot(floatx，floaty，floatz){floattemp；
temp=y*y-4*x*z；
if(temp<0.0)return-1；
elsereturn(root(temp));}
函數(shù)調(diào)用：
X1=(-b+myroot(a,b,c))/(2*a)；
X2=(-b-myroot(a,b,c))/(2*a)；376.4.3函數(shù)一個C語言函數(shù)的例子：floatmyroot(floa
由程序語言的實現(xiàn)提供的一種底層操作，與開發(fā)工具一起提供給程序設(shè)計人員。
常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出語句如下：PRINTaINPUTaBasicwirteln(a)readln(a)Pascal語言PRINT*,aREAD*,aFortran語言將變量a的值輸出到屏幕上。printf(“%d\n”,a);
從鍵盤接收整型變量a的值。scanf(“%d”,&a);C語言功能輸出函數(shù)功能輸入函數(shù)
庫函數(shù)語句6.4.4輸入與輸出38由程序語言的實現(xiàn)提供的一種底層操作，與開發(fā)工具一起提供給程序翻譯就是對源程序進(jìn)行編譯。
源程序：由程序設(shè)計語言編寫的程序。
注：源程序是不能被執(zhí)行的。
將源程序變成可執(zhí)行程序的過程：6.5程序設(shè)計語言的執(zhí)行396.5.1程序翻譯第1步第2步程序翻譯就是對源程序進(jìn)行編譯。6.5程序設(shè)計語言的執(zhí)行
源程序的翻譯：由編譯器完成。編譯器的三個重要進(jìn)程：
①詞法分析；
分析源程序中的哪些符號串代表了一個實體的進(jìn)程，將結(jié)果
保存在一個稱為記號的結(jié)構(gòu)單元里。
②語法分析;
對記號進(jìn)行分析，根據(jù)一系列的語法規(guī)則來識別程序的語法
結(jié)構(gòu)所代表的進(jìn)程。
③目標(biāo)代碼生成；
將沒有語法錯誤的程序指令轉(zhuǎn)換成機器語言指令。406.5.1程序翻譯源程序的翻譯：由編譯器完成。406.5.1程序翻譯
一個C語言源程序編譯的例子：第1步：編輯源程序：mytest.c第2步：用microsoftC編譯器，命令方式進(jìn)行編譯：
cl–cmytest.c
結(jié)果：若源程序沒有錯誤，會生成目標(biāo)代碼程序：
mytest.obj。注：①不同的程序語言有不同的編譯器。②編譯的方式不是唯一的。416.5.1程序翻譯一個C語言源程序編譯的例子：416.5.1程序翻譯
目標(biāo)代碼并不是可執(zhí)行代碼。
要獲得可執(zhí)行的程序，需將目標(biāo)代碼鏈接起來。
鏈接器的任務(wù)就是將目標(biāo)程序鏈接成可執(zhí)行的程序
（或稱載入模塊）。426.5.2鏈接程序目標(biāo)代碼并不是可執(zhí)行代碼。426.5.2鏈接程序
一個鏈接C語言目標(biāo)代碼的例子：第1步：對源程序mytest.c編譯后生成了目標(biāo)代碼程序
mytest.obj；第2步：用microsoftC編譯器，命令方式進(jìn)行鏈接：
link/out:mytest.extmytest.obj結(jié)果：
如果不發(fā)生錯誤，會生成一個載入模塊：
mytest.exe注：①不同的程序語言有不同的鏈接器。②鏈接的方式不是唯一的。436.5.2鏈接程序一個鏈接C語言目標(biāo)代碼的例子：436.5.2鏈接程序
集成開發(fā)環(huán)境（IDE）：也稱為軟件開發(fā)包、開發(fā)工具。
將編輯器、翻譯器、鏈接器和其他軟件單元集合在一起。
集成開發(fā)環(huán)境一般都是為特定的程序語言定制的。
（不同的程序語言有不同的開發(fā)環(huán)境）
同一種語言的開發(fā)包也會有一些不同的產(chǎn)品和版本。446.5.3集成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境（IDE）：也稱為軟件開發(fā)包、開發(fā)工具。446
幾種常用程序語言的開發(fā)環(huán)境：程序語言軟件開發(fā)包CTurboC，BorlandC，gcc，Microsoftc/c++等C++BorlandC++，VisualC++，BuildC++，Microsoftc++等Fortranf77，PowerstationFortran等PascalTurborPascal，Dephi
等456.5.3集成開發(fā)環(huán)境幾種常用程序語言的開發(fā)環(huán)境：程序語言軟件開發(fā)包CTurbo
用面向?qū)ο蟮姆椒▉碓O(shè)計程序。
（與過程化程序設(shè)計方法不同）
面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)需包含三個要素：
對象、類和繼承。1、對象所有資源都是對象。
資源：以數(shù)據(jù)和模塊的形式表
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