《計(jì)算機(jī)導(dǎo)論》課件-計(jì)算機(jī)導(dǎo)論第五章

第五章程序設(shè)計(jì)和軟件工程5.1程序設(shè)計(jì)語言5.2程序設(shè)計(jì)方法5.3軟件工程

5.1程序設(shè)計(jì)語言5.1.1程序的概念5.1.2程序設(shè)計(jì)語言的分類5.1.3程序設(shè)計(jì)語言的選擇

5.1程序設(shè)計(jì)語言5.1.1程序的概念

簡單地說，程序就是解決實(shí)際問題的操作步驟，它是一個有限的操作序列。例如，求a、b、c、d四個數(shù)的最大值，可以使用以下的步驟來完成這一任務(wù)：輸入a、b、c、d的值；比較a、b的大小，把較大值放入max；比較max與c的大小，把較大值重新放入max；比較max與d的大小，把較大值重新放入max；輸出max的值。顯然，如果程序是由人來執(zhí)行的，程序只要用自然語言來描述就行了，如果是由計(jì)算機(jī)來執(zhí)行的，則必須用計(jì)算機(jī)能夠接受和識別的計(jì)算機(jī)語言來描述。本章所說的程序就是用某種計(jì)算機(jī)語言描述的、可以用計(jì)算機(jī)能完成的操作指令序列。

5.1程序設(shè)計(jì)語言5.1.2程序設(shè)計(jì)語言的分類

根據(jù)程序設(shè)計(jì)語言發(fā)展的歷程，可將其大致分成四類：1.機(jī)器語言機(jī)器語言是用二進(jìn)制代碼表示的、能被計(jì)算機(jī)直接識別和執(zhí)行的機(jī)器指令的集合，也就是處理器的指令系統(tǒng)。機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)在于它能被計(jì)算機(jī)直接識別，運(yùn)行速度快。2.匯編語言匯編語言是一種用助記符表示的仍然面向機(jī)器的計(jì)算機(jī)語言。匯編語言亦稱符號語言。3.高級語言這種與自然語言接近并能被計(jì)算機(jī)所接受和執(zhí)行的語言稱為高級語言。高級語言根據(jù)其發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域，可分為以下幾類：（1）傳統(tǒng)的高級程序設(shè)計(jì)語言。（2）通用的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言。（3）

專用語言。4.4GL語言4GL即第四代語言（Fourth-GenerationLanguage）。4GL是按計(jì)算機(jī)科學(xué)理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)化語言。4GL具有簡單易學(xué)、用戶界面良好、非過程化程度高、面向問題等特點(diǎn)，按照4GL的功能可以將它們劃分為：查詢語言和報(bào)表生成器、圖形語言、應(yīng)用生成器和形式規(guī)格說明語言。

5.1程序設(shè)計(jì)語言5.1.3程序設(shè)計(jì)語言的選擇

不同語言有不同的優(yōu)勢，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，選擇程序設(shè)計(jì)語言非常重要，若選擇了合適的語言，就能減少編碼的工作量，產(chǎn)生易讀、易測試、易維護(hù)的代碼，提高程序開發(fā)的效率。通常從以下因素來衡量某種程序設(shè)計(jì)語言是否適合特定的項(xiàng)目：

應(yīng)用領(lǐng)域；

算法和計(jì)算復(fù)雜度；

軟件運(yùn)行環(huán)境；用戶需求中關(guān)于性能方面的要求；

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；軟件開發(fā)人員的知識水平和心理因素等。5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.1程序設(shè)計(jì)的基本過程5.2.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法5.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法

5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.1程序設(shè)計(jì)的基本過程

程序設(shè)計(jì)就是針對具體問題，使用某種程序設(shè)計(jì)語言編寫程序代碼來驅(qū)動計(jì)算機(jī)完成特定功能的過程。程序設(shè)計(jì)的基本過程如圖：其基本步驟如下：分析問題。確定要解決的問題，對要解決的問題進(jìn)行調(diào)查分析，明確要實(shí)現(xiàn)的功能。確定解決方案。通過對問題的分析，找出其運(yùn)算和變化規(guī)律，確定解決方案，建立數(shù)學(xué)模型。當(dāng)一個問題有多個解決方案時，選擇適合計(jì)算機(jī)解決問題的最佳方案。設(shè)計(jì)算法。依據(jù)問題的解決方案確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙枋鏊惴?。編寫程序。依?jù)算法描述，選擇一種合適的計(jì)算機(jī)語言編寫程序。調(diào)試和運(yùn)行程序。通過反復(fù)調(diào)試和運(yùn)行程序，找出程序中存在的錯誤，直到程序的運(yùn)行效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。整理文檔。對解決問題的整個過程的相關(guān)資料進(jìn)行整理，編寫程序使用說明書，生成規(guī)范的程序文檔。5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想主要有三個方面：1.“自頂向下，逐步細(xì)化，模塊化”的設(shè)計(jì)過程具體包括以下兩個方面：（1）將一個大問題分解為若干子問題（模塊）組成的層次結(jié)構(gòu)。（2）將模塊細(xì)化成更小、更簡單的模塊，直至能容易給出模塊的一系列處理步驟，并能由程序設(shè)計(jì)語言的語句來實(shí)現(xiàn)。2.把程序結(jié)構(gòu)限制為三種基本結(jié)構(gòu)（1）順序結(jié)構(gòu)：最基本、最普通的程序結(jié)構(gòu)，只要按照解決問題的順序?qū)懗鱿鄳?yīng)的語句就行，它的執(zhí)行順序是自上而下，依次執(zhí)行。如圖5.3所示，先執(zhí)行A再執(zhí)行B。5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法

（2）選擇結(jié)構(gòu)：又稱“分支結(jié)構(gòu)”，如圖5.4所示，其特點(diǎn)是先進(jìn)行一定的條件判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果從兩組操作中選擇一組來執(zhí)行。

（3）循環(huán)結(jié)構(gòu)：其特點(diǎn)是在一定的條件下重復(fù)執(zhí)行一組操作。5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法

3.限制goto語句的濫用因?yàn)間oto語句是無條件轉(zhuǎn)移語句，使用goto語句會破壞程序的結(jié)構(gòu)，降低程序的可讀性，因此不提倡使用goto語句。#include<stdio.h>int

n=0;int

main(void)

{

printf("input

a

string:

");

loop:

if

(getchar()!='\n')

{

n++;

goto

loop;

}

printf("output:

%d\n",n);}5.2程序設(shè)計(jì)方法5.2.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法

1.面向?qū)ο蟮幕靖拍铑惡蛯ο笫敲嫦驅(qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念，繼承性、封裝性和多態(tài)性是面向?qū)ο蟪绦虻幕咎卣鳌?.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（對象）出發(fā)，盡可能運(yùn)用人類自然的思維方式去構(gòu)造軟件系統(tǒng)（2）將事物的本質(zhì)特征抽象后表示為軟件系統(tǒng)中的類和對象，以此作為構(gòu)造軟件系統(tǒng)的單位

（3）使軟件系統(tǒng)能直接映射問題，并保持問題中事物及其相互關(guān)系的本質(zhì)。3.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的步驟面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的過程包括以下步驟：（1）面向?qū)ο蠓治觯∣bjectOrientedAnalysis，OOA）（2）面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（ObjectOrientedDesign，OOD）（3）面向?qū)ο缶幊蹋∣bjectOrientedProgramming，OOP）（4）面向?qū)ο鬁y試（ObjectOrientedTest，OOT）（5）面向?qū)ο缶S護(hù)（ObjectOrientedSoftwareMaintenance，OOSM）

5.3軟件工程5.3.1軟件危機(jī)5.3.2軟件工程5.3.3軟件生命周期5.3.4軟件工程方法學(xué)5.3.5軟件測試

5.3軟件工程5.3.1軟件危機(jī)

1．軟件危機(jī)的主要表現(xiàn)軟件開發(fā)進(jìn)度難以預(yù)測。(2)軟件開發(fā)成本難以控制，投資一再追加，令人難于置信。(3)

用戶對產(chǎn)品功能難以滿足，開發(fā)人員和用戶之間很難溝通、矛盾很難統(tǒng)一。(4)

軟件產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，系統(tǒng)中的錯誤難以消除。(5)

軟件產(chǎn)品難以維護(hù)。(6)

軟件缺少適當(dāng)?shù)奈臋n資料。2．軟件危機(jī)的主要原因用戶需求不明確。(2)

缺乏正確的理論指導(dǎo)，缺乏有力的方法學(xué)和工具方面的支持。(3)

軟件開發(fā)規(guī)模越來越大。(4)

軟件開發(fā)復(fù)雜度越來越高。

5.3軟件工程5.3.2軟件工程

1．軟件工程的定義

一是IEEE有1993年給出的定義：軟件工程是將系統(tǒng)化的、嚴(yán)格約束的、可量化的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)的過程，即將工程化應(yīng)用于軟件中的方法的研究。二是《計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)百科全書》對軟件工程的定義：軟件工程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)及管理科學(xué)等原理，開發(fā)軟件的工程。2．軟件工程的特殊性

軟件的特性與其他工程領(lǐng)域特性之間存在著本質(zhì)上的不同。這些差別己經(jīng)影響了軟件工程項(xiàng)目，導(dǎo)致其花費(fèi)的增加、推遲交付軟件產(chǎn)品和軟件產(chǎn)品不能滿足用戶的需求等后果。這些差別主要體現(xiàn)在：(1)處理通過常用的預(yù)先定制的構(gòu)件來構(gòu)建系統(tǒng)的能力(2)缺少度量技術(shù)

5.3軟件工程5.3.3軟件生命周期

2.傳統(tǒng)的開發(fā)階段

軟件作為一種工業(yè)化產(chǎn)品，也有其生命周期。軟件生命周期包括從提出軟件產(chǎn)品開始，直到該軟件產(chǎn)品被淘汰的全過程。1.周期是個整體軟件生命周期的傳統(tǒng)的開發(fā)階段的主要步驟是需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測試

圖5.7表示的是軟件的生命周期，即軟件一旦開發(fā)完成，它就進(jìn)入了一個既被使用又被維護(hù)的循環(huán)，這個循環(huán)將永不停止，直至軟件生命周期結(jié)束。

5.3軟件工程5.3.4軟件工程方法學(xué)

瀑布模型是最經(jīng)典的并獲得最廣泛應(yīng)用的軟件過程模型。

5.3軟件工程5.3.5軟件測試

軟件測試是保證軟件質(zhì)量的重要手段，其主要過程涵蓋了軟件生命周期的全過程，包括需求定義階段的需求測試、編碼階段的單元測試、集成測試，以及后期的確認(rèn)測試、系統(tǒng)測試，驗(yàn)證軟件是否合格、能否交付用戶使用等。1.軟件測試的原則（1）盡早不斷測試的原則。（2）IPO原則(InProcessOut)。（3）獨(dú)立測試原則。（4）合法和非合法原則。（5）錯誤群集原則。（6）嚴(yán)格性原則。（7）覆蓋原則。（8）定義功能測試原則。（9）回歸測試原則。（10）錯誤不可避免原則。

5.3軟件工程5.3.5軟件測試

2.軟件測試方法軟件測試方法的分類有很多種，可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行分類。

以測試過程中程序執(zhí)行狀態(tài)為依據(jù)可分為靜態(tài)測試（StaticTesting，ST）和動態(tài)測試（DynamicTesting，DT）。靜態(tài)測試的含義是被測程序不運(yùn)行，只依靠分析或檢查源程序的語句、結(jié)構(gòu)、過程等來檢查程序是否有錯誤。動態(tài)測試與靜態(tài)測試相對應(yīng)，是通過運(yùn)行被測試程序，對得到的運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較分析，同時分析運(yùn)行效率和健壯性能等。

以具體實(shí)現(xiàn)算法細(xì)節(jié)和系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)情況為根據(jù)可分黑盒測試、白盒測試和灰盒測試。黑盒測試被測程序看成是一個無法打開的黑盒，而工作人員在不考慮任何程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性的條件下，根據(jù)需求規(guī)格說明書設(shè)計(jì)測試實(shí)例，并檢查程序的功能是否能夠按照規(guī)范說明準(zhǔn)確無誤的運(yùn)行。其主要是對軟件界面和軟件功能進(jìn)行測試。白盒測試從程序結(jié)構(gòu)方面出發(fā)對測試用例進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是借助程序內(nèi)部的邏輯和相關(guān)信息，通過檢測內(nèi)部動作是否按照設(shè)計(jì)規(guī)格說明書的設(shè)定進(jìn)行，檢查每一條通路能否正常工作，主要用于檢查各個邏輯結(jié)構(gòu)是否合理，對應(yīng)的模塊獨(dú)立路徑是否正常以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否有效。灰盒測試則介于黑盒測試和白盒測試之間。

5.3軟件工程5.3.5軟件測試

3.軟件測試的實(shí)施軟件測試過程分4個階段，即單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和確認(rèn)測試。單元測試主要是對該軟件的模塊進(jìn)行測試，通過測試以發(fā)現(xiàn)該模塊的實(shí)際功能出現(xiàn)不符合的情況和編碼錯誤。集成測試是軟件測試的第二階段，在這個階段，通常要對已經(jīng)嚴(yán)格按照程序設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)組裝起來的模塊同時進(jìn)行測試。系統(tǒng)測試采用黑盒法來進(jìn)行測試的，以此來檢查該系統(tǒng)是否符合軟件需求。本階段的主要測試內(nèi)容包括健壯性測試、性能測試、功能測試、安裝或反安裝測試、用戶界面測試、壓力測試、可靠性及安全性測試等。驗(yàn)收測試是最后一個階段的測試操作，是在軟件產(chǎn)品投入正式運(yùn)行前所要進(jìn)行的測試工作。驗(yàn)收測試的主要目標(biāo)是為向用戶展示所開發(fā)出來的軟件符合預(yù)定的要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并驗(yàn)證軟件實(shí)際工作的有效性和可靠性，確保用戶能用該軟件順利完成既定的任務(wù)和功能。

5.4設(shè)計(jì)模式

設(shè)計(jì)模式（DesignPattern）是一套被反