5 程序设计基础

5.1 程序与程序设计语言

5.1.1 程序设计语言

@1 程序设计语言：用于编写计算机程序的语言，语言的机制是一组记号和规则

@2 程序设计语言的基本成分：

数据成分：描述程序所需要的数据
运算部分：描述程序所需要的运算
控制部分：描述程序所需要的控制
传输部分：用以表达数据的传输

@3 程序设计语言简介：

机器语言：只包含1和0的字符串
汇编语言：机器语言符号化后的结果，符号是其主要特征
高级语言：以向自然语言发展为目标，更好用，更接近人类的思维

5.1.2 程序设计基础

@1 程序设计基本过程：

分析问题，建立数学模型，找到合适的解决方案
确定要使用的数据结构和算法
编写程序与调试运行程序
整理文档与确定后期维护计划

@2算法概述：

数据结构：对数据的描述
算法：对操作的描述
算法的特性：确定性、有效性、有输入输出、有穷性
算法的描述：自然语言、传统流程图、N-S流程图、伪代码
算法的复杂性：算法复杂性的度量，一般从时间上和空间上来宏观权衡

5.2 程序设计思想

5.2.1 结构化的程序设计

以模块化设计为中心，将系统划分成若干个独立模块
按照结构化程序设计的方案，任何算法都可以用三个基本结构(顺序、选择、循环)组合来实现

5.2.2 面向对象的程序设计

@1 面向对象程序设计方案是基于面向过程设计方法的发展，它继承了面向过程的优点，同时更多的考虑计算机与现实世界之间的联系，面向对象思想主要围绕数据来设计，而面向过程思想更多地围绕操作来设计。

@2面向对象的设计方法更加符合人类的思想与思考模式，便于分析复杂而多变的问题，易于软件的维护和功能的增减面向对象利用继承的理念大幅度降低开发时间，使用对象、消息、类、继承和封装等基本概念来进行程序设计面向对象的基本概念：

对象：包含现实世界物体特征的抽象实体，由一组属性值和一组操作组成
属性：确定对象的状态，一般只能由自己的操作来改变方法：操作或服务
消息：对象要求处理某些信息的要求，可以有接受不同的消息，也可以对不同消息作出不同反应
类：同一类事物的抽象，从一类对象中抽象出的实体，类与对象的关系：变量类型与变量的关系

@3 面向对象设计的特点：

继承：一种层次概念，按照类来分层，也是一种重用代码的理念，大幅度提高开发效率
封装：将代码和代码对应的操作封装一起，如有需要专门提供一个接口，这样数据就不会随意泄露或被恶意使用
多态：一个方法一个名称，但可以有多种形态可以通过方法的参数和类型来引用不同的方法
抽象：一般通过抽象来管理复杂性，使用层次的分类特性

@4 面向对象程序设计的步骤：

建立软件系统的动态模型
确定对象与对象所具备的处理能力
分析对象之间的关系，并确定它们之间消息传递的方式
设计对象的消息模式，由消息模式和对象处理能力来构成对象的外部特征

@5 建立软件系统的静态模型：

分析外部对象特征，将其抽象为类
确定类之间的继承关系，将公共性质的对象放在较上层的类中描述，通过继承来共享特性
确定类的外部特征和层次结构

@6 实现：

为每个对象设计其内部实现，包括对象的表现形式和固有的处理能力
为每个类设计其内部实现，包括数据结构和成员函数
创建对象，实现对象之间的关系
通过对象之间传递消息来完成预定功能

5.3 软件开发基础

5.3.1 软件工程概述

@1 软件工程强调开发管理和软件质量

@2 软件工程围绕工程设计、工程支持以及工程管理提出四个原则：

选择适宜开发范型：权衡软件需求、硬件需求和其他因素，同时要认知需求的易变性
采用合适的设计方法：软件的模块化、信息的隐蔽性、抽象、局部化、一致性
提供高质量的工程支持：有效的软件工具和软件环境
重视开发过程的管理：软件工程的有效管理，决定资源的利用率以及生产力问题

5.3.2 软件的生命周期

@1 软件的生存期：

计划：确定软件开发总目标，给出功能、性能、可靠性以及接口的设想，制定宏观任务的实施计划
需求分析：软件人员和用户共同对软件进行详细定义和确切描述，给出软件设计说明书
设计：分为概要设计和详细设计两个阶段，设计的结果是给出设计说明书
1. 概要设计：根据软件说明书，将需求转换为体系结构，在结构中，每个部分都是功能明确的模块
2. 详细设计：对概要设计的模块进行详细描述
编码：利用计算机语言实现相应的功能，保证编码与设计一致，且结果清晰，易读、易修改
测试：根据软件设计来检验代码结果，提高软件可靠性和保证软件的质量要求
运行和维护：对已经交付的软件进行运行和维护，时间相对较长，甚至持续若干年

@2 软件生存周期模型：描述软件开发过程中各种活动如何执行的模型

@@2.1 瀑布模型：也称线性顺序模型

定义：规定了它们自上而下，相互衔接的固定次序，如同瀑布流水，逐级下落，如图所示：

特点：提供了软件过程模型的基本模板，适合于用户需求明确的项目，但灵活性不佳

@@2.2 增量模型：也称演变模式、迭代模式

定义：软件以逐步开发模式，开发出一部分，向用户展示一部分，让用户及早发现并改正问题
特点：非整体开发模型，适合灵活多变的需求，但没有考虑软件的总体质量和长期的可维护性

@@2.3 螺旋模型：

定义：将瀑布模型与演化模型结合起来，并且加入两种模型均忽略了的风险分析特点：是一种风险驱动模型，适合大型软件的开发，对项目中的风险和以外有很好的收敛机制螺旋模型沿着螺线旋转，如图所示：

在笛卡尔坐标的四个象限上分别表达了四个方面的活动，即：

制定计划：确定软件目标，选定实施方案，弄清项目开发的限制条件；
风险分析：分析所选方案，考虑如何识别和消除风险；
实施工程：实施软件开发；
客户评估：评价开发工作，提出修正建议。

@@2.4 喷泉模型：

定义：以用户需求为动力，以对象作为驱动的模型，适合面向对象的开发方法

特点：迭代和无间隙特性；系统某个部分常常重复工作多次，相关功能在每次迭代中随之加入演进的系统。所谓无间隙是指在开发活动，即分析、设计和编码之间不存在明显的边界，如图所示：

@@2.5 基于知识的模型( 智能模型)：将瀑布模型和专家系统结合在一起，利用人工只能大幅度降低人力资源

@@2.6 变换模型：形式化开发方法的模型，从软件需求形式化说明开始，经过一系列变换得到目标程序

5.3.3 软件开发方法

@1 软件工程方法采用某种特殊的语言和图形来表示方法和一套质量保证标准，两种常用的软件开发方法如下：

@2 Parnas方法：针对可维护性和可靠性提出的原则

首先是信息隐蔽原则：在概要设计时列出将来可能发生变化的因素，并在模块划分时将这些因素放到个别模块的内部。这样，在将来由于这些因素变化而需修改软件时，只需修改这些个别的模块，其它模块不受影响。信息隐蔽技术不仅提高了软件的可维护性，而且也避免了错误的蔓延，改善了软件的可靠性。现在信息隐蔽原则已成为软件工程学中的一条重要原则

其次是不断检查原则：在软件设计时应对可能发生的种种意外故障采取措施。软件是很脆弱的，很可能因为一个微小的错误而引发严重的事故，所以必须加强防范。如在分配使用设备前，应该取设备状态字，检查设备是否正常。此外，模块之间也要加强检查，防止错误蔓延SASO方法：

利用结构化分析(SA)对软件需求分析
利用结构化设计(SD)进行总体设计
利用结构化编程(SP)实现相应功能

说明：SA、SD、SP相互辅助，便于参照，使得软件开发成功率大大提高

5.3.4 软件开发工具

CASE工具集：诸多软件辅助开发工具的集合，是一套计算机辅助软件工程开发的支撑系统。

常见的CASE工具分类：

需求分析工具：PlayCASE、Bpwin、Rational Rose、。。。
软件设计工具：Rational Rose、Microsoft Visio、PowerDesigner、。。。
数据库设计工具：Erwin、ER/Studio、。。。
数据库开发工具：Oracle/Form、Oracle/Developer、ObjectBrowser for Oracle、Browser for Oracle、。。。
项目管理工具：Microsoft Project、。。。
配置管理工具：Visual Source Safe 、WinCVS、Rational ClearCase、。。。
程序设计工具：Visual Studio.NET、Jbuilder、Delphi、PowerBuilder、Macromedia、。。。
测试工具：Panorama、SoftIce、Junit、。。。

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