1、第6章軟件工程6.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言特性程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言特性 1. 心理特性心理特性 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言經(jīng)常要求程序員改變處理問(wèn)題的方法，使這種處理方法適合于語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)定。而程序是人設(shè)計(jì)的，人的因素在設(shè)計(jì)程序時(shí)是至關(guān)重要的。語(yǔ)言的心理特性指影響程序員心理的語(yǔ)言性能，許多這類(lèi)特性是作為程序設(shè)計(jì)的結(jié)果而出現(xiàn)的，雖不能用定量的方法來(lái)度量，但可以認(rèn)識(shí)到它在語(yǔ)言中的表現(xiàn)形式如下： (1) 歧義性： 指程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言通常是無(wú)二義性的， 編譯程序總是根據(jù)語(yǔ)法，按一種固定方法來(lái)解釋語(yǔ)句的，但有些語(yǔ)法規(guī)則容易使人用不同的方式來(lái)解釋語(yǔ)言， 這就產(chǎn)生了心理上的二義性。 如：X=X1/X2X3，編

2、譯系統(tǒng)只有一種解釋?zhuān)?但人們卻有不同的理解，有人理解為X=(X1/X2)X3，而另一個(gè)人可能理解為X=X1/(X2X3)。 又如 FORTRAN語(yǔ)言中變量的類(lèi)型有顯式定義和隱式定義兩種，用REAL K顯式說(shuō)明K是實(shí)型變量， 但按隱含類(lèi)型定義，K是整型變量。在程序較長(zhǎng)時(shí)，不可能每次都查類(lèi)型定義，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。若程序語(yǔ)言具有這些使人心理上容易產(chǎn)生歧義性的特征，則易使編程出錯(cuò)，而且可讀性也差。 (2) 簡(jiǎn)潔性：指人們必須記住的語(yǔ)言成分的數(shù)量。 人們要掌握一種語(yǔ)言，就要記住語(yǔ)句的種類(lèi)、各種數(shù)據(jù)類(lèi)型、各種運(yùn)算符、 各種內(nèi)部函數(shù)和內(nèi)部過(guò)程，這些成分?jǐn)?shù)量越多，簡(jiǎn)潔性越差，人們?cè)诫y以掌握。但特別簡(jiǎn)潔也不好，有

3、的語(yǔ)言(如APL)為了簡(jiǎn)潔，提供功能強(qiáng)但形式簡(jiǎn)明的運(yùn)算符，允許用最少的代碼去實(shí)現(xiàn)很多的算術(shù)和邏輯運(yùn)算?？墒沁@樣使程序難以理解，一致性差。所以既要簡(jiǎn)潔又要易讀易理解。 (3) 局部性和順序性：指人的記憶特性有兩方面即聯(lián)想方式和順序方式。人的聯(lián)想力使人能整體地記住和辨別某件事情， 如一下子就能識(shí)別一個(gè)人的面孔，而不是一部分一部分地看過(guò)之后才認(rèn)得出；順序記憶提供了回憶序列中下一個(gè)元素的手段，如唱歌，依次一句一句地唱出， 而不必思索。 人的記憶特性對(duì)使用語(yǔ)言的方式有很大的影響。局部性指語(yǔ)言的聯(lián)想性，在編碼過(guò)程中， 由語(yǔ)句組合成模塊，由模塊組裝成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在組裝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)模塊的高內(nèi)聚，低耦合， 使局部

4、性得到加強(qiáng)，提供異常處理的語(yǔ)言特性，則消弱了局部性。若在程序中多采用順序序列， 則使人易理解，如果存在大量分支或循環(huán)， 則不利于人們的理解。 (4) 傳統(tǒng)性：指人們習(xí)慣于已掌握的語(yǔ)種，而傳統(tǒng)性容易影響人們學(xué)習(xí)新語(yǔ)種的積極性，若新語(yǔ)種的結(jié)構(gòu)、形式與原來(lái)的類(lèi)似，還容易接受，若風(fēng)格根本不同，則難以接受，如習(xí)慣用Pascal或C的編程人員，用Lisp和Prolog編程， 就要用更多的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)。 2. 工程特性工程特性 從軟件工程的觀(guān)點(diǎn)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特性著重考慮軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的需要，因此對(duì)程序編碼有如下要求： (1) 可移植性：指程序從一個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境移植到另一個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境的容易程度，計(jì)算機(jī)環(huán)境是指不同

5、機(jī)型、不同的操作系統(tǒng)版本及不同的應(yīng)用軟件包。要增加可移植性，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：在設(shè)計(jì)時(shí)模塊與操作系統(tǒng)特性不應(yīng)有高度聯(lián)系； 要使用標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言，要使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，盡量不使用擴(kuò)充結(jié)構(gòu)； 對(duì)程序中各種可變信息，均應(yīng)參數(shù)化，以便于修改。 (2) 開(kāi)發(fā)工具的可利用性：指有效的軟件開(kāi)發(fā)工具可以縮短編碼時(shí)間，改進(jìn)源代碼的質(zhì)量。目前，許多編程語(yǔ)言都嵌入到一套完整的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境里。這些開(kāi)發(fā)工具為：交互式調(diào)試器、交叉編譯器、屏幕格式定義工具、報(bào)表格式定義工具、圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境、菜單系統(tǒng)和宏處理程序等。 (3) 軟件的可重用性：指編程語(yǔ)言能否提供可重用的軟件成分，如模塊子程序可通過(guò)源代碼剪貼、包含和繼承等方式實(shí)現(xiàn)軟件

6、重用?？芍赜密浖诮M裝時(shí)，從接口到算法都可能調(diào)整， 需考慮額外代價(jià)。 (4) 可維護(hù)性：指源程序的可維護(hù)性對(duì)復(fù)雜的軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的重要性，如易于把詳細(xì)設(shè)計(jì)翻譯為源程序、易于修改需要變化的源程序。因此，源程序的可讀性、語(yǔ)言的文檔化特性對(duì)軟件的可維護(hù)性具有重大的影響。 3. 技術(shù)特性技術(shù)特性 語(yǔ)言的技術(shù)特性對(duì)軟件工程各階段有一定的影響， 特別是確定了軟件需求之后，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特性就顯得非常重要了， 要根據(jù)項(xiàng)目的特性選擇相應(yīng)特性的語(yǔ)言，有的要求提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有的要求實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，有的要求能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。軟件設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)質(zhì)量一般與語(yǔ)言的技術(shù)特性關(guān)系不大(面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)例外)，但將軟件

7、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為程序代碼時(shí)， 轉(zhuǎn)化的質(zhì)量往往受語(yǔ)言性能的影響，可能會(huì)影響到設(shè)計(jì)方法。如Ada, Smalltalk, C+等支持抽象類(lèi)型的概念，Pascal, C等允許用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，并能提供鏈表和其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型。 這些語(yǔ)言特性為設(shè)計(jì)者進(jìn)行概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了很大的方便。在有些情況下，僅在語(yǔ)言具有某種特性時(shí)， 設(shè)計(jì)需求才能滿(mǎn)足。如要實(shí)現(xiàn)彼此通信和協(xié)調(diào)的并發(fā)分布式處理， 要用并發(fā)Pascal, Ada, Modula-2等語(yǔ)言才能用于這樣的設(shè)計(jì)。 語(yǔ)言的特性對(duì)軟件的測(cè)試與維護(hù)也有一定的影響。支持結(jié)構(gòu)化構(gòu)造的語(yǔ)言有利于減少程序環(huán)路的復(fù)雜性，使程序易測(cè)試、 易維護(hù)。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)

8、言的選擇 1. 項(xiàng)目的應(yīng)用領(lǐng)域項(xiàng)目的應(yīng)用領(lǐng)域項(xiàng)目應(yīng)用領(lǐng)域是選擇語(yǔ)言的關(guān)鍵因素， 有下列幾種類(lèi)型。 為開(kāi)發(fā)一個(gè)特定項(xiàng)目選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言時(shí)，必須從技術(shù)特性、工程特性和心理特性幾方面考慮。在選擇語(yǔ)言時(shí)，從問(wèn)題入手，確定它的要求是什么，以及這些要求的相對(duì)重要性。由于一種語(yǔ)言不可能同時(shí)滿(mǎn)足它的各種需求，所以要對(duì)各種要求進(jìn)行權(quán)衡，比較各種可用語(yǔ)言的適用程度，最后選擇認(rèn)為是最適用的語(yǔ)言。1) 科學(xué)工程計(jì)算 該計(jì)算需要大量的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)， 以便處理復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算， 可供選用的語(yǔ)言有：FORTRAN語(yǔ)言： 是世界上第一個(gè)被正式推廣應(yīng)用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，產(chǎn)生于1954年，經(jīng)過(guò)FORTRAN 0到FORTRAN ， 又相

9、繼擴(kuò)展為FORTRAN 77，F(xiàn)ORTRAN 90，通過(guò)幾個(gè)版本不斷的更新，使它不僅面向科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理能力也極強(qiáng)。(2) Pascal語(yǔ)言： 產(chǎn)生于60年代末， 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)和過(guò)程結(jié)構(gòu)化的能力，它是第一個(gè)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程思想的語(yǔ)言， 由于它語(yǔ)言簡(jiǎn)明、數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富、程序結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，許多算法都用類(lèi)Pascal來(lái)概括。用Pascal語(yǔ)言寫(xiě)程序，也有助于培養(yǎng)良好的編程風(fēng)格。 (3) C語(yǔ)言：產(chǎn)生于70年代初，最初用于描述UNIX操作系統(tǒng)及其上層軟件，后來(lái)發(fā)展成具有很強(qiáng)功能的語(yǔ)言，支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 可大量運(yùn)用指針，具有豐富靈活的操作運(yùn)算符及數(shù)據(jù)處理操作符。此外還具有匯編語(yǔ)言的某些特性，使程序運(yùn)行效

10、率高。 (4) PL/1語(yǔ)言： 是一個(gè)適用性非常廣泛的語(yǔ)言， 能夠適用于多種不同的應(yīng)用領(lǐng)域，但由于太龐大，難以推廣使用，目前一些PL/1的子集被廣泛使用。 2) 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用可供選用的語(yǔ)言如下： (1) Cobol語(yǔ)言： 產(chǎn)生于 50 年代末， 是廣泛用于商業(yè)數(shù)據(jù)處理的語(yǔ)言，它具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)定義能力，程序說(shuō)明與硬件環(huán)境說(shuō)明分開(kāi)， 數(shù)據(jù)描述與算法描述分開(kāi)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)層次分明， 說(shuō)明采用類(lèi)英語(yǔ)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，可讀性強(qiáng)。 (2) SQL語(yǔ)言： 最初是為IBM公司開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)語(yǔ)言， 目前不同的軟件開(kāi)發(fā)公司有了不同的擴(kuò)充版本， 如 80 年代后期我國(guó)引入Informix-SQ

11、L, Microsoft-SQL可以方便地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取管理。 (3) 4GL語(yǔ)言： 稱(chēng)為第4代語(yǔ)言，隨著信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展， 原來(lái)的第2代語(yǔ)言(如FORTRAN，Cobol)第3代語(yǔ)言(如Pascal, C等)受硬件和操作系統(tǒng)的局限，其開(kāi)發(fā)工具不能滿(mǎn)足新技術(shù)發(fā)展的需求，因此，在70年代末，提出了第4代語(yǔ)言的概念， 4GL的主要特征是： 友好的用戶(hù)界面： 指操作簡(jiǎn)單， 使非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員也能方便地使用它。 兼有過(guò)程性和非過(guò)程性雙重特性：非過(guò)程性指語(yǔ)言的抽象層次又提高到一個(gè)新的高度，只需告訴計(jì)算機(jī)“做什么”， 而不必描述“怎么做”，“怎么做”的工作由語(yǔ)言系統(tǒng)運(yùn)用它的專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)填充過(guò)程細(xì)節(jié)

12、。 高效的程序代碼： 指能縮短開(kāi)發(fā)周期， 并減少維護(hù)的代價(jià)。 完備的數(shù)據(jù)庫(kù)： 指在4GL中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)功能， 不再把DBMS(數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))看成是語(yǔ)言以外的成分。 應(yīng)用程序生成器：能提供一些常用的程序來(lái)完成文件維護(hù)、屏幕管理、報(bào)表生成和查詢(xún)等任務(wù)， 從而有效提高軟件生產(chǎn)率。 目前流行的Fox公司的FoxPro, Uniface公司的Uniface, Powersoft公司的Power Builder, Informix公司的Informix-4GL以及各種擴(kuò)充版本的SQL等都不同程度地具有上述特征。 3) 實(shí)時(shí)處理 實(shí)時(shí)處理軟件一般對(duì)性能的要求很高， 可選用的語(yǔ)言有： (1) 匯編語(yǔ)言：是面向

13、機(jī)器的，它可以完成高級(jí)語(yǔ)言無(wú)法滿(mǎn)足要求的特殊功能，如與外部設(shè)備之間的一些接口操作。 (2) Ada語(yǔ)言：是美國(guó)國(guó)防部出資開(kāi)發(fā)的，主要用于適時(shí)、 并發(fā)和嵌入系統(tǒng)的語(yǔ)言。Ada語(yǔ)言是在Pascal基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，但其功能更強(qiáng)、更復(fù)雜。它提供了一組豐富的實(shí)時(shí)特性， 包括多任務(wù)處理、中斷處理、任務(wù)間同步與通信等， 它還提供了許多程序包供程序員選擇。通過(guò)修訂，已成為安全、高效和靈活的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。5) 人工智能4) 系統(tǒng)軟件 如果編寫(xiě)操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件時(shí)，可選用匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言、Pascal語(yǔ)言和Ada語(yǔ)言。 如果要完成知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、推理工程、語(yǔ)言識(shí)別、模式識(shí)別、

14、機(jī)器人視角及自然語(yǔ)言處理等人工智能領(lǐng)域內(nèi)的系統(tǒng)， 應(yīng)選擇的語(yǔ)言如下： (1) Lisp: 是一種函數(shù)型語(yǔ)言，產(chǎn)生于60年代初，它特別適用于組合問(wèn)題中的符號(hào)運(yùn)算和表處理，因此用于定理證明、樹(shù)的搜索和其他問(wèn)題的求解。近年來(lái)Lisp廣泛應(yīng)用于專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)， 對(duì)于定義知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)中的事實(shí)、規(guī)則和相應(yīng)的推理相對(duì)要容易一些。 (2) Prolog: 是一種邏輯型語(yǔ)言，產(chǎn)生于70年代初，它提供了支持知識(shí)表示的特性，每一個(gè)程序由一組表示事實(shí)、規(guī)則和推理的子句組成， 比較接近于自然語(yǔ)言，符合人的思維方式。 以上討論的語(yǔ)言，一般適用于相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，但要根據(jù)具體情況靈活掌握。有的語(yǔ)言功能強(qiáng)，適用的范圍較廣，但比較

15、龐大。2 軟件開(kāi)發(fā)的方法軟件開(kāi)發(fā)的方法 有時(shí)編程語(yǔ)言的選擇依賴(lài)于開(kāi)發(fā)的方法，如果要用快速原型模型來(lái)開(kāi)發(fā)，要求能快速實(shí)現(xiàn)原型，因此宜采用4GL。如果是面向?qū)ο蠓椒ǎ瞬捎妹嫦驅(qū)ο蟮恼Z(yǔ)言編程。近年來(lái)，推出了許多面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，這里主要介紹以下幾種： (1) C+：是由美國(guó)AT&T公司的Bell實(shí)驗(yàn)室最先設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)言，它提供了面向?qū)ο箢?lèi)的定義、繼承、封裝和消息傳遞等概念實(shí)現(xiàn)的手段，又與C語(yǔ)言兼容，保留了C語(yǔ)言的許多特性， 維護(hù)了大量已開(kāi)發(fā)的C庫(kù)、C工具以及C源程序的完整性，使編程人員不必放棄自己熟悉的C語(yǔ)言，只需補(bǔ)充學(xué)習(xí)C+提供的那些面向?qū)ο蟮母拍睿蚨鴱腃過(guò)渡到C+比較容易，加之它的運(yùn)

16、行性能較高， 成為當(dāng)今最受歡迎的對(duì)象語(yǔ)言之一。 目前， 除了常用的AT&T C+, Turbo C+, Borland C+及Microsoft C+等版本外，又推出了Microsoft Visual C+, 充分發(fā)揮Windows和Web的功能。 (2) Java: 是由Sun公司開(kāi)發(fā)的一種面向?qū)ο蟮摹⒎植际降摹?安全的、 高效的及易移植的語(yǔ)言，它的基本功能類(lèi)似于C+， 但做了重大修改， 不再支持運(yùn)算符重載、多繼承及許多易于混淆和較少使用的特性，增加了內(nèi)存空間自動(dòng)垃圾收集的功能， 使程序員不必考慮內(nèi)存管理問(wèn)題。Java應(yīng)用程序可利用語(yǔ)言提供的例程庫(kù)，能夠自由地打開(kāi)和訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的對(duì)象。

17、 3. 軟件執(zhí)行的環(huán)境軟件執(zhí)行的環(huán)境 良好的編程環(huán)境不但有效提高軟件生產(chǎn)率， 同時(shí)能減少錯(cuò)誤，有效提高軟件質(zhì)量。近幾年推出了許多可視化的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境， 如Visual BASIC, Visual C, Visual FoxPro及Delphi(面向?qū)ο蟮腜ascal)等，都提供了強(qiáng)有力的調(diào)試工具， 幫助你快速形成高質(zhì)量的軟件。4. 算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 科學(xué)計(jì)算、實(shí)時(shí)處理和人工智能領(lǐng)域中的問(wèn)題算法較復(fù)雜， 而數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用和系統(tǒng)軟件領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此選擇語(yǔ)言時(shí)可考慮是否有完成復(fù)雜算法的能力， 或者有構(gòu)造復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力。 5. 軟件開(kāi)發(fā)人員的知

18、識(shí)軟件開(kāi)發(fā)人員的知識(shí) 有時(shí)編程語(yǔ)言的選擇與軟件開(kāi)發(fā)人員的知識(shí)水平及心理因素有關(guān)，新的語(yǔ)言雖然有吸引力，但軟件開(kāi)發(fā)人員若熟悉某種語(yǔ)言， 而且有類(lèi)似項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，往往愿選擇原有的語(yǔ)言。 開(kāi)發(fā)人員應(yīng)仔細(xì)地分析軟件項(xiàng)目的類(lèi)型， 敢于學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技術(shù)。6.2 程序設(shè)計(jì)風(fēng)格程序設(shè)計(jì)風(fēng)格 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟件的規(guī)模增大了，軟件的復(fù)雜性也增強(qiáng)了。為了保證軟件的質(zhì)量，要加強(qiáng)軟件測(cè)試。為了延長(zhǎng)軟件的生存期，就要經(jīng)常進(jìn)行軟件維護(hù)。不論測(cè)試與維護(hù)，都必須要閱讀程序。因此，讀程序是軟件維護(hù)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要組成部分。有時(shí)讀程序的時(shí)間比寫(xiě)程序的時(shí)間還要多。同樣一個(gè)題目，為什么有人編的程序容易讀懂，而有人

19、編的程序不易讀懂呢？這就存在一個(gè)程序設(shè)計(jì)的風(fēng)格問(wèn)題。程序設(shè)計(jì)風(fēng)格指一個(gè)人編制程序時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)、習(xí)慣及邏輯思路等。良好的編程風(fēng)格可以減少編碼的錯(cuò)誤，減少讀程序的時(shí)間，從而提高軟件的開(kāi)發(fā)效率。因此本節(jié)主要討論與編程風(fēng)格有關(guān)的因素。 1. 源程序文檔化源程序文檔化 編寫(xiě)源程序文檔化的原則為： (1) 標(biāo)識(shí)符應(yīng)按意取名。若是幾個(gè)單詞組成的標(biāo)識(shí)符， 每個(gè)單詞第一個(gè)字母用大寫(xiě)，或者之間用下劃線(xiàn)分開(kāi)，這便于理解。 如某個(gè)標(biāo)識(shí)符取名為rowofscreen, 若寫(xiě)成RowOfScreen或row-of-screen就容易理解了。但名字也不是越長(zhǎng)越好，太長(zhǎng)了，書(shū)寫(xiě)與輸入都易出錯(cuò)，必要時(shí)用縮寫(xiě)名字，但縮寫(xiě)規(guī)

20、則要一致。 (2) 程序應(yīng)加注釋。 注釋是程序員與讀者之間通信的重要工具，用自然語(yǔ)言或偽碼描述。它說(shuō)明了程序的功能，特別在維護(hù)階段， 對(duì)理解程序提供了明確指導(dǎo)。注釋分序言性注釋和功能性注釋。 序言性注釋?xiě)?yīng)置于每個(gè)模塊的起始部分， 主要內(nèi)容有： 說(shuō)明每個(gè)模塊的用途、 功能。 說(shuō)明模塊的接口即調(diào)用形式、 參數(shù)描述及從屬模塊的清單。 數(shù)據(jù)描述： 指重要數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、 用途、 限制、 約束及其他信息。 開(kāi)發(fā)歷史： 指設(shè)計(jì)者、 審閱者姓名及日期， 修改說(shuō)明及日期。 功能性注釋嵌入在源程序內(nèi)部，說(shuō)明程序段或語(yǔ)句的功能以及數(shù)據(jù)的狀態(tài)。注意以下幾點(diǎn)： 注釋用來(lái)說(shuō)明程序段， 而不是每一行程序都要加注釋。 使用空行

21、或縮進(jìn)或括號(hào)， 以便很容易區(qū)分注釋和程序。 修改程序也應(yīng)修改注釋。 2. 數(shù)據(jù)說(shuō)明數(shù)據(jù)說(shuō)明 為了使數(shù)據(jù)定義更易于理解和維護(hù)，有以下指導(dǎo)原則： (1) 數(shù)據(jù)說(shuō)明順序應(yīng)規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找， 從而有利于測(cè)試、糾錯(cuò)與維護(hù)。例如按常量說(shuō)明、類(lèi)型說(shuō)明、 全程量說(shuō)明及局部量說(shuō)明順序。 (2) 一個(gè)語(yǔ)句說(shuō)明多個(gè)變量時(shí)， 各變量名按字典序排列。 (3) 對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 要加注釋?zhuān)?說(shuō)明在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)的特點(diǎn)。 3. 語(yǔ)句構(gòu)造語(yǔ)句構(gòu)造 語(yǔ)句構(gòu)造的原則為：簡(jiǎn)單直接，不能為了追求效率而使代碼復(fù)雜化。為了便于閱讀和理解，不要一行多個(gè)語(yǔ)句。不同層次的語(yǔ)句采用縮進(jìn)形式，使程序的邏輯結(jié)構(gòu)和功能特征更加清晰。 要避

22、免復(fù)雜的判定條件，避免多重的循環(huán)嵌套。表達(dá)式中使用括號(hào)以提高運(yùn)算次序的清晰度等。 4. 輸入和輸出輸入和輸出 在編寫(xiě)輸入和輸出程序時(shí)考慮以下原則： (1) 輸入操作步驟和輸入格式盡量簡(jiǎn)單。 (2) 應(yīng)檢查輸入數(shù)據(jù)的合法性、 有效性， 報(bào)告必要的輸入狀態(tài)信息及錯(cuò)誤信息。 (3) 輸入一批數(shù)據(jù)時(shí)， 使用數(shù)據(jù)或文件結(jié)束標(biāo)志， 而不要用計(jì)數(shù)來(lái)控制。 (4) 交互式輸入時(shí)， 提供可用的選擇和邊界值。 (5) 當(dāng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有嚴(yán)格的格式要求時(shí)， 應(yīng)保持輸入格式的一致性。 (6) 輸出數(shù)據(jù)表格化、 圖形化。 輸入、 輸出風(fēng)格還受其他因素的影響， 如輸入、 輸出設(shè)備，用戶(hù)經(jīng)驗(yàn)及通信環(huán)境等。5. 效率效率 效率

23、指處理機(jī)時(shí)間和存儲(chǔ)空間的使用， 對(duì)效率的追求明確以下幾點(diǎn)： (1)效率是一個(gè)性能要求， 目標(biāo)在需求分析給出。 (2) 追求效率建立在不損害程序可讀性或可靠性基礎(chǔ)之上， 要先使程序正確，再提高程序效率；先使程序清晰，再提高程序效率。 (3) 提高程序效率的根本途徑在于選擇良好的設(shè)計(jì)方法、 良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，而不是靠編程時(shí)對(duì)程序語(yǔ)句做調(diào)整。 總之，在編碼階段，要善于積累編程經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)和學(xué)習(xí)良好的編程風(fēng)格，使編出的程序清晰易懂，易于測(cè)試與維護(hù)， 從而提高軟件的質(zhì)量。6.3 程序設(shè)計(jì)方法程序設(shè)計(jì)方法6.3.1 關(guān)于關(guān)于GOTO語(yǔ)句的爭(zhēng)論語(yǔ)句的爭(zhēng)論 早在1963年，針對(duì)當(dāng)時(shí)流行的ALGOL語(yǔ)言，Pe

24、ter Naur指出，在程序中大量地、沒(méi)有節(jié)制地使用GOTO語(yǔ)句，會(huì)使程序結(jié)構(gòu)變得非?；靵y。但是很多人還不太注意這一問(wèn)題，以至于許多人寫(xiě)出來(lái)的程序仍然是紛亂如麻的。1965年，在一次會(huì)議上提出，應(yīng)當(dāng)把GOTO語(yǔ)句從高級(jí)語(yǔ)言中取消，并提出，程序的質(zhì)量于程序中包含的GOTO語(yǔ)句的數(shù)量成反比。在這種思想的影響下，當(dāng)時(shí)新開(kāi)發(fā)的幾種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言都取消了GOTO語(yǔ)句。1966年，Bohm與Jacopini證明了任何單入口單出口的沒(méi)有“死循環(huán)”的程序都能由三種最基本的控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造出來(lái)。 1968年，Dijkstra在寫(xiě)給雜志編輯部的信中再次建議從一切高級(jí)語(yǔ)言中取消GOTO語(yǔ)句，只使用三種基本控制結(jié)構(gòu)編寫(xiě)

25、程序。他的建議引起了激烈爭(zhēng)論。爭(zhēng)論集中在如何看待GOTO語(yǔ)句的問(wèn)題上。贊成取消GOTO語(yǔ)句的一方認(rèn)為，GOTO語(yǔ)句對(duì)程序清晰性有很大破壞作用，凡是使用GOTO語(yǔ)句多的程序，其控制流時(shí)而GOTO向前，時(shí)而GOTO向后，常常使程序變得很難理解，從而增加差錯(cuò)和維護(hù)的困難，降低程序的可維護(hù)性。但另一方認(rèn)為，GOTO語(yǔ)句雖然存在著破壞程序清晰性的問(wèn)題，但不應(yīng)完全禁止。因?yàn)镚OTO語(yǔ)句概念簡(jiǎn)單，使用方便，在某些情況下，保留GOTO語(yǔ)句反能使寫(xiě)出的程序更加簡(jiǎn)潔，并且GOTO語(yǔ)句可直接得到硬件指令的支持。 經(jīng)過(guò)爭(zhēng)論，人們認(rèn)識(shí)到，不是簡(jiǎn)單的去掉GOTO語(yǔ)句的問(wèn)題，而是要?jiǎng)?chuàng)立一種新的程序設(shè)計(jì)思想、方法和風(fēng)格，以顯

26、著提高軟件生產(chǎn)率和軟件質(zhì)量，降低軟件維護(hù)的成本。6.3.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則 綜合在圍繞GOTO語(yǔ)句的爭(zhēng)論中眾多學(xué)者的意見(jiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念逐漸清晰起來(lái)。其主要的原則有：使用語(yǔ)言中的順序、選擇、重復(fù)等有限的基本控制結(jié)構(gòu)表示程序邏輯。選用的控制結(jié)構(gòu)只準(zhǔn)許有一個(gè)入口和一個(gè)出口。程序語(yǔ)句組成容易識(shí)別的塊（Block），每塊只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)該用基本控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合嵌套來(lái)實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)言中沒(méi)有的控制結(jié)構(gòu)，可用一段等價(jià)的程序段模擬，但要求該程序段在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)前后一致。嚴(yán)格控制GOTO語(yǔ)句，僅在下列情形才可使用：用一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)一個(gè)結(jié)構(gòu)化的構(gòu)造。

27、在某種可以改善而不是損害程序可讀性的情況下。例：設(shè)在閉區(qū)間a.b上函數(shù)F（X）有唯一的一個(gè)零點(diǎn)，如圖所示。下面給出一個(gè)用C語(yǔ)言寫(xiě)出的程序段，用二分法求方程F（X）0在區(qū)間a.b中的根。程序段中X0、X1是當(dāng)前求根區(qū)間X0.X1的下上界，Xm是該區(qū)間的中點(diǎn)，eps是一個(gè)給定的很小正數(shù)，用于迭代收斂的判斷。在程序上采取了用goto語(yǔ)句和標(biāo)號(hào)finish控制在循環(huán)中途轉(zhuǎn)出循環(huán)。程序段程序段1這類(lèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了兩個(gè)循環(huán)出口。一個(gè)是for循環(huán)的正常出口：當(dāng)循環(huán)控制變量i超出了循環(huán)終值n時(shí)退出循環(huán)；另一個(gè)是for循環(huán)的非正常出口：當(dāng)某種條件滿(mǎn)足時(shí)，從循環(huán)中間某處轉(zhuǎn)出循環(huán)，執(zhí)行循環(huán)后面的語(yǔ)句。它不滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)化

28、的要求。作為對(duì)照，再看下面的兩個(gè)程序段： 這段程序仍然不是結(jié)構(gòu)化的程序，利用了C語(yǔ)言中的一個(gè)語(yǔ)句break，它的功能是將控制轉(zhuǎn)移到它所在循環(huán)的后面第一個(gè)后續(xù)語(yǔ)句處。它與【程序段1】完成的工作相同，由于將轉(zhuǎn)移語(yǔ)句與轉(zhuǎn)出條件的判斷直接聯(lián)系在一起，可讀性較好。再看【程序段3】，它利用了一個(gè)布爾變量finished，該變量的初值為false，當(dāng)循環(huán)中求到了要求的結(jié)果時(shí)，將此變量的值改變?yōu)閠rue，表示循環(huán)應(yīng)結(jié)束，while循環(huán)測(cè)試到finished為true，就自動(dòng)退出循環(huán)，執(zhí)行后續(xù)的語(yǔ)句。此程序段中各種結(jié)構(gòu)均為單入口與單出口，且沒(méi)有GOTO語(yǔ)句，可以說(shuō)它是一個(gè)結(jié)構(gòu)化程序。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只有一重循環(huán)

29、，但由于引入一個(gè)布爾變量來(lái)控制循環(huán)結(jié)束，可讀性比【程序段1】與【程序段2】要差。在只有一重循環(huán)的情形，差的程度還不很明顯，在多重循環(huán)的情形，引入多個(gè)布爾變量，可讀性就很差了。理解程序的時(shí)間差幾倍到幾十倍不止。因此，對(duì)于這種單入口多出口的循環(huán)，用GOTO可以得到較好的清晰性。6.3.3 程序設(shè)計(jì)自頂向下，逐步求精程序設(shè)計(jì)自頂向下，逐步求精 關(guān)于逐步細(xì)化的方法，曾做過(guò)如下說(shuō)明：“我們對(duì)付一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的最重要的方法就是抽象。因此，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，不要基于馬上用計(jì)算機(jī)指令、數(shù)字和邏輯符號(hào)來(lái)表示它，而應(yīng)當(dāng)先用較自然的抽象的語(yǔ)句來(lái)表示，從而得到抽象的程序。抽象程序?qū)Τ橄蟮臄?shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行某些特定的運(yùn)算，并

30、用一些合適的記號(hào)（可以是自然語(yǔ)言）來(lái)表示。下一步對(duì)抽象程序再做分解，進(jìn)入下一個(gè)抽象的層次。這樣的細(xì)化過(guò)程一直進(jìn)行下去，直到程序能被計(jì)算機(jī)接受為止。此時(shí)的程序已經(jīng)用某種高級(jí)語(yǔ)言或及其指令書(shū)寫(xiě)的了?！?例如，要求用篩選法求100以?xún)?nèi)的素?cái)?shù)。篩選法就是從2到100中去掉2，3，9，10的倍數(shù)，剩下的就是100以?xún)?nèi)的素?cái)?shù)。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，可先按程序功能寫(xiě)出一個(gè)框架。上述框架中每一個(gè)加工語(yǔ)句都可進(jìn)一步細(xì)化成一個(gè)循環(huán)語(yǔ)句。 下一步繼續(xù)對(duì)和細(xì)化下去，直到最后每一個(gè)語(yǔ)句都能直接用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)表示為止。6.3.3 語(yǔ)句結(jié)構(gòu)語(yǔ)句結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)階段確定了軟件的邏輯結(jié)構(gòu)，但構(gòu)造單個(gè)語(yǔ)句則是編碼階段的任務(wù)。語(yǔ)句構(gòu)造

31、力求簡(jiǎn)單，直接，不能為了片面追求效率而使語(yǔ)句復(fù)雜化。（1）在一行內(nèi)只寫(xiě)一條語(yǔ)句，并采取適當(dāng)?shù)目s進(jìn)格式，使程序的邏輯和功能變得更加明確。例如，許多程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言允許在一行內(nèi)寫(xiě)多條語(yǔ)句，但這種方式會(huì)使程序的可讀性變得很差。例如有一段排序程序如下： 上例程序由于一行中包括了多個(gè)語(yǔ)句，掩蓋了程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)，使其可讀性變得很差，這里，將此程序段改成如下形式：（2）程序編寫(xiě)應(yīng)首先考慮清晰性，不要可以追求技巧性，使程序編寫(xiě)得過(guò)于緊湊。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，軟件人員的開(kāi)發(fā)環(huán)境越來(lái)越優(yōu)越，在大容量和高速度的條件下，開(kāi)發(fā)人員不必在程序中精心設(shè)置技巧。與此相反，軟件工程技術(shù)要求軟件生產(chǎn)工程化、規(guī)范化，為了提高程序的可讀性，減少出錯(cuò)的可能性，提高測(cè)試和維護(hù)的效率，要求把程