7.1計(jì)算機(jī)軟件的概念7.2算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)7.3程序設(shè)計(jì)第7章計(jì)算機(jī)軟件8.1計(jì)算機(jī)軟件的概念任務(wù)1初步認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)軟件[任務(wù)描述]本任務(wù)學(xué)習(xí)軟件、程序、文檔資料等概念。[相關(guān)知識(shí)與技能]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由軟件和硬件兩大部分組成。硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器部分，即中央處理機(jī)、存儲(chǔ)器及各種外圍設(shè)備的總稱。軟件則是為使計(jì)算機(jī)高效地工作所配置的各種程序及相關(guān)的文檔資料的總稱。程序是經(jīng)過(guò)組織的計(jì)算機(jī)指令序列，指令是組成計(jì)算機(jī)程序的基本單位。文檔資料包括：軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的需求分析、方案設(shè)計(jì)、編程方法等的文檔及使用說(shuō)明書(shū)、用戶手冊(cè)、維護(hù)手冊(cè)等。

控制器中央處理器CPU

運(yùn)算器主機(jī)ROM（只讀存儲(chǔ)器）內(nèi)存RAM（讀寫(xiě)存儲(chǔ)器）硬件系統(tǒng)Cache（高速緩沖存儲(chǔ)器）計(jì)輸入設(shè)備——鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等算外設(shè)輸出設(shè)備——顯示器、打印機(jī)、音響等機(jī)外存——硬盤、軟盤、光盤、閃存等系操作系統(tǒng)統(tǒng)系統(tǒng)軟件編譯程序和解釋程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理

軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件各種字處理系統(tǒng)、各種軟件包

支撐軟件環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、各種接口軟件、工具組7.2算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)任務(wù)2算法及其描述[任務(wù)描述]本任務(wù)通過(guò)案例學(xué)習(xí)算法的概念及算法的描述。案例

求計(jì)算1+2+3+4+5的算法。[相關(guān)知識(shí)與技能]做任何事情都要有一個(gè)步驟，廣義地講，為解決一個(gè)問(wèn)題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”。算法有兩大類別：數(shù)值計(jì)算：求方程的根、求函數(shù)的定積分等。非數(shù)值計(jì)算：查找、排序、圖書(shū)檢索、人事管理、文字處理等。算法的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)一個(gè)算法后，不能只是自己明白，應(yīng)該準(zhǔn)確清楚地將自己設(shè)計(jì)的解題步驟記錄下來(lái)，或提供交流，或編寫(xiě)程序供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。步驟1：先計(jì)算1+2，得到3步驟2：將步驟1得到的結(jié)果加上3，得到6步驟3：將步驟2得到的結(jié)果加上4，得到10步驟4：將步驟3得到的結(jié)果加上5，得到15，計(jì)算結(jié)果為15按照同樣的思路可寫(xiě)出計(jì)算1+2+...100的步驟，可知是非常繁瑣的。[方法與步驟][知識(shí)拓展]瑞士著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家尼克萊·沃思（NiklausWirth）早在1976年提出了這樣一個(gè)公式：算法＋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＝程序1974年，圖靈獎(jiǎng)的獲得者、著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家、算法大師克努特（DonaldE。Knuth）說(shuō)：“計(jì)算機(jī)科學(xué)是算法的學(xué)習(xí)”?？梢?jiàn)，算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)中非常重要的概念，是計(jì)算機(jī)學(xué)科的核心內(nèi)容，在程序編制、軟件開(kāi)發(fā)，乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)中都占有重要地位。所謂算法（Algorithm），是對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列。描述算法需要一種語(yǔ)言，可以是自然語(yǔ)言、數(shù)學(xué)語(yǔ)言或者是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。一個(gè)算法一般具有下列5個(gè)重要特性：⑴輸入：一個(gè)算法應(yīng)該有一個(gè)或多個(gè)輸入。⑵有窮性：一個(gè)算法必須在執(zhí)行有窮步驟之后正常結(jié)束，而不能形成無(wú)限循環(huán)。⑶確定性：算法中的每一條指令都必須有確切的含義，不能有二義性。⑷可行性：算法中的每一條指令都必須是切實(shí)可行的，即原則上可以通過(guò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本運(yùn)算執(zhí)行有限次來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑸輸出：一個(gè)算法應(yīng)該有0個(gè)或多個(gè)輸出，這些輸出是與輸入有某種特定關(guān)系的量。任務(wù)3用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述算法[任務(wù)描述]本任務(wù)通過(guò)案例進(jìn)一步學(xué)習(xí)算法的概念，理解用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（C語(yǔ)言）進(jìn)行算法描述的方法。案例

用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（C語(yǔ)言）描述計(jì)算1+2+…+100的算法。[相關(guān)知識(shí)與技能]求解1+2+…+100的過(guò)程如圖7-1所示，可得出以下規(guī)律：1+2=33+3=66+4=1010+5=15...4851+99=49504950+100=5050重復(fù)地進(jìn)行相加運(yùn)算本次的和作為下一次相加運(yùn)算的被加數(shù)加數(shù)有規(guī)律地變化著規(guī)律圖7-11+2+…+100運(yùn)算過(guò)程用C語(yǔ)言對(duì)算法描述如下：main(){intx,y;x=1;y=2;while(y<=100){x=x+y;y=y+1;}printf(“%d”,x);}[方法與步驟]任務(wù)4用偽代碼描述算法[任務(wù)描述]本任務(wù)通過(guò)案例進(jìn)一步學(xué)習(xí)算法的概念，理解用偽代碼進(jìn)行算法描述的方法。案例

用偽代碼語(yǔ)言描述求1+2+…+100的算法。[相關(guān)知識(shí)與技能]

偽代碼是用文字（數(shù)字、字母）和符號(hào)來(lái)描述算法的，用偽代碼描述的算法結(jié)構(gòu)清晰，格式緊湊，簡(jiǎn)單易懂。它為程序員提供了以特定編程語(yǔ)言編寫(xiě)指令的模板。偽代碼表明了程序細(xì)節(jié)，在偽代碼階段檢測(cè)并修復(fù)錯(cuò)誤是簡(jiǎn)單。在校驗(yàn)并接受偽代碼之后，就可以把偽代碼表示的指令轉(zhuǎn)換成高級(jí)編程語(yǔ)言。[方法與步驟]用偽代碼對(duì)算法描述如下：beginy←2x←1while(y<=100){x←x+yy←y+1}printxend任務(wù)5用流程圖描述算法[任務(wù)描述]本任務(wù)通過(guò)案例進(jìn)一步學(xué)習(xí)算法的概念，理解用流程圖進(jìn)行算法描述的方法。案例

用流程圖描述求1+2+…+100的算法。[相關(guān)知識(shí)與技能]用流程圖表示算法ANSI規(guī)定的一些常用的流程圖符號(hào)起/止點(diǎn)輸入/輸出處理準(zhǔn)備預(yù)定義處理判斷控制流外接內(nèi)接流程圖的基本符號(hào)1+2=33+3=66+4=1010+5=15...4851+99=49504950+100=50500+1=1令s表示被加數(shù)（初始值為0），令I(lǐng)表示加數(shù)（初始值為1）進(jìn)行100次加法后結(jié)束，或者當(dāng)加數(shù)大于100時(shí)結(jié)束S中存放計(jì)算結(jié)果重復(fù)地進(jìn)行相加運(yùn)算本次的和作為下一次相加運(yùn)算的被加數(shù)加數(shù)有規(guī)律地變化著計(jì)算1+2+...+100下面的算法中S表示被加數(shù)，也表示累加和，I表示加數(shù)步驟1：S←0;I←1步驟2：若I小于等于100，則轉(zhuǎn)向步驟3；否則，轉(zhuǎn)向步驟6；步驟3：S←S+I;步驟4：I←I+1;步驟5：轉(zhuǎn)向步驟2；步驟6：S的值就是計(jì)算結(jié)果，算法結(jié)束。推廣該算法，即修改算法中步驟2的100為n，可得到計(jì)算1+2+...+n的算法。計(jì)算1+2+...+100的算法[方法與步驟]用流程圖對(duì)算法描述如圖7-2所示。圖7-2求1+2+…+100算法的流程圖算法思想：例如，計(jì)算1+2+...+100時(shí)先計(jì)算1＋100,2+99,...,49+52,50+51,然后用101×50即可得到運(yùn)算結(jié)果。類推，要計(jì)算1+2+...+n，只要知道有多少個(gè)n+1，就可以得到計(jì)算結(jié)果。步驟1：S←n+1步驟2：若n是偶數(shù)，則S←(S×n)÷2;

否則，S←S×(n-1)÷2+(n+1)÷2步驟3：S的值就是計(jì)算結(jié)果，算法結(jié)束。同一個(gè)問(wèn)題可用不同的方法解決，即用不同算法解決同一個(gè)問(wèn)題。因此，就存在一個(gè)算法的比較(分析)和選擇問(wèn)題，比較的依據(jù)是算法的效率。計(jì)算1+2+...+n的另一種算法任務(wù)6初步認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[任務(wù)描述]本任務(wù)了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念和常用的幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如線性表、數(shù)組、樹(shù)和二叉樹(shù)以及圖等。[相關(guān)知識(shí)與技能]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（DataStructure）是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究三部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)算。

1.順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在程序設(shè)計(jì)中，由若干個(gè)數(shù)據(jù)元素組成的線性結(jié)構(gòu)稱為線性表。線性表是最簡(jiǎn)單和最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，考慮一副撲克牌中相同花色的13張紅桃，為了要在程序中引用每一張紅桃，可以建立13個(gè)變量Card1,Card2,…,Card13。每一張牌有確定的值，如“紅桃2”、“紅桃9”等。圖7-3線性結(jié)構(gòu)：一維數(shù)組2.鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)每個(gè)結(jié)點(diǎn)除包含一個(gè)數(shù)據(jù)域外，還包含一個(gè)指針域，用以存放下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針，這樣的鏈表稱為單鏈表。圖7-4是一個(gè)具有附加頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表，指針變量h中存放的是附加頭結(jié)點(diǎn)的指針，附加頭結(jié)點(diǎn)只用來(lái)存放第一個(gè)具有數(shù)據(jù)的結(jié)點(diǎn)的指針，而第一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針域存放第二個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針，如此下去，最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針域要置空（NULL），以表示它位于鏈表的尾部。圖7-4單鏈表的結(jié)構(gòu)圖7-6單鏈表的刪除操作圖7-5單鏈表的插入操作3.棧與隊(duì)列對(duì)于一般的線性表，可以在任何位置上插入元素，也可以刪除任何位置上的元素。如果限定插入和刪除都只能在線性表的一端進(jìn)行，這樣的線性表稱為棧；如果限定插入在線性表的一端，刪除在另一端，這樣的線性表稱為隊(duì)列。棧是一個(gè)按“后進(jìn)先出”（lastinfirstout）方式工作的數(shù)據(jù)列表。表中允許進(jìn)行插入、刪除操作的一端稱作棧頂；另一端稱作棧底。棧頂?shù)奈恢檬莿?dòng)態(tài)的，對(duì)棧頂當(dāng)前位置的標(biāo)記稱為棧頂指針。當(dāng)棧中沒(méi)有數(shù)據(jù)元素時(shí)，稱為空棧。棧的插入操作通常稱為進(jìn)?；蛉霔＃粭５膭h除操作則稱為退?；虺鰲?。圖7-7是一個(gè)棧的動(dòng)態(tài)示意圖，圖中箭頭代表當(dāng)前棧頂?shù)闹羔樜恢?，用top表示。

圖7-7棧的動(dòng)態(tài)示意圖隊(duì)列與棧非常相似，隊(duì)列按“先進(jìn)先出”（firstinfirstout）方式工作。插入元素的那一端稱為隊(duì)尾，刪除操作的那一端稱為隊(duì)頭。隊(duì)列的插入操作通常稱為進(jìn)隊(duì)列或入隊(duì)列；隊(duì)列的刪除操作稱為退隊(duì)列或出隊(duì)列。圖7-8隊(duì)列的動(dòng)態(tài)示意圖4.樹(shù)和二叉樹(shù)樹(shù)（tree）是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一種非線性結(jié)構(gòu)。樹(shù)在我們周圍隨處可見(jiàn)。這里討論的樹(shù)結(jié)構(gòu)形同大自然中的樹(shù)，也有樹(shù)根、樹(shù)葉和樹(shù)枝。不同之處是：前者樹(shù)根在上，后者樹(shù)根在下。圖7-9樹(shù)結(jié)構(gòu)示意圖如果樹(shù)結(jié)構(gòu)每個(gè)結(jié)點(diǎn)的孩子結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)最多為2個(gè)，這種樹(shù)就是二叉樹(shù)，如圖7-10所示。圖7-10二叉樹(shù)圖7-11圖8-9樹(shù)對(duì)應(yīng)的二叉樹(shù)7.3程序設(shè)計(jì)任務(wù)7初步認(rèn)識(shí)程序設(shè)計(jì)[任務(wù)描述]本任務(wù)學(xué)習(xí)程序及計(jì)算機(jī)程序的基本概念。[相關(guān)知識(shí)與技能]本書(shū)中所說(shuō)的程序指的是計(jì)算機(jī)程序，它實(shí)際上表示的是一種處理事務(wù)的時(shí)間順序和處理步驟。由于組成計(jì)算機(jī)程序的基本單位是指令，因此，計(jì)算機(jī)程序就是按照工作步驟事先編排好的、具有特殊功能的指令序列。一個(gè)程序具有一個(gè)單一的、不可分的結(jié)構(gòu)，它規(guī)定了某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)算法。于是有以下公式：算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序任務(wù)8常見(jiàn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言[任務(wù)描述]本任務(wù)了解一些常見(jiàn)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)。[相關(guān)知識(shí)與技能]1.面向機(jī)器語(yǔ)言⑴機(jī)器語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)的第一代語(yǔ)言。

例如，用機(jī)器語(yǔ)言寫(xiě)的某一段程序?yàn)椋?00001100000001100111110000001000000其中，每一條機(jī)器指令都是用二進(jìn)制代碼表示的。以上由“0”、“1”組成的三條指令對(duì)Z80機(jī)器而言就是完成3加4的運(yùn)算。⑵匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)的第二代語(yǔ)言。

例如，把上述用機(jī)器語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的三條指令用匯編語(yǔ)言來(lái)表示，即成為：LDB,03LDA,04ADDA,B從英文字母的含義可知，第一條指令是把3送到寄存器B中（LD是load的縮寫(xiě)）。同理，第二條是把4送到寄存器A中，第三條則是把B中的數(shù)加到A中去。2.面向過(guò)程語(yǔ)言⑴FORTRAN語(yǔ)言（公式翻譯語(yǔ)言）⑵ALGOL60（算法語(yǔ)言）⑶COBOL（用于事務(wù)處理的通用語(yǔ)言）⑷BASIC（初學(xué)者通用符號(hào)指令碼）⑸PL/1（程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1）⑺Ada語(yǔ)言⑹PASCAL語(yǔ)言⑻C語(yǔ)言3.面向?qū)ο笳Z(yǔ)言⑴C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言⑵VisualBasic程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言4.網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)的第五代語(yǔ)言。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，尤其進(jìn)到21世紀(jì)后，Internet得到了更為廣泛的應(yīng)用。Java語(yǔ)言（Javalanguage）是一種簡(jiǎn)捷的、面向?qū)ο蟮?、用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，由SUN公司（漢語(yǔ)簡(jiǎn)稱“太陽(yáng)公司”）于1995年5月正式對(duì)外發(fā)布。

任務(wù)9面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)[任務(wù)描述]本任務(wù)通過(guò)案例學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)。案例

用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序：輸入一個(gè)年份，判斷該年份是否是潤(rùn)年。[相關(guān)知識(shí)與技能]⑴單分支選擇語(yǔ)句格式：If(條件表達(dá)式)

語(yǔ)句塊語(yǔ)句功能：當(dāng)條件為True（真）時(shí)，執(zhí)行后面的語(yǔ)句塊。[方法與步驟]⑵兩分支選擇結(jié)構(gòu)語(yǔ)句格式：If(條件表達(dá)式)語(yǔ)句塊1else語(yǔ)句塊2本案例可采用選擇結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單分支選擇結(jié)構(gòu)有兩種語(yǔ)句格式：C語(yǔ)言的歷史背景C語(yǔ)言是AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的DennisRitchie和KenThompson

在B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的(1972or1973)UNIX操作系統(tǒng)是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的1982年ANSI工作小組開(kāi)始建立C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSI:AmericanNationalStandardsInstitute1990年ANSIC被接受為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ANSIC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用C編寫(xiě)的程序的格式，并確定了如何解釋這些程序ANSIC的目的是促進(jìn)C程序在各種機(jī)器上的可移植性、可靠性、可維護(hù)性和有效執(zhí)行目前所有主要的C編譯器都遵循ANSIC標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)10面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)[任務(wù)描述]通過(guò)案例學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。案例

用VB6.0編寫(xiě)程序，該應(yīng)用程序由一個(gè)圖像框控件、一個(gè)定時(shí)器控件和兩個(gè)命令按鈕組成，運(yùn)行程序時(shí)，若單擊start按鈕，則地球滾動(dòng)；基單擊end按鈕，則結(jié)束運(yùn)行。[相關(guān)知識(shí)與技能]面向?qū)ο?，是基于?duì)象概念，以對(duì)象為中心，以類和繼承為構(gòu)造機(jī)制，來(lái)認(rèn)識(shí)、理解、刻畫(huà)客觀世界和設(shè)計(jì)、構(gòu)建相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。對(duì)象是由屬性（即數(shù)據(jù))和事件（即程序）組成的封裝體，與客觀實(shí)體有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一個(gè)對(duì)象類定義了具有相似性質(zhì)（屬性）的一組對(duì)象。而繼承性是對(duì)具有層次關(guān)系的類的屬性和操作進(jìn)行共享的一種方式。[方法與步驟](1)創(chuàng)建一個(gè)新窗體Form1?！伴_(kāi)始”→“程序”→“MicrosoftVisualBasic6.0中文版”→“MicrosoftVisualBasic6.0中文版”選項(xiàng)，啟動(dòng)VB6.0，彈出“新建工程”對(duì)話框（圖7-16）。圖7-16“新建工程”對(duì)話框（2）單擊“打開(kāi)”按鈕，創(chuàng)建“標(biāo)準(zhǔn)EXE”類型的應(yīng)用程序，進(jìn)入集成開(kāi)發(fā)環(huán)境主界面（圖7-17）。在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、編輯、編譯和調(diào)試等工作。集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的頂部有標(biāo)題欄、主菜單和工具欄，下部有幾個(gè)子窗口：工具箱、窗體窗口、工程窗口、屬性窗口及窗體布局窗口，根據(jù)需要，這些子窗口可以被關(guān)閉或打開(kāi)。圖7-17集成開(kāi)發(fā)環(huán)境主界面（3）將“工具箱”中的命令按鈕控件、圖像框控件和定時(shí)器控件依次拖放到窗體上，在窗體上創(chuàng)建4個(gè)控件：命令按鈕Command1和Command2、圖像框Image1、定時(shí)器Timer1

控件（圖7-18）。圖7-18應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì)（4）設(shè)置對(duì)象的屬性：表7-2。對(duì)象類型默認(rèn)對(duì)象名屬性設(shè)置窗體Form1Caption滾動(dòng)的地球命令按鈕Command1CaptionstartCommand2Captionend圖像框Image1名稱ballPictureEarth圖片定時(shí)器Timer1Interval50Enabledfalse（5）編寫(xiě)代碼。雙擊命令按鈕，進(jìn)入按鈕Click事件過(guò)程，添加以下代碼：DimX,Y,a,bAsSinglePrivateSubCommand1_Click()Timer1.Enabled=True'單擊start按鈕，定時(shí)器開(kāi)始工作EndSubPrivateSubCommand2_Click()Timer1.Enabled=False'單擊end按鈕，定時(shí)器停止工作EndSub雙擊窗體空白處，添加以下代碼：PrivateSubForm_Load()

Setball.Picture=LoadPicture(App.Path+"\earth.ico")

'運(yùn)行時(shí)將地球圖標(biāo)裝入圖片框中X=10Y=10a=50b=80EndSub雙擊定時(shí)器控件，添加以下代碼：PrivateSubTimer1_Timer()ball.MoveX,YX=X+aY=Y+bIfX>=Form1.Width-ball.WidthThena=-20IfY>=Form1.Height-ball.HeightThenb=-30IfX<=0Thena=15IfY<=0Thenb=3