1第7章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)本章目標(biāo)理解程序、軟件、程序開發(fā)的概念了解程序設(shè)計(jì)的基本過(guò)程了解常見程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特性理解匯編、編譯、解釋等概念理解算法基本概念以及常用算法描述工具了解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的基本思想理解三種基本控制結(jié)構(gòu)的使用27.1程序和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言7.1.1程序設(shè)計(jì)的概念計(jì)算機(jī)程序指為完成某一個(gè)任務(wù)或解決某一個(gè)特定問(wèn)題而采用某一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的指令集合。計(jì)算機(jī)程序的共同特性目的性程序都是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)或完成某個(gè)功能。確定性程序中的每一條指令都是確定的。有窮性一個(gè)程序應(yīng)當(dāng)包含有限的操作步驟，能夠在一定時(shí)間范圍內(nèi)完成。有序性程序的執(zhí)行步驟是有序的。37.1.2指令和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言1.計(jì)算機(jī)指令指令（Instruction）就是給計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令，它告訴計(jì)算機(jī)要做什么操作、參與此操作的數(shù)據(jù)來(lái)自何處、操作結(jié)果又將送往哪里。一臺(tái)計(jì)算機(jī)有多種指令，這些指令的集合稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。42.程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（1）機(jī)器語(yǔ)言(MachineLanguage)以計(jì)算機(jī)所能理解和執(zhí)行的以“0”和“1”組成的二進(jìn)制編碼表示的命令，稱為機(jī)器指令，這是所有語(yǔ)言中唯一能被計(jì)算機(jī)直接理解和執(zhí)行的指令。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別、執(zhí)行效率高缺點(diǎn)：難記憶、難書寫、編程困難、可讀性差且容易出現(xiàn)編寫錯(cuò)誤。可移植性差。5（2）匯編語(yǔ)言采用助記碼與符號(hào)地址來(lái)代替機(jī)器指令中的操作碼與操作數(shù)。如用ADD表示加法操作，用SUB表示減法操作。用匯編語(yǔ)言編寫的程序必須經(jīng)過(guò)匯編程序翻譯成機(jī)器指令后才能在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。由于匯編語(yǔ)言實(shí)際上是與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)的，所以匯編語(yǔ)言仍然不通用。6

（3）高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言是更接近自然語(yǔ)言、更接近數(shù)學(xué)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。優(yōu)點(diǎn)：符合人類敘述問(wèn)題的習(xí)慣，而且簡(jiǎn)單易學(xué)。常用的高級(jí)語(yǔ)言BASIC（VisualBasic）、Pascal、Delphi、FORTRAN、COBOL、C、C++、Java等。77.1.3語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理程序處理高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言的工具（1）匯編程序?qū)⒂脜R編語(yǔ)言編寫的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的目標(biāo)程序8（2）解釋程序?qū)⒏呒?jí)語(yǔ)言編寫的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言指令時(shí)，有兩種翻譯方式，分別是“解釋”方式和“編譯”方式，分別由解釋程序和編譯程序完成。解釋方式是通過(guò)解釋程序?qū)υ闯绦蛞贿叿g一邊執(zhí)行，早期的BASIC語(yǔ)言采用的就是解釋方式9（3）編譯程序編譯過(guò)程：1）將源程序編譯成目標(biāo)程序，其擴(kuò)展名是.OBJ2）通過(guò)連接程序?qū)⒛繕?biāo)程序和庫(kù)文件相連接形成可執(zhí)行文件，可執(zhí)行文件的擴(kuò)展名是.EXE大多數(shù)高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序采用編譯的方式，不同的高級(jí)語(yǔ)言對(duì)應(yīng)了不同的編譯程序。編譯后形成的可執(zhí)行文件獨(dú)立于源程序，因此可以反復(fù)地運(yùn)行，因此運(yùn)行速度較快。107.1.4常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介1.8086匯編語(yǔ)言一種低級(jí)語(yǔ)言，其指令集只適用于Intel80x86系列微處理器。目前使用場(chǎng)合：要求程序盡可能短或速度要求很高的場(chǎng)合；把8086匯編語(yǔ)言嵌入到部分高級(jí)語(yǔ)言中；編寫系統(tǒng)軟件如操作系統(tǒng)、多媒體底層控制時(shí)使用，目的是為了控制硬件112.BASIC最早是為初級(jí)編程者設(shè)計(jì)

Beginner’sAll-purposeSymbolicInstructionCode初學(xué)者通用符號(hào)指令代碼。后期版本GW-BASIC、QUICK-BASIC等目前流行版本Microsoft的VisualBASIC（VB）123.FORTRAN目前流傳的版本是FORTRAN77和FORTRAN90。FORTRAN對(duì)于數(shù)值類型和計(jì)算功能支持較強(qiáng)，為了公式計(jì)算而設(shè)計(jì)，一般被用來(lái)在大型機(jī)或小型機(jī)上編制科學(xué)計(jì)算程序。134.COBOLCOBOL（CommonBusinessOrientedLanguage，面向商業(yè)的通用語(yǔ)言）面向商業(yè)應(yīng)用的高級(jí)語(yǔ)言，適合于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的事務(wù)處理。145.CC語(yǔ)言是為了改寫UNIX操作系統(tǒng)而誕生的設(shè)計(jì)初衷就是為了編寫系統(tǒng)軟件和增加可移植性。C語(yǔ)言帶有匯編語(yǔ)言的接口，給程序員帶來(lái)很大的靈活性程序速度快、效率高156.C++C++語(yǔ)言是支持面向?qū)ο蟮腃語(yǔ)言，保留了C語(yǔ)言的幾乎全部特性?，F(xiàn)在比較流行的版本是Microsoft的VisualC++和Borland的C++Builder。167.PascalPascal最初是上世紀(jì)70年代為幫助學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程而開發(fā)的編譯型語(yǔ)言，它開了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的先河。Borland公司的Delphi語(yǔ)言內(nèi)核為Pascal，但是加入了面向?qū)ο蠛涂梢暬_發(fā)，是目前廣為流行的商業(yè)開發(fā)工具，以控件豐富而享譽(yù)業(yè)界。178.ALGOLALGOL這個(gè)名字來(lái)源于兩個(gè)單詞：ALGOrithmicLanguage（算法語(yǔ)言）在FORTRAN的基礎(chǔ)上加入的許多新想法而產(chǎn)生的。幾種著名的語(yǔ)言BASIC、C、Pascal都得益于它。189.JavaJava的得名源自于一種咖啡，以C++為基礎(chǔ)的但更適合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。使用動(dòng)態(tài)和交互式內(nèi)容創(chuàng)建Web頁(yè)面、開發(fā)大規(guī)模企業(yè)應(yīng)用程序、增強(qiáng)Web服務(wù)器以及提供用于消費(fèi)設(shè)備（如無(wú)線電話和個(gè)人數(shù)字助理等）的應(yīng)用程序。1910.Prolog和LISP這是兩種解釋型語(yǔ)言，用于人工智能中的邏輯推理計(jì)算。用事實(shí)（facts）和規(guī)則（rules）構(gòu)成語(yǔ)句集合，由計(jì)算機(jī)根據(jù)規(guī)則及事實(shí)進(jìn)行符號(hào)推理計(jì)算，回答一個(gè)提問(wèn)的“真”或“假”。20腳本語(yǔ)言基于解釋器的服務(wù)器端腳本語(yǔ)言：支持ASP文檔的VBScript（Microsoft的VisualBASIC的一個(gè)子集）；編寫CGI接口的Perl語(yǔ)言；開放源代碼的Python和PHP語(yǔ)言；Javaservlet和JSP；客戶端的腳本程序：JavaScript（Java的子集）。217.2程序設(shè)計(jì)的過(guò)程程序設(shè)計(jì)過(guò)程包括五個(gè)階段工作：?jiǎn)栴}定義、算法設(shè)計(jì)、程序編制、調(diào)試運(yùn)行以及整理文檔。7.2.1問(wèn)題定義也稱為問(wèn)題描述或問(wèn)題分析，是對(duì)將要交給計(jì)算機(jī)的任務(wù)做出定義，并最終翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的語(yǔ)言。（1）輸入：確定已知的條件或已有的數(shù)據(jù)。（2）處理：希望計(jì)算機(jī)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些加工。（3）輸出：定義希望得到哪些結(jié)果，結(jié)果的輸出形式22【例7.1】?jī)蓚€(gè)正整數(shù)求其最大公因數(shù)的問(wèn)題定義。數(shù)學(xué)定義：給定兩個(gè)正整數(shù)P和Q，同時(shí)能夠整除P和Q且是最大的因數(shù)，稱最大公因數(shù)。問(wèn)題定義：（1）輸入：P和Q是有限位數(shù)的整數(shù)，通過(guò)鍵盤錄入（2）處理：計(jì)算這兩個(gè)數(shù)的最大公因數(shù)；（3）輸出：最大公因數(shù)的結(jié)果在屏幕上顯示。23【例7.2】求解一元二次方程根的問(wèn)題定義。數(shù)學(xué)定義：給定一元二次方程的三個(gè)系數(shù)后，可以根據(jù)判別式的三種不同情況計(jì)算該方程的兩個(gè)實(shí)根、等根或虛根。問(wèn)題定義如下：（1）輸入：一元二次方程的三個(gè)系數(shù)，都是實(shí)數(shù)，通過(guò)鍵盤錄入；（2）處理：計(jì)算判別式確定方程根的三種不同情況（3）輸出：分別顯示三種不同情況的結(jié)果。247.2.2算法設(shè)計(jì)算法是根據(jù)問(wèn)題定義中的信息得來(lái)的，是對(duì)問(wèn)題處理過(guò)程的進(jìn)一步細(xì)化，是在編制程序代碼之前對(duì)處理思路的一種描述，描述方法有些是來(lái)自數(shù)學(xué)問(wèn)題的解題過(guò)程。25【例7.3】?jī)蓚€(gè)正整數(shù)求其最大公因數(shù)的算法描述。（1）任意輸入兩個(gè)正整數(shù)分別保存到變量P和Q中；（2）如果P<Q，交換P和Q的值；（3）將P除以Q的余數(shù)保存到變量R中；（4）如果R=0，則執(zhí)行（8），否則執(zhí)行下一步（5）令P=Q，Q=R（6）再計(jì)算P和Q的余數(shù)放入R中（7）返回到（4）（8）Q就是所求的結(jié)果，輸出結(jié)果Q26【例7.4】?jī)蓚€(gè)正整數(shù)求其最大公因數(shù)的另一個(gè)算法描述。（1）任意輸入兩個(gè)整數(shù)分別保存到變量P和Q中；（2）如果P<Q，交換P和Q的值；（3）通過(guò)循環(huán)從大到小找出變量Q的所有因子，每次都保存到變量R中；（4）對(duì)于Q的每個(gè)因子R判斷是否也是P的因子，如果是則執(zhí)行（5）否則執(zhí)行（3）；（5）R就是P和Q的最大公因數(shù)，輸出R，程序結(jié)束。277.2.3程序編制【例7.5】用VB語(yǔ)言編寫的歐幾里德的算法程序SubMain()DimP,Q,RAsIntegerConsole.WriteLine("請(qǐng)輸入第一個(gè)整數(shù)")P=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.WriteLine("請(qǐng)輸入第二個(gè)整數(shù)")Q=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.Write("{0}和{1}的最大公因數(shù)為：",P,Q)IfP<QThenR=P:P=Q:Q=REndIfR=PModQWhileR<>0P=Q:Q=R:R=PModQEndWhileConsole.WriteLine(Q)EndSub28【例7.6】根據(jù)【例7.4】算法編寫的VB程序SubMain()DimP,Q,RAsIntegerConsole.WriteLine("請(qǐng)輸入第一個(gè)整數(shù)")P=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.WriteLine("請(qǐng)輸入第二個(gè)整數(shù)")Q=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.Write("{0}和{1}的最大公因數(shù)為：",P,Q)IfP<QThenR=P:P=Q:Q=REndIfForR=QTo1Step-1IfPModR=0AndQModR=0ThenGoTooutNextout:Console.WriteLine(R)EndSub297.2.4調(diào)試運(yùn)行找出程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤，然后進(jìn)行編輯修改，直到運(yùn)行出正確結(jié)果通常開發(fā)環(huán)境只能檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤。邏輯錯(cuò)誤只能通過(guò)輸入一些數(shù)據(jù)通過(guò)其運(yùn)行的結(jié)果來(lái)判斷，這些數(shù)據(jù)稱為測(cè)試用例。307.2.5整理文檔文檔中記錄了程序設(shè)計(jì)的算法、實(shí)現(xiàn)以及修改的過(guò)程，保證程序的可讀性和可維護(hù)性。對(duì)于小規(guī)模的程序，有沒(méi)有文檔顯得不怎么重要，但對(duì)于一個(gè)需要多人合作，并且開發(fā)、維護(hù)較長(zhǎng)時(shí)間的大型軟件來(lái)說(shuō)，文檔就是至關(guān)重要的。317.3算法的描述算法（Algorithm）是解決某個(gè)問(wèn)題的方法或步驟7.3.1算法的概念1.評(píng)價(jià)算法的指標(biāo)時(shí)間復(fù)雜度是指依據(jù)算法編寫出的程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)間的快慢；空間復(fù)雜度是指依據(jù)算法編寫出的程序在計(jì)算機(jī)上占用空間的多少。322.算法的特性（1）有窮性 （2）確定性 （3）有效性 （4）零個(gè)或多個(gè)輸入 （5）一個(gè)或多個(gè)輸出3.描述算法的工具自然語(yǔ)言、偽代碼、流程圖、盒圖、PAD圖（ProblemAnalysisDiagram）、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言等等。33【例7.7】使用自然語(yǔ)言描述計(jì)算2+4+6+……+1000的算法。解決該問(wèn)題也有很多方法：從頭至尾將每個(gè)偶數(shù)順序相加；從尾至頭將每個(gè)偶數(shù)順序相加；直接使用數(shù)列的求和公式，即計(jì)算（首項(xiàng)+末項(xiàng)）×項(xiàng)數(shù)/2；下面是按第一種方法設(shè)計(jì)的算法：（1）變量SUM最后保存偶數(shù)之和，先讓變量SUM=0（2）讓變量J=2（3）計(jì)算SUM+J，結(jié)果仍放在SUM中，即SUM=SUM+J（4）讓J=J+2（5）如果J小于或等于1000，返回執(zhí)行（3），否則執(zhí)行下一步（6）輸出結(jié)果SUM的值347.3.2流程圖描述常用流程圖符號(hào)35【例7.8】用流程圖描述歐幾里德算法36【例7.9】使用流程圖描述計(jì)算2+4+6+……+1000的算法37【例7.10】使用流程圖描述計(jì)算圓周率的算法。圓周率計(jì)算可以使用近似公式：π/4=1-1/3+1/5-1/7+……當(dāng)某一項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-7時(shí)計(jì)算結(jié)束。387.4結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法7.4.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想概述結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是以模塊化設(shè)計(jì)為中心，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)劃分為若干個(gè)相互獨(dú)立的模塊，這樣使完成每一個(gè)模塊的工作變單純而明確。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)：將原來(lái)較為復(fù)雜的問(wèn)題化簡(jiǎn)為一系列簡(jiǎn)單模塊的設(shè)計(jì)。模塊相互獨(dú)立，在設(shè)計(jì)其中一個(gè)模塊時(shí)，不會(huì)受到其它模塊的影響。模塊的獨(dú)立性可以充分利用現(xiàn)有的模塊作積木式的擴(kuò)展，為建立新系統(tǒng)帶來(lái)了不少的方便。按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的程序具有結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、易于修改和容易驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn)。397.4.2三種基本程序結(jié)構(gòu)1.順序結(jié)構(gòu)按編寫的順序由前到后執(zhí)行。40【例7.11】從鍵盤輸入圓的半徑，然后計(jì)算該圓的面積并輸出計(jì)算的結(jié)果。SubMain()ConstPIAsSingle=3.14159Dimradius,areaAsDoubleConsole.WriteLine("請(qǐng)輸入圓的半徑")radius=Convert.ToDouble(Console.ReadLine())area=PI*radius*radiusConsole.WriteLine("半徑為{0}的圓的面積是{1}",radius,area)EndSub412.選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)是根據(jù)邏輯條件成立與否，分別選擇執(zhí)行<模塊1>或者<模塊2>。VB中分支結(jié)構(gòu)使用If-Then語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，格式1：If<條件表達(dá)式>Then

語(yǔ)句塊EndIf42格式2：If<條件表達(dá)式>Then<語(yǔ)句塊1>Else<語(yǔ)句塊2>EndIf43【例7.12】從鍵盤輸入一個(gè)實(shí)數(shù)，然后對(duì)該數(shù)進(jìn)行判斷，當(dāng)該數(shù)大于或等于零時(shí)對(duì)該數(shù)進(jìn)行開平方，最后顯示計(jì)算的結(jié)果。SubMain()Dimn,mAsDoubleConsole.WriteLine("請(qǐng)輸入一個(gè)實(shí)數(shù)：")n=Convert.ToDouble(Console.ReadLine)Ifn>=0Thenm=Math.Sqrt(n)EndIfConsole.WriteLine("{0}的平方根是{1}",n,m)EndSub44【例7.13】從鍵盤輸入三個(gè)整數(shù)分別賦值給三個(gè)變量，然后將其中較大的一個(gè)賦值給第四個(gè)變量，最后輸出判斷的結(jié)果：SubMain()DimA,B,C,DAsIntegerConsole.WriteLine("請(qǐng)輸入第一個(gè)整數(shù)")A=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.WriteLine("請(qǐng)輸入第二個(gè)整數(shù)")B=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())Console.WriteLine("請(qǐng)輸入第三個(gè)整數(shù)")C=Convert.ToInt32(Console.ReadLine())45IfA>BThenD=AElseD=BEndIfIfC>DThenD=CConsole.WriteLine("{0}、{1}和{2}這三個(gè)數(shù)之間的較大數(shù)是{3}",A,B,C,D)EndSub462.循環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)型循環(huán)直到型循環(huán)內(nèi)嵌<模塊>稱為循環(huán)體47（1）For語(yǔ)句格式：For循環(huán)變量=初值To終值[Step步長(zhǎng)][語(yǔ)句塊][ExitFor][語(yǔ)句塊]Next[循環(huán)變量]48【例7.14】計(jì)算2+4+6+……+1000SubMain()Dimsum,jAsIntegersum=0Forj=2To1000Step2sum=sum+jNextConsole.WriteLine("2+4+6+……+1000={0}",sum)EndSub49（2）While語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)：

While<條件表達(dá)式>[語(yǔ)句塊]EndWhile50【例7.15】使用近似公式計(jì)算圓周率π/4=1-1/3+1/5-1/7+……當(dāng)某一項(xiàng)的絕對(duì)值小于10-7時(shí)計(jì)算結(jié)束。SubMain()DimsumAsDoubleDimn,flagAsIntegern=1：flag=1：sum=0While1/n>0.0000001sum=sum+flag/nn=n+2flag=-flagEndWhile

Console.WriteLine(sum*4)EndSub51（3）Do循環(huán)用來(lái)實(shí)現(xiàn)直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)。條件前置：Do{While|Until}<條件表達(dá)式>[語(yǔ)句塊][ExitDo][語(yǔ)句塊]Loop條件后置：Do[語(yǔ)句塊][ExitDo][語(yǔ)句塊]Loop{While|Until}<條件表達(dá)式>52【例7.15】使用Do循環(huán)計(jì)算圓周率SubM