1、第二章 程序設(shè)計語言,程序設(shè)計語言是人機交換信息的媒體，也是人人交換信息的工具 2.1 高級程序設(shè)計語言概述 最初的語言是機器語言,例：AXAX46,用容易記憶的英文單詞代替約定的指令，易讀寫程序, 導致了匯編語言的誕生,使用匯編語言編程需要： 直接安排存儲，規(guī)定寄存器、運算器動作次序 了解數(shù)據(jù)表示的約定（定點、浮點、雙精度） 不同的計算機在指令長度、尋址方式、寄存器數(shù)目、指令表示等都時不同，使得匯編程序不僅不可移植而且讀起來也很費勁 導致了高級語言的出現(xiàn),例,匯編：,2.2 高級程序設(shè)計語言實現(xiàn)計算的方式,高級語言程序必須經(jīng)過翻譯變成機器語言程序 翻譯有兩種做法：編譯和解釋，相應(yīng)的翻譯工具分

2、別叫做編譯器和解釋器 2.2.1 編譯器工作原理 首先是識別符號串：關(guān)鍵字、字面量、標識符、運算符、注釋行、特殊符號等六類符號，這個過程就是詞法分析（Lexical Analysis） 第二步作語法分析（Syntax Analysis）一個語句就作為一串記號流由語法分析器處理。按照語言的文法檢查每個語法分析樹,第三步作語義分析（Semantic Analysis）對各句子的語法樹作檢查：運算符兩邊類型是否相兼容；該作哪些類型轉(zhuǎn)換；控制轉(zhuǎn)移到不該去的地方；是否有重名等等。若有錯轉(zhuǎn)出錯處理，否則生成執(zhí)行代碼 第四步是中間代碼生成。中間代碼是向目標碼過渡的一種編碼，形式盡可能和機器的匯編語言相似，但

3、不涉及具體機器的操作碼和地址碼。好處是可在中間碼上作優(yōu)化 第五步是優(yōu)化。對中間碼程序作局部和全局優(yōu)化，使運行更快，占用空間最小 第六步是代碼生成 。 生成目標機器的目標碼（或匯編）程序,高級語言源程序經(jīng)編譯后，得到的目標模塊還需進行連接。連接程序（即Linker）找出需要連接的外部模塊并到模塊庫中找出被調(diào)用的模塊，調(diào)入內(nèi)存并連接到目標模塊上，形成可執(zhí)行程序。,2.2.2 高級語言程序的解釋執(zhí)行,解釋執(zhí)行需要有一個解釋器(lnterpretor )，它先作詞法分析，建立內(nèi)部符號表； 再作語法和語義分析，即以中間碼建立語法樹，并作類型檢查。 完成檢查后把每一語句壓入執(zhí)行堆棧，壓入后立即解釋執(zhí)行,操

4、作系統(tǒng)的命令、BASIC、VB、Prolog、LISP、Java、Java Script、Post Script都是解釋執(zhí)行的，各種應(yīng)用軟件提供的界面語言（一般都很?。┒喟胧墙忉寛?zhí)行的。 解釋器不大，工作空間也不大、能根據(jù)程序執(zhí)行情況決定下一步做什么（人工智能經(jīng)常是這樣的）是它的優(yōu)點， 不過，解釋執(zhí)行難于優(yōu)化、效率較低，這是這類語言的致命缺點,2.3 高級程序設(shè)計語言基本特征,2.3.1 變量、表達式、賦值 計算的數(shù)據(jù)對象特別是計算結(jié)果的對象在編程時是不存在的。我們只能用變量表示它 例:已知三角形三邊長度求面積： s := 0.5*(a+b+c) area := sqrt(s*(s-a)*(s

5、-b)*(s-c) 其中a,b,c,s,area是變量,0.5是常量（也是字面量），“+”和“*”是運算符,sqrt是開平方函數(shù) 表達式是常量、變量、函數(shù)調(diào)用或者由它們和運算符組成的序列 :=是賦值號它將右端表達式算出的結(jié)果賦給左端的變量,2.3.2 程序的控制結(jié)構(gòu)1.條件語句,有了條件判斷if(E)then TB else FB endif，打破了自上至下逐句執(zhí)行的模式 當表達式E為真時，執(zhí)行TB塊那一組語句 為假時跳過TB塊執(zhí)行FB塊那一組語句 早期的if 語句借助goto語句改變執(zhí)行順序,但這種無條件goto不能保證結(jié)構(gòu)的完整性，即另外某處也可以goto到這個條件分支中,2迭代語句,例如

6、，求自然數(shù)1到10000之和的程序,迭代結(jié)構(gòu)的一般式有幾種：,while (E) do S enddo 表達式E為真執(zhí)行S ，直至E為假 （a）當循環(huán),do S Until (E) 先執(zhí)行S再查看E， E為真不重復 (b) 直到循環(huán),for (i=E0；E1；E2)do S enddo i得初值E0，判斷iE2，執(zhí)行S后i增量E1，判斷若iE2， 出for-do (c) 計數(shù)循環(huán),（1）結(jié)構(gòu)化程序控制,（2）其它控制結(jié)構(gòu),方便使用的變體： Case語句是嵌套if的簡化,Do-until，for-do均為while-do變體,其它控制 Call-return ： 程序單元間的轉(zhuǎn)移，執(zhí)行后返回原地

7、。 Exception-raise： 程序出了異常情況，raise(引發(fā))后，正常執(zhí)行轉(zhuǎn)到異常處理程序段，并不再返回。在C+中，使用的是try throw結(jié)構(gòu)，在VB中是ON ERROR GOTO 語句。 Abort(STOP) ： 強行停止執(zhí)行。 Exit： 轉(zhuǎn)到本程序塊末端。 Delay XX ： 延遲XX時間后繼續(xù)執(zhí)行。,2.3.2 數(shù)據(jù)類型,計算機中計算對象（不管是常量、變量）都是有類型的，類型不同內(nèi)部表示不同，就是象12+32.7這種簡單的計算也是不允許的，要先做類型轉(zhuǎn)換才能計算 1.常用的基本類型,強類型語言（所謂強類型，就是編譯時所有變量類型均確定，類型轉(zhuǎn)換必須顯式地給出） 無類

8、型語言則無需變量的類型聲明，給它什么值它就是什么類型。 2. 數(shù)組 Dim Names(15) As String 聲明16個元素數(shù)組，每個元素都是字符串類型 Dim Matrix(9，9) As Double 是10*10=100元素的方陣，元素為雙精度浮點數(shù) 不同類型的一維數(shù)組能否組成一多維數(shù)組？一般語言不可以，VB利用Variant可以把它們聯(lián)接起來并把它叫做數(shù)組的數(shù)組,3. 記錄,相同或不同類型數(shù)據(jù)組成的結(jié)構(gòu)叫記錄。 記錄型記錄了對象的屬性信息，記錄的各個組成部分，稱為記錄域，各個域的數(shù)據(jù)類型可以不相同。 用VB聲明的一個例子： Type Person Record Name As S

9、tring Age As Integer Sex As String Telnumber As String Lable As Integer Endtype,在VB中，可以這樣聲明數(shù)組型變量： Dim Student1 As Person Record 訪問記錄元素用點表示法： Student1.Name=“ChangShan” Student1. Age=20 Student1. Sex=“Male” Student1. Telnumber=“(010)62783294”,4.指針類型,在講述指針之前，讓我們首先來看一個例子(我們采用C語言來描述)： int I; /* 定義一個整型變量

10、I */ I=1; /* I賦值為1 */ I=I+1: /* 表達式計算 */ 計算機語言中的變量，代表的只是計算機內(nèi)存中的一個存儲單元，單元中存放的內(nèi)容是變化的 若變量中存放的不是對象，而是另一個變量在計算機內(nèi)存中的存儲地址，則 這種變量被稱為指針變量,變量P中存放的是另一個變量A的地址，而變量A中存放的卻是數(shù)值：123,提供指針類型的語言一般都提供兩種與指針有關(guān)的操作：取地址操作和取值操作 取值操作取的是指針所指的變量的值，*P=123 取地址操作取的是變量的內(nèi)存地址，P= -引用 Function F(X，Y:float) return float; -傳值,2.3.6 變量的生命期和

11、Static變量,程序中的變量生命期隨其聲明所在程序塊而異 按其“壽命”的長短有：,若需要一個局部變量在局部程序塊消失后依然保留其值，又不希望它是全局變量被該局部塊以外的程序引用，則可使用靜態(tài)(Static)局部變量 注意：Static 變量在局部模塊中聲明,2.3.7 輸入/輸出,程序的輸入/輸出分作兩大類： 一類是程序之間以文件形式進行數(shù)據(jù)傳遞。 另一類是人機交互， 一般由高級程序設(shè)計語言以過程調(diào)用的形式實現(xiàn)。過程在高級語言內(nèi)部通過操作系統(tǒng)調(diào)用完成,2.4 面向?qū)ο蟪绦蛘Z言的基本特征,面向?qū)ο笳Z言是過程式語言的進一步發(fā)展。 2.4.1 對象概述,過程式程序的結(jié)構(gòu)是層層調(diào)用，下層程序除自己聲

12、明的數(shù)據(jù)而外共享上層程序聲明的數(shù)據(jù) 一個子程序改動了共享數(shù)據(jù)則另一個必然受影響。我們叫它數(shù)據(jù)耦合,“分而治之”的思想使我們想到進一步封裝，即把相關(guān)的數(shù)據(jù)與過程裝在一起，盡可能讓它獨立。 設(shè)想有一程序有100個子程序，經(jīng)過分析，這100個子程序并不是每個子程序都要用到所有的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)相關(guān)和程序相關(guān)（有嵌套調(diào)用）的分成組。,這樣封裝的程序塊是一個復雜的計算對象，私有的數(shù)據(jù)描述了本對象的狀態(tài)，操作表示了本對象的行為 對象接受外界的消息而動作，改變對象內(nèi)部的狀態(tài),數(shù)據(jù)叫做對象的屬性(Attribate)， 操作則改稱方法(Method)， 即改變屬性的方法。對象間相互只有通信，“調(diào)用”方法叫發(fā)消息（

13、Message),2.4.2 類與對象,對象是封裝了屬性和方法的實體，客觀世界的對象往往有許多相似之處，我們沿用程序中表達數(shù)據(jù)的抽象辦法，定義一類對象然后聲明它的不同實例。 Dim v As Double v是雙精型的數(shù)據(jù)變量 Dim OK As Command Button OK是按鈕類的對象變量 這個類CommandButton是系統(tǒng)事先定義好的，OK是它的實例對象。有著和CommandButton一樣的屬 性和方法，只是要給出各屬性的值。 類是生成實例的樣板，是實例加工廠,堆棧類,Class char_stack int size /私有屬性 char *tos， *end; char

14、*s public： /公共方法 char_stack (int sz); char_stack(); int push (char c); char pop(); char top(); ;,再單寫各方法定義，如： int char_stack:push(char c) return *tos=end? *tos+=c：0; ,有了這個類就可以對實例對象作計算了,下面給出該類的使用例子： main() char c char_stack stk1(100) /聲明一實例對象stk1 stk1.push(%) /壓入%到stk1中 stk1.push (#) c=stk1.pop() /從stk1中彈出一字符 if (stk1.top()=#). else ,2.4.3 類定義,類封裝了屬性和方法 類中的成員原則上是類私有（private)的，外部是看不到也不得訪問的。 為了保證與類外界通信可以定義公有（public）屬性。上例中屬性全部是私有方法全部是公有的。當然，也可以定義公有數(shù)據(jù)和私有方法 由于類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復雜，類一般有構(gòu)造（實例的）函數(shù)（constructor）和析構(gòu)函數(shù)（Destructor）。它們都可以重復定義多次（以不同的方法構(gòu)造實例）,面向?qū)ο蟮姆庋b性可以支持各獨立對象的協(xié)作計算，不需要主控對象。 在其它類的方法定義中，可以嵌入向另外一些類發(fā)消息的