唐良荣《计算机导论-计算思维和应用技术》第2章 程序语言A

第1页共96页《计算机导论——计算思维和应用技术》计算机第2章程序语言2.1程序特征2.2程序结构2.3程序员语言介绍2.4软件开发方法2.1.3C语言程序结构2.1.4程序解释与编译2.1.5程序编辑与运行2.1.1程序语言的发展2.1.2程序语言的类型第2页共96页2.1.1程序语言的发展1、为程序设计做出杰出贡献的科学家（1）艾伦·佩利与程序设计语言•艾伦·佩利贡献：•1958年主持设计了ALGOL程序语言；•最早将程序设计引入了大学课堂；•1960年代，在卡内基-梅隆大学建立最早的计算机科学系。•1982年，发表名文“编程箴言”•艾伦·佩利名言：如果你给别人讲解程序时，看到对方点头了，那你就拍他一下，他肯定是睡觉了。第3页共96页2.1.1程序语言的发展（2）迪科斯彻与结构化程序设计•迪科斯彻贡献：•1960年开发了ALGOL60编译器；•提出“Goto语句有害论”（广泛用于结构化程序设计）；•解决“哲学家就餐”问题（操作系统中信号量算法）；•发明图论中最短路径算法（应用广泛的网络路由算法）；•银行家算法的创造者（广泛用于操作系统的算法）。•迪科斯彻名言：•编程的艺术就是处理复杂性的艺术。•简单是可靠的先决条件。•计算机会不会思考这个问题就像问潜水艇会不会游泳一样。哲学家就餐问题第4页共96页2.1.1程序语言的发展（3）高德纳与数据结构•高德纳贡献：•创建了算法分析领域；•开创了数据结构的最初体系；•《计算机程序设计艺术》是计算机界最受敬重的参考书；•提出文学编程的概念；•开发了KnuthMorrisPratt（字符串查找）算法；•开发了TEX排版软件，成为科技论文的排版程序。•高德纳名言：•如果我们有再三思考的机会，几乎没有一件事情是不能被简化的。•计算复杂性理论研究计算模型在各种资源（时间、空间等）限制下的计算能力。•虽然计算机科学非常美妙，但它也不可能包办一切！第5页共96页2.1.1程序语言的发展【扩展】中国最早的程序员。中国第一个程序员：董铁宝（1956年）中国第一个女程序员：张绮霞（1957年）计算所成立的第一个程序设计组（1958年）第6页共96页2.1.1程序语言的发展【扩展】1956年，教育部从上海交通大学抽调电机专业高年级学生，到清华大学转学新成立的计算机专业，1957年中国第一批计算机专业学生毕业。第7页共96页2.1.1程序语言的发展2、不同类型程序语言的发展•高级程序语言使得程序设计不再过度地倚赖特定的计算机硬件设备。•最古老的高级程序语言：•FORTRAN•COBOL•ALGOL•LISP第8页共96页2.1.1程序语言的发展3、为什么有这么多程序语言•程序语言已超过上千种（维基百科）；•很多人试图创建一种通用程序语言，但没有一次尝试是成功的。•多种程序语言的原因：•没有一种程序语言可以解决所有问题；•环境变化时，需要新程序语言适用它；•编程新手与高手之间的技术差距非常大；•不同程序语言的运行效率和开发成本不相同。第9页共96页2.1.1程序语言的发展4、程序设计语言的学习•大部分应用程序开发具有初中知识水平即可；•程序设计中需要记忆的英文单词并不多；•高水平编程需要查阅相应的英文技术文档：•例如，如API（应用程序编程接口），•例如，SDK（软件开发工具包），•例如，MSDN（微软开发人员网络）。•学习编程语言的方法：•多阅读优秀源程序；•多练习编写程序；•多思考如何解决身边的问题。第10页共96页2.1.1程序语言的发展5、程序语言的发展趋势•程序语言结构变化很少，主要成绩是设计框架和设计工具的改进。•例如，微软.NETFramework框架有超过1万个类和10万个方法（子程序）。•例如，程序集成开发环境包含：指令彩色显示，指令和函数提示，错误提示，自动递进，自动收缩，集成调试器和编译器等。•语言抽象级别越高，语言表现力越强大。•程序语言发展趋势：•声明式编程风格，例如，Prolog、SQL、函数式编程等；•动态程序语言，例如，PHP、Python等；•并行编程，例如，UPC、Go等。第11页共96页2.1.1程序语言的发展•【案例】程序设计语言之间的相互影响。计算机第12页共96页《计算机导论——计算思维和应用技术》第2章程序语言1.1.1计算机的发展2.1程序特征2.1.1程序语言的发展2.1.2程序语言的类型2.1.3C语言程序结构2.1.4程序解释与编译2.1.5程序编辑与运行第13页共96页2.1.2程序语言的类型1、程序语言的基本功能•程序语言是计算机指令执行流程的形式化语言。•程序语言规范：•数据类型和数据结构；•指令类型和指令控制；•调用机制和库函数；•以及不成文的规定，如，递进书写、变量命名等。第14页共96页2.1.2程序语言的类型2、程序语言的基本组成（1）指令及指令流程控制•程序由多条语句组成。•语句有规定的关键字和语法结构。（2）程序语言基本组成•数据成分，如：数值、字符、数组等；•运算成分，如：四则运算、逻辑运算等；•控制成分，如：选择、循环、调用等；•传输成分，如：实参与形参、返回值等。第15页共96页2.1.2程序语言的类型3、程序语言的类型（1）程序语言的分类•程序功能：算法描述型语言，如C、Java等；数据描述型语言，如HTML、XML等。•编程难易：低级语言，如汇编语言；高级语言，如C、Java等。•设计风格：命令式语言，结构化语言，面向对象语言，函数式语言，脚本语言等；•应用领域：通用程序语言，如C、Java等；专用程序语言，如VHDL、TCL等；•执行方式：解释型语言，编译型语言，编译+解释型语言。第16页共96页2.1.2程序语言的类型（2）机器语言•机器语言是以二进制代码表示的指令集合。•优点：占用内存少、执行速度快；•缺点：难编写、难阅读、难修改、难移植。早期手工编写的机器语言程序第17页共96页2.1.2程序语言的类型•【案例】机器语言。指令部份示例1、0000代表加载（LOAD）2、0001代表存储（STORE）暂存器部份示例1、0000代表暂存器A2、0001代表暂存器B存储器部份示例1、000000000000代表地址为0的存储器2、000000000001代表地址为1的存储器3、000000010000代表地址为16的存储器4、100000000000代表地址为211的存储器集成示例1、0000,0000,000000010000代表LOADA,162、0000,0001,000000000001代表LOADB,13、0001,0001,000000010000代表STOREB,164、0001,0001,000000000001代表STOREB,1第18页共96页2.1.2程序语言的类型（3）汇编语言•汇编语言是用简单符号（助记符）表示二进制代码指令的语言。•汇编语言与机器语言本质上相同。•不同CPU（如ARM与Intel的CPU）的机器指令不同，它们的汇编语言也不同。汇编程序的运行第19页共96页2.1.2程序语言的类型•【案例】汇编语言与机器语言指令。汇编指令机器指令指令说明内存地址机器代码MOVAL，620010000011010110000将地址为2001的内存单元中的数据（6），传送到AL寄存器ADDAL，220030000001000000100将地址2003内存单元中的数据（2）取出，将AL寄存器中数据（6）取出，两者相加后，结果仍然保存在AL寄存器MOVSUM，AL2005000000000101000010100010将AL寄存器中的数据（8）送到SUM存储单元HLT200811111000停机（指程序停止运行）第20页共96页2.1.2程序语言的类型（4）高级程序语言•高级语言将许多机器指令合并成一条高级程序指令。•2014年流行程序语言如表2-2所示。排名程序语言语言特色1C结构化，处理能力强，可对硬件编程，通用性语言2Java面向对象，跨平台，多线程等，广泛用于网络和手机编程3Objective-C面向对象，扩充C语言，苹果计算机和智能手机编程4C++面向对象，功能强大，过于复杂，大型系统软件开发5PHP脚本语言，易于学习，开源免费，网络Web程序开发6C#面向对象，跨平台性不佳，网络Web程序开发7VisualBasic面向对象，简单易学，运行效率较低，一般软件开发8Python脚本语言，面向对象，语法简洁。系统管理和网络程序开发9Perl脚本语言，操作文本容易，开源免费，网络Web程序开发10JavaScript脚本语言，易于学习，开源免费，网络Web程序开发第21页共96页2.1.2程序语言的类型【扩展】CodeForge网站2014年中国程序员调查报告。•男女比例：男性80%，女性20%；•喜欢语言：C++(24.5%)，C(21.7%)，Java(12.3%)，C#(10.8%)，Matlab#(8.4%)。•地区分布：广东(14.9%)，北京(13.2%)，江苏(7.6%)，上海(6.4%)，山东(5.3%)，浙江(5.3%)，陕西(4.9%)，湖北(4.7%)，四川(4.4%)。•程序员年龄：20-29占33.5%，30-39占36.3%，40-49占10.6%，50-59占1.7%。•使用操作系统：Win7占61.3%，WinXP占20.2%，Win8占12.%，MacOS占3.3%，Linux占2%。第22页共96页《计算机导论——计算思维和应用技术》第2章程序语言1.1.1计算机的发展2.1程序特征2.1.1程序语言的发展2.1.2程序语言的类型2.1.3C语言程序结构2.1.4程序解释与编译2.1.5程序编辑与运行第23页共96页2.1.3C语言程序结构1、C语言程序案例•【例2-2】编写“hello.c”C语言程序。•函数的一般结构：[函数类型]函数名（函数参数表）/*函数说明部分*/{说明语句部分；执行语句部分；/*函数体部分*/}⑴⑵⑶⑷⑸#includestdio.hvoidmain(){printf(HelloWorld!\n);}/*文件包含的库函数*//*主函数*//*函数体开始*//*输出语句*//*函数体结束*/头文件主函数第24页共96页2.1.3C语言程序结构•【例2-3】编制C语言程序，随机输入2个整数，输出其中较大的一个数。程序包括一个主函数main()和一个被调用的自定义函数max()。⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀#includestdio.hvoidmain(){intmax();inta,b,c;scanf(%d,%d,&a,&b);c=max(a,b);printf(max=%d\n,c);}intmax(intx,inty){intz;if(xy)z=x;elsez=y;return(z);}/*头文件，包含库函数stdio.h*//*void是函数类型，main是主函数名*//*主程序开始，自定义函数max为整型数*//*声明a、b、c变量为整型数*//*scanf为输入语句，%d为格式符*//*调用max自定义函数，传递实参a，b值*//*显示“max=”和c值，主程序结束*//*自定义函数max的x，y为形参*//*{为函数开始符，变量z为整型数*//*判断语句，(xy)是表达式*//*z=x、z=y是赋值语句，将y值赋给z*//*将z值返回主函数main；}为函数结束符*/主函数(主程序)自定义函数(子程序)第25页共96页2.1.3C语言程序结构2、C语言程序的主要结构•C语言程序构成•C语言程序由函数构成；•每个C程序必须有一个主函数main；•程序由“函数头部”和“函数体”组成。•程序注释•C语言中/**/之内为程序注释；•程序注释部分不会执行；•程序代码说明“怎样做”；•程序注释说明“为什么”这样做；•程序注释是为了增强程序的易读性和可维护性。第26页共96页2.1.3C语言程序结构•【案例】C语言程序结构。第27页共96页《计算机导论——计算思维和应用技术》第2章程序语言1.1.1计算机的发展2.