程序设计语言和编码

• 编码阶段的任务是根据详细设计说明书编写程序
• 程序设计语言的特性和程序设计风格会深刻地影响软件的质量和可维护性
• 为了保证程序编码的质量，程序员必须深刻理解、熟练掌握并正确地运用程序设计语言的特性
• 此外，还要求源程序具有良好的结构性和良好的程序设计风格

程序设计语言

基本概念

• 程序设计语言是指用于书写计算机程序的语言，他是一种实现性的软件语言
• **语法（syntax）**用来表示构成语言的各个记号之间的组合规则，它是构成语言结构正确成分所需遵循的规则集合

如C语言中for语句的构成规则是：for（表达式1；表达式2；表达式3）语句语法中不涉及到这些记号的含义，也不涉及使用者

• **语义（semantic）**用来表示按照各种表示方式所表示的各个记号的特定含义，但它不涉及到使用者

如上述for语句中：表达式1表示循环初值；表达式2表示循环条件；表达式3表示循环的增量；语句为循环体。
整个语句的语义是：
（1）计算表达式1
（2）计算表达式2，若计算结果为0，则终止循环；否则转（3）
（3）执行循环体
（4）计算表达式3
（5）转向（2）

• **语用（pragmatic）**用来表示构成语言的各个记号和使用者的关系

如：语言是否允许递归br> 是否要规定递归层数的上界br> 这种上界如何确定br> 这些都属于语用上的问题。

程序设计语言的基本成分

• 程序设计语言基本成分可归纳为四种：数据成分、运算成分、控制成为、传输成分

数据成分

• 它指明该语言能接受的数据，用来描述程序中的数据。如各种类型的变量、数组、指针、记录等。
• 作为程序操作的对象，具有名称、类型和作用域等特征。使用前要对数据的这些特征加以说明。
• 数据名称由用户通过标识符命名，类型说明数据需占用存储单元的多少和存放形式，作用域说明数据可以使用的范围。

以 C语言为例，其数据构造方式可分为基本类型和派生类型

传输成分

它指明该语言允许的数据传输方式，在程序中可用它进行数据传输。

例如：Turbo C语言标准库提供了两个控制台格式化输入、输出函数printf ( )和scanf ( )，这两个函数可以在标准输入输出设备上以各种不同的格式读写数据。 Printf ( )函数用来向标准输出设备(屏幕)写数据 ，scanf ( ) 函数用来从标准输入设备(键盘)上读数据。

程序设计语言的特性

心理特性

1. 从设计到编码的转换，基本上是人的活动，因此，语言的性能对程序员的心理影响将对转换产生重大影响
2. 在维持现有机器的效率、容量和其它硬件限制条件的前提下，程序员总希望选择简单易学、使用方便的语言，以减少程序出错率，提高软件可靠性，从而提高用户对软件质量的可信度

影响程序员心理的语言特性

• 一致性：指语言采用的标记法（使用的符号）协调一致的程度。如，一符多用的标记法容易导致错误。(一个flag用在多个判断上)
• 二义性：对语句不同理解所产生的二义性将导致程序员对程序理解的混乱。如，
  if then if then else
  x := a ** b ** c

（谢谢，已经开始混乱了）

• 紧致性（compactness）：指程序员必须记忆与编码有关的信息总量。刻画紧致性的指标有：对结构化部件的支持程度，可用关键字和缩写的种类，算术及逻辑操作符的数目，预定义函数的个数等。
• 局部性：程序由模块组成，应采用高内聚低耦合、模块独立、局部化等原则。
• 线性：人们习惯于按逻辑上线性的次序理解程序，程序中大量的分支和循环、随意的GOTO语句会破坏程序的线性，提倡结构化程序设计
• 传统性：传统性容易影响人们学习新语种的积极性

工程特性

为满足软件工程的需要，程序设计语言还应该考虑：

• 将设计翻译成代码的便利程度
• 编译器的效率
• 源代码的可移植性
• 配套的开发工具
• 软件的可复用性和可维护性

应用特性

不同的程序设计语言满足不同的技术特性，可以对应于不同的应用。

• 如：
  Prolog语言适用于人工智能领域
  SQL语言适用于关系数据库。

语言的技术特性对软件工程各阶段有一定的影响，特别是确定了软件需求之后，程序设计语言的特性就很重要了，要根据不同项目的特性选择相应特性的语言。

程序设计语言的发展和分类

程序设计语言的分类

1. 按语言级别：低级语言和高级语言
2. 按应用范围：通用语言和专用语言
3. 按用户要求：过程式语言和非过程式语言
4. 按语言所含的成分：顺序语言、并发语言和分布式语言

程序设计语言的发展史

• 第一代语言：机器语言和汇编语言
• 第二代语言：早期的高级语言，如BASIC，FORTRAN，COBOL等
• 第三代语言：具有很强的数据结构和过程描述能力，支持结构化编程，如Pascal，Modula，C，Ada等
• 第四代语言（4GL）：这类语言出现于七十年代，其目的是为了提高程序开发速度，以及让非专业用户能直接编制计算机程序

第四代语言的特点

1. 对用户友善，一般用类自然语言、图形或表格等描述方式，普通用户很容易掌握
2. 多数与数据库系统相结合，可直接对数据库进行操作
3. 对许多应用功能均有默认的假设，用户不必详细说明每一件事情的做法
4. 程序码长度及获得结果的时间与使用COBOL语言相比约少一个数量级
5. 支持结构化编程，易于理解和维护

自然语言

• 最理想的是可以使用自然语言（如英语、法语或汉语），使计算机能理解并立即执行请求。
• 但迄今为止，自然语言理解仍然是计算机科学研究中的一个难点，尽管在实验室的研究中取得了一定的成果，但在现实中的应用仍然是相当有限的。

项目所属的应用领域常常是首要的标准

1. COBOL适用于商业领域
2. FORTRAN适用于工程和科学计算领域
3. Prolog、Lisp适用于人工智能领域
4. Smalltalk、C++适用于OO系统的开发
5. 有些语言适用于多个应用领域，如C

若有多种语言都适合于某项目的开发时，也可考虑选择开发人员比较熟悉的语言

选择高级语言还是低级语言

• 优先选择高级语言

  开发和维护高级语言程序比开发和维护低级语言程序容易得多

• 必要时使用低级语言

  高级语言程序经编译后所产生的目标程序的功效要比完成相同功能的低级语言程序低得多，所以在有些情况下会部分或全部使用低级语言

使用低级语言的情况

• 对运行时间和存储空间有过高要求的项目，如电子笔记本中的软件
• 在某些不能提供高级语言编译程序的计算机上开发程序，如单片机上的软件
• 大型系统中对系统执行时间起关键作用的模块

程序设计语言的选择

为一个特定的开发项目选择编程语言时，通常要考虑如下因素：

1. 应用领域
2. 算法和计算复杂性
3. 软件运行环境
4. 用户需求，特别是是性能需求
5. 数据结构的复杂性
6. 软件开发人员的知识水平
7. 可用的编译器与交叉编译器

程序设计风格

编程的依据是详细设计的结果，因此程序的质量主要取决于设计，但编程的质量也在很大程度上影响着程序的质量

编程风格主要包括：

• 源程序中的内部文档
• 数据说明
• 语句构造
• 输入/输出

源程序文档化

• 在源程序中可包含一些内部文档，以帮助阅读和理解源程序

• 在源程序中的内部文档主要包括：

  标识符的命名

  注解

  程序的视觉组织

标识符的命名

• 选择含义明确的名字，使其能正确提示标识所代表的实体

  例如，标识总量的变量名Total，表示平均值的用Average等

• 名字不要太长，太长会增加打字量，且易出错。必要时可使用缩写

• 不用相似的名字，相似的名字容易混淆，不易发现错误

  如cm，cn，cmn，cnm（，cnn，cmm

• 不用关键字作标识符

• 同一个名字不要有多个含义

• 名字中避免使用易混淆的字符。
  如数字0与字母O；
  数字1与字母I或l；
  数字2与字母z等

程序的注释

• 程序中的注解用来帮助人们理解程序，决不是可有可无的
• 一些正规的程序文本中，注解行的数量约占整个程序的1/3到1/2，甚至更多
• 注解分为序言性注解和功能性注解

序言性注释

通常置于每个程序模块的开头部分，主要描述：

• 模块的功能
• 模块的接口：包括调用格式、参数的解释、该模块需要调用的其他子模块名
• 重要的局部变量：包括用途、约束和限制条件
• 开发历史：包括模块的设计者、评审者、评审日期、修改日期以及对修改的描述

功能性注释

• 通常嵌在源程序体内，主要描述程序段的功能。
• 书写功能性注解时应注意的问题：
  • 注解要正确，错误的注解比没有注解更坏
  • 为程序段作注解，而不是为每一个语句作注解
  • 用缩进和空行，使程序与注释容易区分
  • 注解应提供一些从程序本身难以得到的信息，而不是语句的重复

视觉组织

通过在程序中添加一些空格、空行和缩进等技巧，帮助人们从视觉上看清程序的结构

例如，通过缩进技巧可清晰地观察到程序的嵌套层次，同时还容易发现诸如“遗漏end”那样的错误

数据说明

为了使程序中数据说明更易于理解和维护，可采用以下风格：

• 数据说明的次序应当规范化
• 说明语句中变量安排有序化
• 使用注解说明复杂数据结构

数据说明的次序应当规范化

• 数据说明次序规范化，使数据属性容易查找，也有利于测试，排错和维护
• 原则上，数据说明的次序与语法无关，其次序是任意的。但出于阅读、理解和维护的需要，最好使其规范化，使说明的先后次序固定

说明语句中变量安排有序化

• 当多个变量名在一个说明语句中说明时，可以将这些变量按字母的顺序排列，以便于查找

使用注释说明复杂数据结构

• 如果设计了一个复杂的数据结构，应当使用注释来说明在程序实现时这个数据结构的固有特点
• 例如用户自定义的数据类型，应当在注释中做必要的补充说明

语句构造

编码阶段的主要任务就是书写程序语句。有关书写语句的原则有几十种，总起来说，希望每条语句尽可能简单明了，能直截了当地反映程序员的意图，不能为了片面追求效率而使语句复杂化。

常用的规则如下：

• 在一行内只写一条语句
• 程序编写首先应当考虑清晰性
• 程序要能直截了当地说明程序员的用意
• 让编译程序做简单的优化
• 尽可能使用库函数
• 避免不必要的转移
• 尽量只采用三种基本的控制结构来编写程序

输入和输出

在设计和编码时都应考虑下列原则：

1. 对所有的输入数据都要进行检验，识别错误的输入，以保证每个数据的有效性；
2. 检查输入项的各种重要组合的合理性，必要时报告输入状态信息；
3. 使得输入的步骤和操作尽可能简单，并保持简单的输入格式；
4. 输入数据时，应允许使用自由格式输入；
5. 应允许缺省值；
6. 输入一批数据时，最好使用输入结束标志，而不要由用户指定输入数据数目；
7. 在屏幕上使用提示，指明可使用选择项的种类和取值范围；
8. 保持输入格式与要求的一致性；
9. 给所有的输出加注解，并设计良好的输出。

来源：Squid _