第4章 軟件編碼

第4章軟件編碼

4.1程序設計語言的特性及選擇4.2程序設計風格4.3小結習題4.1程序設計語言的特性及選擇 4.1.1程序設計語言特性 1.心理特性 程序設計語言經(jīng)常要求程序員改變處理問題的方法，使這種處理方法適合于語言的語法規(guī)定。而程序是人設計的，人的因素在設計程序時是至關重要的。語言的心理特性指影響程序員心理的語言性能，許多這類特性是作為程序設計的結果而出現(xiàn)的，雖不能用定量的方法來度量，但可以認識到它在語言中的表現(xiàn)形式如下： (1)歧義性：指程序設計語言通常是無二義性的，編譯程序總是根據(jù)語法，按一種固定方法來解釋語句的，但有些語法規(guī)則容易使人用不同的方式來解釋語言，這就產(chǎn)生了心理上的二義性。 如：X=X1/X2·X3，編譯系統(tǒng)只有一種解釋，但人們卻有不同的理解，有人理解為X=(X1/X2)·X3，而另一個人可能理解為X=X1/(X2·X3)。又如FORTRAN語言中變量的類型有顯式定義和隱式定義兩種，用REALK顯式說明K是實型變量，但按隱含類型定義，K是整型變量。在程序較長時，不可能每次都查類型定義，容易產(chǎn)生錯誤。若程序語言具有這些使人心理上容易產(chǎn)生歧義性的特征，則易使編程出錯，而且可讀性也差。 (2)簡潔性：指人們必須記住的語言成分的數(shù)量。人們要掌握一種語言，就要記住語句的種類、各種數(shù)據(jù)類型、各種運算符、各種內(nèi)部函數(shù)和內(nèi)部過程，這些成分數(shù)量越多，簡潔性越差，人們越難以掌握。但特別簡潔也不好，有的語言(如APL)為了簡潔，提供功能強但形式簡明的運算符，允許用最少的代碼去實現(xiàn)很多的算術和邏輯運算。可是這樣使程序難以理解，一致性差。所以既要簡潔又要易讀易理解。 (3)局部性和順序性：指人的記憶特性有兩方面即聯(lián)想方式和順序方式。人的聯(lián)想力使人能整體地記住和辨別某件事情，如一下子就能識別一個人的面孔，而不是一部分一部分地看過之后才認得出；人的順序記憶提供了回憶序列中下一個元素的手段，如唱歌，依次一句一句地唱出，而不必思索。人的記憶特性對使用語言的方式有很大的影響。局部性指語言的聯(lián)想性，在編碼過程中，由語句組合成模塊，由模塊組裝成系統(tǒng)結構，并在組裝過程中實現(xiàn)模塊的高內(nèi)聚，低耦合，使局部性得到加強，提供異常處理的語言特性，則消弱了局部性。若在程序中多采用順序序列，則使人易理解，如果存在大量分支或循環(huán)，則不利于人們的理解。

(4)傳統(tǒng)性：指人們習慣于已掌握的語種，而傳統(tǒng)性容易影響人們學習新語種的積極性，若新語種的結構、形式與原來的類似，還容易接受，若風格根本不同，則難以接受，如習慣用Pascal或C的編程人員，用Lisp和Prolog編程，就要用更多的時間來學習。 2.工程特性 從軟件工程的觀點、程序設計語言的特性著重考慮軟件開發(fā)項目的需要，因此對程序編碼有如下要求：

(1)可移植性：指程序從一個計算機環(huán)境移植到另一個計算機環(huán)境的容易程度，計算機環(huán)境是指不同機型、不同的操作系統(tǒng)版本及不同的應用軟件包。要增加可移植性，應考慮以下幾點：在設計時模塊與操作系統(tǒng)特性不應有高度聯(lián)系；要使用標準的語言，要使用標準的數(shù)據(jù)庫操作，盡量不使用擴充結構；對程序中各種可變信息，均應參數(shù)化，以便于修改。 (2)開發(fā)工具的可利用性：指有效的軟件開發(fā)工具可以縮短編碼時間，改進源代碼的質量。目前，許多編程語言都嵌入到一套完整的軟件開發(fā)環(huán)境里。這些開發(fā)工具為：交互式調試器、交叉編譯器、屏幕格式定義工具、報表格式定義工具、圖形開發(fā)環(huán)境、菜單系統(tǒng)和宏處理程序等。 (3)軟件的可重用性：指編程語言能否提供可重用的軟件成分，如模塊子程序可通過源代碼剪貼、包含和繼承等方式實現(xiàn)軟件重用。可重用軟件在組裝時，從接口到算法都可能調整，需考慮額外代價。

(4)可維護性：指源程序的可維護性對復雜的軟件開發(fā)項目的重要性，如易于把詳細設計翻譯為源程序、易于修改需要變化的源程序。因此，源程序的可讀性、語言的文檔化特性對軟件的可維護性具有重大的影響。 3.技術特性 語言的技術特性對軟件工程各階段有一定的影響，特別是確定了軟件需求之后，程序設計語言的特性就顯得非常重要了，要根據(jù)項目的特性選擇相應特性的語言，有的要求提供復雜的數(shù)據(jù)結構，有的要求實時處理能力強，有的要求能方便地進行數(shù)據(jù)庫的操作。軟件設計階段的設計質量一般與語言的技術特性關系不大(面向對象設計例外)，但將軟件設計轉化為程序代碼時，轉化的質量往往受語言性能的影響，可能會影響到設計方法。

如Ada,Smalltalk,C++等支持抽象類型的概念，Pascal,C等允許用戶自定義數(shù)據(jù)類型，并能提供鏈表和其他數(shù)據(jù)結構的類型。這些語言特性為設計者進行概要設計和詳細設計提供了很大的方便。在有些情況下，僅在語言具有某種特性時，設計需求才能滿足。如要實現(xiàn)彼此通信和協(xié)調的并發(fā)分布式處理，要用并發(fā)Pascal,Ada,Modula_2等語言才能用于這樣的設計。語言的特性對軟件的測試與維護也有一定的影響。支持結構化構造的語言有利于減少程序環(huán)路的復雜性，使程序易測試、易維護。 4.1.2程序設計語言的選擇 為開發(fā)一個特定項目，選擇程序設計語言時，必須從技術特性、工程特性和心理特性幾方面考慮。在選擇語言時，從問題入手，確定它的要求是什么，以及這些要求的相對重要性。由于一種語言不可能同時滿足它的各種需求，所以要對各種要求進行權衡，比較各種可用語言的適用程度，最后選擇認為是最適用的語言。 1.項目的應用領域 項目的應用領域是選擇語言的關鍵因素，有下列幾種類型。

1)科學工程計算 該計算需要大量的標準庫函數(shù)，以便處理復雜的數(shù)值計算，可供選用的語言有： (1)FORTRAN語言：是世界上第一個被正式推廣應用的計算機語言，產(chǎn)生于1954年，經(jīng)過FORTRAN0到FORTRANⅣ，又相繼擴展為FORTRAN77，F(xiàn)ORTRAN90，通過幾個版本不斷的更新，使它不僅面向科學計算，數(shù)據(jù)處理能力也極強。 (2)Pascal語言：產(chǎn)生于20世紀60年代末，具有很強的數(shù)據(jù)和過程結構化的能力，它是第一個體現(xiàn)結構化編程思想的語言，由于它語言簡明、數(shù)據(jù)類型豐富、程序結構嚴謹，許多算法都用類Pascal來概括。用Pascal語言寫程序，也有助于培養(yǎng)良好的編程風格。 (3)C語言：產(chǎn)生于20世紀70年代初，最初用于描述UNIX操作系統(tǒng)及其上層軟件，后來發(fā)展成具有很強功能的語言，支持復雜的數(shù)據(jù)結構，可大量運用指針，具有豐富靈活的操作運算符及數(shù)據(jù)處理操作符。此外還具有匯編語言的某些特性，使程序運行效率高。 (4)PL/1語言：是一個適用性非常廣泛的語言，能夠適用于多種不同的應用領域，但由于太龐大，難以推廣使用，目前一些PL/1的子集被廣泛使用。 2)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫應用 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫應用可供選用的語言如下： (1)Cobol語言：產(chǎn)生于20世紀50年代末，是廣泛用于商業(yè)數(shù)據(jù)處理的語言，它具有極強的數(shù)據(jù)定義能力，程序說明與硬件環(huán)境說明分開，數(shù)據(jù)描述與算法描述分開，結構嚴謹，層次分明，說明采用類英語的語法結構，可讀性強。 (2)SQL語言：最初是為IBM公司開發(fā)的數(shù)據(jù)庫查詢語言，目前不同的軟件開發(fā)公司有了不同的擴充版本，如20世紀80年代后期我國引入Informix_SQL,Microsoft_SQL可以方便地對數(shù)據(jù)庫進行存取管理。 (3)4GL語言：稱為第4代語言，隨著信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展，原來的第2代語言(如FORTRAN，Cobol)第3代語言(如Pascal,C等)受硬件和操作系統(tǒng)的局限，其開發(fā)工具不能滿足新技術發(fā)展的需求，因此，在20世紀70年代末，提出了第4代語言的概念，4GL的主要特征是： ①友好的用戶界面：操作簡單，非計算機專業(yè)人員也能方便地使用它。 ②兼有過程性和非過程性雙重特性：非過程性指語言的抽象層次又提高到一個新的高度，只需告訴計算機“做什么”，而不必描述“怎么做”，“怎么做”的工作由語言系統(tǒng)運用它的專門領域的知識來填充過程細節(jié)。 ③高效的程序代碼：能縮短開發(fā)周期，并減少維護的代價。 ④完備的數(shù)據(jù)庫：在4GL中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫功能，不再把DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))看成是語言以外的成分。 ⑤應用程序生成器：能提供一些常用的程序來完成文件維護、屏幕管理、報表生成和查詢等任務，從而有效提高軟件生產(chǎn)率。 目前流行的Fox公司的FoxPro,Uniface公司的Uniface,Powersoft公司的PowerBuilder,Informix公司的Informix_4GL以及各種擴充版本的SQL等都不同程度地具有上述特征。 3)實時處理 實時處理軟件一般對性能的要求很高，可選用的語言有： (1)匯編語言：是面向機器的，它可以完成高級語言無法滿足要求的特殊功能，如與外部設備之間的一些接口操作。 (2)Ada語言：是美國國防部出資開發(fā)的，主要用于實時、并發(fā)和嵌入系統(tǒng)的語言。Ada語言是在Pascal基礎上開發(fā)出來的，但其功能更強、更復雜。它提供了一組豐富的實時特性，包括多任務處理、中斷處理、任務間同步與通信等，它還提供了許多程序包供程序員選擇。通過修訂，已成為安全、高效和靈活的面向對象的編程語言。 4)系統(tǒng)軟件 如果編寫操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件時，可選用匯編語言、C語言、Pascal語言和Ada語言。 5)人工智能 如果要完成知識庫系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、推理工程、語言識別、模式識別、機器人視角及自然語言處理等人工智能領域內(nèi)的系統(tǒng)，應選擇的語言如下： (1)Lisp:是一種函數(shù)型語言，產(chǎn)生于20世紀60年代初，它特別適用于組合問題中的符號運算和表處理，因此用于定理證明、樹的搜索和其他問題的求解。近年來Lisp廣泛應用于專家系統(tǒng)的開發(fā)，對于定義知識庫系統(tǒng)中的事實、規(guī)則和相應的推理相對要容易一些。 (2)Prolog:是一種邏輯型語言，產(chǎn)生于20世紀70年代初，它提供了支持知識表示的特性，每一個程序由一組表示事實、規(guī)則和推理的子句組成，比較接近于自然語言，符合人的思維方式。 以上討論的語言，一般適用于相應的應用領域，但要根據(jù)具體情況靈活掌握。有的語言功能強，適用的范圍較廣，但比較龐大。

2.軟件開發(fā)的方法 有時編程語言的選擇依賴于開發(fā)的方法，如果要用快速原型模型來開發(fā)(詳見第7章)，要求能快速實現(xiàn)原型，因此宜采用4GL。如果是面向對象方法，宜采用面向對象的語言編程。近年來，推出了許多面向對象的語言，這里主要介紹以下幾種： (1)C++：是由美國AT&T公司的Bell實驗室最先設計和實現(xiàn)的語言，它提供了面向對象類的定義、繼承、封裝和消息傳遞等概念實現(xiàn)的手段，又與C語言兼容，保留了C語言的許多特性，維護了大量已開發(fā)的C庫、C工具以及C源程序的完整性，使編程人員不必放棄自己熟悉的C語言，只需補充學習C++提供的那些面向對象的概念，因而從C過渡到C++比較容易，加之它的運行性能較高，成為當今最受歡迎的對象語言之一。 目前，除了常用的AT&TC++，TurboC++，BorlandC++及MicrosoftC++等版本外，又推出了MicrosoftVisualC++，充分發(fā)揮Windows和Web的功能。 (2)Java：是由Sun公司開發(fā)的一種面向對象的、分布式的、安全的、高效的及易移植的語言，它的基本功能類似于C++，但做了重大修改，不再支持運算符重載、多繼承及許多易于混淆和較少使用的特性，增加了內(nèi)存空間自動垃圾收集的功能，使程序員不必考慮內(nèi)存管理問題。Java應用程序可利用語言提供的例程庫，能夠自由地打開和訪問網(wǎng)絡上的對象。 3.軟件執(zhí)行的環(huán)境 良好的編程環(huán)境不但有效提高軟件生產(chǎn)率，同時能減少錯誤，有效提高軟件質量。近幾年推出了許多可視化的軟件開發(fā)環(huán)境，如VisualBASIC,VisualC,VisualFoxPro及Delphi(面向對象的Pascal)等，都提供了強有力的調試工具，幫助你快速形成高質量的軟件。 4.算法和數(shù)據(jù)結構的復雜性 科學計算、實時處理和人工智能領域中的問題算法較復雜，而數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫應用和系統(tǒng)軟件領域內(nèi)的問題，數(shù)據(jù)結構比較復雜，因此選擇語言時可考慮是否有完成復雜算法的能力，或者有構造復雜數(shù)據(jù)結構的能力。 5.軟件開發(fā)人員的知識 有時編程語言的選擇與軟件開發(fā)人員的知識水平及心理因素有關，新的語言雖然有吸引力，但軟件開發(fā)人員若熟悉某種語言，而且有類似項目的開發(fā)經(jīng)驗，往往愿選擇原有的語言。開發(fā)人員應仔細地分析軟件項目的類型，敢于學習新知識，掌握新技術。4.2程序設計風格 1.源程序文檔化 編寫源程序文檔化的原則為： (1)標識符應按意取名。若是幾個單詞組成的標識符，每個單詞第一個字母用大寫，或者之間用下劃線分開，這便于理解。如某個標識符取名為rowofscreen,若寫成RowOfScreen或row_of_screen就容易理解了。但名字也不是越長越好，太長了，書寫與輸入都易出錯，必要時用縮寫名字，但縮寫規(guī)則要一致。 (2)程序應加注釋。注釋是程序員與讀者之間通信的重要工具，用自然語言或偽碼描述。它說明了程序的功能，特別在維護階段，對理解程序提供了明確指導。注釋分序言性注釋和功能性注釋。 序言性注釋應置于每個模塊的起始部分，主要內(nèi)容有： ①說明每個模塊的用途、功能。 ②說明模塊的接口即調用形式、參數(shù)描述及從屬模塊的清單。 ③數(shù)據(jù)描述：指重要數(shù)據(jù)的名稱、用途、限制、約束及其他信息。 ④開發(fā)歷史：指設計者、審閱者姓名及日期，修改說明及日期。 功能性注釋嵌入在源程序內(nèi)部，說明程序段或語句的功能以及數(shù)據(jù)的狀態(tài)。注意以下幾點： ①注釋用來說明程序段，而不是每一行程序都要加注釋。 ②使用空行或縮進或括號，以便很容易區(qū)分注釋和程序。 ③修改程序也應修改注釋。 2.數(shù)據(jù)說明 為了使數(shù)據(jù)定義更易于理解和維護，有以下指導原則： (1)數(shù)據(jù)說明順序應規(guī)范，使數(shù)據(jù)的屬性更易于查找，從而有利于測試、糾錯與維護。例如按常量說明、類型說明、全程量說明及局部量說明順序。 (2)一個語句說明多個變量時，各變量名按字典序排列。 (3)對于復雜的數(shù)據(jù)結構，要加注釋，說明在程序實現(xiàn)時的特點。 3.語句構造 語句構造的原則為：簡單直接，不能為了追求效率而使代碼復雜化。為了便于閱讀和理解，不要一行多個語句。不同層次的語句采用縮進形式，使程序的邏輯結構和功能特征更加清晰。要避免復雜的判定條件，避免多重的循環(huán)嵌套。表達式中使用括號以提高運算次序的清晰度等。

4.輸入和輸出 在編寫輸入和輸出程序時考慮以下原則： (1)輸入操作步驟和輸入格式盡量簡單。 (2)應檢查輸入數(shù)據(jù)的合法性、有效性，報告必要的輸入狀態(tài)信息及錯誤信息。 (3)輸入一批數(shù)據(jù)時，使用數(shù)據(jù)或文件結束標志，而不要用計數(shù)來控制。 (4)交互式輸入時，提供可用的選擇和邊界值。