《軟件工程實(shí)踐與項(xiàng)目管理》課件第9章

9.1程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展與分類9.2程序設(shè)計(jì)語言的選擇9.3程序設(shè)計(jì)風(fēng)格9.4程序設(shè)計(jì)算法與效率9.5容錯(cuò)程序設(shè)計(jì)9.6《程序說明書》的書寫格式第9章軟件編程9.1程序設(shè)計(jì)風(fēng)格9.1.1程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展自20世紀(jì)60年代以來，計(jì)算機(jī)學(xué)者們不斷推出新的計(jì)算機(jī)語言以適應(yīng)新的時(shí)代要求，到目前為止，世界上公布的程序設(shè)計(jì)語言已有上千種之多，其中很多用于特定項(xiàng)目的開發(fā)，只有一少部分得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。按照語言的發(fā)展歷程分類，程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展大致分為四代(四個(gè)階段)，它們分別是機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言和第四代語言，如圖9-1所示。1．機(jī)器語言機(jī)器語言是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)明而產(chǎn)生的第一代計(jì)算機(jī)語言，是一種直接和機(jī)器打交道的語言。其指令代碼由操作碼和操作數(shù)的絕對(duì)地址構(gòu)成，指令(由0和1組成)無須翻譯和解釋，可以直接執(zhí)行，所以程序執(zhí)行速度很快。2．匯編語言匯編語言是第二代語言，屬于低級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。它是為了改善機(jī)器語言的不直觀性而發(fā)展起來的基于助記符的語言，每個(gè)操作指令通過特定的易于理解的助記符來表達(dá)。匯編語言與機(jī)器指令之間基本上是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，某些宏匯編語言的宏指令可以與一串特定的機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)，以表達(dá)某些常用的操作。匯編語言也是面向具體機(jī)器的，但是機(jī)器又不能直接識(shí)別，因此程序要經(jīng)過翻譯，轉(zhuǎn)換成機(jī)器可以識(shí)別的機(jī)器語言才能運(yùn)行。3．高級(jí)語言高級(jí)語言在運(yùn)行時(shí)需要有一種特殊的程序來解釋其每一個(gè)語句的含義，即解釋程序，或是把高級(jí)語言翻譯成機(jī)器語言程序，即編譯程序。目前開發(fā)工具的發(fā)展趨勢(shì)具體有如下幾個(gè)方向：(1)統(tǒng)一的接口，提供可移植性。(2)更注重用戶界面的設(shè)計(jì)。(3)更多考慮維護(hù)要求。4.第四代語言(簡(jiǎn)稱4GL)4GL是非過程化語言，編碼時(shí)只需說明“做什么”，不需描述算法細(xì)節(jié)。第四代程序設(shè)計(jì)語言是面向應(yīng)用，為最終用戶設(shè)計(jì)的一類程序設(shè)計(jì)語言。它具有縮短應(yīng)用開發(fā)過程、降低維護(hù)代價(jià)、最大限度地減少調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及對(duì)用戶友好等優(yōu)點(diǎn)。9.1.2程序設(shè)計(jì)語言的分類高級(jí)語言種類繁多，可以從應(yīng)用特點(diǎn)和對(duì)客觀系統(tǒng)的描述兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)一步分類。1．從應(yīng)用角度分類從應(yīng)用角度來看，高級(jí)語言可以分為基礎(chǔ)語言、結(jié)構(gòu)化語言和專用語言。2．根據(jù)客觀系統(tǒng)的描述分類根據(jù)描述客觀系統(tǒng)方式的不同，程序設(shè)計(jì)語言可以分為面向過程語言和面向?qū)ο笳Z言。9.2程序設(shè)計(jì)語言的選擇1．應(yīng)用領(lǐng)域各種程序設(shè)計(jì)語言都有自己適用的領(lǐng)域，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)揮各種語言的專長(zhǎng)。如COBOL、Basic適用于事務(wù)處理；C語言適合系統(tǒng)軟件開發(fā)；Ada適用于實(shí)時(shí)并號(hào)系統(tǒng)；FoxBase、SQL在大量的數(shù)據(jù)庫操作方面有優(yōu)勢(shì)；LISP、PROLOG適合于人工智能應(yīng)用領(lǐng)域。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，HTML?+?CSS?+?JavaScript、Java、PHP、C#都是不錯(cuò)的選擇。2．過程與算法的復(fù)雜程度有些語言如COBOL、數(shù)據(jù)庫語言SQL、FoxBase只能支持簡(jiǎn)單的數(shù)值運(yùn)算，而Fortran、Basic等在算法上有優(yōu)勢(shì)。3．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型的考慮C語言和Ada有較完備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和豐富的數(shù)據(jù)類型,而Fortran、Basic只提供簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且數(shù)據(jù)類型較少。4．編碼及維護(hù)的工作量與成本一般選用適當(dāng)?shù)膶Ｓ谜Z言可以導(dǎo)致較少的編碼工作量，但編碼量少，有時(shí)會(huì)使程序的可讀性下降，造成維護(hù)困難。5．軟件兼容性的要求一般情況，用戶可能擁有不同的機(jī)器、不同的系統(tǒng)，這樣就存在不同系統(tǒng)之間的兼容問題，一定要盡量選擇兼容性好的語言來開發(fā)新的系統(tǒng)。6．有多少可用的支撐軟件不同的程序設(shè)計(jì)語言所具有的支持軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的工具有所不同，有的語言有眾多編碼支持工具以使編程工作量減少，有的語言有支持軟件開發(fā)周期多個(gè)階段的軟件工具。7．系統(tǒng)用戶的需求如果程序的維護(hù)由用戶負(fù)責(zé)，用戶一般會(huì)要求開發(fā)者用用戶熟悉的語言來編寫程序，這個(gè)要求具有它的合理性。8．程序設(shè)計(jì)人員的知識(shí)水平要考慮程序設(shè)計(jì)人員對(duì)語言的熟練程度和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，即程序員對(duì)該語言的駕馭能力，否則往往會(huì)適得其反。9．程序設(shè)計(jì)語言的特性要對(duì)程序設(shè)計(jì)語言的各方面特性進(jìn)行全面的分析和比較，以揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分利用語言優(yōu)勢(shì)。10．系統(tǒng)規(guī)模有些程序設(shè)計(jì)語言不適合于開發(fā)大規(guī)模的系統(tǒng)，對(duì)于某些極大規(guī)模的系統(tǒng)，也許設(shè)計(jì)一種面向這個(gè)系統(tǒng)的專用語言更有效且成本更低。11．系統(tǒng)的效率要求高級(jí)語言易學(xué)易用,編碼速度快,且易于維護(hù)，但這種軟件編碼生產(chǎn)率提高的代價(jià)可能是使系統(tǒng)運(yùn)行效率降低，即運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，占用存儲(chǔ)空間大。如果系統(tǒng)在運(yùn)行效率上確實(shí)有某種特殊要求，如實(shí)時(shí)系統(tǒng)，則可以考慮用選定的高級(jí)語言與高效率的匯編語言、C語言等進(jìn)行混合編寫，從而滿足系統(tǒng)的效率要求。程序設(shè)計(jì)沒有絕對(duì)好與絕對(duì)差之分，每種語言都有自己的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍，開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)軟件開發(fā)項(xiàng)目的特點(diǎn)和實(shí)際需要，選擇最適用的語言，以編寫出符合需要的程序。9.3程序設(shè)計(jì)風(fēng)格編寫程序除了能夠執(zhí)行外，很多時(shí)候還要提供給有關(guān)項(xiàng)目人員(如程序員、測(cè)試工程師、系統(tǒng)分析師、項(xiàng)目經(jīng)理)去閱讀。所以為了提高程序的可讀性，在程序設(shè)計(jì)風(fēng)格方面應(yīng)養(yǎng)成一個(gè)好的習(xí)慣。這里給出Java語言程序的編寫風(fēng)格的建議，供讀者參考。(1)類名首字母應(yīng)該大寫。字段、方法以及對(duì)象(句柄)的首字母應(yīng)小寫。對(duì)于所有標(biāo)識(shí)符，其中包含的所有單詞都應(yīng)緊靠在一起，而且大寫中間單詞的首字母。(2)對(duì)于自己創(chuàng)建的每一個(gè)類，都考慮置入一個(gè)main()，其中包含了用于測(cè)試那個(gè)類的代碼。(3)應(yīng)將方法設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)要的、功能性單元，用它描述和實(shí)現(xiàn)一個(gè)不連續(xù)的類接口部分。(4)設(shè)計(jì)一個(gè)類時(shí)，應(yīng)設(shè)身處地地為客戶和程序員考慮一下。然后，再設(shè)身處地地為管理代碼的人員考慮一下。(5)讓一切東西都盡可能地“私有”(private)，這樣可使類庫的某一部分(一個(gè)方法、類或者一個(gè)字段等)“公共化”。(6)警惕“巨大對(duì)象綜合征”。(7)盡可能細(xì)致地加上注釋，并用javadoc注釋文檔語法生成自己的程序文檔。(8)當(dāng)客戶程序員用完對(duì)象以后，若你的類要求進(jìn)行任何清除工作，可考慮將清除代碼置于一個(gè)良好定義的方法里，采用類似于cleanup()這樣的名字，明確表明自己的用途。(9)若在初始化過程中需要覆蓋(取消)finalize()，請(qǐng)記住調(diào)用super.finalize()(若Object屬于用戶的直接超類，則無此必要)。(10)盡量使用接口interfaces，不要使用抽象類abstract。(11)用繼承及方法覆蓋來表示行為間的差異，而用字段表示狀態(tài)間的區(qū)別。(12)不要“過早優(yōu)化”。首先讓程序運(yùn)行起來，再考慮使其變得更快—但只有在自己必須這樣做、而且經(jīng)證實(shí)在某部分代碼中的確存在一個(gè)性能瓶頸的時(shí)候，才應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。(13)閱讀代碼的時(shí)間比寫代碼的時(shí)間多得多。思路清晰的設(shè)計(jì)可獲得易于理解的程序，但注釋、細(xì)致的解釋以及一些示例往往具有不可估量的價(jià)值。(14)良好的設(shè)計(jì)能帶來最大的回報(bào)。簡(jiǎn)言之，對(duì)于一個(gè)特定的問題，通常會(huì)花較長(zhǎng)的時(shí)間才能找到一種最恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。但一旦找到了正確的方法，以后的工作就輕松多了，再也不用經(jīng)歷數(shù)小時(shí)、數(shù)天或者數(shù)月的痛苦掙扎。9.4程序設(shè)計(jì)算法與效率9.4.1程序設(shè)計(jì)算法任何事情都有一定的步驟，為解決一個(gè)問題而采取的方法和步驟就稱為算法。任何項(xiàng)目的邏輯都應(yīng)該有個(gè)好的算法，并符合算法的特點(diǎn)：有窮性、確定性、有輸入輸出、有效性。解決同樣的問題，采用不同的算法，會(huì)使程序的運(yùn)行效率有所不同。對(duì)于程序設(shè)計(jì)人員，采用對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行來講正確、高效的程序算法，是進(jìn)行有效率的程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。9.4.2程序的運(yùn)行效率效率主要指計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間和存儲(chǔ)空間兩個(gè)方面。時(shí)間效率主要體現(xiàn)在響應(yīng)時(shí)間上，從接受操作者的命令到輸出結(jié)果所需的時(shí)間稱為系統(tǒng)對(duì)該項(xiàng)操作的響應(yīng)時(shí)間，這段時(shí)間越短越好。響應(yīng)時(shí)間主要取決于數(shù)據(jù)的組織和算法的優(yōu)劣?？臻g效率主要體現(xiàn)在有效利用存儲(chǔ)設(shè)備上。程序設(shè)計(jì)時(shí)在保證程序可讀性的前提下，提高效率應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)追求效率建立在不損害程序可讀性或可靠性基礎(chǔ)之上,要先使程序正確,再提高程序效率。(2)盡量選用好的算法。(3)仔細(xì)研究循環(huán)嵌套，確定是否有語句可以從內(nèi)層移到循環(huán)體外。(4)盡量避免使用多維數(shù)組。(5)盡量避免使用指針和復(fù)雜的表。(6)充分利用語言環(huán)境提供的函數(shù)。(7)使用有良好優(yōu)化特性的編譯程序，以生產(chǎn)高效的目標(biāo)代碼。9.5容錯(cuò)程序設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的質(zhì)量很大程度上受編程質(zhì)量的影響，編程的質(zhì)量不僅體現(xiàn)在源程序語法的正確性上，還受源程序是否具有良好的結(jié)構(gòu)性，是否具有良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格的影響。目前，編程的質(zhì)量主要從以下幾個(gè)方面衡量：正確性、可讀性、可維護(hù)性、可靠性。提高軟件質(zhì)量和可靠性的技術(shù)大致可分為兩類：(1)避開錯(cuò)誤技術(shù)，即在開發(fā)的過程中不讓差錯(cuò)潛入軟件的技術(shù)；(2)容錯(cuò)技術(shù)，即對(duì)某些無法避開的差錯(cuò)，使其影響減至最小的技術(shù)。避開錯(cuò)誤技術(shù)是進(jìn)行質(zhì)量管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品應(yīng)有質(zhì)量所必不可少的技術(shù)，也就是軟件工程中所討論的先進(jìn)的軟件分析和開發(fā)技術(shù)與管理技術(shù)。實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的主要手段是：冗余程序設(shè)計(jì)和防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)。容錯(cuò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程包括以下設(shè)計(jì)步驟：(1)按設(shè)計(jì)任務(wù)要求進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)，盡量保證設(shè)計(jì)的正確性。(2)對(duì)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤分類，確定實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)的范圍。(3)按照成本—效益最優(yōu)原則，選用某種冗余手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)各類錯(cuò)誤的屏蔽。(4)分析或驗(yàn)證上述冗余結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)效果。如果效果沒有達(dá)到預(yù)期的程度，則應(yīng)重新進(jìn)行冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如此重復(fù)，直到有一個(gè)滿意的結(jié)果為止。9.5.1冗余程序設(shè)計(jì)1．結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余是常用的冗余技術(shù)。按其工作方式，又分為靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余和混合冗余三種。2．信息冗余信息冗余為檢查或糾正信息在運(yùn)算或傳輸中的錯(cuò)誤而外加一部分信息，這種現(xiàn)象稱為信息冗余。3．時(shí)間冗余時(shí)間冗余是指以重復(fù)執(zhí)行指令(指令復(fù)執(zhí))或程序(程序復(fù)算)來消除瞬時(shí)錯(cuò)誤帶來的影響。4．冗余附加技術(shù)冗余附加技術(shù)是指為實(shí)現(xiàn)上述冗余技術(shù)所需的資源和技術(shù)，包括程序、指令、數(shù)據(jù)、存放和調(diào)動(dòng)它們的空間和通道等。9.5.2防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。1．主動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)主動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)是指周期性地對(duì)整個(gè)程序或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜查或在空閑時(shí)搜查異常情況。主動(dòng)式程序設(shè)計(jì)既可在處理輸入信息期間使用，也可在系統(tǒng)空閑時(shí)間或等待下一個(gè)輸入時(shí)使用。以下所列出的檢查均適合于主動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)：內(nèi)存檢查、標(biāo)志檢查、反向檢查、狀態(tài)檢查、連接檢查、時(shí)間檢查、其它檢查。2．被動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)被動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)思想是指必須等到某個(gè)輸入之后才能進(jìn)行檢查，也就是達(dá)到檢查點(diǎn)時(shí)，才能對(duì)程序的某些部分進(jìn)行檢查。在被動(dòng)式防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)中所要進(jìn)行的檢查項(xiàng)目如下：(1)來自外部設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)，包括范圍、屬性是否正確；(2)由其它程序所提供的數(shù)據(jù)是否正確；(3)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，包括數(shù)組、文件、結(jié)構(gòu)、記錄是否正確；(4)操作員的輸入，包括輸入的性質(zhì)、順序是否正確；(5)棧的深度是否正確；(6)數(shù)組界限是否正確；(7)表達(dá)式中是否出現(xiàn)零分母情況；(8)正在運(yùn)行的程序版本是否是所期望的(包括最后系統(tǒng)重新組合的日期)；(9)通過其它程序或外部設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)是否正確。9.6《程序說明書》的書寫格式雖然軟件設(shè)計(jì)給出了各個(gè)模塊—函數(shù)或過程(或者類)的結(jié)構(gòu)，但是實(shí)際軟件編程完畢后，可能與原設(shè)計(jì)不完全一致，或者說更加詳細(xì)了。從軟件維護(hù)的角度出發(fā)，在軟件編程完畢后，應(yīng)該寫出《程序說明書》，該說明書用于公司或者開發(fā)單位內(nèi)部將來對(duì)軟件的修改維護(hù)，不提供給客戶，它與《系統(tǒng)維護(hù)說明書》或者《使用說明書》不同，因?yàn)樗膬?nèi)容對(duì)客戶是保密的。

1.結(jié)構(gòu)化程序的說明書對(duì)于使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的程序，程序說明書的內(nèi)容有：

1)程序總體結(jié)構(gòu)描述

(1)主程序名稱。

(2)系統(tǒng)中劃分的函數(shù)或者過程名清單，如表9-1所示。表9-1模塊清單注：一個(gè)模塊可能含有幾個(gè)函數(shù)或者過程。

2)模塊內(nèi)部描述給出主程