《高级程序设计语言》课件

技能和解决实际问题的能力。
学习目标
掌握多种高级程序设计语 言的基本语法、数据类型 、控制结构等基础知识。
熟悉面向对象编程思想， 了解类、对象、继承、多 态等概念及其在各种高级 语言中的实现。
掌握常用数据结构和算法 ，能够编写高效的程序。
提高分析问题、解决问题 的能力，培养良好的编程 习惯和团队协作精神。
06 并发和并行程序设计
并发和并行程序设计的基本概念
01
并发程序设计
指在单个处理器上实现多个任务同 时执行的一种程序设计方法。
任务划分
将一个大的任务划分为多个小的任 务，每个任务可以独立执行。
03
02
并行程序设计
指利用多个处理器同时执行多个任 务的一种程序设计方法。
任务调度
根据系统资源和任务优先级，合理 安排任务的执行顺序。
04
Spark：一种基于大数据处理的并行计算框架，用于处理大规模数据 集。
并行编程的挑战和解决方案
数据依赖性
并行程序中任务之间的数据依赖关系可能导致死锁或竞争条件。解 决方案包括使用同步原语（如锁、信号量）或避免数据依赖性。
负载均衡
并行程序中任务执行时间的不均衡可能导致资源利用率低下。解决 方案包括任务划分和调度优化。
继承
子类继承父类的属性 和方法，实现代码复 用。
多态
同一消息发送给不同 的对象，产生不同的 行为。
类和对象
类是对象的模板，定 义了对象的属性和方 法。
类和对象的关系是抽 象和具体的关系。
对象是类的实例，具 有类所定义的属性和 方法。
继承和多态
继承
子类继承父类的属性和方法，可 以添加或覆盖父类的方法。
编译期类型擦除
由于泛型信息在编译后被擦除，因此无法在运行时获取泛型类型信息，这会对某些操作 造成限制。
性能开销
使用泛型可能会带来一定的性能开销，因为编译器需要生成额外的类型检查和转换代码 。
05 函数式程序设计
函数式编程的基本概念
01 函数式编程是一种编程范式，它将程序看作是函 数的组合，避免使用可变状态和共享状态。
了解不同高级语言的特性 和应用场景，能够根据实 际需求选择合适的编程语 言。
02 高级程序设序设计语言，它使用接近 自然语言的高级指令来编写程序，使得编程过程更加简洁、 易读和易于理解。
高级程序设计语言与低级程序设计语言相对，低级程序设计 语言需要程序员直接操作计算机的硬件资源，而高级程序设 计语言则提供了更高级别的抽象和封装，使得程序员可以更 加专注于程序逻辑的实现。
易于测试
由于函数式编程中的函数没有副作用，因此可以更容易地进行单元测 试和集成测试。
并发性
函数式编程语言天生支持并发性，使得编写高效的多线程程序更加容 易。
函数式编程的常用函数和数据结构
要点一
高阶函数
高阶函数是指接受其他函数作为参数 或返回函数的函数。在函数式编程中 ，高阶函数是非常常见的。
要点二
多态
同一消息发送给不同的对象，产 生不同的行为。
04 泛型程序设计
泛型的基本概念
泛型是程序设计语言的一种特性，它 允许程序员定义可重用的组件，这些 组件可以在不改变代码的情况下处理 不同类型的数据。
泛型的基本思想是将类型参数化，使 得组件能够适用于不同的数据类型， 从而提高代码的复用性和可维护性。
通信开销
并行程序中任务之间的通信可能导致性能瓶颈。解决方案包括优化通 信协议和算法。
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《高级程序设计语言》 ppt课件
目录
Contents
• 引言 • 高级程序设计语言概述 • 面向对象程序设计 • 泛型程序设计 • 函数式程序设计 • 并发和并行程序设计
01 引言
课程简介
课程名称
01
《高级程序设计语言》
适用对象
02
计算机科学、软件工程等专业本科生
课程目标
03
培养学生掌握多种高级程序设计语言的特点和应用，提高编程
面向对象的语言以对象为中心，强调对象的封装 、继承和多态等特性，如Java、C等。
高级程序设计语言的特点
01
高级程序设计语言具有易读性 、易写性和易维护性等特点， 使得程序员可以更加高效地编 写程序。
02
高级程序设计语言提供了丰富 的库和工具支持，使得程序员 可以更加方便地实现各种复杂 的功能和算法。
高级程序设计语言的分类
面向过程的语言以数据结构为中心，强调程序 的流程控制和算法实现，如C、Pascal等。
函数式语言以数学函数为基本单位，强调函数的组合 和纯函数式计算，如Haskell、Erlang等。
根据语言的语法和语义，高级程序设计语言可 以分为面向过程的语言、面向对象的语言和函 数式语言等。
不可变数据结构
在函数式编程中，数据结构是不可变 的，这意味着一旦创建了一个数据结 构，就不能修改它。常见的不可变数 据结构包括列表、元组和集合等。
要点三
Map和Reduce
Map和Reduce是函数式编程中常用 的两种操作，它们可以将一个函数应 用于一个数据结构的所有元素，并将 结果组合起来。Map操作用于将一个 函数应用于数据结构的每个元素，而 Reduce操作用于将一个二元操作符 应用于数据结构的所有元素。
04
并行编程模型和框架
01
MPI（Message Passing Interface）：一种基于消息传递的并行编 程模型，用于编写并行程序。
02
OpenMP（Open Multi-Processing）：一种基于共享内存的并行编 程模型，用于编写并行程序。
03
CUDA（Compute Unified Device Architecture）：一种基于GPU 的并行编程模型，用于编写并行程序。
提高代码复用性
通过使用泛型，可以将通用的代码逻辑封装在泛型类、接口或方法中，避免重复编写相同的代码。
提高代码可维护性
使用泛型可以减少代码之间的耦合度，使得代码更加模块化，便于维护和修改。
泛型编程的优势和局限性
• 提高代码安全性：通过类型参数 的约束，可以避免类型转换错误 和运行时异常。
泛型编程的优势和局限性
02 函数式编程强调使用纯函数和不可变数据结构， 使得程序更加简洁、易于理解和测试。
03 函数式编程语言包括Haskell、Erlang、Scala等 。
函数式编程的特点和优势
代码简洁
函数式编程使用高阶函数和匿名函数，使得代码更加简洁、易于阅读 和理解。
可重用性
函数式编程中的函数具有很高的可重用性，因为它们不依赖于外部状 态，可以在不同的程序和场景中重复使用。
03
高级程序设计语言具有跨平台 性，可以在不同的操作系统和 硬件平台上运行，提高了程序 的复用性和可移植性。
03 面向对象程序设计
面向对象的基本概念
对象
现实世界中的事物或 概念，通过抽象转化 为程序中的对象。
类
对象的抽象，定义了 对象的属性和方法。
封装
将数据和操作数据的 函数绑定在一起，形 成独立的实体。
泛型编程的实现方式
01 泛型编程通常通过定义泛型类、泛型接口 或泛型方法来实现。
02
泛型类是包含一个或多个类型参数的类， 类型参数在类定义中指定。
03
泛型接口是包含一个或多个类型参数的接 口，类型参数在接口定义中指定。
04
泛型方法是在方法定义中包含类型参数的 方法，类型参数在方法签名中指定。
泛型编程的优势和局限性