第10章 程序设计基础

模 块 2­2
பைடு நூலகம்模 块 2­3
模 块 2­2­1
模 块 2­2­2
10.4.2 面向对象程序设计
n 传统的程序设计是基于求解过程来组织程序流程，将 问题分解为过程。在这类程序中，以对数据进行操作 的过程作为程序的主体，数据和施加于数据的操作是 独立设计的。扩展性和重用性差。
n 面向对象程序设计将问题分解为对象，以对象作为程 序的主体。对象是数据和操作的“封装体”，封装在对 象内的程序通过“消息”来驱动运行。在图形用户界面 上，消息可通过键盘或鼠标的某种操作来传递。
（2） 类(Class) 是具有相同属性和方法的一组对象的集合，它为属于该类 的全部对象提供了统一的抽象描述。类是创建对象实例的 模板，而对象是类的一个实例。。
VB集成环境中的窗口
工具箱
窗体设计器
工程资源 管理器
属性窗口
工程：在Visual Basic 中使用工程来管理开发—个应用程 序产生的所有文件。所以每建一个新程序，就要新建一个工 程。每个工程都对应着一个工程文件。
max，否则，max值不变。 6) i增加1。 7) 返回到第3）步。 8) 输出max中的数，此时max中的数就是10个数中
最大的数
10.2.2 算法的特性 Ø 有穷性：算法中执行的步骤总是有限次数的，不能
无止境地执行下去。 Ø 确定性：算法中的每一步操作必须具有确切的含
义，不能有二义性。 Ø 有效性：算法中的每一步操作必须是可执行的。
使用二分查找法，查找出John
10.3 程序设计语言
10.3.1 程序设计语言的分类
面向过程 面向对象
高级语言 汇编语言 机器语言
10.3.1 程序设计语言的分类
1．机器语言（Machine language）
机器语言：计算机系统可以直接识别的指令集合，由二进制代 码组成，是计算机可直接识别和执行的“语言” 。
把第一个值送给Max 1→I While i≤9
{把下一个值送给x if x≥max x→max endif i+1→i
} Print max
10.2.5 算法示例
1．迭代算法 迭代是一种建立在循环基础上的算法。在数学中，迭代 经常被用来进行数值计算，例如求方程的解，不断用变 量原来的值递推求新的值的过程。
随着计算机技术的不断发展，人们对程序设计方 法的研究也在不断深入。早期程序设计的好坏常 以运行速度快、占用内存少为主要标准，然而在 计算机的运算速度大大提高，存储容量不断扩大 的情况下，程序具有良好的结构成为第一要求， 一个结构良好的程序虽然在效率上不一定最好， 但结构清晰，易于阅读和理解，便于验证其正确 性。当前程序设计的主要方法有结构化程序设计 和面向对象的程序设计
可靠安全等特点网络编程语言。 （2）脚本语言（Scripting Language）：服务器脚本
（JavaScript、VBScript、Perl、PHP）和客户端脚本 （JavaScript、VBScript） 。 3．科学计算语言：MATLAB 讨论：如何学习一种高级语言？如何选择高级语言？
10.4 程序设计方法
冒泡排序示意
4．查找算法
查找是根据给定的某个值，在表中查找等于给定 值的数据元素，若表中存在这样的数据元素，称 此查找是成功的。若表中不存在关键字等于给定 值的数据元素，称此查找是不成功的。
顺序查找
顺序查找是最常用的查找方法，其查找过程为： 从第一个元素起，逐个将给定值与数据元素的关 键字进行比较，若某个元素的关键字与给定值相 等，则认为查找是成功的，否则，查找失败。
（1）常量
（2）变量
（3）表达式
3．语句
（1）赋值语句 （2）输入输出语句 （3）程序的控制结构语句
4．子程序、函数与过程
它们是高级语言中提供的实现模块化程序设计和简化程序代码
的途径，用来完成某一特定的功能。
10.3.3 常用高级语言
1. 传统高级语言 （1）FORTRAN语言：FORTRAN 66、FORTRAN 77、FORTRAN 90 （2）BASIC语言：BASIC、Visual Basic、Visual Basic.NET。 （3）PASCAL语言 （4）C语言：C、C++、C＃ （5）COBOL语言 2．网络编程语言 （1）Java语言：简单易学、面向对象、平台无关、分布式、
折半查找
基本思想：如果查找表中的数 据元素按关键字有序排序，则 在查找时不必逐个顺序比较， 而采用跳跃的方式：首先与“中 间位置”的元素比较，若相等则 查找成功；若给定值大于“中间 位置”的元素值，则在后半部继 续进行折半查找；否则在前半 部进行折半查找。当在长度为n 的表中使用折半查找法查找 时，最差情况下的查找长度不 超过log2n。
顺序结构：由若干个前后衔接的矩形块顺序组成，依
次顺序执行不同的程序块，是最简单的基本结构。
A B 流程图
选择结构：在此结构内有两个分支，它表示当给定的
条件P满足时执行A块的操作，否则执行B块的操作
真
假
P
A
B
流程图
当型循环结构
假 P
真 A
直到型循环结构
A
假 P 真
用VB伪代码描述求任意10个数中的最大数的算法
10.4.1 结构化程序设计
结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精和模块化 的分析方法，从而有效地将一个较复杂的程序系统 设计任务分解成许多易于控制和处理的子程序，子 程序再分。然后将求解所有小问题的子程序组合成 求解原问题的程序，便于开发和维护。
• 模块结构图
主控模块
模块1
模块2
模块3
模 块 2­1
高级语言程序的编译执行过程： 编译程序工作过程:
10.3.2 高级语言的基本特征
1．数据类型 各种高级语言都提供了丰富的数据类型，这些数据类型可以 分为两大类：简单类型和构造类型。其中简单类型一般有整 型、实型、字符型、逻辑型等，构造类型有数组类型、集合 类型、记录类型、指针类型、文件类型等。
2．运算与表达式
第10章 程序设计基础
10.1 程序设计的概念 10.2 算法 10.3 程序设计语言 10.4 程序设计方法
10.1 程序设计的概念
程序：指计算机完成特定功能的指令的集合，是解 题方法和步骤的描述。主要描述两部分问题：描述 问题的每个对象和对象之间的关系及对对象的处理 规则。
程序的核心：数据结构和算法。
2. 用N­S图描述算法
Ø 程序的三种基本结构：顺序结构、选择结构和循环 结构。
Ø 结构化流程图（N­S图）
3. 用伪代码描述算法：伪代码是介于自然语言和高级语 言之间的一种文字和符号描述工具，它不涉及图形， 而是结合某种高级语言一行一行、自上而下描述算法。
Ø用矩形框表示进行某种处理， 有一个入口，一个出口；
例如：求若干个数之和或乘积的问题。
2．穷举算法 穷举法也叫枚举法，它的基本思路是对众多可能解，按 某种顺序进行逐一枚举和检验，并从中找出那些符合要 求的可能解，作为问题的解。穷举的计算量是相当大 的，但对于计算机来说，做起来很容易。穷举算法是一 种重要的算法设计策略，可以说是计算机解题的一大特 点。
选择排序示意
冒泡排序(Bubble Sort)：是每趟将相邻的两个数两两进 行比较，若满足升序次序，则进行下一次比较，若不满足 升序次序，则交换这两个数，直到最后。总的比较次数为 n-1次，此时最后的元素为最大数，此为一趟排序。接着 进行第二趟排序，方法同前，只是这次最后一个元素不再 参与比较，比较次数为n-2次，依次类推。
工程文件（*.vbp）：是管理与该工程有关的所有文件和对 象的清单，这些文件和对象自动链接到工程文件上。
窗体文件（*.frm）
标准模块文件（*.bas）：包含了模块级的变量和外部过 程的声明等。
二进制数据文件（*.frx）：当窗体文件含有图片或图标 文件时，系统自动产生。
Ø 输入：算法中操作的对象是数据，因此应提供有关 数据。
Ø 输出：一个算法要有输出，以反映输入数据加工后 的结果，没有输出的算法是毫无意义的。
10.2.3 算法的评价
算法评价标准 Ø 正确性 运行结果正确 Ø 可读性 指算法的简单性 Ø 通用性 适用一类问题的求解 Ø 高效率 时间与空间
算法效率的度量
2）用m除以n，余数存于r；若r等于0，则 n就是最大公约数，输出n；
3）否则，将n赋值给m，r赋值给n，返回 到第2步。
例10­2 算法：
1) 输入一个数，放在存储单元max中。 2) 设置用来统计比较次数的单元i，初始值为1。 3) 若i<=9，做第4）步，否则做第8）步。 4) 输入一个数，放在存储单元x中。 5) 比较max和x中的数，若x>max，则将x的值送给
Ø 运行程序
10.2 算 法
10.2.1 算法的概念
计算机解决问题的方法和步骤，是一组明确的可 以执行的步骤的有序集合。
算法举例：
例10­1：欧几里德（Euclid）算法求两个正整数m 和n的最大公约数。 例10­2 输入10个数，要求找出其中最大的数。
例10­1 算法（辗转相除法）
步骤如下：
1）比较m和n的大小，把大数放在m，把 小数放在n中；
（1）对象(Object) 指现实世界中客观存在的事物。 对象的静态特性：属性（包括自己特有的属性和同类对象 的共同属性） 。属性反映了对象自身特征； 对象的动态特性：行为。行为通过方法和事件来表达，事 件指发生在对象上的动作，或者对对象所做的操作，方法 指对象所固有的完成某种任务的功能，与事件过程类似， 都是为了完成某个任务。 一个对象是属性和行为的封装体。
Ø 设计算法，画出流程图。
Ø 选择编程工具，按算法编写程序。
Ø 调试程序，分析输出结果。
程序设计的执行
Ø 编辑程序：创建计算机源程序文件
Ø 编译程序：对程序源代码进行语法分析，代码生 成，从而产生目标代码文件，其扩展名为OBJ， 同时表明源程序无语法错误。
Ø 链接程序：将目标文件和系统提供的函数链接起 来产生可执行文件，其扩展名为EXE。
特点：繁琐冗长、不直观、容易出错、程序不通用。
2．汇编语言（Assembly language）
汇编语言：用助记符表示的机器指令。 特点：直观性增强了，但与机器指令一一对应。
3．高级语言（High level language）
高级语言：接近自然语言和数学表达式的一种语言。 特点：直观、通用性，便于推广交流。 两种执行方式：编译方式和解释方式。
程序设计（Programming）：先对问题进行分析并建 立数学模型（对数值计算问题）或提出对数据处理 的需求（对非数据计算问题），然后进行算法的设 计，并用某一种程序设计语言编写程序，最后调试 程序，使之运行后能产生预期的结果。
程序设计的基本步骤：
Ø 分析问题，确定数学模型或方法。 明确要准备解 决的问题，确定好编程目标，定义好需要输入的 数据和想要得到的输出结果。
例如：求方程x+2y+5z=100的整数解。
3．排序算法 所谓排序，就是将一组数据元素按照某个关键字递增或递减 的次序排列起来。 选择排序实现过程：首先找出表中关键字最小的元素，将其 与第一个元素进行交换，然后，再在其余元素中找出关键字 最小的元素，将其与第二个元素进行交换。依次类推，直到 将表中所有关键字按由小到大的顺序排列好为止。
Ø 时间度量：执行一种简单操作所需的平均时间与 进行简单操作的次数的乘积。通常把算法中包含 简单操作的次数的多少称为算法的时间复杂度 。
Ø 空间度量：主要考虑在算法运行过程中临时占用 的存储空间，称为算法的空间复杂度。
10.2.4 算法的描述
常用流程图、N­S图、伪代码等
1. 用传统的流程图描述算法：通过流程线、几何图形、 文字说明来描述算法。
Ø用菱形框表示判断，有一个入 口，两个出口；
Ø在框内写上简明的文字或符号 表示具体的操作；
Ø用带箭头的流向线表示操作的 先后顺序。
优点：直观性强，容易掌握。
缺点：对流程线的使用没有严格 限制，如毫无限制地使流程转来 转去，将使流程图变得毫无规 律，难以阅读
m
a
n
m
a
n
m除以n，得余数r
n
m
r
n
m除以n，得余数r
10.4.3 可视化程序设计
将面向对象程序设计方法与可视化技术相结合 。程序设计人员利用语言工具本身所提供的各 种控件，像搭积木式地构造应用程序的各种界 面，使得整个界面设计是在“所见即所得”的可 视化状态下完成。相对于编写代码方式的程序 设计而言的，可视化程序设计具有直观形象、 方便高效等优点。