程序设计方法学--第一章 程序设计方法学简介
《程序设计方法学》
《程序设计方法学》在当今数字化的时代，程序设计已经成为了一项至关重要的技能。
从我们日常使用的手机应用，到复杂的企业级系统，无一不是通过程序设计来实现其功能的。
而程序设计方法学，就是研究如何有效地进行程序设计的一门学科。
程序设计方法学涵盖了多个方面，包括程序设计的基本原则、方法、工具以及流程等。
首先，让我们来谈谈程序设计的基本原则。
其中最重要的一点就是清晰性。
一个好的程序应该是易于理解和阅读的，无论是对于编写者自己，还是对于其他可能需要维护或修改代码的人员。
这就要求我们在编写代码时，使用有意义的变量名和函数名，合理地组织代码结构，添加必要的注释等。
另一个重要原则是正确性。
程序必须能够按照预期的方式工作，产生正确的结果。
这需要我们在设计和实现程序时，进行充分的思考和测试，确保每一个功能模块都能正常运行，并且在各种可能的输入情况下都能给出正确的输出。
还有一个关键原则是效率。
在满足清晰性和正确性的前提下，程序应该尽可能地高效运行，占用较少的资源，如内存和 CPU 时间。
这就需要我们选择合适的数据结构和算法，对程序进行优化。
在方法方面，结构化程序设计是一种被广泛采用的方法。
它强调将程序分解为多个独立的模块，每个模块具有明确的功能和接口。
通过这种方式，可以使程序的结构更加清晰，易于维护和扩展。
面向对象程序设计则是另一种重要的方法，它将数据和操作数据的方法封装在一起，形成对象。
这种方法更符合人们对现实世界的认知方式，有助于提高程序的可复用性和可维护性。
程序设计工具也是不可或缺的一部分。
集成开发环境（IDE）为程序员提供了一个方便的编程环境，包括代码编辑、编译、调试等功能。
版本控制系统则可以帮助我们管理代码的版本，方便团队成员之间的协作和代码的回滚。
此外，还有各种代码分析工具、测试工具等，都可以提高程序设计的效率和质量。
程序设计的流程一般包括需求分析、设计、编码、测试和维护等阶段。
需求分析是理解用户的需求，确定程序要实现的功能和性能要求。
程序设计方法学PPT课件
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⑵ 代数方法
通过联系不同的操作间的行为关系给出操作的隐 式定义，未给出并发的显式表示。
如：OBJ、Larch
⑶ 过程代数方法
给出并发过程的一个显式模型，并通过过程间允 许的可观察的通信上的限制来约束表示行为。
如：CSP（通信顺序进程）和CCS（通信系统计算）
⑷ 基于逻辑的方法
采用逻辑来描述系统的特性，包括程序行为的低 级规范和系统时间的行为规范。
– 形式化的级别，应先确定应用的关键程度、项 目规模、可用资源等确定采用非、半或高度形 式化的描述
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– 使用范围，尽管形式化可以适应所有的开发阶 段，但通常应有选择的使用，对那些安全性、 可信性要求高的构件应用高度的形式化
– 工具，工具的支持在形式化方法中具有重要的 位置，应根据具体项目，综合上述因素选择合 适的工具
(1) 双重类：此类方法兼具二者的特点，如：扩展状 态机/实时时态逻辑等。
Байду номын сангаас
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形式化规范的成功案例
• IBM商用信息系统，牛津大学和Hursley实验室使用Z 语言。总体成本降低9％，获皇家技术成就奖。
• Praxis公司使用VDM开发的伦敦机场信息显示系统， 软件质量大为提高，故障率0.75(2~20)每K行代码。
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五、认识
• 形式化方法成长至今争议声不断，应正确地认识 形式化方法，在结合到具体的软件开发过程时应 考虑：
– 应用的类型，考虑问题领域的特点和模型的复 杂性
– 规模和结构，较适应中等规模的系统，大型系 统应考虑具有良好的结构
– 类型的选择，应从所确定的目标出发考虑采用 的形式化方法的类型
程序设计方法学
程序设计方法学简介程序设计方法学是指在软件开发中，根据一定的规律和原则进行程序设计的一种方法论。
它包括了程序的设计过程、设计原则、设计模式等方面的内容。
程序设计方法学旨在提高程序的可读性、可维护性和可扩展性，降低程序设计的风险，并最大程度地提高开发效率。
设计过程程序设计方法学的设计过程包括需求分析、概要设计、详细设计、编码和测试等几个阶段。
需求分析需求分析是指通过与用户沟通、收集用户需求，对系统需求进行详细的分析和定义。
在需求分析阶段，我们可以通过使用UML类图、用例图等工具来构建系统模型，以便更好地理解用户需求。
概要设计概要设计是将需求分析得到的模型转化为软件系统的总体设计。
在概要设计阶段，我们需要定义软件系统的架构、模块划分、数据结构和算法等。
概要设计的目标是保证系统的高性能、稳定性和扩展性。
详细设计详细设计是在概要设计的基础上，对软件系统的各个模块进行详细设计。
在详细设计阶段，我们需要定义每个模块的接口、数据结构、算法等。
详细设计的目标是保证模块的内聚性和耦合性，并确保模块之间的良好协调。
编码编码是将详细设计得到的方案转化为具体的源代码实现。
在编码阶段，我们需要根据设计文档编写代码，并进行测试和调试。
编码的目标是保证代码的可读性、可维护性和可扩展性，提高程序的质量。
测试测试是对编码得到的程序进行验证和验证。
在测试阶段，我们需要编写测试用例，并进行单元测试、集成测试和系统测试等。
测试的目标是发现和修复潜在的问题，确保程序的功能和性能符合预期。
设计原则程序设计方法学中有许多设计原则可供开发人员参考。
以下是几个常用的设计原则：单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)单一职责原则是指一个类或模块只负责一项职责。
这种设计原则可以使代码更加清晰和易于维护，提高系统的灵活性和可扩展性。
开放封闭原则(Open-Closed Principle, OCP)开放封闭原则是指软件实体应该对扩展开放，对修改封闭。
程序设计方法学1992年修订本教学设计
程序设计方法学1992年修订本教学设计课程概述《程序设计方法学》是计算机科学与技术专业的一门核心课程，是面向对象程序设计的基础。
本课程旨在培养学生的程序设计思维和能力，使其能够熟练使用面向对象编程语言进行程序设计。
本课程将介绍面向对象程序设计的基本概念与思想，包括类、对象、继承、多态等，同时也将介绍常用的编程工具和框架。
课程目标1.掌握面向对象程序设计的基本概念和思想；2.能够使用面向对象编程语言进行程序设计；3.熟练掌握常用的编程工具和框架。
教学内容第一章面向对象程序设计基础1.1 面向对象程序设计概述•面向对象编程语言的特点；•面向对象程序设计的基本概念与思想。
1.2 类与对象•类的定义与使用；•对象的创建与使用；•构造函数与析构函数。
1.3 继承与多态•继承与派生类的定义；•多态的概念与应用。
第二章编程工具和框架2.1 编程工具•开发环境的使用；•调试工具的使用。
2.2 编程框架•常用的编程框架介绍；•开发应用程序的流程。
教学方法1.理论讲授：结合案例讲解面向对象程序设计的基本概念和思想，让学生掌握面向对象程序设计的基本思路；2.实验课程：通过实践编写程序，让学生掌握面向对象程序设计的实际操作和常用工具和框架的使用。
考核方式1.平时成绩：包括实验课程成绩、作业成绩等；2.期中考试：测试学生对于面向对象程序设计的基本理解和掌握情况；3.期末考试：测试学生对于面向对象程序设计的深入理解和综合应用能力。
参考教材1.C++ Primer Plus（第五版）；2.计算机程序设计艺术（第二卷）；3.STL源码剖析。
教学资源1.CodeBlocks集成开发环境；2.Visual Studio编程工具；3.Java SE开发工具。
总结本课程旨在培养学生的程序设计思维和能力，让学生掌握面向对象程序设计的基本概念和应用，认识常用的编程工具和框架，能够独立运用所学知识进行程序设计。
同时，本课程也为学生今后在计算机科学和技术领域的学习和发展打下坚实的基础。
程序设计方法学
程序设计方法学程序设计方法学是一门研究程序设计过程、方法和技术的学科。
它不仅关注编程语言的选择和使用，更重视程序设计过程中的思维方式、设计原则以及开发工具的应用。
程序设计方法学的目的是提高软件开发的效率和质量，减少错误，确保软件的可维护性和可扩展性。
程序设计的基本过程程序设计的基本过程通常包括以下几个阶段：1. 需求分析：了解用户需求，明确软件需要实现的功能和性能指标。
2. 系统设计：根据需求分析结果，设计软件的架构和模块划分。
3. 编码实现：选择合适的编程语言，按照设计文档进行编码。
4. 测试验证：对编写的代码进行测试，确保其满足需求并且没有错误。
5. 维护与升级：软件发布后，根据用户反馈进行维护和升级。
程序设计的原则在程序设计过程中，遵循一些基本原则是非常重要的，这些原则包括：- 模块化：将程序划分为多个模块，每个模块负责一部分功能，易于管理和维护。
- 抽象：通过抽象隐藏不必要的细节，使程序设计更加简洁。
- 封装：将数据和操作数据的方法封装在一起，提高代码的安全性和可重用性。
- 继承：利用继承机制减少代码重复，提高代码的可维护性。
- 多态：允许不同类的对象对同一消息做出响应，但具体行为则取决于对象的实际类型。
程序设计的方法和技术程序设计的方法和技术多种多样，以下是一些常见的方法和技术：- 面向对象编程（OOP）：一种以对象为中心的编程范式，强调数据和功能的结合。
- 函数式编程：一种编程范式，强调函数的不可变性和无副作用。
- 逻辑编程：使用逻辑规则来编写程序，适合处理复杂的问题求解。
- 迭代开发：通过快速迭代的方式开发软件，每次迭代都提供可工作的软件版本。
- 敏捷开发：一种以人为核心、迭代、循序渐进的软件开发方法。
程序设计的工具现代程序设计中，使用各种工具可以大大提高开发效率：- 集成开发环境（IDE）：提供代码编辑、编译、调试等功能。
- 版本控制系统：如Git，用于代码的版本管理和多人协作。
程序设计方法学
程序设计方法学程序设计方法学是指用以指导程序设计各阶段工作的原理和原则，以及依此提出的设计技术。
有时也指研究这些原理、原则和技术的学科。
程序设计方法学的目标是能设计出可靠、易读而且代价合理的程序。
程序设计方法学包括程序理论、研制技术、支援环境、工程规范和自动程序设计等课题，使程序设计更加科学化和工程化。
其基本内容是：结构程序设计；程序理论在程序设计技术中的应用，以及规格说明和变换技术。
程序理论与程序设计方法学的发展密切相关，它丰富了程序人员的思维方法，促进了程序设计技术的发展。
程序设计方法学也与软件工程关系密切。
方法学对软件的研制和维护起指导作用。
软件工程要求程序设计规范化，建立新的原则和技术。
而一种新的方法的出现，又要求制订出相应的规范。
方法和工具是同一问题的两个侧面。
工具的研究以方法学为基础，而工具的研制成功又会影响程序设计。
程序设计方法学还涉及程序推导、程序综合、程序设计自动化研究、并发程序设计、分布式程序设计、函数式程序设计、语义学、程序逻辑、形式化规格说明和公理化系统等课题。
一、程序设计方法学的发展过程与历史现状程序设计方法学的发展过程与软件的发展过程以及语言的发展过程都存在密切的关系。
一般情况下，软件的发展分为三个阶段：第一阶段，开创阶段。
在１９５５——１９６５年，计算机软件刚刚起步，高级语言的作用还没有被接受，机器语言和汇编语言仍是程序员的主流编程语言。
在这个阶段，程序设计完全是一些专家才能完成的任务，他们能使庞大的机器按照预想执行，程序设计被看作是一门艺术，还没有上升到方法学的高度。
第二阶段，稳定阶段。
１９６５——１９８５年，像科学计算语言FORTRAN、商务计算语言COBOL这样的高级语言开始被人们所接受，软件也不再是随硬件附带的赠品，逐渐成为一个独立的商品，具有其自身的价值。
这个时期软件设计方法的主流是结构化分析和设计，以结构化分析、结构化评审、结构化设计以了结构化测试为特征。
《程序设计方法学》课程教学大纲
《程序设计方法学》课程教学大纲一、课程基本信息中文名称：程序设计方法学英文名称：Programming Methodology开课学院：计算机科学学院课程编码：S学分：2 总学时：36适用专业：所有学科（机械工程、机械工程专硕、地学信息工程）修读基础:程序设计方法学是一门提升程序设计能力的课程，要求学生已经学习了VB或C语言并具备了一定的编程能力。
课程负责人：陈汶滨（教授）主讲教师：陈汶滨（教授）；王兵（副教授）二、课程目的任务1.课程地位作用（课程在实现培养目标中的地位作用）程序设计方法学是讨论程序性质以及程序设计的理论和方法的一门学科。
对学生进行基础性的、面向对象的程序设计训练。
让学生理解面向对象程序设计的方法、C#语言的基本概念和利用Visual Studio .NET进行应用程序设计。
2.课程主要内容（简述：主要内容、重点、难点等）了解程序设计方法学的地位和重要性；掌握程序控制结构构成的基本原理、基本成份；明确面向对象设计与分析对程序设计及程序设计语言的影响及重要性；熟悉并掌握传统的和面向对象的软件开发方法与基本理论；理解多线程程序设计基本概念,掌握文件处理、应用程序打包的基本方法；掌握windows程序开发的流程，具有构造应用程序的能力。
3.学生应达到的基本要求掌握使用C#设计应用程序的基本技能，以及能够编写、调试程序的方法及技巧，要求每个学生都能较为熟练地使用Visual 软件开发环境进行Windows桌面应用程序的开发。
三、教学内容与学时分配（含各时段学生课外学习要求）1、面向对象的基本方法（2学时）教学内容：（1）面向对象的方法（2）面向对象方法的阶段（3）C#中定义类教学要求：（1）初步理解面向对象的方法（2）了解面向对象方法的阶段（3）掌握C#中类的定义方法重点：C#中类的定义方法难点：面向对象方法的特性2、封装和抽象（4学时）教学内容：（1）定义封装（2）使用访问修饰符实现封装教学要求：（1）了解抽象的概念（2）理解封装的概念与实现（3）掌握访问修饰符的使用重点：访问修饰符的使用难点：抽象的概念3、构造函数和析构函数（2学时）教学内容：（1）实现构造函数（2）实现析构函数（3）识别对象的生命周期教学要求：（1）掌握构造函数的实现（2）理解对象的生命周期（3）了解析构函数重点：构造函数的实现难点：构造函数的重载4、多态（4学时）教学内容：（1）静态重载与动态重载（2）函数重载（3）操作符重载教学要求：（1）理解重载的概念（2）掌握函数重载的实现方法（3）了解操作符重载的实现方法重点：函数重载难点：操作符重载5、继承（4学时）教学内容：（1）类间的关系（2）使用抽象类（3）使用封装类（4）接口教学要求：（1）了解类间的关系（2）理解抽象类、封装类的使用（3）掌握继承的使用和接口的实现重点：继承的实现难点：接口的实现6、引用数据类型（2学时）教学内容：（1）数组（2）结构体（3）枚举（4）集合教学要求：（1）掌握数组的定义与使用（2）掌握数组的定义与使用（3）了解结构体（4）了解枚举重点：数组、集合的使用难点：值类型与引用类型的区别7、文件输入和输出（4学时）教学内容：（1）文件输入和输出（2）文本文件的读写（3）二进制文件的读写（4）Windows文件系统教学要求：（1）掌握文本文件的读写（2）理解二进制文件读写（3）理解Windows文件系统重点：文本文件的读写难点：Windows文件系统8、多线程（4学时）教学内容：（1）线程概述（2）线程的生命周期（3）实现多线程（4）线程的优先级（5）线程同步（6）进程间的通信教学要求：（1）理解线程的生命周期（2）掌握线程的使用（3）了解进程间的通信重点：线程的优先级、线程同步、线程的使用难点：线程同步9、Windows窗体和控件（2学时）教学内容：（1）Windows编程原理（2）Windows Form（3）Windows常用控件教学要求：（1）理解Windows环境下编程的基本原理（2）掌握常用控件的主要属性、方法和事件重点：常用控件的主要属性、方法和事件难点：常用控件的主要属性、方法和事件10、对话框、菜单与MDI应用程序的创建（2学时）教学内容：（1）CommonDialog类（2）菜单（3）MDI程序教学要求：（1）理解CommonDialog类（2）掌握菜单控件的使用（3）掌握MDI程序的创建方法重点：对话框和菜单的使用难点：自定义对话框11、打印和报表（2学时）教学内容：（1）打印组件简介（2）水晶报表组件教学要求：（1）了解打印的基本原理（2）掌握水晶报表的使用重点：水晶报表的使用难点：水晶报表的使用12、无障碍和国际化（2学时）教学内容：（1）国际化应用程序的特性（2）应用程序资源（3）使用HTML Workshop创建帮助系统教学要求：（1）了解国际化应用程序的特性（2）理解应用程序资源（3）掌握使用HTML Workshop创建帮助系统重点：使用HTML Workshop创建帮助系统难点：应用程序资源13、打包和部署（2学时）教学内容：（1）程序集（2）Setup工程（3）实现ClickOnce教学要求：（1）了解程序集的主要作用（2）掌握Setup工程的使用（3）理解ClickOnce方式部署应用程序重点：Setup工程难点：程序集四、考核方式与成绩评定1.考核方式：（笔试、论文、口试等）完成一个综合性程序项目并编写项目文档2.成绩评定办法：（平时成绩、期末考试成绩……等比例）平时表现（考勤、随堂提问、作业等）：20%期末程序项目及文档：80%五、教材及主要参考书目1.c#程序设计与案例教程(第2版) 杨树林胡洁萍编著，清华大学出版社，2014年1月2. C#.NET程序设计，李旗著，机械工业出版社，2007.11六：其他需要说明的问题大纲执笔人：王兵大纲审批机构：计算机科学学院教授委员会2015年8 月25 日。
程序设计方法学01-2 教师用书_第1章_引言
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展示第一个 C 语言程序，现场演示编译、
1.1 一个C语言程序
输入 4
例1-1求阶乘问题。输入一个正整数n，输出n!。 输出 24
#include <stdio.h>
/* 编译预处理命令 */
int main(void)
/* 主函数 */
{
int n;
/* 变量定义 */
解1: Input A; Add A A D; Add A D D; Output D;
解2: Input A; Set 0 Z; Add Z A Z; Add Z A Z; Add Z A Z; Output Z;
设问 2：如何求 A+A+A？ 解 1 延续了求 A+B+C 的思路； 解 2 思路： （1）输入一个数到 A 变量 （2）设 Z = 0 （3）重复做 3 遍：Z = Z + A； （4）输出 Z 最后点出 A*3=A&#达处理过程，同时有自 己的规范，即语法。 程序员需合法（合乎语法）使用程序设计 语言编程。
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1.2 程序与程序设计语言
1.2.1 程序与指令 1.2.2 程序设计语言的功能 1.2.3 程序设计语言的语法 1.2.4 程序的编译与编程环境
本节介绍 4 个问题，其中程序与指令、程 序的编译与编程环境举例说明，其余简要 说明。
Input A; Input B; Input C; Add A B D; Add C D D; Output D;
输入第1个数据到存储单元A中
将A、B相加并将结果存在D中 将C、D相加并将结果存在D中 输出D的内容
将 Add A B D; 改为： Sub A B D;
程序设计方法学--第一章 程序设计方法学简介
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程序设计与程序设计语言
程序设计就是用计算机语言把对数据进行处理的算法表达出
来
程序的表达手段就是程序设计语言
西南石油大学计算机科学学院
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程序设计方法
功能分解法
—— 计算任务 综 —— 以数据为中心 —— 以对象为中心
结构化程序设计
合
使 用
面向对象程序设计 组件程序设计
—— 以组件为中心
西南石油大学计算机科学学院
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…软件开发语言龙虎斗
说到编程语言，不能不说Java。Java是internet时代的产物，
同其他前辈语言相比，其最大的特色在于“一次编码，多处 运行”。Sun公司是Java语言的缔造者，但对Java开发环境做 出最大贡献的是Borland的JBuilder系列产品。1997年， Borland发布JBuilder 1.0，进军Java跨平台开发。这之后，微 软曾试图染指Java开发环境市场，并影响Java的技术发展， 并在Visual Studio系列中，将Visual J++从1.0直接跨越到6.0。 但是，JBuilder至今仍控制着Java的开发环境市场。
（50年代后—60年代初） （本世纪60年代以来）
软件危机
对成本、进度的估算难以准确 用户对已完成的软件系统常常不满意 软件产品质量不可靠 软件常常难以维护 软件成本的上升 缺少文档资料 软件生产速度跟不上实际需要
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发展过程
不同程序设计语言的出现带来不同的程序设计方法
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…程序设计思想的进步
事实表明，面向对象程序设计方法虽然比结构化方法能更自
程序设计方法学
UML在面向对象程序设计中的应用引言面向对象软件开发方法已经成为现代软件工程的重要手段。
应用面向对象方法设计出的软件组件可以方便的实现软件重用。
同时这种机制将传统的以数据为中心的软件开发方法，改变为同时关注数据的信息与功能，从而可以开发出适应信息与功能变化的系统。
面向对象方法学基本思想是:对所研究的事物进行自然分割，并从分割后的实体中抽象出对象，每个对象都真实地反映了它所对应的实体，然后以更接近人类思维的方式建立事物模型，以便对客观实体进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出的软件尽可能直接地描述现实世界，构造出模块化的、可重用的、维护性好的软件，同时限制软件的复杂性和降低开发维护费用。
面向对象程序设计的介绍上世纪八十年代末以来，随着面向对象技术成为研究的热点，面向对象的思想已经涉及到软件开发的各个方面。
如:面向对象的分析(oboeCtor、entedAnalysis)、面向对象的设(ooD，oboeetorientedDeSlgn)、面向对象的编程(ooP，oboeetor、entedProgramming)等等。
面向对象程序设计(oP)现在已经是我们编程的一项基本技能。
面向对象编程之所以如此风靡，有好几个原因导致这种结果。
面向对象思想起源于七十年代，在八十年代得到了巩固和发展。
九十年代，面向对象技术已经成熟，并进入深入发展阶段。
面向对象程序设计与传统的过程化程序设计有着显著的区别:过程化程序设计是面向功能的，通常用函数或过程来实现所需要的功能，数据通常作为参数传递给函数或过程，数据与实现该数据功能的函数或过程分离，这种方式不利于大中型软件的开发与维护，小部分数据或功能的变动会波及到很多相关的程序，由于用户的需求和软、硬件技术的不断发展变化，按照功能划分设计的系统模块必然是易变的和不稳定的。
这样开发出来的模块可重用性生不高。
随着计算机应用需求的不断扩大，计算机软件越来越复杂，这种复杂性不仅体现在规模的扩大，而且模块之间的交互越来越复杂，为此，人们提出了面向对象的程序设计思想，它是一种以对象为中心的程序设计方法。
程序设计方法学第一章程序设计方法概述新
▪ 程序设计的基本特征
结构化
模块化
对象化 （OOP，Object Oriented Programming）
智能化 （AOP， Agent Oriented Programming）
▪ 程序设计标准化问题
形式语义
代数规范
程序正确性的代数证明
程序的形式推导 程序变换技术
▪ 程序设计标准实施问题
结果
编译阶段
运行阶段
解释程序：是一种一边解释用高级语言编写的源程序的语句，
一边根据解释的结果直接执行。解释程序花费的机器时间要
多些，但所占的内存要少些。
数据
源程序
解释程序
结果
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编译程序设计概述
1、词法分析：区别、分离出源程序行文中一个一个的单 词，如标识符、保留字、常量、运算符、定界符等。
2、语法分析：识别出源程序的基本结构，如模块、子程序、 分程序、程序包、数据说明、语句等，并生成有关表格（含语 义分析的有关工作）。
中间语言的作用： （1）如中间语言是汇编语言，可实现混合编程。可方便地调用 库过程、库函数、外部过程和函数，实现链接功能的扩充和统一。 （2）作为两种语言的翻译语言，实现翻译功能。
Fi（Li）=M Gj（M）=Lj
Li
Fi 中间语言M Gj
Lj
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（3）形成中间语言是编译过程中必不可少的过程。在编译 过程中的每一趟均存在着不同形式的中间语言。 （4）中间语言提供了不依赖于机器的语言实现机制；
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机器语言和汇编语言
▪ 原始的冯.诺依曼机器（1946年）代码 00000010101111001010 00000010111111001000 00000011001110101000 机器语言是晦涩难懂的，因此需要设计另外一 种语言来写程序，它应该是符号式的或者说助记性 的。 高级语言的优越性：可扩展性；可读性；可移植性
《程序设计方法学》课程大纲
《程序设计方法学》理论课教学大纲一、课程基本信息采用设计模式构建软件是计算机软件开发的一个重要技术。
良好的设计连接需求和实现，并为高质量的软件产品提供支撑。
本课程任务是通过本课程学习，要求学生掌握：1、了解设计模式的意义，基本方法和作用。
2、了解软件构架的基本概念和方法。
3、熟悉UML建模语言和其他软件设计表达方法。
4、掌握15种重要的设计模式。
达到以下基本要求：1、了解软件设计的意义，基本方法和作用。
了解设计在软件生命周期中的地位。
2、了解软件构架的概念和基本方法以及软件构架和设计的关系。
3、熟悉UML建模语言和工具。
4、掌握15种设计模式：装饰者模式；策略模式；观察者模式；工厂模式；单件模式；命令模式；适配器模式与外观模式；模板方法模式；迭代器与组合模式；状态模式；代理模式；复合模式。
三、课程主要内容、要求及学时分配四、主要教学组织形式与方法手段根据本课程的目标、学生掌握的前期知识以及本课程的知识特点，本课程采用如下的教学方法与教学手段。
1.组织形式本课程的教学组织形式采用课堂讲述、讨论和实验相结合的方式进行，以提高学生的积极性，充分发挥学生的主观能动性。
2.教学方法本课程采用理论讲述、讨论和实验相结合的教学方法，课堂采取“问题提出—-学学讨论----引出模式”的思路进行。
实验由学生根据课堂所学的有关模式知识设计和实现相关软件。
3.教学手段采用多媒体和板书相结合的方式。
五、课程考核和成绩评定《程序设计方法学》实验课教学大纲一、课程基本信息二、课程目标与任务采用设计模式构建软件是计算机软件开发的一个重要技术。
良好的设计连接需求和实现，并为高质量的软件产品提供支撑。
本课程任务是通过本课程学习，要求学生掌握：1、了解设计模式的意义，基本方法和作用。
2、了解软件构架的基本概念和方法。
3、熟悉UML建模语言和其他软件设计表达方法。
4、掌握15种重要的设计模式。
达到以下基本要求：1、了解软件设计的意义，基本方法和作用。
《程序设计方法学》课程教学大纲
《程序设计方法学》教学大纲一、课程基本信息1．课程中文名称：程序设计方法学2．课程英文名称：Programming Methodology3．课程类别：必修4．适用专业：信息管理与信息系统5．总学时：54学时（其中理论36学时，上机18学时）6．总学分： 3二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务程序设计方法学是信管专业的一门必修课。
通过本课程的学习，使学生了解程序设计方法的发展概况，掌握结构化程序设计的概念、描述方法、设计技术和设计工具，学习程序结构分析方法和程序正确性证明、设计策略等内容，使学生具备初步的系统分析能力和较好的程序设计能力。
三、理论教学内容与教学基本要求1. 第一章程序设计方法学简介（4学时）教学内容：程序设计方法学的产生、结构程序设计及其讨论的一些主要问题。
教学基本要求：了解程序设计方法学的产生、定义、与其他学科的关系，掌握结构程序设计的定义、特点及其讨论的一些主要问题。
教学重点：程序设计方法学的产生、定义；结构程序设计的定义、特点及其讨论的一些主要问题。
教学难点：结构程序设计讨论的一些主要问题。
2．第二章结构化程序（4学时）教学内容：结构化程序、结构化定理及一些新的控制结构。
教学基本要求：掌握结构化程序、结构化定理、了解一些新的控制结构。
教学重点：结构化程序、结构化定理。
教学难点：结构化程序、结构化定理。
3．第五章程序正确性证明（10学时）教学内容：程序正确性证明的定义、程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
教学基本要求：理解程序正确性证明的定义，并掌握程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法的使用。
教学重点：程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
教学难点：程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
4.第六章结构化程序的正确性证明（4学时）教学内容：正确性定理、证明程序正确性的代数方法、产生循环不变式的方法。
《程序设计方法学》教学大纲
程序设计方法学一、说明（一）课程性质程序设计方法学是一门选修课，要求学生已经学习了pascal或c语言、离散数学、数据结构课程并具备了一定的编程能力。
程序设计方法学是讨论程序性质以及程序设计的理论和方法的一门学科。
程序性质设计程序的可靠性和可维护性，程序的效率等许多方面；程序设计的理论和设计主要涉及结构程序设计、程序设计的主要控制结构、设计程序的各种方法、程序的正确性证明、数据抽象、程序的推导和综合、程序变换和程序自动化等方面。
（二）教学目的程序设计并不纯粹是一种技术活动，于任何学科一样它有自身的一套原理和方法。
通过学习程序设计方法学，使学生能掌握基本的程序设计理论和方法，使学生在程序设计过程中采用科学化、规范化的方法和理论，进而使设计的程序不仅正确、结构清晰、易读、易写、易于修改和维护，而且程序更有效。
所以，从计算机教育的角度来看，程序设计方法学是培养程序设计专门人才必不可少的一门课程。
（三）教学内容教学内容涉及结构程序的概念、程序设计的主要控制结构、程序正确性证明、数据类型抽象、递归方法、逐步求精法、模块设计和推导技术以及程序变换技术。
（四）教学时数该课程授课时数36学时,上机36学时，总学时36+36/2=54。
（五）教学方式讲授。
二、本文理论部分第一章引论教学要点：本章主要讨论了程序设计方法学的发展过程，程序设计的一般途径以及结构程序设计的概念。
本章的重点和难点设结构程序设计的概念。
教学时数：2学时教学内容：第一节程序设计发展与程序设计方法学0.5学时本节主要了解程序设计发展的历程以及程序设计方法学的一般定义、相关概念。
第二节程序设计的一般途径0.5学时本节主要了解程序设计中程序的效率与正确性之间的关系以及采用的设计方法等观点。
第三节结构程序设计概念。
1学时本节主要掌握结构程序设计的概念以及非结构化程序向结构化程序转化方法。
考核要求：本章要求学生领会结构程序设计中的基本概念以及熟练掌握并熟练应用将非结构程序转化为结构化程序的方法。
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程序设计实例
课程的主要研究问题
程序设计的基本特征
结构化
模块化
对象化
智能化
程序设计标准化问题
形式语义
代数规范
正确性的代数证明 形式推导 程序变换
程序设计标准实施问题
设计风格 设计方法 设计工具 设计技巧
本讲内容
本课程的核心内容和目的 程序设计语言的介绍 软件危机与程序设计方法学的产生 程序设计方法学的内容 作业及考试情况
软件危机——产生 （1/2）
软件危机的产生（60年代末－70年代初）
机器、汇编语言，以及小规模高级程序设计 追求指令少、运行快，是一种手工艺式时代。
随着计算机应用的扩展和系统软件的出现， 传统的追求技巧型的方法，已变得不适合。
软件危机——产生（2/2）
软件危机的表现
软件开发成本和进度的估计常常很不准确 用户对“已完成的”软件系统不满意的现象经常发
……;goto ERROR;
……
}
ERROR:
……;goto PROC;
switch(state){ Case STATE_ZOOMIN:
……;goto NOT_SENDING; Case STATE_DRAWRECT:
……;goto SENDING; …… } SENDING:
……;return; NOT_SENDING:
程序设计方法学（方法学）
研究程序的性质，以及程序设计的理论、
方法和技术的科学
本课程的参考文献
《程序设计方法学》胡正国等 国防工业出版社 2019年1月 《程序设计方法学》冯树椿等 浙江大学出版社 1987年12月 《软件设计方法》 王选 清华大学出版社 1992年4月 《软件开发的科学与艺术》 微软电子工业出版社 2019年5月 《程序设计语言概念和结构》Ravi Sethi 机械工业出版社 2019 《程序设计实践》 Brian W.K 机械工业出版社 2000年8月 《Design Patterns Elements of Reusable Object-Oriented
程序设计方法学PPT课件
2019/5/26
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二、展望
• 今后的发展？ 软件开发对象的变化
数据处理
数据
无关
信息技术
信息 与一个语境（context）相关联
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知识
知识： 与多个语境相关联
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d) 形式化的方法 • 计算机语言的研究可以分为三部分：
– 语法学（Syntax)：研究程序设计语言的形态结构
– 语义学（Semantics)：研究程序设计语言和它所指的 对象间的关系
– 语用学（Pragmatics)：研究语言和它使用间的关系
• 形式语义学
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d）工程化的其他方法 i. 计算机辅助软件工程（CASE）
Unix 工具箱、Ada的开发环境、程序综合器、 软件工具
ii. 基于构件（Component)的软件工程（CBSE） COM/COM+、CORBA、EJB 设计模式(Gamma)—— “其重要性可以与70年 代从编程中分离数据结构和算法作为程序设计 的规律性成果相媲美”。
• 该技术被评为21世纪对经济和人类生活工作方 式最有影响力十种技术之一。
• AOP的核心思想是将软件系统中的横切关注点 和核心关注点分别模块化，各自处理，再通过 编织器进行无缝的编织实现，以解决代码纠缠 等问题，降低耦合度，提高可维护、可重用、 可扩展性。
• 目前支持AOP的语言有AspectJ、 AspectC、 AspectC++、 AspectC#、 AspectS、 AspectR （Ruby）及SpringAOP、JBossAop等等。
程序设计方法学
DO-UNTIL:
[do-until]={(x,y)| ョk>0((Vj,1<=j<k)( ¬ fi(x)) ^p . fk(x)→y= fk(x)) p.
IF-THEN-ELSE :
[if-then-else]={(x,y)|p(x) →y=f(x)|¬p(x) →y=g(x)}
DO-WHILE-DO:
[do-while-do]={(x,y)| ョk>=0((Vj,1<=j<k)(p. f(g.f)j(x)) ^ ¬ . f(g.f) k(x)→y= f f(g.f)k(x)) p
4、结构程序：
如果一个基本程序的函数结点用另一个基本程序替换，就产生了一个 新的正规程序，这样的程序称为复合程序。 抽象地说，由基本程序的一个固定的基集合构造初的复合程序称为结 构程序。 例如：{序列，IF-THEN-ELSE }产生一个无循环的程序类
2、多重出口循环语句
<出口语句>：：=exit <标号> <循环语句>：：=<简单循环>|<多重出口循环> <多重出口循环>::=<简单循环> <标号1>： S1; … <标号n>： Sn; endod: S0;
3、关于N+1/2循环问题 4、PDL语言的控制结构 5、其他
程序设计方法学
——第三章 程序的正确性证明
采用以上步骤得到的程序通常称谓递归结构程序。
第一步，用g4代替赋值L:=4，并且消除测试, 得到；
第二步，用代换后的g3’，即L=3通路上的if-then-else程序代 替赋值L:=3，并且消除测试L=3，得到
第三步，用g2代替赋值L:=2，得到 对应的程序是：
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年，Borland公司又推出了著名的Pascal编译器Turbo Pascal 1.0，在一定程 度上抢了Basic的风头。Turbo Pascal 1.0正式开创了Borland影响PC开发工 具十几年的历史。尽管微软也曾经推出了Microsoft Pascal，但无疾而终。 随着Turbo Pascal 第9版的推出，Pascal语言也得到了不断的发展。1995 年，Borland发布了Delphi，使Pascal成为一种可视化编程语言。Delphi 1.0号称“VB Killer”，又一次在危难的时刻拯救了Borland。
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程序设计思想的进步…
1967年5月20日，在挪威奥斯陆郊外的小镇莉沙布举
行的iFiP TC-2 工作会议上，挪威科学家Ole-Johan Dahl和Kristen Nygaard正式发布了Simula 67语言。 Simula 67被认为是最早的面向对象程序设计语言， 它引入了所有后来面向对象程序设计语言所遵循的 基础概念：对象、类、继承。之后，在1968年2月形 成了Simula 67的正式文本。
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…程序设计思想的进步
事实表明，面向对象程序设计方法虽然比结构化方法能更自
然地表现现实世界，但它不是灵丹妙药，并不能解决所有问 题，它本身存在固有的内在的局限性。最近兴起的面向方面 编程（AOP）正是为了改进上述程序设计方法学的不足。 AOP被视为是“后”面向对象时代的一种新的重要的程序设 计技术。而从更广义的范畴看，在过去的40年里，软件体系 结构试图处理日益增长的软件复杂性，但复杂性却仍继续增 加，传统的体系结构好像已经达到了其处理此类问题的极限。 新兴的Web 服务通过允许应用程序以对象模型中立的方式实 现互连，从而提供了一个更强大、更灵活的编程模型，并将 对软件开发方法产生巨大的影响。
（50年代后—60年代初） （本世纪60年代以来）
软件危机
对成本、进度的估算难以准确 用户对已完成的软件系统常常不满意 软件产品质量不可靠 软件常常难以维护 软件成本的上升 缺少文档资料 软件生产速度跟不上实际需要
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发展过程
不同程序设计语言的出现带来不同的程序设计方法
由瑞士计算机科学家Niklaus Wirth开发的Pascal，一经推出，它的简洁明
了以及丰富的数据结构和控制结构，为程序员提供了极大的方便性与灵 活性，同时它特别适合微计算机系统，因此大受欢迎。结构化程序设计 思想采用了模块分解与功能抽象和自顶向下、分而治之的方法，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，便于开发和维护。因此，结构化方法迅速走红，并在整个20世纪 70年代的软件开发中占绝对统治地位。
1） 五十年代： 机器指令代码、手工艺劳动，少、快、省 2）六十——七十年代初期：高级语言FORTRAN语言出现，简
化程序设计，摆脱机器特性限制，集精力于算法本身
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1966年，Bohm,Jacopini证明：只要三种控制结构就能表达用一个入口、 一个出口的框图（流程图）所能表达的任何程序逻辑 1968年 Dijkstra 《Communication of ACM》 “GOTO有害论” 打响了第 一炮 NATO 在德国软件工程会议 建议：GOTO语句太易把程序弄乱，应从一切高级语言中去掉；只用三
设计科学”。首次把程序设计从经验、技术上升为“科学”。
今天： 方法学的研究获得了不少成果，除结构化程序设计日益完善外，模
块化程序设计、递归程序设计、逐步求精方法等均成为有效的方法， 抽象数据的代数规范，程序的形式化推导技术正在发展，特别是程 序变换技术和自动化方面虽不成熟，已取得可喜进展。
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…程序设计思想的进步…
在20世纪60年代，软件曾出现过严重危机，由软件错误而引起的信息丢
失、系统报废事件屡有发生。为此，1968年，荷兰学者E.W.Dijkstra提出 了程序设计中常用的GOTO语句的三大危害：破坏了程序的静动一致性； 程序不易测试；限制了代码优化。此举引起了软件界长达数年的论战， 并由此产生了结构化程序设计方法，同时诞生了基于这一设计方法的程 序设计语言Pascal。
接口技术等
西南石油大学计算机科学学院4源自…计算机科学的分类与分支学科
5、计算机基本应用技术
数值计算、图形学与图像处理、网络、多媒体、计算可视化
与虚拟现实、人工智能等
6、软件基础
高级语言、数据结构、程序设计、编译原理、数据库原理、
操作系统原理、软件工程
7、新一代计算机体系结构与软件开发方法学
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计算机科学的分类与分支学科…
1、构造性数学基础
数理逻辑、代数系统、图论、集合论等
2、计算的数学理论
计算理论、高等逻辑、形式语言与自动机、形式语义等
3、计算机组成原理、器件与体系结构
计算机原理与设计、体系结构等
4、计算机应用基础
算法基础、程序设计、数据结构、数据库基础、微机原理与
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内容线索
学科地位 程序设计语言和程序设计方法 程序设计方法产生与发展
产生背景 发展过程
程序设计方法学的定义与意义
结构化程序设计及其讨论的主要问题
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背景
程序设计的发展过程
手工艺式的设计方法工程化的设计方法
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…软件开发语言龙虎斗
说到编程语言，不能不说Java。Java是internet时代的产物，
同其他前辈语言相比，其最大的特色在于“一次编码，多处 运行”。Sun公司是Java语言的缔造者，但对Java开发环境做 出最大贡献的是Borland的JBuilder系列产品。1997年， Borland发布JBuilder 1.0，进军Java跨平台开发。这之后，微 软曾试图染指Java开发环境市场，并影响Java的技术发展， 并在Visual Studio系列中，将Visual J++从1.0直接跨越到6.0。 但是，JBuilder至今仍控制着Java的开发环境市场。
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图灵奖获得者
最先察觉“Goto有害”的计算 机科学大师 经典巨著《计算机程序设计的 艺术》的年轻作者 前后断言法的创始人，归纳断 言法
1972年 Edsgar Wybe Dijkstra 1974年 Donald Ervin Knuth 1978年 Robert W. Floyd
第一章
程序设计方法简介
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主要内容
学科地位 程序设计语言和程序设计方法 程序设计方法产生与发展 程序设计方法学的定义与意义 结构化程序设计及其讨论的主要问题
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内容线索
学科地位 程序设计语言和程序设计方法 程序设计方法产生与发展 程序设计方法学的定义与意义 结构化程序设计及其讨论的主要问题
并行与分布式计算机系统、智能计算机系统、软件开发方法
学等
程序设计方法学是计算机科学中软件的一个方向
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内容线索
学科地位 程序设计语言和程序设计方法 程序设计方法产生与发展 程序设计方法学的定义与意义 结构化程序设计及其讨论的主要问题
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…软件开发语言龙虎斗…
微软和Borland之间的竞争并不只是在Basic和Pascal方面，在C语言世界
里也同样如此。早期的C/C++开发环境是Borland于1989年5月发布的 Turbo C。同一时期，微软也推出了Microsoft C/C++，不过它直到6.0版， 市场反映都一直平平。之后，Borland C/C++ 3.0问世，开启了Borland雄 霸C/C++编译器常达五六年之久的序幕。尤其是其3.1版的畅销，使 Borland一举击溃了Microsoft C/C++，市场占有率超过了50%。但后来由 于Borland决策上的一些失误，随后的4.0和4.5版市场反映极差，相反微 软于1995年成功地推出了Visual C++ 1.0，并获得市场好评，它不但在编 译器方面能与Borland C/C++ 3.1相抗衡，在整合发展环境方面更加领先。 应该说，这是两家公司C/C++战役的转折点，也是C/C++发展的里程碑。 在此之后，Visual C++一路高歌猛进到6.0版，并最终发展为.NET时代的 C#。不过，Borland也并没有一蹶不振，2003年5月，Borland针对.NET发 布了C#Builder，之后又发布了C++ BuilderX。
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程序设计与程序设计语言
程序设计就是用计算机语言把对数据进行处理的算法表达出
来
程序的表达手段就是程序设计语言
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程序设计方法
功能分解法
—— 计算任务 综 —— 以数据为中心 —— 以对象为中心
结构化程序设计
合
使 用
面向对象程序设计 组件程序设计
—— 以组件为中心
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…程序设计思想的进步…
到了70年代末期，随着计算机科学的发展和应用领域的不断扩大，对计