《软件工程》

第八章 程序编码

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【本章引言】完成系统设计后，进入到系统实现阶段。系统实 现阶段的主要任务是根据系统设计规格说明书的内容 编写程序代码，这个阶段称为程序编码。程序编码就 是把软件设计阶段的成果(主要是详细设计规格说明书) 使用某种计算机程序编程语言转换成计算机能够理解 的形式――程序代码的过程。作为软件工程生命周期 的一个阶段，程序编码的实质就是对软件设计的翻译， 翻译过程所使用的计算机程序设计语言及程序员的编 程风格对程序的可靠性、可读性、可测试性、可维护 性等方面都将产生很大的影响，从而最终影响到计算 机软件系统的质量。程序编码阶段的目标是编写出满 足系统功能要求的、正确的代码。

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【本章重点】

程序设计语言的特点； 程序设计语言的选择。

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【学习目标】

掌握程序设计语言选择的方法； 了解软件复杂性的度量方法。

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【学习内容】

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7

程序设计语言 结构化程序设计 程序设计风格 程序设计效率 程序复杂性度量 小结 习题

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8.1 程序设计语言

作为程序设计的工具，不同的计算机编 程语言具有不同的语言特性和适用范围， 程序设计语言的选择不仅决定了目标系 统的完成效率，还会决定目标系统的功 能完善程度，还会影响程序员的思维和 解决问题的方式，也会影响维护人员阅 读和理解程序的难易程度。所以，程序 编码之前的一项重要工作就是选择一种 适合的程序设计语言。

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8.1.1 程序设计语言的分类

编程语言经过多年的发展，从机器语言 直到今天最流行的面向对象语言，已经 有上千种之多，但能被广泛使用的语言 却不多。不同的时代有不同的与计算机 硬件技术和操作系统相匹配的编程语言。 根据编程语言的特点和发展的进程，将 程序设计语言分为5大类。

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1.第一代语言――机器语言(Machine Language) 机器语言由二进制的1、0指令代码组成的字 符串构成，机器语言属于低级语言。不同的 CPU具有不同的指令系统。由于机器语言是 二进制代码，这些代码不需要翻译，可以直 接被计算机识别和执行，因此用机器语言编 写的程序占用内存少，执行效率高。但机器 语言不直观，具有很多缺点，如难编写、难 修改、难维护，需要用户直接对存储空间进 行分配，编程效率极低。此外，由于不同的 机器有相应的一套机器语言，所以程序的可 移植性很差。

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2.第二代语言――汇编语言(Assembly Language) 汇编语言指令是机器指令的符号化，与机器语言有直接 的对应关系，将机器指令对应成为人们易

读的助记符， 如ADD、LDA和MOV等。同机器语言一样，汇编语言也 属于低级语言。汇编语言又称符号语言，它把计算机所 能识别的机器指令用符号表示出来，从而比二进制表示 的机器语言更直观，更方便阅读和排错。虽然汇编语言 比机器语言容易理解，容易记忆，但还是有难掌握、容 易出错、维护困难等缺点。不同指令集的处理器系统能 够有自己相应的汇编语言。 但是汇编语言也有自己的优点：可直接访问系统接口， 汇编程序翻译成的机器语言程序的效率较高。因此，在 某些使用高级语言不能满足要求用户需求的情况下，如 要求实时性较高，可以使用汇编语言编码。现在，程序 员主要使用汇编语言编写系统程序，如编译器、操作系 统和设备驱动程序等。

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3.第三代语言――高级语言(High-level Language) 高级程序设计语言起始于20世纪50年代中期。高 级语言的出现比前两代语言有显著的进步。从语 句结构看，它比较接近人类的自然语言，程序中 所用的运算符和运算表达式也与数学中的形式差 不多，因此，高级语言也称算法语言。和机器语 言及汇编语言相比，高级语言比较容易掌握和理 解，并且通用性强，可以在不同的机器上运行， 便于维护，极大地提高了程序设计的效率和可靠 性。 从软件工程的角度看，高级语言可以分为基础语 言、结构化语言和专用语言三类。

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(1)基础语言 这类语言开发于20世纪50年代至60年代。其 特点是出现早、应用广泛、有大量软件库， 为早期的程序员广泛接受和熟悉，所以称为 基础语言。BASIC、FORTRAN、COBOL和 ALGOL等语言是这种语言的代表。BASIC, 是Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code的缩写，翻译为初学者通用 符号指令代码，是为是一种典型的交互式语 言，用于一般数值计算于事物处理，具有简 单易学、交互性好等优点，式是初学者比较 好的入门语言。随着语言的发展，基础语言 的部分性能已经老化，很难适应现代软件开 发的需要。但有些语言随着版本的更新与性 能的改进，至今仍被使用。

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(2)结构化语言 结构化语言的特点是直接提供结构化的控制结构语 句及数据类型定义语句，具有很强的过程描述能力 和数据结构描述能力。其主要优点是模块清晰、控 制结构完备、数据结构和数据类型丰富、表达能力 强及可移植性好。20世纪70年代以来，出现了以 Pascal、C、PL/1和Ada等为代表的一批结构化程序 设计语言。 C语言是使用较多的一种结构化语言，于1973年由 美国著名的Bell实验室Ritchie研制成功并作为UNIX 操作系统的主要语言，后成功移植到各种机型上， 成为一种通用的

程序设计语言。它具有结构化语言 的公共特征，如表达简洁、控制结构与数据结构完 备，运算符和数据类型丰富，而且可移植性强，编 译质量高。用C语言编译程序产生的目标程序，其 质量可以与汇编语言产生的目标程序相媲美，广泛 用于系统程序设计及嵌入式系统开发。

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(3)专用语言 专用语言是为特殊的应用而设计的语言， 通常具有自己特殊的语法形式，面对特 定的问题，输入结构及词汇表与该问题 的相应范围密切相关。由代表性的专用 语言有APL、PROLOG等。从软件工程的 角度来看，专用语言支持了特殊的应用， 将特定的设计要求翻译成可执行的代码。 但是它们的可移植性和可维护性比较差。

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4.第四代语言――4GL语言(Fourth Generation Language) 第三代语言是过程化语言，编码时，要详细描 述问题求解的过程，告诉计算机每一步应该怎 么做。为了把程序员从繁重的编码中解放出来， 还需要寻求进一步提高编码效率的新语言，这 就是第四代语言产生的背景。

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从1969年开始计算机科学家们开始开发第四代语言， 这类语言比第三代语言更象人类的语言或自然语言。 第四代语言删除了很多在第三代语言中出现的严格的 语法规则。第四代语言的出现将语言的抽象层次又提 高到一个新的高度。同其它语言一样，第四代语言也 用不同的文法表示程序结构和数据结构，但是它是在 更高一级抽象的层次上表示这些结构，它不需要规定 太多的算法细节。第四代语言是面向应用的，只需说 明做什么就可以了，不比关心怎么做。 4GL兼有过程性和非过程性两重特性。程序员规定条件 和相应的动作――这是过程性的部分；并且指出想要 的结果――这是非过程性的部分，然后由4GL语言系统 运用它的专门领域的知识来填充过程细节。 Martin把第四代语言分为以下几种类型：

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(1) 查询语言：通常查询语言是为与数据库有关的应用 而开发的。用户可利用查询语言对预先定义在数据库中 的信息进行较复杂的操作。 例如一些目前可用的查询语言提供了自然语言接口，允 许用户给出的描述如“对东北地区和华北地区，使用最 近3年的实际销售额预测明年的销售前景”。绝大部分 用户都喜欢这种接口方式。 (2) 程序生成器：程序生成器代表更为复杂的一类4GL, 它只需很少的语句就能生成完整的第三代语言程序，甚 至是第五代程序语言，目前一般用于MIS系统、菜单生 成等方面。 (3) 其它4GL:如判定支持语言、原型语言、形式化规 格说明语言等。 第四代语言第典型代表有SQL(Structured Query Language)和RPG(Report Program Generator)。

现在第 四代语言主要用于数据库应用。