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国防科技大学计算机学院   软件工程 Software Engineering 国防科技大学计算机学院 2004.07 第十三章 程序设计语言和编码 软件工程编码阶段的任务是将详细设计翻译成计算机可以“理解”并且最终可运行的代码。 根据基本机制可将程序设计语言分为过程式程序设计语言、函数式程序设计语言、逻辑程序设计语言和面向对象程序设计语言四类。 编码阶段不应单纯追求编码效率，而应全面考虑编写程序、测试程序、说明程序和修改程序等各项工作。 影响编码质量的因素包括编程语言、编程准则和编程风格，它们对程序的可靠性、可读性、可测试性和可维护性都将产生深远的影响。 13.1 程序设计语言 编码的过程就是把详细设计翻译成可执行代码的过程，也是人借助编程语言与计算机通信的过程。 编程语言的种种特性必然影响到翻译和通信过程的质量和效率。 程序设计语言既要支持软件工程的原理，又要符合程序员的心理。 13.1.1 程序设计语言的特性 特定的程序设计语言有一些特定的限制，它们影响着程序员描述和处理问题。 设计程序语言应着重考虑程序员易学易用，不易出错。 因此程序设计语言必须考虑下列特性： 一致性 二义性 紧致性 局部性 线性 程序设计语言的特性 为满足软件工程的需要，程序设计语言还应考虑： (1)将设计翻译为代码的便利程度 (2)编译器的效率 (3)源代码的可移植性 (4)配套的开发工具 (5)可维护性 13.1.2 程序设计语言的基本机制 软件工程师应该对程序设计语言的基本机制,以及它们对软件质量的影响有一个全面的了解,以便为一个开发项目选择语言或为一个设计选择实现方案时作出合理的技术抉择。 过程式程序设计语言的基本机制包括： (1)对象说明 预先说明程序中将要使用的对象(常量和变量)的名字和类型,便于编译程序检查使用方式的合法性,从而帮助程序员发现错误。 过程式程序设计语言的基本机制(续) (2)数据类型的定义和检查 数据类型定义是一种抽象机制,它刻画一组数据对象和作用在数据对象上的一组操作。 (3)子程序 子程序是可独立编译的程序单元,包含自己的数据结构和控制结构。在不同的语言中,子程序可能分别称作子例程、过程或函数。子程序一般具备如下三种机制:①子程序说明,它给出子程序与其他程序单元的接口;②子程序体,它实现子程序的数据和控制结构;③调用方式。 过程式程序设计语言的基本机制(续) (4)控制结构 几乎所有现代程序设计语言都允许程序员使用顺序、分枝和循环三类结构化构件,甚至许多语言的结构编辑器直接给出它们对应的语法框架。 程序设计语言的基本机制 函数式程序设计语言一般包括数据对象定义和函数定义两种基本机制。在其颇具代表性的两种语言中，LISP采用λ—表达式的形式定义函数，而ML采用递归方程描述函数。 逻辑程序设计语言一般为某种符号逻辑系统，其中基于Horn短句的一类语言(例如Prolog)是迄今为止发展得较完善和实用的语言。它采用特定的逻辑语句形式描述问题域本身的知识和信息(程序中称为事实和规则)以及待解问题(程序中称为目标)，计算机采用某种推理规则(如归结原理)模仿逻辑推理过程求解问题。 面向对象程序设计语言最基本的机制包括类、子类、对象和实例的定义，单继承和多继承，对象的部分—整体关系，消息传递和动态链接等等。 13.1.3 程序设计语言的演变和分类 程序设计语言发展到今天,大致可划分为四代。 程序设计语言的演变和分类 第一代语言指与机器紧密相关的机器语言和汇编语言,其历史可追溯到第一台电子计算机问世,甚至更早。因其与硬件操作一一对应,基本上有多少种计算机就有多少种汇编语言。 第二代语言是50年代未60年代初先后出现的,它们应用面广,为人们熟悉和接受，有大量成熟的程序库。它们是现代(第三代)程序设计语言的基础和前身。这代语言包括Fortran、Cobol、Algol 60和Basic等。 第三代语言(也称为现代或结构化程序语言)的特点是直接支持结构化构件,并具有很强的过程能力和数据结构能力。这代语言本身又可细分为三类:通用高级语言、面向对象的语言和专用语言。 程序设计语言的演变和分类 第四代语言(4GL)上升到更高的一个抽象层次,尽管它仍象其他人工语言一样用自己的语法形式表示控制和数据结构,但已不再涉及太多的算法性细节。迄今,使用最广的四代语言是数据库查询语言,它支持用户以复杂的方式操作数据库。 程序生成器(Program Generators)代表更为复杂的一类4GL,它输入由甚高级语言书写的语句,自动产生完整的三代语言程序。 此外,一些决策支持语言,原型语言,形式化规格说明语言,