1、1第7章 程序设计基础本章目标本章目标理解程序、软件、程序开发的概念理解程序、软件、程序开发的概念了解程序设计的基本过程了解程序设计的基本过程了解常见程序设计语言的特性了解常见程序设计语言的特性理解汇编、编译、解释等概念理解汇编、编译、解释等概念理解算法基本概念以及常用算法描述工具理解算法基本概念以及常用算法描述工具了解结构化程序设计方法的基本思想了解结构化程序设计方法的基本思想理解三种基本控制结构的使用理解三种基本控制结构的使用27.1 程序和程序设计语言7.1.1 程序设计的概念程序设计的概念计算机程序计算机程序指为完成某一个任务或解决某一个特定问题而采用某指为完成某一个任务或解决某一个特
2、定问题而采用某一种程序设计语言编写的指令集合。一种程序设计语言编写的指令集合。计算机程序的共同特性计算机程序的共同特性目的性目的性 程序都是为了实现某个目标或完成某个功能。程序都是为了实现某个目标或完成某个功能。确定性确定性 程序中的每一条指令都是确定的。程序中的每一条指令都是确定的。有穷性有穷性 一个程序应当包含有限的操作步骤，能够在一一个程序应当包含有限的操作步骤，能够在一定时间范围内完成。定时间范围内完成。有序性有序性 程序的执行步骤是有序的。程序的执行步骤是有序的。37.1.2 指令和程序设计语言1.计算机指令计算机指令指令（指令（Instruction）就是给计算机下达的命令，它告诉
3、）就是给计算机下达的命令，它告诉计算机要做什么操作、参与此操作的数据来自何处、计算机要做什么操作、参与此操作的数据来自何处、操作结果又将送往哪里。操作结果又将送往哪里。一台计算机有多种指令，这些指令的集合称为该计算一台计算机有多种指令，这些指令的集合称为该计算机的指令系统。机的指令系统。42.程序设计语言（1）机器语言）机器语言(Machine Language)以计算机所能理解和执行的以以计算机所能理解和执行的以“0”和和“1”组成的二进组成的二进制编码表示的命令，称为机器指令，这是所有语言制编码表示的命令，称为机器指令，这是所有语言中唯一能被计算机直接理解和执行的指令。中唯一能被计算机直接
4、理解和执行的指令。优点：计算机能够直接识别、执行效率高优点：计算机能够直接识别、执行效率高缺点：难记忆、难书写、编程困难、可读性差且容易缺点：难记忆、难书写、编程困难、可读性差且容易出现编写错误。可移植性差。出现编写错误。可移植性差。5（2）汇编语言采用助记码与符号地址来代替机器指令中的操作采用助记码与符号地址来代替机器指令中的操作码与操作数。码与操作数。如用如用ADD表示加法操作，用表示加法操作，用SUB表示减法操作。表示减法操作。用汇编语言编写的程序必须经过汇编程序翻译成用汇编语言编写的程序必须经过汇编程序翻译成机器指令后才能在计算机上执行。机器指令后才能在计算机上执行。由于汇编语言实际上
5、是与机器语言指令一一对应由于汇编语言实际上是与机器语言指令一一对应的，所以汇编语言仍然不通用。的，所以汇编语言仍然不通用。6 （3）高级语言高级语言是更接近自然语言、更接近数学语言的高级语言是更接近自然语言、更接近数学语言的程序设计语言。程序设计语言。优点：优点：符合人类叙述问题的习惯，而且简单易学。符合人类叙述问题的习惯，而且简单易学。常用的高级语言常用的高级语言BASIC（Visual Basic）、）、Pascal、Delphi、FORTRAN、COBOL、C、C+、Java等。等。77.1.3 语言处理程序语言处理程序语言处理程序处理高级语言或汇编语言的工具处理高级语言或汇编语言的工具
6、（1）汇编程序）汇编程序将用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程将用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序序8（2）解释程序将高级语言编写的源程序翻译成机器语言指令时，将高级语言编写的源程序翻译成机器语言指令时，有两种翻译方式，分别是有两种翻译方式，分别是“解释解释”方式和方式和“编编译译”方式，分别由解释程序和编译程序完成。方式，分别由解释程序和编译程序完成。解释方式是通过解释程序对源程序一边翻译一边解释方式是通过解释程序对源程序一边翻译一边执行，早期的执行，早期的BASIC语言采用的就是解释方式语言采用的就是解释方式9（3）编译程序编译过程：编译过程：1）将源程序编译成目标程序
7、，其扩展名是）将源程序编译成目标程序，其扩展名是.OBJ2）通过连接程序将目标程序和库文件相连接形成可执）通过连接程序将目标程序和库文件相连接形成可执行文件，可执行文件的扩展名是行文件，可执行文件的扩展名是.EXE大多数高级语言编写的程序采用编译的方式，不大多数高级语言编写的程序采用编译的方式，不同的高级语言对应了不同的编译程序。同的高级语言对应了不同的编译程序。编译后形成的可执行文件独立于源程序，因此可编译后形成的可执行文件独立于源程序，因此可以反复地运行，因此运行速度较快。以反复地运行，因此运行速度较快。107.1.4 常用的程序设计语言简介1.8086汇编语言汇编语言一种低级语言，其指令
8、集只适用于一种低级语言，其指令集只适用于Intel 80 x86系列微处系列微处理器。理器。目前使用场合：目前使用场合：要求程序尽可能短或速度要求很高的场合；要求程序尽可能短或速度要求很高的场合；把把8086汇编语言嵌入到部分高级语言中；汇编语言嵌入到部分高级语言中；编写系统软件如操作系统、多媒体底层控制时使用，编写系统软件如操作系统、多媒体底层控制时使用，目的是为了控制硬件目的是为了控制硬件112.BASIC最早是为初级编程者设计最早是为初级编程者设计 Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code 初学者初学者通用符号指令代码。通用符号指令代
9、码。后期版本后期版本GW-BASIC、QUICK-BASIC等等目前流行版本目前流行版本Microsoft的的Visual BASIC（VB）123.FORTRAN目前流传的版本是目前流传的版本是FORTRAN77和和FORTRAN90。FORTRAN对于数值类型和计算功能支持较强，为对于数值类型和计算功能支持较强，为了公式计算而设计，一般被用来在大型机或小了公式计算而设计，一般被用来在大型机或小型机上编制科学计算程序。型机上编制科学计算程序。134.COBOLCOBOL（Common Business Oriented Language，面，面向商业的通用语言）向商业的通用语言）面向商业应用
10、的高级语言，适合于大型计算机系面向商业应用的高级语言，适合于大型计算机系统上的事务处理。统上的事务处理。145.CC语言是为了改写语言是为了改写UNIX操作系统而诞生的操作系统而诞生的设计初衷就是为了编写系统软件和增加可移植性。设计初衷就是为了编写系统软件和增加可移植性。C语言带有汇编语言的接口，给程序员带来很大的语言带有汇编语言的接口，给程序员带来很大的灵活性灵活性程序速度快、效率高程序速度快、效率高156.C+C+语言是支持面向对象的语言是支持面向对象的C语言，保留了语言，保留了C语言的语言的几乎全部特性。几乎全部特性。现在比较流行的版本是现在比较流行的版本是Microsoft的的Visu
11、al C+和和Borland的的C+Builder。167.PascalPascal最初是上世纪最初是上世纪70年代为帮助学生学习计算机年代为帮助学生学习计算机编程而开发的编译型语言，它开了结构化程序编程而开发的编译型语言，它开了结构化程序设计的先河。设计的先河。Borland公司的公司的Delphi语言内核为语言内核为Pascal，但是加入，但是加入了面向对象和可视化开发，是目前广为流行的了面向对象和可视化开发，是目前广为流行的商业开发工具，以控件丰富而享誉业界。商业开发工具，以控件丰富而享誉业界。178.ALGOLALGOL这个名字来源于两个单词：这个名字来源于两个单词：ALGOrithm
12、ic Language（算法语言）（算法语言）在在FORTRAN的基础上加入的许多新想法而产生的。的基础上加入的许多新想法而产生的。几种著名的语言几种著名的语言BASIC、C、Pascal都得益于它。都得益于它。189.JavaJava的得名源自于一种咖啡，以的得名源自于一种咖啡，以C+为基础的但更为基础的但更适合互联网应用的面向对象语言。适合互联网应用的面向对象语言。使用动态和交互式内容创建使用动态和交互式内容创建Web页面、开发大规模页面、开发大规模企业应用程序、增强企业应用程序、增强Web服务器以及提供用于消服务器以及提供用于消费设备（如无线电话和个人数字助理等）的应费设备（如无线电话和
13、个人数字助理等）的应用程序。用程序。1910.Prolog和LISP这是两种解释型语言，用于人工智能中的逻辑推这是两种解释型语言，用于人工智能中的逻辑推理计算。理计算。用事实（用事实（facts）和规则（）和规则（rules）构成语句集合，）构成语句集合，由计算机根据规则及事实进行符号推理计算，由计算机根据规则及事实进行符号推理计算，回答一个提问的回答一个提问的“真真”或或“假假”。20脚本语言基于解释器的服务器端脚本语言：基于解释器的服务器端脚本语言：支持支持ASP文档的文档的VBScript（Microsoft的的Visual BASIC的一的一个子集）；个子集）；编写编写CGI接口的接口
14、的Perl语言；语言；开放源代码的开放源代码的Python和和PHP语言；语言；Java servlet和和JSP；客户端的脚本程序：客户端的脚本程序：JavaScript（Java的子集）。的子集）。217.2 程序设计的过程程序设计过程包括五个阶段工作：问题定义、算程序设计过程包括五个阶段工作：问题定义、算法设计、程序编制、调试运行以及整理文档。法设计、程序编制、调试运行以及整理文档。7.2.1 问题定义问题定义也称为问题描述或问题分析，是对将要交给计算也称为问题描述或问题分析，是对将要交给计算机的任务做出定义，并最终翻译成计算机能识机的任务做出定义，并最终翻译成计算机能识别的语言。别的语
15、言。（1）输入：确定已知的条件或已有的数据。）输入：确定已知的条件或已有的数据。（2）处理：希望计算机对输入数据进行哪些加工。）处理：希望计算机对输入数据进行哪些加工。（3）输出：定义希望得到哪些结果，结果的输出形式）输出：定义希望得到哪些结果，结果的输出形式22【例例7.1】两个正整数求其最大公因数的问题定义。两个正整数求其最大公因数的问题定义。数学定义：数学定义：给定两个正整数给定两个正整数P和和Q，同时能够整除，同时能够整除P和和Q且是最大的且是最大的因数，称最大公因数。因数，称最大公因数。问题定义：问题定义：（1）输入：）输入：P和和Q是有限位数的整数，通过键盘录入是有限位数的整数，通
16、过键盘录入（2）处理：计算这两个数的最大公因数；）处理：计算这两个数的最大公因数；（3）输出：最大公因数的结果在屏幕上显示。）输出：最大公因数的结果在屏幕上显示。23【例例7.2】求解一元二次方程根的问题定义。求解一元二次方程根的问题定义。数学定义：数学定义：给定一元二次方程的三个系数后，可以根据判别式的给定一元二次方程的三个系数后，可以根据判别式的三种不同情况计算该方程的两个实根、等根或虚根。三种不同情况计算该方程的两个实根、等根或虚根。问题定义如下：问题定义如下：（1）输入：一元二次方程的三个系数，都是实数，通）输入：一元二次方程的三个系数，都是实数，通过键盘录入；过键盘录入；（2）处理：
17、计算判别式确定方程根的三种不同情况）处理：计算判别式确定方程根的三种不同情况（3）输出：分别显示三种不同情况的结果。）输出：分别显示三种不同情况的结果。247.2.2 算法设计算法是根据问题定义中的信息得来的，是对问题算法是根据问题定义中的信息得来的，是对问题处理过程的进一步细化，是在编制程序代码之处理过程的进一步细化，是在编制程序代码之前对处理思路的一种描述，描述方法有些是来前对处理思路的一种描述，描述方法有些是来自数学问题的解题过程。自数学问题的解题过程。25【例例7.3】两个正整数求其最大公因数的算法描述。两个正整数求其最大公因数的算法描述。（1）任意输入两个正整数分别保存到变量任意输入
18、两个正整数分别保存到变量P和和Q中；中；（2）如果如果P Q，交换，交换P和和Q的值；的值；（3）将将P除以除以Q的余数保存到变量的余数保存到变量R中；中；（4）如果如果R=0，则执行（，则执行（8），否则执行下一步），否则执行下一步（5）令令P=Q，Q=R（6）再计算再计算 P 和和Q 的余数放入的余数放入R中中（7）返回到（返回到（4）（8）Q就是所求的结果，输出结果就是所求的结果，输出结果Q 26【例例7.4】两个正整数求其最大公因数的另一个算两个正整数求其最大公因数的另一个算法描述。法描述。（1）任意输入两个整数分别保存到变量）任意输入两个整数分别保存到变量P和和Q中；中；（2）如果）
19、如果P Q，交换，交换P和和Q的值；的值；（3）通过循环从大到小找出变量）通过循环从大到小找出变量Q的所有因子，每次的所有因子，每次都保存到变量都保存到变量R中；中；（4）对于）对于Q的每个因子的每个因子R判断是否也是判断是否也是P的因子，如果的因子，如果是则执行（是则执行（5）否则执行（）否则执行（3）；）；（5）R就是就是P和和Q的最大公因数，输出的最大公因数，输出R，程序结束。，程序结束。277.2.3 程序编制程序编制【例例7.5】用用VB语言编写的欧几里德的算法程序语言编写的欧几里德的算法程序Sub Main()Dim P,Q,R As Integer Console.WriteLi
20、ne(请输入第一个整数请输入第一个整数)P=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.WriteLine(请输入第二个整数请输入第二个整数)Q=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.Write(0和和1的最大公因数为：的最大公因数为：,P,Q)If P Q Then R=P:P=Q:Q=R End If R=P Mod Q While R 0 P=Q:Q=R:R=P Mod Q End While Console.WriteLine(Q)End Sub28【例7.6】根据【例7.4】算法编写的VB程序 Su
21、b Main()Dim P,Q,R As Integer Console.WriteLine(请输入第一个整数请输入第一个整数)P=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.WriteLine(请输入第二个整数请输入第二个整数)Q=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.Write(0和和1的最大公因数为：的最大公因数为：,P,Q)If P Q Then R=P:P=Q:Q=R End If For R=Q To 1 Step-1 If P Mod R=0 And Q Mod R=0 Then GoTo ou
22、t Nextout:Console.WriteLine(R)End Sub297.2.4 调试运行找出程序中的语法错误和逻辑错误，然后进行编找出程序中的语法错误和逻辑错误，然后进行编辑修改，直到运行出正确结果辑修改，直到运行出正确结果通常开发环境只能检查语法错误。通常开发环境只能检查语法错误。逻辑错误只能通过输入一些数据通过其运行的结果来逻辑错误只能通过输入一些数据通过其运行的结果来判断，这些数据称为测试用例。判断，这些数据称为测试用例。307.2.5 整理文档文档中记录了程序设计的算法、实现以及修改的文档中记录了程序设计的算法、实现以及修改的过程，保证程序的可读性和可维护性。过程，保证程序的
23、可读性和可维护性。对于小规模的程序，有没有文档显得不怎么重要，对于小规模的程序，有没有文档显得不怎么重要，但对于一个需要多人合作，并且开发、维护较但对于一个需要多人合作，并且开发、维护较长时间的大型软件来说，文档就是至关重要的。长时间的大型软件来说，文档就是至关重要的。317.3 算法的描述算法（算法（Algorithm）是解决某个问题的方法或步骤）是解决某个问题的方法或步骤7.3.1 算法的概念算法的概念1.评价算法的指标评价算法的指标时间复杂度是指依据算法编写出的程序在计算机上运时间复杂度是指依据算法编写出的程序在计算机上运行时间的快慢；行时间的快慢；空间复杂度是指依据算法编写出的程序在计
24、算机上占空间复杂度是指依据算法编写出的程序在计算机上占用空间的多少。用空间的多少。322.算法的特性算法的特性（1）有穷性）有穷性（2）确定性）确定性（3）有效性）有效性（4）零个或多个输入）零个或多个输入（5）一个或多个输出）一个或多个输出3.描述算法的工具描述算法的工具自然语言、伪代码、流程图、盒图、自然语言、伪代码、流程图、盒图、PAD图（图（Problem Analysis Diagram）、结构化语言等等。）、结构化语言等等。33【例例7.7】使用自然语言描述计算使用自然语言描述计算2+4+6+1000的算法。的算法。解决该问题也有很多方法：解决该问题也有很多方法：从头至尾将每个偶数
25、顺序相加；从头至尾将每个偶数顺序相加；从尾至头将每个偶数顺序相加；从尾至头将每个偶数顺序相加；直接使用数列的求和公式，即计算（首项直接使用数列的求和公式，即计算（首项+末项）末项）项数项数/2；下面是按第一种方法设计的算法：下面是按第一种方法设计的算法：（1）变量）变量SUM最后保存偶数之和，先让变量最后保存偶数之和，先让变量SUM=0（2）让变量）让变量J=2（3）计算）计算SUM+J，结果仍放在，结果仍放在SUM中，即中，即SUM=SUM+J（4）让）让J=J+2（5）如果）如果J小于或等于小于或等于1000，返回执行（，返回执行（3），否则执行下一步），否则执行下一步（6）输出结果）输出
26、结果SUM的值的值347.3.2 流程图描述常用流程图符号常用流程图符号35【例例7.8】用流程图描述欧几里德算法用流程图描述欧几里德算法36【例例7.9】使用流程图描述计算使用流程图描述计算2+4+6+1000的算法的算法37【例例7.10】使用流程图描述使用流程图描述计算圆周率的算法。计算圆周率的算法。圆周率计算可以使用近似圆周率计算可以使用近似公式：公式：/4=1-1/3+1/5-1/7+当某一项的绝对值小于当某一项的绝对值小于10-7时时计算结束。计算结束。387.4 结构化设计方法7.4.1 结构化设计思想概述结构化设计思想概述结构化设计方法是以模块化设计为中心，将待开发的软件系统结
27、构化设计方法是以模块化设计为中心，将待开发的软件系统划分为若干个相互独立的模块，这样使完成每一个模块的工划分为若干个相互独立的模块，这样使完成每一个模块的工作变单纯而明确。作变单纯而明确。结构化设计方法的优点：结构化设计方法的优点：将原来较为复杂的问题化简为一系列简单模块的设计。将原来较为复杂的问题化简为一系列简单模块的设计。模块相互独立，在设计其中一个模块时，不会受到其它模块的模块相互独立，在设计其中一个模块时，不会受到其它模块的影响。影响。模块的独立性可以充分利用现有的模块作积木式的扩展，为建模块的独立性可以充分利用现有的模块作积木式的扩展，为建立新系统带来了不少的方便。立新系统带来了不少
28、的方便。按照结构化设计方法设计出的程序具有结构清晰、可读性好、按照结构化设计方法设计出的程序具有结构清晰、可读性好、易于修改和容易验证的优点。易于修改和容易验证的优点。397.4.2 三种基本程序结构1.顺序结构顺序结构按编写的顺序由前到后执行。按编写的顺序由前到后执行。40【例例7.11】从键盘输入圆的半径，然后计算该圆的面积并从键盘输入圆的半径，然后计算该圆的面积并输出计算的结果。输出计算的结果。Sub Main()Const PI As Single=3.14159 Dim radius,area As Double Console.WriteLine(请输入圆的半径请输入圆的半径)ra
29、dius=Convert.ToDouble(Console.ReadLine()area=PI*radius*radius Console.WriteLine(半径为半径为0的圆的面积是的圆的面积是1,radius,area)End Sub412.选择结构选择结构是根据逻辑条件成立与否，分别选择执选择结构是根据逻辑条件成立与否，分别选择执行行 或者或者。VB中分支结构使用中分支结构使用If-Then语句实现，语句实现，格式格式1：If Then 语句块语句块End If42格式格式2：If Then Else End If43【例例7.12】从键盘输入一个实数，然后对该数进行判断，从键盘输入一
30、个实数，然后对该数进行判断，当该数大于或等于零时对该数进行开平方，最后显示当该数大于或等于零时对该数进行开平方，最后显示计算的结果。计算的结果。Sub Main()Dim n,m As Double Console.WriteLine(请输入一个实数：请输入一个实数：)n=Convert.ToDouble(Console.ReadLine)If n=0 Then m=Math.Sqrt(n)End If Console.WriteLine(0的平方根是的平方根是1,n,m)End Sub44【例例7.13】从键盘输入三个整数分别赋值给三个变量，然从键盘输入三个整数分别赋值给三个变量，然后将其中
31、较大的一个赋值给第四个变量，最后输出判后将其中较大的一个赋值给第四个变量，最后输出判断的结果：断的结果：Sub Main()Dim A,B,C,D As Integer Console.WriteLine(请输入第一个整数请输入第一个整数)A=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.WriteLine(请输入第二个整数请输入第二个整数)B=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()Console.WriteLine(请输入第三个整数请输入第三个整数)C=Convert.ToInt32(Console.ReadLine()45
32、 If A B Then D=A Else D=B End If If C D Then D=C Console.WriteLine(0、1和和2这三个数之间这三个数之间的较大数是的较大数是3,A,B,C,D)End Sub 462.循环结构当型循环当型循环直到型循环直到型循环内嵌内嵌称为循环体称为循环体 47（1）For语句格式：格式：For 循环变量循环变量=初值初值 To 终值终值 Step 步长步长 语句块语句块 Exit For 语句块语句块 Next 循环变量循环变量 48【例7.14】计算2+4+6+1000Sub Main()Dim sum,j As Integer sum=0
33、 For j=2 To 1000 Step 2 sum=sum+j Next Console.WriteLine(2+4+6+1000=0,sum)End Sub49（2）While语句实现当型循环结构：实现当型循环结构：While 语句块语句块 End While50【例7.15】使用近似公式计算圆周率 /4=1-1/3+1/5-1/7+当某一项的绝对值小于当某一项的绝对值小于10-7时计算结束。时计算结束。Sub Main()Dim sum As Double Dim n,flag As Integer n=1 ：flag=1 ：sum=0 While 1/n 0.0000001 sum=
34、sum+flag/n n=n+2 flag=-flag End While Console.WriteLine(sum*4)End Sub51（3）Do循环用来实现直到型循环结构。用来实现直到型循环结构。条件前置：条件前置：Do While|Until 语句块语句块 Exit Do 语句块语句块Loop条件后置：条件后置：Do 语句块语句块 Exit Do 语句块语句块Loop While|Until 52【例7.15】使用Do循环计算圆周率Sub Main()Dim sum As Double Dim n,flag As Integer n=1 ：flag=1 ：sum=0 Do While
35、 1/n 0.0000001 sum=sum+flag/n n=n+2 flag=-flag Loop Console.WriteLine(sum*4)End Sub53【例7.16】数据加密-恺撒密码分析：分析：恺撒密码是一个简单的字符替换加密方法，是将字母恺撒密码是一个简单的字符替换加密方法，是将字母表看作头尾相连的圆环，每个字母依次后移一定的表看作头尾相连的圆环，每个字母依次后移一定的位置就得到的其替换字母。本题中使用后移位置就得到的其替换字母。本题中使用后移3位，即位，即用每个字母其后的第三个字母表示，解码的过程只用每个字母其后的第三个字母表示，解码的过程只需把密文字母前移需把密文字母
36、前移3位即可。位即可。54 Dim str As String ：Dim i As Integer ：Dim c As Char Console.WriteLine(本程序只加密小写字母，请输入要加密的字符串：本程序只加密小写字母，请输入要加密的字符串：)str=Console.ReadLine()：Console.WriteLine(加密前加密前:0,str)Console.Write(加密后加密后:)For i=0 To str.Length-1 c=str(i)If c=a And c=x And c=z Then c=Chr(Asc(c)+3-26)End If Console.Write(c)Next
