《计算机软件》教学课件

第3章计算机软件

佛山科学技术学院信息中心

2009年9月

主要内容

3.1计算机软件的基础知识

3.2程序设计语言基础

3.3程序设计语言的实现

3.4算法

3.5程序设计步骤和程序设计方法

3.6软件开发基础

3.1计算机软件的基础知识

3.L1计算机软件的概念

计算机软件：

■(ComputerSoftware)是指计算机系统中的

程序及其文档

■分为系统软件和应用软件两大类。

3.1.1计算机软件的概念

计算机软件的特征：

■软件是一种逻辑实体，具有抽象性。

■软件没有明显的制造过程。

■软件在使用过程中，没有磨损、老化的问题。

■软件对硬件和环境有着不同程度的依赖性。

■软件的开发至今尚未完全摆脱手工作坊式的开发方

式，生产效率低。

■软件是复杂的，而且以后会更加复杂。

■软件的成本相当昂贵。」

■软件还必须具备可维护性(Maintainability)、独

立性(Dependability)、效率性(Efficiency)和

可用性(Usability)四个属性。

计算机系统的层次结构

用户用户用户

应用软件

系统软件

操作系统

计算机硬件

3.1.2计算机软件的分类

系统软件

■操作系统

控制和管理计算机系统内各种软、硬件资源，合理有效

地组织计算机系统的工作

■语言处理程序

用来把汇编语言或高级语言编制的程序解释或翻译成计

算机能执行的目标程序。

主要有汇编程序、解释程序和编译程序

■数据库管理系统（DBMS）

数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结

构化的，无有害的或不必要的冗余，数据库是可以共享

的、相互关联的、以一定结构组织起来的数据集合。

数据库管理系统是对数据库中的数据进行管理的软件。

3.L2计算机软件的分类

操作系统、数据库管理系统(DataBase

ManagementSystem,DBMS)和应用程序在硬

件系统的支持下形成了数据库系统。

应用程序对数据库的一切操作，包括定义、查询、

更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。

根据数据模型的不同，DBMS可以分成层次型、

网状型、关系型、面向对象型等。

■当前流行的关系型DBMS有FoxPro、Access>SQL

Server、Oracle>Sybase等。

3.L2计算机软件的分类

■各种实用工具程序

能配合各类其他系统软件为用户的应用提供方便

和帮助。

磁盘碎片整理程序、磁盘清理等。.

应用软件*

■为用户解决某个实际问题而编制的程序和有关资料O

■分为通用软件(MicrosoftWord、Adobe

Photoshop)和专用软件。

■中间件是在应用软件与各种系统软件之间使用标准

的编程接口和协议。

3.L3计算机软件的发展

计算机软件的发展划分为四个阶段

阶段早期第二阶段第三阶段第四阶段

时间段1950-19651962~19741968~19891986-2003

主要特征面向批处理多用户分布式系统强大的桌面系

有限的分布实时嵌入“智能”统

自定义软件数据库低成本硬件面向对象技术

软件产品出面向大众，消费专家系统

现者人工神经网络

者的影响日益增并行计算

强网络计算机

软件生产阶程序设计时程序系统时软件工程时代软件工程时代

段代代（结构化方法）（面向对象方

法）

3.1.3计算机软件的发展

计算机软件生产的历史可划分为四个阶段：

■程序设计时代（1946年—1956年），使用机器语

言，汇编语言O

■程序系统时代（1956年—1968年）,使用高级语

言，小集团合作生产，提出结构化方法。

■软件工程时代一结构化方法时代（1968年一1989

年）软件工程学科的基本学科体系得到建立并基

本趋向成熟。

■软件工程时代一面向对象方法时代（1989年至今）

3.2程序设计语言基础

3.2」什么是程序

认识简单的程序

■举例：做两个数相加（C语言实现）

main（）

{

inta,b,sum;〃变量定义

printf（“请输入加数和被加数:\n）〃提示信息

scanf（"%d,%d",&a,&b）；〃输入加数和被加数

sum=a+b;〃求和

printf（"和为:%d\n",sum）;〃输出所求得和的任

）

3・2,1什么是程序

程序的执行

■概念

■源程序，

目标程序

-可执行程序

■程序的翻译过程

源程序—I翻译目标程序一I_连__接__R装入模块一*j_装___入_I-可执行程序

3.2.2程序设计语言的分类

机器语言

例如，计算A=15+10的机器语言程序如下：

1011000000001111：把15放入累加器A中

0010110000001010：10与累加器A的值相加，结

果仍放入A中

11110100：结束，停机

编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员

使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言

随机而异，通用性差，是面向机器的语言。

机器语言优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执

行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。

3.2.2程序设计语言的分类

■汇编语言

将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令

和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等

等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。

例如，计算A=15+10的汇编语言程序：■

MOVA,15：把15放入累加器A中

ADDA,10：10与累加器A相加，结果存入A中

HLT：结束，停机

汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质量高，占

存储空间少，执行速度快的优点。常用于过程控制等编程。汇编

语言面向机器，使用者需要专业知识。

汇编语言编写的程序，必须翻译成机器语言，才能被计算机执行。

3.2.2程序设计语言的分类

.高级语言

■是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法

规则来编写程序的语言。高级语言使程序员可以完

全不用与计算机的硬件打交道，可以不必了解机器

的指令系统，是面向过程的语言。这样，程序员就

可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约，

编程效率高；由于与具体机器无关，因此程序的通

用性强。

■例如，计算A=15+10的C语言程序如下：

sum=15+10;〃15与10相加的结果放入

sum中printf("sum=%d”,sum);〃输出sum

面向过程的语言需要详细地描述“怎样做”

面向问题的语言仅需要说明“做什么”。

322程序设M它和与数据库的关系非常密切，能够对

高级语言的分类大型数据库进行高效处理。

■面向过程的语言

用这类语言编程时，程序不仅要说明做什么，还要详细地

告诉计算机如何做，程序需要详细描述解题的过程和细节，

如FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等。

■面向问题的语言

又称非过程化的语言或称第四代语言(4GLS)o用面向问

题的语言解题时，不必关心问题的求解算法和求解的过程，

只需指出问题是要计算机做什么，数据的输入和输出形式，

就能得到所需结果。用SQL面向问题的

例3.1语言实现

■教师节到了，要对教龄满2只工发荣誉证书，要求从

存放教职工档案的“出,dat”文件中，显示出教龄满25

年的教职工的听在部门。

■SELECT海门，教龄FROMd:\zgda.dbfWHERE教龄

>=25

3.2.2程序设计语言的分类

■面向对象语言

在20世纪80年代推出面向对象语言。它与以往

各种语言的根本不同点在于：它设计的出发点就

是为了能更直接地描述客观世界中存在的事物

（即对象）以及它们之间的关系。

面向对象语言将客观事物看作具有属性和行为的

对象，通过抽象找出同一类对象的共同属性和行

为，形成类。通过类的继承与多态可以很方便地

实现代码重用，这大大提高了程序的复用能力和

程序开发效率。面向对象语言已是程序语言的主

要研究方向之一。面向对象的语言有C++、Java、

VisualBasic等。

3.2.2程序设计语言的分类

■其他语言

为了满足解决不同问题的需要，一些以工具形式出

现的语言，也在日益被广泛使用，如著名的科学计

算软件MATLAB,除此以外，还有函数型语言LISP,

人工智能语言PROLOG,超文本链接标记语言HTML

和XML等。

32.3程序设计语言的组成

高级程序设计语言的组成包括如下成分：

数据类型、表达式和赋值、控制结构、输

入/输出、函数和过程。

数据类型

■基本数据类型：整数类型、实数类型、字符类

型、逻辑类型、指针类型等。

■构造数据类型（由基本数据类型按某种方式组

合而成）一般有：数组类型、记录类型、枚举

类型、集合类型、字符类型、文件等

3.2.3程序设计语言的组成

表达式和赋值

-表达式由变量、常量、函数调用和运算符组成。

■例3-2,已知圆半径，求其面积用C语言描述的语句为：

s=3.14*r*r

其中：s、r为变量，3.14为常量，*为运算符；=为赋值号，

它的语义是将右端表达式计算出的结果赋给左端的变量。

-变量计算的数据对象和计算结果对象在程序中用变量表示。

变量在使用前必须声明其类型和名称，编译程序根据其数据

类型，在内存分配相应的存储空间，以存储该变量的值。

■运算符计算机不但能进行算术运算，还能进行逻辑运算。

虽然不同的程序设计语言提供的运算符种类不同，表示形式

也可能不同，但一般都有如下几类：

①算术运算力口、减、乘、除、乘方等。

②关系运算大于、大于等于、小于、小于等于、等于、不等

于等。

③逻辑运算与、或、非等。

3.2.3程序设计语言的组成

表达式和赋值

■赋值

赋值是改变变量值的基本手段，在程序设计语言中使用频率最

高。不同的程序设计语言有不同的赋值号，一般用等（=）来

表示。表达式和赋值号构成了程序设计的一条赋值语句。

控制结构

■结构化的程序设计包括三类控制结构

3.2.3程序设计语言的组成

选择结构

循环结，

3.2.3程序设计语言的组成

输入/输出

程序的输入/输出分为两大类：

■以文件形式数据传送

■人_机交互

■输入、输出在不同的程序设计语言中由不同的

语句或函数来实现。

■例如C语言的输入/输出函数有：scanf,

printso

3.2.3程序设计语言的组成

过程（函数）

■将重复处理程序段或分解的子功能编写成一个逻辑上

独立的过程，当程序需要该过程时，只需调用它。

■使用过程可降低程序的复杂度，简化程序编写，便于

调试。

■一般程序设计语言中有两种过程：

函数过程函数名有返回值

--子过程子过程名没有返回值

■各种语言系统还提供了已定义好的大量标准函数，如

数学函数、字符串函数、类型转换函数等，放在系统

的函数库中，供用户直接调用。

3.3程序设计语言的实现

3.3.1翻译过程

在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制

的程序能够被计算机直接理解和执行外，其他的

程序设计语言编写的程序都必须经过一个翻译过

程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序，

实现这个翻译过程的工具是语言处理程序，即翻

译程序。

针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自

的翻译程序，且互相不通用。对于汇编语言编写

的程序需要用汇编程序进行汇编，而用高级语言

编写的程序，通过两种方式进行翻译，一种是解

释程序，一种是编译程序。

3.3.1翻译过程

汇编程序

■汇编程序是将汇编语言编制的程序（源程序）

翻译成机器语言程序（目标程序）的工具。

■汇编程序的具体翻译工作步骤：

①用机器操作码代替符号化的操作符。

②用数值地址代替符号名称。

③将常数翻译为机器的内部表示。

④分配指令和数据的存储单元。

3.3.1翻译过程

解释程序

■解释方式的翻译工作由解释程序来完成。解释

程序对源程序进行逐句分析，若没有错误，将

该语句翻译成一个或多个机器语言指令，然后

立即执行这些指令；翻译一句执行一句，若解

释时发现错误，会立即停止，报错并提醒用户

更正代码。解释方式不生成目标程序。

■BASIC、LISP等语言采用解释方式。

3.3.1翻译过程

编译程序

■编译程序对整个源程序经过编译处理，产生一个与

源程序等价的目标程序；目标程序还可能要调用一

些其他语言编写的程序和程序库中的标准子程序，

通过连接程序将目标程序和有关的程序库组合成一

个完整的可执行程序。执行速度快，修改源程序后

都必须重新编译。一般高级语言（C/C++、PASCAL

FORTRAN>COBOL等）都是采用编译方式。

编译程序数据

源程序——-一目标程序A可执行程序————►计算结果

编译程序的工作过程

3.3.1翻》译过程一编译程序

词法分析

语法分析’

中间代码生成

优化和目标代

码生成

编译程序的结构与工作过程

3.3.2连接和装入

连接：连接程序把若干个目标程序(先前的和分

别的翻译的结果)、操作系统实用例程和其他实

用软件连接起来产生一个完整的可执行的程序，

转而作为一个文件存放在计算机的大容量存储系

统中。这种程序有时称为装入模块(Load

module)。

装入：一旦装入模块已经生成，它在可以执行之

前必须由称为装入程序的程序放入到存储器中。

一个程序一旦完成翻译和连接步骤，那么它就可

以重复地装入和执行，不再需要回到源程序。

3.4算法

3.4.1算法概述

在计算机中，把解题过程的准确而完整的描述称

为解该题的算法。通俗地讲，程序就是用计算机

语言表述的算法；流程图就是图形化的算法。

算法可以分为两大类：

■数值计算算法

求数值解，其特点是少量的输入、输出，复杂的运算，如求高

次方程的根、求函数的定积分等。

■非数值计算算法

对数据的处理，其特点是大量的输入、输出，简单的运算，例

如，对数据的排序、查找等算法。

3.4.1算法概述

算法的两个特征

■基本的操作：算术运算、关系运算、逻辑

运算和数据传送等。

■算法的控制结构，即顺序、选择、循环这

三种基本结构。

3.4.1算法概述

算法的性质

-有穷性：一个算法必须保证执行有限步之后

结束;

■可行性：算法原则上能够精确地运行，而且

人们用笔和纸做有限次运算后即可完成。

■确定性：算法的每一步骤必须有确切的定义,

无二义性。

■输入：一个算法有。个或多个输入，以刻画

运算对象的初始情况。

■输出：一个算法有一个或多个输出，以反映

对输入数据加工后的结果。

3.4.2算法的表示

自然语言用人们使用的语言描述算法。

传统的流程图法用一些图框、线条以及

文字说明来形象地、直观地描述算法。

N6流程图法去掉了传统流程图中带箭

头的流向线，全部算法以一个大的矩形框

表示，框内还可以包含一些从属于它的小

矩形框，适于结构化程序设计。

3.4.2算法的表示

A

直到条件成立

(d)

N-S图的三种基本结构

3.4.2算法的表示

伪代码法是一种假的代码，不能被计算机所理解,

但接近于某种语言编写的程序，便于转换成编程

语言。根据编程语言的不同，有对应的类Pascal、

类C等类-小语言。在数据结构教材中，经常用类

-AXY语言来描述算法。

计算机语言计算机无法识别自然语言、流程图、

伪代码。这些方法仅为了帮助人们描述、理解算

法，要用计算机解题，就要将它们转换成计算机

语言程序。用计算机语言描述算法，只有用计算

机语言编写的程序才能被计算机执行。

343,常用算法

voidswap(x,y)

两个变量的值交换

intt;

t=x;

x=y;

y=t；

计数器，N为计数器变量

count

+im=sum+x累力口器，sum为累

sumnumI器变量

343,常用算法

例3.4某班有35名学生，输入每个学生《C语言程序设

计》课程的成绩，并求出该班该门课程的平均分以及

成绩为优秀的学生人数。

用伪代码描述算法如下:

voidcompute()

{

intscore,i=l,sum=0,count=0;

while(i<=35)

scanf(&score);

sum=sum+score;

if(score>=90)count=count+l;}

printf(sum/35);

printf(count);

343,常用算法

枚举法•

枚举法（穷举法或试凑法）根据条件确定答案

的范围，在此范围内对所有可能的情况逐一验

证。若某个情况符合条件，则为一个解；若全

部情况均不符合条件，则问题无解。

百鸡问题：公鸡每只5元，母鸡每只3

元，小鸡3只1元，用n元买n只鸡，求

公鸡、母鸡、小鸡的只数。

343,常用算法

■a+b+c=n

■5a+3b+c/3=n

■c%3=0

343,常用算法

intk=0;

for(a=0;a<=n;a++)

{

for(b=0;b<=n;b++)

{

for(c=0;c<=n;C++)

{

if((a+b+c==n)&&(5*a+3*b+c/3==n)&&(c%3==0))

{

g[k]=a;

m[k]=b;

s[k]=c;

K++;

)

)

)

时间复杂度

算法的输入规模和运行时间的阶

时间复杂度的计算

■顺序：加法

■循环：乘法

■递归：一般为指数形式

3.4.3,常用算法

改进之后的算法：

intk=0;

inti=n/5;

intj=n/3;

for(a=0;a<=i;a++)

{

for(b=0;b<=j;b++)

{

c=n-a-b;

if((5*a+3*b+c/3==n)&&(c%3==0))

{

g[k]=a;

m[k]=b;

s[k]=c;

K++;

)

)

)

343.常用算法

递推法（迭代法）

从初值出发，归纳出新值与旧值间直到最后值为

止存在的关系，每次重复main()

出新值，并由新值代替旧{intday,x1,x2;

day=9;

例3.4猴子吃桃子问题。x2=1;

while(day>0)

掉现有数的一半多一个，{x1=(x2+1)*2;x2=x1;

个了，问小猴原有桃子多day=day-1;

}

设第冰的桃子为它printf(”total=%d\n”,x1);

半少1个，则递推公式为:}

343,常用算法

求最值

而”砧♦入跖4旦一I-//、乐

main()

次同第2、3、(

大（小），马」intmax,score,n,i;

printf(“请输入人数：\n");

也就获得。scant(“％d”,&n);

printf(“请输入每个同学的成绩：\n");

例3.5对输,scant(“％d”,&score);

max=score;for(i=2;i<=n;i++)

{scant(“％d”,&score);if(score>max)

max=score;}

printf(“晟绩最高分为％d\n”,max);

)

3.5程序设计步骤和程序设计方法

3.5.1程序设计步骤

程序设计步骤

3.5.2程序设计方法

结构化程序的结构简单清晰，可读性强，模块化

强，描述方式符合人们解决复杂问题的普遍规律,

在软件重用性、软件维护等方面有所进步，可以

显著提高软件开发的效率。

程序设计模式：“数据结构+算法”

■在软件设计和实现过程中，采用自顶向下、逐步细化

的模块化程序设计原则。

■在代码编写时，采用顺序、选择、循环三种基本控制

结构，避免使用GOTO语句。

3.5.2程序设计方法

面向对象程序设计

将问题分解为对象，对象的数据——属性，

作用于数据的操作——方法，将属性和方法封

装成一个整体，供程序设计者使用。对象之间

的相互作用通过消息传递来实现。

程序设计模式：“对象+消息”

面向对象的程序设计语言有：C++、Java、

VisualBasic等

结构化程序设计与面向对象程序设计的区别：

■面向对象分解突出：做什么？大量的工作由相应的

对塞来完成，程序员在应用程序中只需说明要求对

象元成的任务。

■结构化程序设计的分解突出：如何做？强调代码的

功能是如何得以完成。

3.6软件开发基础

3.6.1软件工程概述

软件好坏的判断准则

■正确性

■可靠性

■简明性

■有效性

■可维护性

■适应性

软件的生命周期

■软件生存周期是指一个软件从提出开发要求开始直

到该软伴报废为止的整个时期。

■软件生命周期一种典型的阶段分为：问题定义、可

行性研究、需求分析、总体设计、详细设计、编码、

测试和维护等八个阶段。

3.6.1软件工程概述

软件开发过程

从工程学角度出发，软件开发过程包括计划、

分析、设计、编码、测试和维护绅几个阶段。

■计划：对所要解决的问题进行总体定义。

■分析：对用户的需求进行去粗取精、去伪存真、

正确理解，然后把它用软件工程开发语言（形式功

能规约，即需求规格说明书）表达出来的过程。

■设计：软件设计的主要任务就是将软件分解成模块,

然后进行模块设计。软件设计可以分为概要设计和

详细设计两个阶段

■编码：把软件设计转换成计算机可以接受的程序

■测试：软件测试的目的是以较小的代价发现尽可能

多的错误。

■维护：在已完成对软件的研制工作并交付使用以后,

对软件进行适当修改，以适应新的要求，以及纠正

运行中发现的错误。

3.6.1软件工程概述

软件开发原理

■抽象：将要处理的问题按一定的方式和步骤抽象成

计算机能处理的形式后再交给计算机去处理。

■目标分解：任何一个复杂的问题，都可以通过一些

较小的问题表示，这些较小的问题又可以通过更

小的问题表示。

■局部化与信息隐藏：一段程序的控制应尽量是局部

的，而不受其他段的影响，也不影响其他段；所处

理的数据也应该尽量是局部的。局部定义的数据外

部无法访问，达到了信息隐藏的目曲。

■一致性：一致性是指在整个软件中，所有表示方法

应该是一致的。

■可验证性：可验证性原理就是所开发的程序模块应

尽量具有相对的独立性，能相对独立地测试，相对

独立地维护和修改。

3・6・2,软件开发方法

结构化方法

■结构化软件开发方法采用结构化分析(SA,

StructuredAnalysis)技未对问题进行分析建模，它

将问题表述为“数据流图+实体联系图”的形式。

面向对象的方法

■分析建模：面向对象软件开发方法采用面向对象分

柝(OOA,Object—OrientedAnalysis)对问题进

行分析建模，它将问题表述为