Java程序设计电子教案-叶乃文.ppt

第1章,程序设计方法概论,1.1 程序设计概述,纵观计算机发展的历程，计算机硬件系统是发展的基础，计算机软件系统是发展的关键，计算机应用是发展的目标。可以看到，在整个计算机发展领域中，计算机软件系统起着承上启下的核心作用，而计算机软件系统的发展关键在于程序设计方法的研究与发展。,1.1 程序设计概述,软件是计算机的灵魂，而软件的开发方法是主导这个灵魂的关键。几十年来，众多的专家、学者将毕生的研究方向定位于探索软件开发方法的基础理论上，他们与战斗在软件开发领域最前沿的软件精英们共同携手，将理论与实践结合在一起，提出了各种有效的软件开发方法，使软件开发行业历经磨难，终于步入了科学化、工程化和规范化的良性发展阶段。,一个规范的软件开发过程需要经历系统分析、系统设计、编码、测试和维护几个阶段。软件开发方法是指导软件开发各个阶段工作的理论和方法，它决定了审视问题域的角度、各个开发阶段的工作任务以及最终软件系统的构成方式。其中，编码阶段的主要任务是按照系统设计的要求编制最终的程序代码，即程序设计。它是软件开发过程的一个重要阶段，是软件系统的具体实现。,程序设计是指设计、编制和调试程序的方法和过程。由于程序是应用系统的本体，是软件质量的具体体现，因此，研究程序设计中涉及到的基本概念、描述工具和所采用的方法就显得格外重要。,基本概念主要包括程序、数据、子程序、模块，以及顺序性、并发性、并行性和分布性等，其中程序是程序设计中的核心，子程序是为了便于程序设计而建立的程序基本单位，也是模块的具体体现，而顺序性、并发性、并行性和分布性则反映了程序的内在特性。,描述工具主要是指编写程序的语言和为了便于调试程序而提供的各种语言开发环境。从某种意义上讲，它们决定了应用系统的最终功效，直接影响着软件产品的可靠性、易读性、易维护性以及开发效率。,程序设计方法是指导程序设计工作的思想方法，它主要包括程序设计的原理和所应遵循的基本原则，帮助人们从不同的角度描述问题域。选用合适的程序设计方法，对于开发满足用户需求的高质量应用软件至关重要。,1.2 程序设计方法,在程序设计过程中，选择一种良好的程序设计方法将有助于提高程序设计的效率、保证程序的可靠性、增强程序的可扩充性、改进程序的可维护性。时至今日，用于指导程序设计的方法已有许多种类，它们各自有各自的特点，其中结构化和面向对象是两种发展最为成熟、应用最为广泛的程序设计方法。,1.2.1 结构化程序设计方法,结构化程序设计方法是在软件产业严重危机，亟待需要工程化的背景下产生。随着人们对软件工程化的认识日益形成，逐渐越来越重视程序的结构化、可读性，按照结构化程序设计方法设计程序逐渐成为广大编程人员自觉、自愿的行为，编写出结构化强、可读性好的程序迅速变为软件开发行业的时尚。,结构化程序设计主要特征,自顶向下，逐步求精模块化语句结构化,自顶向下、逐步求精,即将编写程序看成是一个逐步演化的过程。所谓自顶向下是指将分析问题的过程划分成若干个层次，每一个新的层次都是上一个层次的细化，即步步深入，逐层细分。,模块化,即将整个系统分解成若干个模块，每个模块实现特定的功能，最终的系统将由这些模块组装而成。模块之间通过接口传递信息，力求模块具有良好独立性。实际上，往往可以将模块看作是对欲解决的应用系统实施自顶向下、逐步求精后形成的各子系统的具体实现。,语句结构化,支持结构化程序设计方法的语言都应该提供过程实现模块概念。结构化程序设计要求，在每一个模块中只允许出现三种流程结构的语句，它们是顺序、分支和循环。如图1-1所示，这三种流程结构的语句有一个共同的特点，即每种语句只有一个入口，一个出口，这对于保证程序的良好结构、检验程序的正确性十分重要。,PASCAL与C语言是支持结构化程序设计的典型代表。它们以过程或函数作为程序的基本单元，在每一个过程中仅使用顺序、分支和循环结构三种流程结构的语句，因此，又将这类程序设计语言称为过程式语言，用过程式语言编写的程序其主要特征可以用下列公式形象地表达出来。程序=过程+过程调用,采用结构化程序设计方法，可以提高编写程序的效率及质量。自顶向下、逐步求精有利于在每一个抽象级别上尽可能地保证设计过程的正确性及最终程序的正确性。规范模块组装的策略及限定模块中只允许出现三种流程结构的语句，可以使得程序具有良好的结构，改善程序的可读性、可理解性和可维护性。,利用结构化程序设计方法实现程序设计需要经过两个基本过程：分解和组装。所谓分解是指通过对初始问题域的详细分析，不断地将其进行模块分解，每分解一次都是对问题的进一步细化。模块是求解问题域的一种描述。,例如，设计一个程序，将从键盘上输入的100个整数重新按从小到大的顺序排序，并输出重新排序后的结果。分解成三个子模块：输入、排序和输出,1.2.2 面向对象的程序设计方法,利用结构化程序设计方法求解问题的基本策略是从功能的角度审视问题域。它将应用程序看成是一个能够完成某项特定任务的功能模块，其中的每个子过程是实现某项具体操作的底层功能模块。在每个功能模块中，用数据结构描述待处理数据的组织形式，用算法描述具体的操作过程。,面对日趋复杂的应用系统，需要下列改进：,将利用计算机解决问题的基本方法统一到人类解决问题的习惯方法上，彻底改变软件设计方法与人类解决问题的常规方式扭曲的现象迫在眉睫。将过程抽象改进为数据抽象，它是较过程抽象更高级别的抽象方式，它将描述客观事物的属性与行为绑定在一起，从而达到对现实世界实体的真正模拟,封装是指将现实世界中存在的某个客观事物的属性与行为绑定在一起，并放在一个逻辑单元中。这个逻辑单元负责将所描述的客观事物的属性隐藏起来，外界对客观事物内部属性的访问通过提供的用户接口实现。结构化程序设计方法的基本单元是模块，每个模块只是实现特定功能的过程描述，因此，它的可重用单位只能是模块，对于今天的软件开发来说，这样的重用粒度显得微不足道。,面向对象程序设计,面向对象程序设计方法是指用面向对象的方法指导程序设计的整个过程，所谓面向对象是指以对象为中心，分析、设计及构造应用程序的机制。面向对象程序设计方法应该包含对象、类、继承、消息、通信等概念，并可以用下列公式形象地描述出来。面向对象=类+对象+继承+消息+通信,面向对象优点,能够实现对现实世界客观事物的自然描述 可控制程序的复杂性 可增强程序的模块性 可提高程序的重用性 可改善程序的可维护性 可适应新型的硬件环境,1.3 程序设计语言,程序设计语言是用于书写计算机程序的语言。自从计算机诞生以来，程序设计语言的发展一直伴随着整个计算机事业的成长，影响着计算机应用领域的不断扩展。程序设计语言通常可以分为4个类别：命令式语言、函数式语言、逻辑式语言，以及面向对象的语言。,命令式语言是指通过给出一系列可执行的运算与运算次序来描述计算过程的语言。函数式语言将函数作为构成程序的基本成分，并提供一些技术手段用于构造复杂的函数。逻辑式语言是一种基于规则的程序设计语言。在命令式语言中，必须对每个算法的实施过程给予详细地描述，其中包括需要执行的命令及执行顺序，而基于规则的程序设计语言并不需要给出顺序，语言的实现系统将会选择一种执行顺序，以达到预期的结果,面向对象程序设计语言（OOPL）是指提供描述面向对象方法所涉及到的类、对象、继承和多态等基本概念的程序设计语言。它应该具有下列特征：识别性、分类性、继承性和多态性。,基本特征,识别性。指应用程序中的基本构件可以被认为是一组可识别的离散对象。分类性。指将应用程序中具有相同属性与行为的所有对象组成一个类。继承性。指在已有类的基础上，定义其子类。在子类中，除了拥有从父类继承的内容外，还可以通过自定义一些属性或操作，扩展或覆盖父类的内容。多态性。指同一个消息发送给不同的类对象，做出的响应可能不同，这种现象就是多态性。,几种有代表性的OOPL,Simula67，支持单继承、一定含义上的多态和部分动态联编。Smalltalk，支持单继承、多态和动态联编。Eiffel，支持多继承、多态和动态联编。C+，支持多继承、多态和部分动态联编。Java，提供了类机制，以及有效的接口模型。支持单继承、多态和动态联编。,1.4 Java程序设计语言,Java程序设计语言是一种完全的面向对象程序设计语言。自从1995年Java语言正式发布以来，经历了坎坷的发展历程，但由于Java语言的设计者们拥有必胜的信念，并紧紧抓住每个推广 Java语言使用的机会，利用前瞻的设计理念，逐步赢得了广泛的市场，成为当今软件设计的主流语言。,1.4.1 Java程序设计语言的发展历程,1995年5月Sun公司在SunWorld95大会上发布了Java和HotJava浏览器。1995年9月Sun公司宣布将提供Java开发工具。1995年12月Sun公司与Netscape共同发布JavaScript，这是一种基于Jaava语言的脚本语言。1996年1月Sun公司推出Java开发工具包JDK（Java Development Kit）1.0，为广大的开发人员提供了用来运行Java应用软件的开发环境。,1996年2月Sun公司推出了Java数据库连接JDBC数据库API。1996年10月Sun公司颁布JavaBeans规范，并发布了首个Java JIT（Just-In-Time）编译器。1996年12月Sun公司发布了JDK1.1、Java商贸工具包、JavaBeans开发包及Java API。1997年3月Sun公司推出JDK1.1.1。1997年5月Sun公司推出JDK1.1.2。1997年7月Sun公司推出JDK1.1.3。1998年12月Sun公司发布Java 2平台，它是Java发展史的一个里程碑。1999年6月Sun公司定义了Java技术的框架，形成了今天人们看到的三个版本。,1.4.2 Java程序设计语言的基本特征,1简捷性2面向对象3分布式4健壮性5结构中立6安全性7可移植性8解释执行9高性能10多线程,