01程式設計概論.pdf

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(1)程式設計概論王元俊 Wang Yuan-Jiun. islwangyj@gmail.com 1.

(2) 學習目標 • 什麼是程式設計 (Programming)？ • 程式設計的流程 • 寫好的程式，要怎樣讓電腦執行？ – 什麼是「編譯」？什麼是「直譯」？ • 程式設計的方法 • 程式的架構 – 輸入、處理、輸出 • 我們的課程內容有些什麼？ • 結構化程式設計簡介 • 物件導向程式設計簡介 2.

(3) 3.

(4) 4.

(5) 程式設計 (Programming) (1) • 程式是為完成某項工作，依照達成這個工作所定義或設計的邏輯順序，編寫成的一連串指令 (instruction) 的集合。程式設計的目標即是設計出能完成某項工作的程式。 • 高階語言的程式使用敘述 (statement) 為最小的描述單位，也就是說高階語言的程式是利用敘述，按照其語法規則及所要處理工作的順序，編排而成的一連串指令。 • 程式設計的目的，是要電腦依照我們設定好的敘述的步驟，逐步執行，以完成特定的工作。. 5.

(6) 程式設計 (Programming) (2) • 程式設計可以是指「為解決某個問題或完成某項工作，依照所構思的解決方案，建立邏輯順序（步驟）後產生規劃藍圖，再利用程式語言依規劃藍圖撰寫程式，經過測試後能符合解決問題或完成工作的目的所從事的行為」。. 6.

(7) 程式設計的流程 (1) 以設計程式解決問題，通常區分為以下幾個步驟： 1. 分析問題 (analysis)：在設計程式以前，需要先與客戶先確認程式要完成的工作是什麼，也就是要解決的問題為何，有時簡稱為程式的功能。此外還要確認輸入、輸出的格式。依照要解決的問題，想好如何解決問題的方法，以及如何使用適當的資料結構，才能夠設計出有效率的程式。演算法程式設計資料結構 7.

(8) 程式設計的流程 (2) 2. 繪製流程圖或撰寫程式虛擬碼：表達演算法 (algorithms) 最常用的兩個方法是  流程圖 (flow chart)：以圖型化的演繹邏輯來表達程式操作順序的方法。  虛擬碼 (pseudo code)：類似於一種程式語言。在虛擬碼中，自然語言和高階程式語言並用，描述資料結構與演算法，兼具文字描述及流程圖優點的表示方式，是系統分析師和程式設計師之間的溝通工具。. 8.

(9) 程式設計的流程 (3) 3. 編寫程式 (coding)：根據流程圖或虛擬碼，以程式語言撰寫程式。程式經過編輯 (edit)、編譯 (compile)、執行 (run)、除錯 (debug) 與測試 (test) 等工作，獲得符合需求的可執行碼 (executable codes)。編輯編譯執行除錯. 測試除錯. 完成. 除錯 9.

(10) 程式設計的流程 (4) 4. 程式安裝 (installation) 佈署 (deployment)、管理 (management) 與維護 (maintenance)：程式完成後，將程式放在客戶的硬體上，進行安裝、佈署、設定等工作，讓程式能夠完成符合客戶需求的工作。正式上限執行後，仍必須持續追蹤與維護，包含程式碼、文件說明等。. 10.

(11) 編譯與直譯 (1) • 編譯：原始程式經由編譯程式 (complier) 轉譯成目的程式，目的程式再與其他相關函式或目的程式連結後組合成可執行的程式碼，載入後執行。例如 COBOL、Pascal、C / C++ / C#、 Java 等。 • 直譯：原始程式經由直譯程式 (interpreter) 轉譯後，不需要建立目的程式，原始程式一個敘述接著一個敘述，轉譯並且執行。例如 BASIC、腳本語言等。【說明：也有支援 BASIC 語言的編譯程式，例如 Visual BASIC。】. 11.

(12) 編譯與直譯 (2) • 中間碼：原始程式經由編譯程式產生與特定機器無關，但需要再經由直譯器轉譯才能執行的中間代碼，例如在 Java 稱為位元組碼 (bytecode)。 – 這種中間碼的目的主要是為了實現程式執行與軟、硬體環境無關，從而實作「一次編譯、到處執行」的跨平台特性。然而，這樣的執行方式，將會降低程式執行的效率。. 12.

(13) 程式設計的方法 1. 單一程序設計法：這是最直接的設計方法，整個程式不分段落區塊，其中程式的架構只有程式設計者自己知道。 2. 模組化程式設計法  程式按照「功能」分成若干個模組 (Module)，必要時才加以串起來使用。  目的是為了節省程式大小，但是它並沒有提供任何副程式切割的方法或準則。 3. 結構化程式設計 4. 物件導向程式設計 13.

(14) 結構化程式設計 (1) • 結構化程式設計 (Structured programming) 是一種程式設計典範。它採用副程式、程式碼區塊、 for、while 迴圈等結構，取代傳統的 goto 敘述。希望藉此改善電腦程式，達成程式碼的清晰性，提昇品質以及減少開發時間，並且避免寫出麵條式的程式。 • 結構化程式設計對於處理資料的方式採用「資訊隱藏 (Information Hiding)」，它要求各個模組間能盡量獨立，各個模組負責自己資料的讀與寫。. 14.

(15) 結構化程式設計 (2) • 結構化設計方法的缺點：在實作階段完成前，很難判斷設計的好壞，若有所調整時，將牽一髮而動全身。此外隨著軟體規模加大，由上向下分解的距離相當遠，往往會迷失其中，無法全盤控制。. 15.

(16) 物件導向程式設計 • 前述方法的共同問題：問題領域與程式設計工具的領域之間有一個鴻溝存在。 • 物件導向技術在實體世界與程式之間建立一個直接而且一致的對應關係。 • 一個軟體系統由物件所組合而成，這些物件分別扮演了問題領域中的一個角色。系統所需的行為與功能，便是藉由這些物件間的互動來完成。. 16.

(17) 輸入、處理、輸出 • 輸入 (Input) • 處理 (Process) • 輸出 (Output). IPO. 17.

(18) 命令列 (Command Line) 程式. 結構化程式設計. 基本語法. 視窗 (Window) 程式. 我們的課程. 物件導向程式設計. 類別與函數. 18.

(19) 結構化程式設計簡介 (1) • 結構化程式設計的意義 1. 由上而下 (top-down) 的程式設計方法。 2. 依照功能分解：先將整個程式依照要完成的工作分成數個功能，再將每個功能細分為多個較小的次要功能，如此繼續細分，盡可能讓每個功能是獨立的。 3. 設計模組 (module)：為每個小功能設計模組，讓一個模組只負責一個小功能。 4. 組合 (combination)：再將次要功能利用小模組組合出來，建立次要模組；繼續組合完成整個工作。 19.

(20) 結構化程式設計簡介 (2) • 結構化程式設計的意義 5. 整個程式分解成若干個模組。 6. 每個模組完成一個獨立的功能，因此每個模組具有較高的內聚力 (cohesion)。 7. 模組之間的關聯性應該盡量降低，因此模組間具有較低的耦合力 (coupling)。. 20.

(21) 結構化程式設計簡介 (3) • 三種基本的流程控制結構 1. 循序 (Sequence)：程式碼由上而下一個敘述接著一個敘述的順序被執行。. 循序結構 21.

(22) 結構化程式設計簡介 (4) 2. 選擇 (Selection)：程式執行時，依據條件，也就是比較運算式的結果，決定程式碼是否被執行。程式語法有 if、if … else、 switch case 等。真. 條件. 假. 選擇結構 22.

(23) 結構化程式設計簡介 (5) 3. 重複 (Repetition)：部分程式碼依據條件能夠重複被執行多次。程式語法有 for、while、 do … while、for each 等。條件. 假. 真. 重複結構 23.

(24) 物件導向程式設計簡介 (1) • 類別 (Class) – 類別是物件的抽象化，也就是建構物件的藍圖。 – 建立物件前，先定義物件的各種性質與行為（能力），然後再建立物件。物件在程式中依照流程，執行完成設定的任務。 – 描述物件的性質就是屬性 (Attribute)，這是物件的資料。 – 描述物件的行為就是方法 (Method)。方法實作時寫成副程式或者函數。. 24.

(25) 物件導向程式設計簡介 (2) • 物件 (Object) – 物件是類別所產生的案例 (Instance)。物件具有根據類別定義的性質與能力。 • 事件 (Event) – 事件是觸發物件行為的動作。 – 在程式的實作中，使用者按滑鼠、網路連線等都是事件，將會觸發預先寫好的方法，也就是執行實作的副程式或函數。. 25.

(26) 物件導向程式設計簡介 (3) • 封裝 (Encapsulation) – 將屬性（資料）和方法（行為）包裝成一個物件，稱為封裝。 • 繼承 (Inheritance) – 繼承定義了類別之間的關係，也就是讓此關係中的其他類別獲得此類別的屬性與方法，達成已經定義的類別能重覆使用的目的。. 26.

(27) 物件導向程式設計簡介 (4) • 多型 (Polymorphism) – 在不同物件（或類別）中，利用相同名稱的操作，以不同方式處理資料。 – 多型還可分為：  動態多型 (Dynamic Polymorphism)：透過類別繼承和虛擬函式機制，在執行時期根據其物件，決定呼叫的方法。程式設計以方法覆寫 (Method Overriding) 實作。  靜態多型 (Static Polymorphism)：用相同的運算子（符號）或函式執行不同的功能，在編譯時期就能知道呼叫的方式，又稱多載 (Overloading)。 27.

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