第12章程式語言.

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Presentation transcript:

第12章程式語言

章節大綱 12-1 程式語言的演進 12-2 程式語言的分類 12-3 程式語言的設計 12-4 程式設計的過程 12-5 程式執行的過程

12-1 程式語言的演進指令 (instruction) 指揮電腦完成一項基本任務的命令。程式 (program) 一組有順序的指令集合。程式語言 (program language) 用來撰寫程式的語言。回章節大綱

12-1-1 第一代語言－機器語言機器語言 (machine language) 12-1-1　第一代語言－機器語言機器語言 (machine language) 每個指令都是由0與1組合而成，包含了運算碼 (op-code) 與運算元 (operand) 兩個部分。屬於機器相關語言，不具可攜性。回章節大綱

12-1-2　第二代語言－組合語言組合語言 (assembly language) 所撰寫的程式須經過組譯程式 (assembler) 轉換成目的碼或機器語言，才能執行。例如：ADD R3, R1, R2 (範例) 屬於機器相關語言，不具可攜性機器語言和組合語言統稱為低階語言回章節大綱

12-1-3　第三代語言－高階語言語法近似於英文屬於機器無關語言，撰寫的程式須經過直譯程式 (interpreter) 或編譯程式 (compiler) 轉換成目的碼或機器語言，才能執行具可攜性，較易閱讀與學習，函數庫可擴充，但需經編譯程式或直譯程式轉換成目的碼或機器語言，執行速度較慢，佔記憶體較大回章節大綱

12-1-4 第四代語言－超高階語言超高階語言 (very high level language) 12-1-4　第四代語言－超高階語言超高階語言 (very high level language) 使用者只要在套裝軟體選取工具、介面、資料庫或控制項，就能快速完成程式回章節大綱

12-1-5　第五代語言－自然語言自然語言允許使用者以多種方式來敘述同一件事情，主要應用在人工智慧方面。回章節大綱

12-2 程式語言的分類根據發展時間，將程式語言略分為一到五代根據程式設計方式 (programming paradigm)：命令式函數式邏輯式物件導向式回章節大綱

12-2-1　命令式命令式 (imperative paradigm) ，由命令與敘述所組成，又稱程序式 (proceduralparadigm) 典型命令式程式語言有FORTRAN、ALGOL、BASIC、C、COBOL、Ada、Pasca… 回章節大綱

12-2-1　命令式 FORTRAN IBM公司於1954年所發展出來的高階程式語言，一開始應用於IBM 740電腦的科學計算，現在則廣泛應用於經濟分析、工程數學及科學研究 ALGOL 在1960年代所發展出來的程式語言，主要用途是描述演算法回章節大綱

12-2-1 命令式 BASIC 將FORTRAN加以簡化所創立的程式語言，接近人類自然語言及數學運算式，學習容易 C 12-2-1　命令式 BASIC 將FORTRAN加以簡化所創立的程式語言，接近人類自然語言及數學運算式，學習容易 C AT&T貝爾實驗室Dennis Ritchie於1972年所發展出來的程式語言，以C語言撰寫的程式具可攜性，執行速度快回章節大綱

12-2-1 命令式 COBOL 美國國防部成立協會於1959年發展的程式語言，主要用途是從事大量檔案處理、資料輸入/輸出與商業計算 12-2-1　命令式 COBOL 美國國防部成立協會於1959年發展的程式語言，主要用途是從事大量檔案處理、資料輸入/輸出與商業計算 Ada具有高度的可攜性與可讀性，適合用來撰寫即時系統或同步運算程式 Pascal 承襲ALGOL理念所發展出來的程式語言，應用於校園教學回章節大綱

12-2-2　函數式函數式型態程式語言 LISP ML Miranda Gofer Scheme CLOS 函數式 (functional paradigm) 程式語言的代表首推LISP 由美國麻省理工學院 (MIT) 於1958年為人工智慧方面應用所發展，MacLISP強調效能與品質，InterLISP提供結構化的編輯器環境，Common LISP是使用最廣泛的版本回章節大綱

12-2-3　邏輯式邏輯式型態 (logic paradigm) 程式語言代表首推PROLOG，具邏輯推理性，主要用途是搜尋資料庫、定義演算法、撰寫編譯器、開發專家系統等回章節大綱

12-2-4　物件導向式物件導向式 (object-oriented paradigm) 程式語言的代表首推Simula，由KristenNygaard與Ole-Johan Dahl於1961 ~ 1967年所發展，其它還有SmallTalk、C++、Java、C#…。物件導向程式設計 (OOP，object oriented programming) 是軟體發展過程極具影響性突破，物件可在不同的應用程式中被重複使用回章節大綱

12-2-4 物件導向式 C++ AT&T貝爾實驗室承襲C語言理念發展的物件導向程式語言 Java 12-2-4　物件導向式 C++ AT&T貝爾實驗室承襲C語言理念發展的物件導向程式語言 Java Sun公司承襲C++理念發展的物件導向程式語言 C# 從C/C++ 發展出的簡單、現代化、具物件導向、型別安全的程式語言，語法類似C/C++ 回章節大綱

12-3 程式語言的設計資料型別 (data type) 決定了資料將佔用的記憶體空間、能夠表示的範圍及程式處理資料的方式 Java規定變數在使用之前必須宣告資料型別回章節大綱

12-3 程式語言的設計常數 (constant) 列舉 (enumeration) 結構 (structure) final float PI = 3.14159; 列舉 (enumeration) enum weekdays {sun, mon, tue, wed, thu, fri, sat}; 結構 (structure) struct card{ int pips; char suit; }; 回章節大綱

12-3 程式語言的設計陣列 (array) 陣列可存放多個資料多數程式語言預設以索引0代表第一個元素，索引n - 1代表第n個元素回章節大綱

12-3 程式語言的設計流程控制 (flow control) 決定了程式的執行方向第一種判斷結構 if (expression) statementA 第二種判斷結構 else statementB 回章節大綱

12-3 程式語言的設計第三種判斷結構 switch (expression){ case value1: statement1 … default: statementN } 回章節大綱

12-3 程式語言的設計第一種迴圈結構 while(expression) statementA 第二種迴圈結構 do 回章節大綱

12-3 程式語言的設計第三種迴圈結構 for(expression1, expression2, expression3) statementA 回章節大綱

12-3 程式語言的設計程序可將一段具有某種功能的敘述區塊寫成一個獨立的程式單元，給予特定名稱程序使程式的執行速度減慢，因為多了呼叫，執行速度比直接將敘述寫進程式裡慢參數的傳遞方式傳值呼叫 (call by value) 傳址呼叫 (call by reference) 回章節大綱

12-4 程式設計的過程定義與分析問題設計演算法流程圖虛擬碼撰寫程式偵錯與測試常見的程式錯誤測試資料維護與更新回章節大綱

12-5 程式執行的過程程式執行的過程：文字編輯器或程式開發工具巨集處理程式組譯程式或編譯程式偵錯程式連結程式 (linker) ／載入程式 (loader) 回章節大綱

12-4 程式設計的過程虛擬碼近似英文語法更為精確的方式來描述問題解法，舉例來說，假設要計算書籍的出貨金額，已知的資料有書籍的定價與數目，透過如下虛擬碼描述解決問題的方法： total = price per book * numbers of books 回章節大綱回12-4 程式設計的過程

12-4 程式設計的過程常見的程式錯誤有下列兩種：終止執行錯誤 (Fatal Error) 這類的錯誤會導致程式終止執行運作錯誤 (Nonfatal Error) 這類的錯誤會產生錯誤的執行結果回章節大綱回12-4 程式設計的過程

12-4 程式設計的過程我們可藉由輸入下列資料檢查程式能否正確運作，找出錯誤並加以更正：合法的資料不合法的資料接近合法邊界的資料回章節大綱回12-4 程式設計的過程

課後習題 1. 機器語言與高階語言之異同。 2. 組譯語言、編譯語言與解譯語言之意用途與差異。 3. 何謂資料型別，分為那兩種？ 4. 除基本型別外，一般程式語言又支援那些型別？ 5. 程式流程分成那三種基本形式？ 6. Algorithm, Pseudo-code, Program, Sub-procedure (Sub-program), Statement, Expression之意義。 7. Call by value與Call by reference之意義與差別。

資料結構課後習題 1. 基本資料型態有那幾種基本形式。 2. 常見的抽象資料型太有那些類型。 3. Array 與 Linked List之異同, 各有何優缺點。 4. 圖示Linked List Node之插入與刪除。 5. 排序之意義與用途。 6. Stack 與 Queue 之意差異，使用時機為何? 7. 如何建立Binary Search Tree，使用時機為何?