1. 第12章 程式語言

2. 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

3. 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。
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4. 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。
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5. 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
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6. 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
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7. 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
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8. 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。
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9. 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
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10. 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…
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11. 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
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12. 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
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13. 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
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14. 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
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15. 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
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16. 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
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17. 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++
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18. 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
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19. 12-3 程式語言的設計 常數 (constant) 列舉 (enumeration) 結構 (structure)
final float PI = ;
列舉 (enumeration)
enum weekdays {sun, mon, tue, wed, thu, fri, sat};
結構 (structure)
struct card{
int pips;
char suit; };
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20. 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
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21. 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
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22. 12-3 程式語言的設計 第三種判斷結構 switch (expression){ case value1: statement1…
default:
statementN }
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23. 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
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24. 12-3 程式語言的設計 第三種迴圈結構 for(expression1, expression2, expression3)
statementA
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25. 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)
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26. 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
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27. 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)
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28. 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
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回12-4 程式設計的過程

29. 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
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回12-4 程式設計的過程

30. 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
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回12-4 程式設計的過程

31. 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。

32. 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?