本文是我在“软件工程师班”开学第一节课的讲义,和“计算机软件设计发展”讲座上的内容整理而成。写作本文的目的是引导学生从更高的层次来看待程序设计方法,为将来成为高级程序员而做好理论准备。
一、计算机硬件环境对软件设计方法的限制 计算机的发明到现在已经60年了,计算机程序设计方法也伴随着计算机硬件技术的提高而不断发展。硬件环境对软件设计既有严重的制约作用,也有积极的推动作用。 在我的大学母校(此处删除6个字),数学系的一些老师,有幸成为了我国第一代的计算机DIY一族。呵呵,不要以为是组装PC机呦,他们组装的可是小型机。一人多高铁皮柜大小的主机,加上纸带机(后期改进为读卡机),组装好后,除了供学校自己的科研使用外,还在全国各地销售了十几台。当时(七十年代)一台的售价是10几万元人民币,如果换算到今天,相当于价值大约为100多万元,非常高档的小型计算机了。下面大家猜猜,这么高档的计算机,它的内存是多少那?(都把嘴闭好了,我要公布答案了)—— 4K。 一块50公分见方的内存板, 插入到主机箱中,好了------ 1K; 程序设计的最初始阶段,是讲究技巧的年代。如何能节省一个字节,如何能提高程序运行的效率,这些都是要严肃考虑的问题。而所谓的程序的易读性,程序的可维护性根本不在考虑范围之内。 今天,35岁以上的学习过计算机的朋友可能都使用过一种个人计算机——APPLE-II(中国也生产过这种计算机的类似产品“中华学习机”)。主频1M,内存48K(扩展后,最多可达到64K)。我就是使用这样的计算机长大的 :)。当年,类似的个人计算机产品,还有PC1500,Layser310等。这种计算机上已经固化了 BASIC 语言,当然只是为学习使用。要想开发出真正的商业程序,则必须使用汇编,否则的话,程序就比蜗牛还要慢了。于是,程序设计中对于技巧的运用,是至关重要的了。 题外话1: 比尔盖茨是 BASIC 的忠实拥护和推动者。当年,他在没有调式环境的状况下,用汇编语言写出了一款仅有 4K 大小的 BASIC 解释器,且一次通过。确实另人佩服。(不象现在微软出品的程序,动辄几十兆。)这也许就是比尔对 BASIC 情有独忠的原因,每当微软推出(临摹)一个新技术,则他会立刻在 BASIC 中提供支持。 题外话2: 在 APPLE-II 上有一款游戏软件“警察抓小偷”,当年熬夜玩游戏,乐趣无穷。后来这款游戏被移植到了PC上,咳~~~根本没有办法玩,因为小偷还没跑就被警察抓到了。硬件的速度提升,另我无法再回味以前的时光了。 二、结构化程序设计 随着计算机的价格不断下降,硬件环境不断改善,运行速度不断提升。程序越写越大,功能越来越强,讲究技巧的程序设计方法已经不能适应需求了。记得是哪本书上讲过,一个软件的开发成本是由:程序设计 30% 和程序维护 70% 构成。这是书上给出的一个理论值,但实际上,从我十几年的工作经验中,我得到的体会是:程序设计占 10%,而维护要占 90%。也许我说的还是太保守了,维护的成本还应该再提高。下面这个程序,提供了两种设计方案,大家看看哪个更好一些那? 题目:对一个数组中的100个元素,从小到大排序并显示输出。(BASIC) 方法1:冒泡法排序,同时输出。
FOR I=1 TO 100
方法2:冒泡法排序,然后再输出。
FOR I=1 TO 100 FOR I=1 TO 100
显然,“方法1”比“方法2”的效率要高,运行的更快。但是,从现在的程序设计角度来看,“方法2”更高级。原因很简单:(1)功能模块分割清晰——易读;(2)也是最重要的——易维护。程序在设计阶段的时候,就要考虑以后的维护问题。比如现在是实现了在屏幕上的输出,也许将来某一天,你要修改程序,输出到打印机上、输出到绘图仪上;也许将来某一天,你学习了一个新的高级的排序方法,由“冒泡法”改进为“快速排序”、“堆排序”。那么在“方法2”的基础上进行修改,是不是就更简单了,更容易了?!这种把功能模块分离的程序设计方法,就叫“结构化程序设计”。 三、对程序设计中技巧使用的思考 我可以肯定,大家在开始学习程序设计的时候,一定都做过这样一个题目:求100以内的素数。老师在黑板上,眉飞色舞地写出了第一个程序:(C程序) 方法1:
for(i=1; i<100; i++)
然后,老师开始批判这个程序“这个叫什么呀?太慢了!因为我们都知道大偶数不可能是素数了,因此,要排除掉!” 于是,意尤未尽地写出了第二个程序: 方法2:
printf("2,");
老师说:“看!我们只改动了一点点,程序运行的速度就提高了一倍多”。然后运用诱导式教学法继续提问“程序的效率,还能再提高吗?能!”,得意地写出第三个程序: 方法3:
printf("2,");
“大家看,我们又只改动了一点点,运行速度又提高了一倍多。可以了吗?不可以!我们还能再提高”。于是又高傲地写出了第四个程序: (责任编辑:泉水) |