北航研究生課程程序語言設(shè)計(jì)原理教程第14章contents目錄引言程序語言設(shè)計(jì)原理概述第14章內(nèi)容詳解實(shí)踐案例分析總結(jié)與展望01引言重點(diǎn)討論并發(fā)和多線程在程序語言設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及如何利用這些技術(shù)提高程序的執(zhí)行效率和響應(yīng)速度。通過學(xué)習(xí)本章，學(xué)生將掌握并發(fā)和多線程的基本概念，了解并發(fā)和多線程在程序語言設(shè)計(jì)中的重要性，并能夠在實(shí)際開發(fā)中應(yīng)用這些技術(shù)。本章主要介紹程序語言設(shè)計(jì)中的并發(fā)和多線程概念，以及相關(guān)的同步和通信機(jī)制。章節(jié)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)01理解并發(fā)和多線程的基本概念和原理。02掌握并發(fā)和多線程的同步和通信機(jī)制。能夠在實(shí)際開發(fā)中應(yīng)用并發(fā)和多線程技術(shù)，提高程序的執(zhí)行效率和響應(yīng)速度。0302程序語言設(shè)計(jì)原理概述程序語言的定義與分類定義程序語言是用于描述計(jì)算過程和結(jié)果的符號(hào)系統(tǒng)，它由語法、語義和語用三個(gè)層面構(gòu)成。分類程序語言可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，如根據(jù)用途可以分為系統(tǒng)程序語言和應(yīng)用程序語言；根據(jù)編程范式可以分為命令式語言、函數(shù)式語言、面向?qū)ο笳Z言等。明確性程序語言應(yīng)該具有明確的語法和語義，使得程序員能夠準(zhǔn)確表達(dá)自己的意圖。簡潔性程序語言應(yīng)該盡可能地簡化表達(dá)方式，降低編程的復(fù)雜度?？蓴U(kuò)展性程序語言應(yīng)該能夠適應(yīng)新的應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展，具有良好的可擴(kuò)展性。易用性程序語言應(yīng)該易于學(xué)習(xí)和使用，提高編程的效率和開發(fā)效率。程序語言的設(shè)計(jì)原則從機(jī)器語言到匯編語言最早的計(jì)算機(jī)只能直接執(zhí)行機(jī)器語言，后來出現(xiàn)了匯編語言，使得程序員可以通過符號(hào)來編寫程序。從靜態(tài)語言到動(dòng)態(tài)語言靜態(tài)語言在編譯時(shí)確定變量的類型，而動(dòng)態(tài)語言在運(yùn)行時(shí)確定變量的類型。動(dòng)態(tài)語言的靈活性更高，易于開發(fā)。從單線程語言到多線程語言隨著多核處理器技術(shù)的發(fā)展，多線程編程成為必須，支持多線程的語言如Java和C#得到了廣泛應(yīng)用。從高級(jí)語言到低級(jí)語言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高級(jí)語言，如Fortran、C等，使得程序員可以更加方便地編寫程序。同時(shí)，低級(jí)語言如匯編語言和C語言仍然在某些領(lǐng)域得到應(yīng)用。程序語言的演變過程03第14章內(nèi)容詳解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（OOP）是一種編程范型，它以對(duì)象為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)和操作封裝在一起，通過類和對(duì)象來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)軟件。OOP的主要特點(diǎn)包括封裝、繼承和多態(tài)。封裝使得數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法被隱藏在對(duì)象內(nèi)部，只通過公共接口與外界交互；繼承使得子類可以繼承父類的屬性和方法，從而減少代碼重復(fù)；多態(tài)則允許一個(gè)接口多種實(shí)現(xiàn)方式，增強(qiáng)了軟件的靈活性和可擴(kuò)展性。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概念類與對(duì)象的關(guān)系類是對(duì)象的抽象，它定義了對(duì)象的屬性和方法。每個(gè)類都可以創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都有自己的屬性和方法。類與對(duì)象的關(guān)系可以理解為“模板與實(shí)例”的關(guān)系，類是對(duì)象的模板，對(duì)象是類的實(shí)例。通過類可以創(chuàng)建具有相同屬性和方法的多個(gè)對(duì)象。VS繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的一個(gè)重要概念，它使得子類可以繼承父類的屬性和方法，從而減少了代碼的重復(fù)。子類可以添加或覆蓋父類的屬性和方法，以實(shí)現(xiàn)自己的特定行為。多態(tài)則是允許一個(gè)接口多種實(shí)現(xiàn)方式，使得程序更加靈活和可擴(kuò)展。多態(tài)的實(shí)現(xiàn)通常依賴于繼承和接口。通過多態(tài)，可以將父類類型的引用指向子類的對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定和方法的重載。繼承與多態(tài)的實(shí)現(xiàn)抽象類是一種特殊的類，它不能被實(shí)例化，只能作為其他類的基類。抽象類通常包含一些抽象方法和非抽象方法。接口是一種完全抽象的類，它只包含方法的聲明而不包含方法的實(shí)現(xiàn)。一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，從而實(shí)現(xiàn)多種行為。接口常用于定義一組相關(guān)的方法規(guī)范，使得不同的類可以實(shí)現(xiàn)相同的方法規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。抽象類與接口的定義與使用04實(shí)踐案例分析學(xué)生信息管理系統(tǒng)的需求分析確定系統(tǒng)的基本功能，如學(xué)生信息的錄入、查詢、修改和刪除等。設(shè)計(jì)類與對(duì)象根據(jù)需求分析，設(shè)計(jì)學(xué)生、教師、管理員等類，每個(gè)類具有相應(yīng)的屬性和方法。類的繼承與多態(tài)利用類的繼承實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師類之間的共性，利用多態(tài)實(shí)現(xiàn)不同對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)綁定。案例一：學(xué)生信息管理系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)030201案例二：圖形繪制軟件的類與對(duì)象關(guān)系分析圖形繪制軟件的功能需求確定軟件的基本功能，如繪制各種形狀、設(shè)置顏色和大小等。設(shè)計(jì)類與對(duì)象根據(jù)功能需求，設(shè)計(jì)Shape、Circle、Rectangle等類，每個(gè)類具有相應(yīng)的屬性和方法。類的封裝與消息傳遞利用類的封裝實(shí)現(xiàn)對(duì)象的私有屬性和方法，利用消息傳遞實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的交互。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)訪問層根據(jù)需求分析，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)訪問層，包括數(shù)據(jù)庫連接、SQL語句執(zhí)行等。繼承與多態(tài)在數(shù)據(jù)訪問層中的應(yīng)用利用繼承實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫操作類的共性，利用多態(tài)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫操作類的動(dòng)態(tài)綁定。數(shù)據(jù)庫操作的需求分析確定數(shù)據(jù)庫的基本操作，如增、刪、改、查等。案例三：數(shù)據(jù)庫操作中的繼承與多態(tài)應(yīng)用05總結(jié)與展望本章重點(diǎn)回顧01介紹了程序語言設(shè)計(jì)中的函數(shù)式編程思想及其在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用。02深入探討了函數(shù)式編程的核心概念，如純函數(shù)、不可變性、高階函數(shù)等。03講解了如何使用函數(shù)式編程技術(shù)來編寫高效、可維護(hù)的代碼，并強(qiáng)調(diào)了其在并發(fā)和分布式系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。04通過實(shí)際案例和練習(xí)，幫助讀者掌握函數(shù)式編程的實(shí)踐技巧。01深入探討面向?qū)ο缶幊淘诂F(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用，以及如何使用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)來解決實(shí)際問題。通過案例和練習(xí)，幫助讀者掌握面向?qū)ο缶幊痰膶?shí)踐技巧，并理解其