Avaxnet

كتاب اصول برنامه نويسي

در این قسمت هم كتاب اصول برنامه نويسي را قرار میدم

اصول برنامه نويسي

الگوريتم
مجموعه اي از دستورالعمل ها كه به صورت محدود و پايان پذير است و اگر بصورت متوالي دنبال شود موجب انجام كار خاصي مي گردد.
شرايط و معيارالگورتيم
1. ورودي( مي تواند چند ورودي داشته باشد يا هيچ ورودي را از محيط خارج تامين نكند . )
2. خروجي (حداقل يك كميت به عنوان هدف و نتيجه الگوريتم به خروجي برگزدانده مي شوند . )
3. قطعيت (واضح و بي ابهام باشد . )
4. محدوديت ( بالاخره بايد الگوريتم پايان يابد و براي تمام حالات عملي انجام گيرد و بازتابي داشته باشد . )
5. كارآيي ( هر دستورالعمل بايد انجام پذير باشد . )
نكته : در علم كامپيوتر بايد بين يك الگوريتم و يك برنامه تفاوت قائل شد، بعنوان مثال سيستم عامل برنامه ايست كه هيچ گاه پايان نمي پذيرد در صورتيكه شرط الگوريتم پايان پذيريست .
نكته : يك الگوريتم را به شيوه هاي مختلف مي توان بيان كرد و براي هر مساله مي توان الگوريتم هاي متفاوتي نوشت .
نوع داده مجرد ADT (abstract data type)
يك نوع داده مجرد مفهوم مجرديست كه با مجموعه اي از خواص منطقي تعريف شده است . بعد از تعريف اين نوع داده مجرد، بايد اعمال مربوط به آن را مشخص گردد و مي توان آن نوعِ داده را پياده سازي كرد .
يك پياده سازي نرم افزاري شامل ويژگي هاي چگونگي نمايش يك نوع داده جديد بر اساس داده هاي موجود است، به عبارت ديگر نوع داده مجموعه اي از انواع داده مقصد) ( object وعملكرد هايي است كه بر روي اين نوع داده ها عمل مي كنند .
توابع يك نوع داده مجرد را به چند گروه تقسيم مي كنند :
1. ايجاد كننده يا سازنده ( اين توابع نمونه جديدي از نوع تعيين شده ايجاد مي كند . )
2. تبديل كننده ( اين توابع با استفاده از يك يا چند نمونه ديگر نمونه تعيين شده را ايجاد مي كند . )
3. مشاهده كننده يا گزارش دهنده ( اطلاعاتي را راجع به يك نمونه از نوع داده را ارائه مي دهد . )
بررسي نحوه اجراي يك برنامه
عواملي چون :برآورده شدنِ اهداف اصلي برنامه، صدق كردن تمام مقادير، مستند سازي برنامه، ايجاد واحدهاي منطقي، استفاده موثر از توابع، خوانا بودن كد ها ي برنامه، استفاده موثر برنامه از حافظه ها ي اصلي و كمكي، زمان اجراي برنامه و ... در ارزيابي برنامه موثرند .
تعيين تخمين هاي حافظه و زمان مورد نياز را تحليل نحوه اجراي برنامه مي نامند .
پيچيدگي فضاي لازم
فضاي مورد نياز يك برنامه شامل موارد زير است :
1. نيازمنديهاي فضاي ثابت
2. نيازمنديهاي فضاي متغير
مي توانيم نيازمنديهاي فضاي كل را بصورت مجموع نيازمنديهاي فضاي ثابت و متغير بيان كنيم .
پيچيدگي زمان
ميزان يا پيچيدگي زمان يك برنامه مقدار زماني است كه كامپيوتر براي اجراي كامل برنامه نياز دارد . اين زمان شامل مجموع زمان كامپايل و زمان اجراي برنامه است البته از آنجا كه برنامه بعد از كامپايل اول ديگر نيازي به كامپايل مجدد ندارد و مي توانيم چندين بار بدون كامپايل آنرا اجرا كنيم، زمان مهم براي ما زمان اجراي برنامه است .
چرخه زندگي سيستم ( شيوه توسعه نرم افزار)
اين چرخه شامل موارد زير است :
1. تعين نياز هاي مسئله :
نيازها دو دسته اند : دسته اول نيازمنديهاي عملياتي سيستم كه در واقع كاربر با آن سرو كار دارد و دسته دوم نيازمندي هاي غير عملياتي هستند كه اين نيازمنديها محدوديت ها و استانداردها ي سيستم را مشخص مي كنند .
2. تحليل مساله:
در تحليل دو شيوه موجود است : شيوه از پايين به بالا ((bottom up و شيوه از بالا به پايين ((top down
در شيوه از پايين به بالا ما ابتدا كل برنامه را در نظر گرفته و بعد به ريشه ها و قسمت ها ي مختلف مي پردازيم . اين روش قديمي و غير ساخت يافته است اما در شيوه از بالا به پايين ما برنامه را به قسمت هاي قابل كنترل تقسيم مي كنيم و در نهايت به برنامه اصلي دست پيدا مي كنيم .
3. طراحي الگوريتم براي حل مساله :
در اين مرحله، طراح سيستم را هم از نقطه نظر داده هاي مقصود مورد نياز برنامه و هم از نظراعمالي كه بر روي انها انجام مي گيرد، بررسي مي كند. از آنجايي كه نوع داده مجرد و مشخصات الگوريتم ها مستقل از زبان هستند لذا جزئيات برنامه نويسي را ناديده مي گيريم .
4. پياده سازي الگوريتم :
در اين مرحله الگوريتم توسعه مي يابد و بر طبق زبان انتخاب شده الگوريتم پياده سازي مي شود .
5. بازبيني، بررسي و آزمايش برنامه كامل شده :
در اين مرحله برنامه ها با انواع داده هاي ورودي مختلف آزمايش و خطا هاي مختلف رفع مي شوند، جنبه هاي مختلف در اين زمينه عبارتند از : اثبات درستي، آزمايش درستي و خطا زدايي .
نكته : بايد توجه داشت كه برنامه بدون خطايي كه سرعت پاييني دارد از ارزش كمي برخوردار است .
6. پشتيباني و به روز رساني برنامه :
اين بخش طولاني ترين دوره شيوه توشعه نرم افزار است . دراين مرحله برنامه وابسته به نيازهاي جديد يا تغيير نيازهاي قديم يا بروز اشتباهات مختلف و ... به روز رساني يا اصلاح مي شود .
نكته : سه مرحله اول توسعه نرم افزار يعني نيازمنديها، تحليل مساله و طراحي الگوريتم، به عهده تحليلگران سيستم است و برنامه نويس مرحله چهارم را به عنوان نوعي كتابدار انجام مي دهد . در اصطلاح برنامه نويسي به دو مرحله آغازي تحليل و به مراحل سه و چهار تركيب گفته مي شود .
بعضي از الگو هاي توسعه نرم افزار :
1. روش آبشاري :
در اين روش پس از تعريف هر مرحله توسعه نرم افزار به سمت مرحله بعدي پيش مي رود .
2. برنامه نويسي اكتشافي :
دراين روش در حداقل زمان ممكن سيستمي ايجاد مي شود و سپس اصطلاحات لازم در آن بوجود مي آيد، تا عمل مورد نظر را به درستي انجام دهد . اين روش معمولا در توسعه سيستم هاي هوش مصنوعي كه كاربران نمي توانند نياز هاي مشروح را بطور دقيق بيان كنند و كفايت به جاي صحت هدف اصلي طراحان سيستم است بكار مي رود .
طراحي شئ گرا:
ازآنجا كه پنهان سازي اطلاعات يك استراتژي طراحي است كه در آن اطلاعات تا آنجايي كه ممكن است در داخل قطعات سيستم مخفي مي شوند ، طراحي شئ گرا نيز بر مبناي پنهان سازي اطلاعات است ، در روش شئ گرا سيستم به صورت مجموعه اي از اشيا يا حالت اختصاصي خود در نظر گرفته مي شود .
ويژگي هاي طراحي شي گرا :
1. ناحيه مشترك داده ها حذف مي شوند و اشيا به جاي استفاده از متغير هاي عمومي و مشترك با تبادل پيام ها با يكديگر ارتباط برقرار مي كنند . اين كار هم باعث سهولت در اصلاحات و هم كاهش اتصال كل سيستم مي شود .
2. اشيا نهادهاي مستقلي هستند كه به راحتي قابل تغييرند زيرا تمام حالت ها و اطلاعات در داخل خود شئ پنهان شده است و اشيا ديگر چه از روي عمد و چه تصادفي به اطلاعات يك شي نمي توانند دست يابند و تغيير در يك شي بدون مراجعه به اشياي ديگر صورت مي گيرد .
3. اشيا ممكن است توزيع شده باشند و مي توانند بصورت ترتيبي يا موازي اجرا شوند .
امتيازات روش طراحي شئ گرا :
1. به دليل مستقل بودن اشيا نگهداري سيستم آسانتر است ، مي توان اشيا را جداگانه اصلاح كرد و افزودن يا حذف يك شي تغييري در ساير اشيا سيستم نخواهد داشت .
2. اشيا قطعات مناسبي هستند كه مي توانند مجددا مورد استفاده قرار گيرند .
3. براي دسته اي از سيستم ها نگاشت روشني بين نهاد هاي دنياي واقعي ( مثل قطعات سخت افزاري ) و اشياي كنترل كننده آنها در سيستم وجود دارد اين موضوع درك سيستم را بالا مي برد .
طراحي تابعي :
طراحي تابعي روشي براي انجام طراحي نرم افزار است ، در آن طراحي به مجموعه اي از واحدهاي متاثر به هم تجزيه مي شود كه هر كدام وظيفه خاصي دارند در واقع طراحي تابعي مكمل تكنيك طراحي شي گراست . يك روش طراحي تابعي طراحي ساخت يافته است، اين روش با استفاده از نمودارهاي جريان داده ها پردازش داده اي منطقي را توصيف مي كند .
استراتژي طراحي تابعي بر تجزيه سيستم به مجموعه اي از توابع متاثر به همه تكيه دارد كه حالت متمركز سيستم بين توابع مشترك است . طراحي تابعي جزييات الگوريتم را در يك تابع پنهان مي كند اما اطلاعات حالات سيستم مخفي نيست، اين كار ممكن است موجب مشكلاتي گردد زيرا يك تابع مي تواند اين حالت را طوري تغيير دهد كه ساير توابع انتظارش را ندارند . اين روش زماني موفق است كه ميزان اطلاعاتي حالت سيستم اندك باشد و از اشتراك داده ها جلوگيري گردد . بعضي از سيستم هايي كه واكنش هاي آنها وابسته به يك محرك يا ورودي است و متاثر از ورودي هاي قبلي نيست ، ماهيت تابعي دارند

كاركتر

كليدهايي كه بر روي كيبورد وجود دارد پس از فشردن هر كليد علامتي بر صفحة مونيتور نقش مي بندد كه به هر كدام كاركتر مي گويند . مفهوم كاركتر تنها به كليد هاي كيبورد محصور نمي شود ، بلكه گاهي فشردن مجموع چند كليد، كاركتر خاصي را معنا مي دهد . اين مجموعه كاركتر ها در واقع حكم مصالح اوليه جهت شكل دادن به اجزاي اصلي برنامه اند . بعضي از كاركتر ها عبارتند از :
- حروف كوچك و بزرگ
- ارقام دهدهي شامل 0 تا 9
- جاي خالي ( blank )
- كاركتر هاي مخصوص ~ ! @ # $ % ^ & * ) ( _ - + = ] [‌‍ {} > < " : ; ? / \ . ,
- كاركتر هاي فرمت دادن ( formating character ) : كه براي بيان كردن حالات ويژه اي به كار مي روند و عبارتند از : \t ( horizental tab ) ، \v ( vertival tab ) ، \n ( new line ) ، \b ( back space ) ، \f ( form feed ) ، \r ( return line ) ، \0 ( null ) و . . . كه به آنها كاركتر هاي فرمان نيز مي گويند .
يادآوري : هر كاركتر فرمان بيا ن كننده تنها يك كاركتر است ، هر چند با دو يا چند كاركتر نوشته مي شوند .

شناسه

شناسه ، نامي است كه به عناصر مختلف برنامه مانند متغير ها، توابع، آرايه ها، اشاره گر ها و غير اطلاق مي شود . يك شناسه دنباله اي از حروف بزرگ يا كوچك ، ارقام ، يا علامت زير خط ( under line ) است كه با هر ترتيبي مي توانند قرار گيرند ، به شرط آنكه اولين كاركتر بايد يك حرف باشد . ضمنا استفاده از فضاي خالي ( blank ) در نام شناسه مجاز نمي باشد .
طول اسامي در زبان هاي مختلف متفاوت است مثلا در زبان c استاندارد تا 31 كاركتر مجاز است .
قرارداد : شناسه هايي كه با علامت زير خط ( under line ) شروع مي شوند فقط در برنامه هاي سيستم كاربرد دارند

متغير

متغير ها ، شناسه هايي هستند كه محل هايي زا حافظه را به خود اختصاص مي دهند . در واقع يك متغير شناسه ايست كه براي نستب دادن نوع تعيين شده اي از اطلاعات مورد استفاده قرار مي گيرد . به يك متغير مي توان داده هاي مختلفي در محل هاي گوناگون برنامه نسبت داد . پس مقدار متغير در طول اجراي برنامه مي تواند تغيير كند .

كلمات رزرو شده يا كليدي

بعضي از شناسه هاي كلمات رزرو شده يا كليدي هستند يعني معني و مفهوم خاصي براي آنها از قبل در زبان تعريف و پيش بيني شده است . بنابراين نمي توانند در برنامه ها به عنوان شناسه هاي تعريف شده به وسيله برنامه نويس ، به كار برده شوند . همه كلمات كليدي با حروف كوچك نوشته مي شوند

علامت توضيح

براي افزايش خوانايي برنامه ، براي برنامه نويسان و درك بهتر آنها از برنامه نوشته شده ، در بعضي از زبان ها به برنامه نويس اين امكان داده مي شود كه جملاتي را در حين برنامه در محيط برنامه نويسي ذكر كند ، معمولا اين جملات مابين كاركتر هاي خاصي قرار مي گيرد وصرفا به عنوان توضيحات برنامه محسوب مي گردد . توضيحات عموما با حروف كوچك تايپ مي شوند .

ساختار برنامه ها

هر برنامه براي رسيدن به هدف خود بايد الگوريتم را به صورت زباني خاص برگرداند . هر برنامه به نوبة خود با فرمت خاصي نوشته مي شود . اما درون اين فرمت هميشه اجزايي به عنوان جز ثابت برنامه نويسي ها تلقي مي شوند اين اجزاي ثابت عبارتند از
- برنامه اصلي برنامه اي است كه در واقع قسمت بالايي و اصلي الگوريتم ما را تشكيل مي دهد اكثر تعاريف و فرا خواني ها در آن صورت مي گيرد .
- شروع برنامه اصلي هر برنامه با كلمات كليدي يا كاركتر هايي خاص كه به ابتداي برنامه اصلي اشاره دارند شروع مي شود .
- تعريف ثابت ها و متغير ها برنامه ها نياز به يك سري داده هاي صابت و متغير دارند تا بوسيله آنها به مقاصد برنامه دست يابند .
- دستورات برنامه مجموعه دستوراتي كه با دنبال كردن متوالي آن ما را هدف برنامه مي رسانند.
- پايان برنامه اصلي هر برنامه با كلمات كليدي يا كاركترهايي خاص كه به انتهاي برنامه اصلي اشاره دارند به پايان مي رسانند .
- تعريف و فراخواني توابع و رويه ها توابع و رويه ها براي رسيدن به ماجول دار كردن و پيمانه اي كردن برنامه ، برنامه اصلي را به صورت چند زير برنامه مي نويسند اين زير برنامه ها به صورت جداگانه نوشته مي شوند كه در انتها به وسيله برنماه اصلي به هم مي پيوندند و هدف اصلي برنامه را تامين مي كنند . به هر كدام از اين زير برنامه ها كه هدف هاي جزئي برناتمه را برآورده مي كنند بسته به تعاريف تابع يا رويه مي گويند . اين توابع بايد در قسمتي از برنامه داخل يا خارج برنامه اصلي ( وابسته به زبان برنامه نويسي ) تعريف شوند و بوسيله برنامه اصلي يا توابع ديگر فراخواني شوند

عملگرها يا اپراتورها

نشانه هايي هستند كه در عبارت ها به كار مي روند و به كمك آن ها مي توان اعمالي را روي انواع داده انجام داد . به متغيرها يا ثوابتي كه روي آن ها عمگرها عمل خود را انجام مي دهند عملوند يا اپراند مي گويند .
نکته : در زبان های برنامه نویسی مختلف هر کدام از این عملگرها کارکتر یا کارکترهایی خاص دارند که اغلب با هم متفاوتند

انواع عملگرها عبارتند از :
عملگرهاي محاسباتي
عملگرهایی که برای بدست آوردن حاصل جمع تفریق تقسیم باقیمانده تقسیم جمع یکانی( علامت مثبت ) تفریق یکانی( علامت منفی ) کاهش یک مقدار افزایش یک مقدار و غیره به کار می رود را عملگرهای محاسباتی می گویند .