2.6计算机语言 ★★★★☆

2.6.1计算机语言的组成

计算机语言 (Computer Language) 是指用于人与计算机之间交流的一种语言，是人与计算机之间传递信息的媒介。

计算机语言主要由一套指令组成，指令一般包括表达式、流程控制和集合三大部分内容。

表达式又包含变量、常量、字面量和运算符。

流程控制有分支、循环、函数和异常。

集合包括字符串、数组、散列表等数据结构。

2.6.2计算机语言的分类

计算机语言的种类繁多，计算机语言主要分成机器语言、汇编语言、高级语言、建模语言和形式化语言五大类

1.机器语言

机器语言是计算机能够直接接收并能识别和执行操作的语言，其优点是可以被计算机直接理解和执行，执行速度快、占用内存少。

1)机器语言的指令格式

机器语言指令是一种二进制代码，由操作码和操作数两部分组成。

常见的指令格式：

三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令、可变地址指令

2.汇编语言

汇编语言是机器语言的符号化描述，是面向机器的程序设计语言。依赖于机器硬件，可移植性不好，效率高

1)汇编语言的语句格式

语句 (Statements) 是汇编语言程序的基本组成单位。在汇编语言源程序中有3种语句：指令语句、伪指令语句和宏指令语句(或宏调用语句)。

2)指令语句和伪指令语句格式

指令语句和伪指令语句有相同的语句格式，每条语句均由4个字段 (Fields) 组成：名字、操作符、操作数和注释。

3.高级语言

更贴近于人类使用的语言，易于理解、记忆和使用

高级语言和计算机的架构、指令集无关，具有良好的可移植性。

常见的高级语言包括C、C++、Java、VB、C#、Python、Ruby 等

4.建模语言 【★★★★★】

Unified Modeling Language (UML) 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。

1 ) UML 组成要素

UML 由3个要素构成：UML 的基本构造块、支配基本构造块如何放置 在一起的规则和运用于整个语言的公用机制。

3种基本构造块： 事物、关系 、图

规则：命名规则、范围、可见性、完整性、执行

公共机制：规则说明、修饰、通用划分、扩展机制

(1)事物

UML 中有4种事物：结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。

**① 结构事物。**UML模型中的名词，通常是模型的静态部分，描述概念或物理元素。

② 行为事物。 UML 模型的动态部分，是模型中的动词，描述了跨越时间和空间的行为。

**③ 分组事物。**UML 模型的组织部分，是一些由模型分解成的“盒子”。最主要的分组事物是包 (Package)。

**④ 注释事物。**UML模型的解释部分。

(2)关系。

UML 中有4种关系：依赖、关联、泛化和实现。

①依赖是两个事物间的语义关系，其中一个事物(独立事物)变化会影响另一个事物 (依赖事物)的语义。

②关联是一种结构关系，它描述了一组链，链是对象之间的连接。聚集是一种特殊类型的关联，它描述了整体和部分间的结构关系。

③泛化是一种特殊/一般关系，特殊元素(子元素)的对象可替代一般元素(父元素)的 对象。

④ 实现是类元之间的语义关系，其中一个类元指定了由另一个类元保证执行的契约。

(3)UML 中的图

UML 2.0 提供了13种图，分别是类图、对象图、用例图、序列图、通信图、状态图、活动 图、构件图、部署图、组合结构图、包图、交互概览图和计时图。

序列图、通信图、交互概览图和计时图均被称为交互图。

用例图 (Use Case Diagram) 展现了一组用例、参与者 (Actor) 以及它们之间的关系。

用例之间有扩展关系(<<extend>>) 和包含关系 (<<include>>), 参与者和用例之间有关联关系，用例与用例、参与者与参与者之间有泛化关系。

用例图用于对系统的静态用例视图进行建模。

两种方式来使用用例图：

对系统的语境建模、对系统的需求建模

(4)UML 5种视图

按照图本身具有的特点，划分为5类视图：用例视图、逻辑视图、进程视图、实现视图和部署视图，其中的用例视图居于中心地位。

(1)用例视图：描述系统的功能需求，方便找出用例和执行者；它展示了一个外部用户能够观察到的系统功能模型，主要包括用例图。

成员主要包括客户、分析者、 设计者、开发者和测试者。

(2)逻辑视图：描述如何实现系统内部的功能；系统的静态结构和因发送消息而出现的动态协作关系。包含类图和对象图、状态图、顺序图、合作图和活动图。

(3)进程视图：描述系统的并发性，并处理这些线程间的通信和同步；将系统分割成并发执行的控制线程及处理这些线程的通信和同步。主要包括状态图、顺序图、合作图、 活动图、构件图和配置图；

成员主要包括开发者和系统集成者。

(4)实现视图：描述系统代码构件组织和实现模块及它们之间的依赖关系；主要包括构件图；

成员主要有设计者、开发者和测试者。

(5)部署视图：定义系统中软硬件的物理体系结构及连接、哪个程序或对象驻留在哪台 计算机上执行；主要包括配置图；

成员主要包括开发者、系统集成者和测试者。

5.形式化语言

形式化方法就是用符号化的数学变换把需求分析准确地表述出来，可以确保和需求的一致性，并能用于分析和验证应用程序。

1)形式化规格说明语言

主要流派：

(1)公理方法

(2)基于集合论和一阶谓词演算的meta-IV 语言和 Z 语言

(3)代数规格说明

(4)进程描述语言

2)形式化方法的分类

一是面向对象的形式化方法，通过定义状态和操作进行建模，如 Z 语言、 VDM、B、Object-Z 等方法；

二是面向属性的形式化方法，如 OBJ3、Larch等方法；

三是基于并发性的形式化方法，如CCS 、ACP 、CSP 、LOTOS 等；

四是基于实时性的形式化方法，如TRIO 、RTOZ 等方法。

(1)根据描述方式，归为：模型描述的形式化方法、性质描述的形式化方法两类。

(2)根据表达能力，分为：模型方法、代数方法、进程代数方法、逻辑方法和网络模型方法5类。

3)形式化方法的开发过程

按照软件工程自顶向下、逐步求精的原则，软件生命周期可分为可行性分析、需求分析、体系结构设计、详细设计、编码和测试发布6个阶段，形式化方法贯穿软件工程整个生命周期。

4)形式化规格语言——Z 语言

Z 语言是一种形式化语言，具有“状态一操作”风格的形式化规格说明语言

Z 语言最主要的结构是模式，一个模式由变量说明和谓词约束两部分组成，可用来描述系统状态和操作