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Unit 8 Programming 编程

8.1 Programming concepts 编程概念

大纲要求

8.1.1 Declare and use variables and constants 声明和使用变量和常量

Variables：变量，指在程序运行时可以存储数值的有名称的数据。其内部存储的数值可能会随着程序的进行而发生变化。
- 注意：为了便于识别各个变量，其名称一般是有特殊含义的，和人类自然语言的称呼有关系，比如Name、Age等。

Constants：常量，指在整个程序运行过程中，内部存储的数值不会发生任何变化的有名称的数据。
- 注意：有时为了区分常量，会采取名称全部大写的表现方式，比如PI=3.14。
- 注意：设置常量通常是为了便于修改或纠正常量数值。需要修改时，只需要修改最初赋值即可，无需在程序的每一处都进行修改。

Declaration：声明，指在程序中定义variable变量或constant常量的类型或数值的行为。
- 注意：对于有些计算机语言来说，声明这一步是必须书写的（explicit明确的），比如VB语言。而对于有些计算机语言来说，声明这一步可以无需额外书写（implicit隐含的），在赋值时直接默认其数据类型，比如Python语言。
- 常见语言的declaration声明形式如下图所示：

8.1.2 Understand and use the basic data types 理解和使用基本数据类型

• Including: 包括：
- integer整数型
- real实数型
- char字符型
- string字符串型
- Boolean布尔型

Data types：数据类型，指变量或常量中所存储的数据的形式，是重要的数据属性之一。常见的数据类型如下：
- Integer：整数型。数据是数学中的整数，没有小数点。比如25、-36等。
- real实数型。数据是数学中的实数，可能包含小数点。比如25.0、-36.5等。
- char字符型。数据是单个字符符号。比如“F”、“2”等。
- string字符串型。数据是一组字符符号（可能是1个或多个）。比如“ABCD”、“d8U*”等。
- Boolean布尔型。数据是True或False。

8.1.3 Understand and use input and output 理解和使用输入输出

Input：输入，指通过键盘或内部文件，将数据传输给程序（将数据值赋给变量）。
- 注意：为了让用户理解自己需要输入哪些数据，程序应当显示出所需输入的提示。
- 常见语言的input输入形式如下图所示：

Output：输出，指通过屏幕或内部文件，将数据展示或保存给用户。
- 注意：为了让用户理解输出的数据含义，程序应当对输出数据进行一些解释说明。
- 常见语言的output输出形式如下图所示：

8.1.4 (a) Understand and use the concept of sequence 理解和使用顺序的概念

Sequence：顺序，指程序按照从上到下的次序依次执行相关语句。
- 注意：执行程序时，大多数时间是按照sequence顺序进行的。

8.1.4 (b) Understand and use the concept of selection 理解和使用选择的概念

• Including: 包括：
- IF statements IF语句
- CASE statements CASE语句

Selection：选择，指程序从此处发生分歧，如果满足某一条件则执行该条件后续的操作，如果满足另一条件则执行另一条件后续的操作。【参考7.2(c)】
- IF语句：常见语言的IF语句形式如下图所示：

- CASE语句：常见语言的CASE语句形式如下图所示：

8.1.4 (c) Understand and use the concept of iteration 理解和使用迭代的概念

• Including: 包括：
- count-controlled loops计数控制循环
- pre-condition loops前置条件循环
- post-condition loops后置条件循环

Iteration：迭代（循环），指反复执行某一部分的代码。【参考7.2(c)】
- count-controlled loops：计数控制循环，指FOR…NEXT循环。
  - 常见语言的FOR…NEXT循环形式如下图所示：

- pre-condition loops：前置条件循环，指WHILE…DO循环。
  - 常见语言的WHILE…DO循环形式如下图所示：

- post-condition loops：后置条件循环，指REPEAT…UNTIL循环。
  - 常见语言的REPEAT…UNTIL循环形式如下图所示：

8.1.4 (d) Understand and use the concepts of totalling and counting 总计和计数的概念

Totalling：计算所有数值的总和。【参考7.4】
- 常见语言的Totalling形式如下图所示：

Counting：对数值的个数进行统计。【参考7.4】
- 常见语言的Counting形式如下图所示：

8.1.4 (e) Understand and use the concept of string handling 理解和使用字符串处理的概念

• Including: 包括：
- length长度
- substring子串
- upper大写
- lower小写
• The first character of the string can be position zero or one 字符串的第一个字符可以是位置零或一

String handling：字符串处理，指对字符串类型的数据进行各种形式的操作。
- Length：字符串长度，即统计该字符串中有多少个字符。
  - 常见语言的Length形式如下图所示：

- Substring：子串，即截取整个字符串当中的某一部分。
  - 常见语言的Substring形式如下图所示：

- Upper：大写，即将字符串中的所有字母类字符变为其大写形式。
  - 常见语言的Upper形式如下图所示：

- Lower小写，即将字符串中的所有字母类字符变为其小写形式。
  - 常见语言的Lower形式如下图所示：

8.1.4 (f) Understand and use arithmetic, logical and Boolean operators 理解和使用算术、逻辑和布尔运算符

• Arithmetic, limited to: 算术运算符，仅限于：
- + 加号
- - 减号
- / 除号
- * 乘号
- ^ (raised to power of) 幂
- MOD 求余
- DIV 整除
• Logical, limited to: 逻辑运算符，仅限于：
- = 等于
- < 小于
- <= 小于等于
- > 大于
- >= 大于等于
- <> (not equal to) 不等于
• Boolean, limited to: 布尔运算符，仅限于：
- AND 与
- OR 或
- NOT 非

算术运算符：常见语言的算术运算符形式如下表所示：【参考8.1.7】


Operator	Action	Python	Visual Basic	Java
+	Add 加	+	+	+
-	Subtract 减	-	-	-
*	Multiply 乘	*	*	*
/	Divide 除	/	/	/
^	Raise to the power of 幂	**	^	import java.lang.Math; Math.pow(x,y)
MOD	Remainder operation 求余	%	mod	%
DIV	Integer division 整除	//	\	/（被除数和除数都是integer整型）

逻辑运算符：常见语言的逻辑运算符形式如下图所示：

布尔运算符：常见语言的布尔运算符形式如下图所示：

8.1.5 Understand and use nested statements 理解和使用嵌套语句

• Including nested selection and iteration 包括嵌套选择和迭代
• Candidates will not be required to write more than three levels of nested statements 考生无需编写超过三层的嵌套语句

Nested statements：嵌套语句，指在选择或循环语句中再次使用选择或循环语句。【参考7.2(c)】

8.1.6 (a) Understand what is meant by procedures, functions and parameters 了解过程、函数和参数的含义

Procedure：过程，指使用一个名称指代的一组程序代码，这些代码会在程序内被反复使用，但可能没有返回数值。
- 注意：不同的计算机语言中，过程的表示形式不同。Python中使用void function、VB中使用subroutine、Java中使用method来表示过程。

Function：函数，指使用一个名称指代的一组程序代码，这些代码会在程序内被反复使用，有返回数值。
- 注意：不同的计算机语言中，函数的表现形式不同。Python和VB中使用function、Java中使用带返回值的method来表示函数。

Header：过程或函数的头部，指对过程或函数进行定义声明时的第一行。
- Header包含的内容：
  - The name of the procedure or function. 过程或函数名
  - Any parameters passed to the procedure or function, and their data type. 过程或函数所包含的参数列表及其数据类型
  - The data type of the return value for a function. 对函数的定义还需要包括其返回值的数据类型

Parameter：形式参数（形参），指在过程或函数中的header头部需要声明的，用于接受从主程序中传递而来的argument实际参数的值的变量。（相当于变量名）
Argument：实际参数（实参），指从主程序中传递入过程或函数中的实际数值。
- 注意：实参的数据类型应与过程或函数中声明的形参数据类型相匹配。

8.1.6 (b) Define and use procedures and functions, with or without parameters 定义和使用过程和函数，带或不带参数

• Procedures and functions may have up to two parameters 过程和函数最多可以有两个参数

Procedure（without parameters）过程（无参数）：常见语言的过程形式如下图所示：

Procedure（with parameters）过程（有参数）：常见语言的过程形式如下图所示：

Function（with parameters）过程（有参数）：常见语言的函数形式如下图所示：

8.1.6 (c) Understand and use local and global variables 理解和使用局部和全局变量

Global variable：全局变量，指在程序的任何位置都可以读写和操作的变量。
Local variable：局部变量，指仅在程序的某一部分中（比如过程或函数）使用的变量。离开了该部分，该类型的变量将无法定位或引用。

8.1.7 Understand and use library routines 理解和使用库例程

• Including: 包括：
- MOD求余
- DIV整除
- ROUND四舍五入
- RANDOM随机数

library routines：库例程，指已经完全测试好，随时都能使用的过程或函数。这些程序代码已经被证明是没有错误的，作为标准代码存入数据库，供程序员们直接使用。
- 常见语言的MOD、DIV、ROUND和RANDOM形式如下图所示：

8.1.8 Understand how to create a maintainable program 了解如何创建可维护的程序

• Including appropriate use of: 包括适当使用：
- meaningful identifiers有意义的标识符
- the commenting feature provided by the programming language编程语言提供的注释功能
- procedures and functions过程和函数
- relevant and appropriate commenting of syntax相关和适当的语法注释
• Use meaningful identifiers for: 使用有意义的标识符：
- variables变量
- constants常量
- arrays数组
- procedures and functions过程和函数

Comments：注释，指对写的计算机代码进行人类自然语言的解释，用于向其他程序员或自己解释代码的含义。
- 注意：注释不参与代码的编译。
- 常见语言的注释形式如下图所示：

便于维护的计算机代码应该注意：
- 注意使用规范的语法表达。
- 变量名要尽量使用和数据含义相关。
- 重复的大段代码尽量使用函数或过程表达（简便且便于修改和维护）
- 注意换行和缩进。
- 注意增加对代码的注释。

8.2 Arrays 数组

大纲要求

8.2.1 Declare and use one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) arrays 声明和使用一维 (1D) 和二维 (2D) 数组

Array：数组，指存储着有限个数据类型相同的变量的序列。
- 注意：数组拥有一个数组名，是整个序列的变量名。对内部每个数据的引用需要在数组名写清楚其系列号。
- 对数组的引用：arrayname[index]。
- 数组的类型：
  - one-dimensional（1D）array一维数组
  - two-dimensional（2D）array二维数组

one-dimensional（1D）array：一维数组，指以单纯的排序结构排列的结构单一的数组（仅有1列或1行数据）。如下图所示：

- 对一维数组的声明格式：需要包含数组名、序列号范围（一组）及所存储数据的数据类型。如下图所示：

- 一维数组中数据的输入：
  - 可以通过循环结构枚举序列号来逐个输入。如下图所示：

- - 如果已知全部数据，也可以在声明时直接赋值。如下图所示：

- 一维数组中数据的输出：
  - 通过数组名加序列号的形式能够定位到具体数据，然后用输出语句输出。
  - 如果要输出整个数组，可以通过循环结构枚举序列号来实现。

Two-dimensional（2D）array：二维数组，指数组的数组，可看作是具有横纵坐标的矩阵。如下图所示：

- 对二维数组的声明格式：需要包含数组名、序列号范围（两组）及所存储数据的数据类型。如下图所示：

- 二维数组中数据的输入：
  - 可以通过两层的嵌套循环结构枚举序列号来逐个输入，通常外层循环代表行，里层循环代表列。如下图所示：

- - 如果已知全部数据，也可以在声明时直接赋值，每一行的数值用括号括在一起，每一列用逗号隔开。如下图所示：

- 二维数组中数据的输出：
  - 通过数组名加序列号的形式能够定位到具体数据，然后用输出语句输出。序列号包含了横坐标和纵坐标。
  - 如果要输出整个数组，可以通过两层的嵌套循环结构枚举序列号来实现，通常外层循环代表行，里层循环代表列。

8.2.2 Understand the use of arrays 理解数组的使用

• Including the use of variables as indexes in arrays 包括使用变量作为数组中的索引
• The first index can be zero or one 第一个索引可以是0或1

数组使用注意事项：
- 计算机语言中，数组的第一个序号通常是0，但也可以自行从1开始使用。
- 数组在使用前注意初始化。

8.2.3 Write values into and read values from an array using iteration 使用迭代向数组写入值和从数组读取值

• Including nested iteration 包括嵌套迭代

【参考8.2.1】。

8.3 File handling 文件处理

大纲要求

8.3.1 Understand the purpose of storing data in a file to be used by a program 理解将数据存储在文件中以供程序使用的目的

File handling：文件处理，指存储在计算机中可以反复使用的数据集合。
- 使用文件的好处：
  - 内容可以长期保存，而非像键盘输入那样关闭程序后数据就消失。
  - 可以直接使用从数据网站上下载的数据而无需一个个输入程序。
  - 可以及时对之前输入错误的数据进行修改。
- 使用文件的问题：
  - 如果是输出文件，可能存在输入数据变化但输出文件未能及时更新的问题（没有重新运行程序以刷新输出文件导致）。
  - 数据长期保存会占据硬盘空间。
  - 程序内读入的数据类型发生变化时，输入文件可能没有及时更新。

8.3.2 Open, close and use a file for reading and writing 打开、关闭和使用文件进行读写

• Including: 包括：
- read and write single items of data读写单项数据
- read and write a line of text 读写一行文本

打开文件：使用含有OPEN或类似的指令可以打开文件。
- 注意：在使用文件进行操作前，必须要打开文件，否则会出现程序错误。

读取文件：使用含有FOR READ或类似的指令可以打开文件进行读取。
- 注意：此时该文件是只读的，无法执行写入的操作，否则会出现程序错误。必须先关闭文件才能执行其他操作。

写入文件：使用含有FOR WRITE或类似的指令可以打开文件进行写入。
- 注意：此时该文件是只写的，无法执行读取的操作，否则会出现程序错误。必须先关闭文件才能执行其他操作。

关闭文件：使用含有CLOSE或类似的指令可以关闭文件。
- 注意：在文件使用完毕后，必须要关闭文件，以防后续操作出现错误。

常见语言的文件处理代码形式如下图所示：

CAIE IGCSE CS revision - Unit 8 (2023)

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