本节书摘来自异步社区《Java和Android开发实战详解》一书中的第2章，第2.1节如何构建应用程序，作者 陈会安，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.1 如何构建应用程序
Java和Android开发实战详解
一般来说，我们使用Java程序语言的目的，就是编写程序代码构建应用程序，以期让计算机执行来解决问题。

2.1.1 如何编写程序代码
程序设计（Programming）很困难吗？事实上，如果你可以引导问路人到达目的地、走迷宫或开车到你家，一步一步详细列出活动流程，就表示你一定可以编写程序代码。不过，在列流程时请注意！计算机一点都不聪明，也不会举一反三，所以，我们需要告诉计算机详细的步骤和信息，不能只有模棱两可的内容。

例如，在北京开车从建国门北上到奥林匹克公园，行车路线如下所示。

step02step01从二环出发向北开。

step03进入安定门外大街（安定门桥）。

进入安定路。

step04直行到路口后，右转进入安慧桥，然后直行。

step05左转进入大屯路后直行到终点。

上述步骤告诉我们人类的话，所提供的信息已经足以让我们开车到达目的地，但是如果将这些步骤告诉计算机，计算机一定不知道如何开车到达目的地，因为它还需要更多的信息，如下所示。

从哪里开始开车？二环路上需向北开几千米？
如何分辨十字路口？如何从十字路口下来？
在安定门高架桥开几公里可以到安定路出口？如何下去？
从安慧桥直行几公里可以看到红绿灯？
开多少公里可以看到大屯路？如何左转？接着需要如何开？如何停车？
换句话说，编写程序代码时需要告诉计算机非常详细的步骤，如同教导小孩去做一件他从没有做过的事。所谓程序设计就是在解决问题，你需要将解决问题的详细步骤一一写下来（即算法，第2.1.3小节将介绍），然后将它转换成程序代码即可。

2.1.2 程序设计的基础
如前所述，程序设计是将需要解决的问题转换成程序代码，程序代码不只能够在计算机上正确执行，而且还应可以验证程序执行的正确性。基本上，程序设计的过程主要可以分成5个阶段，如图2-1所示。

1．需求
需求（Requirements）是为了了解问题本身，以便确切获得程序需要输入的数据和预期应产生的结果，如图2-2所示。

在输入数据后，执行程序应可以输出执行结果，这就是程序设计的需求。例如，要计算从1加到100的总和，程序输入数据应是相加求和的数值，范围为1～100，执行程序则可以输出计算结果5050。

2．设计
了解程序设计（Design）的需求后，我们就可以开始找寻解决问题的方法和策略。简单地说，设计实际是在找出解决问题的步骤，如图2-3所示。

图2-3的数据需要经过处理才能转换成有用的信息，也就是输出结果。例如，为了求1加到100即1+2+3+4+…+100的结果，可以在程序中使用数学运算的加法来解决问题，或第4章的循环来执行计算。

再看一个例子，如果需要将华氏温度转换成摄氏温度，所输入数据当是华氏温度，温度转换则使用一个数学公式，经过运算后，就可以得到摄氏温度，也就是我们所需的信息。

换句话说，为了解决需求，程序需要执行数据的运算或比较等操作，将详细的执行步骤和顺序写下来，这就是设计解决问题的方法，也就是第2.1.3小节的算法。

3．分析
解决需求时是不是只有一种解决方法？未必。例如，有100个数据需要存储，我们既可以定义100个变量保存数据，也可以使用第6章的数组（一种数据结构）来保存。分析（Analysis）阶段是将所有可能解决问题的算法都写下来，然后分析哪一种方法比较好，选择***的算法来编写程序代码。

如果一时不能分辨出哪一种方法比较好，不妨直接选择一种方法继续下一个阶段，因为在编写程序代码时，如果发现另一种方法比较好，我们可以马上改用另一种方法来编写程序代码。

4．编写程序代码
现在我们就可以使用程序语言来进行编码（Coding）工作，例如本书使用的是Java语言。在实际编写程序时，可能发现另一种方法比较好，因为设计归设计，有时在实际编写程序时才会发现其优劣，如果是一个良好的设计方法，就算改成其他方法也不会太困难。

设计者有时很难下决定，继续此方法，还是改为其他方法而重新开始。此时需视情况而定。不过每次编写程序代码***只使用一种方法，而不要同时使用多种方法。当发现问题需要重新开始时，已经有了编写一种方法的经验，第2次将会更加容易。

5．验证
验证（Verification）是为了证明程序执行的结果是否符合需求的输出数据，在这个阶段可以再细分成3个子阶段。

证明：执行程序时需要证明它的执行结果是正确的，所输入数据符合既定组合，程序规格说明也都符合算法的需求。
测试：程序需要测试各种可能情况、条件和输入数据，以测试程序执行无误。如果有错误产生，就需要除错来解决问题。
调试：如果程序无法输出正确结果，通过调试来找出错误的地方。我们不但需要找出错误，还需要找出更正错误的方法。
上述5个阶段是设计每一个程序和开发应用程序都需经历的阶段，不论大型应用程序或一个小程序，都可以套用相同流程。首先针对问题定义需求，接着找寻各种解决方法，在编写程序代码的过程中找出***的解决方法，最后经过重重验证，就可以构建正确执行的程序。

2.1.3 算法
解决问题的步骤、策略或方法就是“算法”（Algorithm），其基本定义如下：

算法是用于完成目标工作且步骤有限的一组命令。除此之外，算法还必须满足一些条件，如下所示。

输入（Input）：数个外界的输入数据。也可以没有。
输出（Output）：至少有一个输出结果。
明确性（Definiteness）：每一个命令步骤都十分明确，不能模棱两可。
有限性（Finiteness）：这组命令一定会结束。
有效性（Effectiveness）：每一个步骤都可行，可以追踪其结果。
根据上述算法设计的程序一定会结束，但并非所有程序都满足这项特性。例如，早期的MS-DOS操作系统，除非系统当机，否则它永远执行一个等待循环，等待用户输入命令。

因为算法只是将解决问题的步骤详细写出来，所以并没有固定方式，基本上只要能够描述命令的执行过程即可。常用算法描述方式有如下几种。

一般语言文字：直接使用文字描述来说明执行的步骤。
伪码（Pseudo Code）：一种接近程序语言的描述方法，它并没有固定语法，每一行约可转换成一行程序代码，如下所示：
/ 计算1加到10 /

Let counter = 1
Let total = 0
while counter <= 10
   total = total + counter
   Add 1 to counter
Output the total    /* 显示结果 */

流程图（Flow Chart）：使用结构化的图表描述执行过程，以各种不同形状的图形表示不同的操作，使用箭头直线标示执行方向。例如，图2-4即为上述伪码的流程图。