C語言程序設(shè)計(第三版).ppt

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1、C++語言程序設(shè)計（第三版）,主講：王偉宇 E-Mail：,教學(xué)安排,本學(xué)期共20周，每周5學(xué)時教學(xué)內(nèi)容，共100學(xué)時； 課堂教學(xué)每周3學(xué)時，實驗教學(xué)每周2學(xué)時； 作業(yè)分為書面作業(yè)和上機(jī)實驗作業(yè)，內(nèi)容以課后練習(xí)為主； 上機(jī)實驗要提前準(zhǔn)備，上機(jī)的主要任務(wù)是調(diào)試程序而非從頭編程。,第一章 緒論,C++語言程序設(shè)計,本章主要內(nèi)容,計算機(jī)程序設(shè)計語言的發(fā)展 面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮能浖_發(fā) 信息的表示與存儲 程序的開發(fā)過程,計算機(jī)程序,計算機(jī)的工作是用程序來控制的 程序是指令的集合。 指令是計算機(jī)可以識別的命令。,計算機(jī)語言的發(fā)展,機(jī)器語言與匯編語言,由計算機(jī)硬件系統(tǒng)可以識別的二進(jìn)制指令組成的語言稱

2、為機(jī)器語言。 計算機(jī)發(fā)展的初期，軟件工程師們只能用機(jī)器語言來編寫程序。這一階段，在人類的自然語言和計算機(jī)編程語言之間存在著巨大的鴻溝。 匯編語言將機(jī)器指令映射為一些可以被人讀懂的助記符，如ADD、SUB等。 此時編程語言與人類自然語言間的鴻溝略有縮小，但仍與人類的思維相差甚遠(yuǎn)。因為它的抽象層次太低，程序員需要考慮大量的機(jī)器細(xì)節(jié)。,計算機(jī)語言的發(fā)展,高級語言,高級語言屏蔽了機(jī)器的細(xì)節(jié)，提高了語言的抽象層次，程序中可以采用具有一定含義的數(shù)據(jù)命名和容易理解的執(zhí)行語句。這使得在書寫程序時可以聯(lián)系到程序所描述的具體事物。,計算機(jī)語言的發(fā)展,面向?qū)ο蟮恼Z言,出發(fā)點： 更直接地描述客觀世界中存在的事物(對象

3、)以及它們之間的關(guān)系。 特點： 是高級語言。 將客觀事物看作具有屬性和行為的對象。 通過抽象找出同一類對象的共同屬性和行為，形成類。 通過類的繼承與多態(tài)實現(xiàn)代碼重用,計算機(jī)語言的發(fā)展,面向?qū)ο蟮恼Z言,優(yōu)點： 使程序能夠比較直接地反映問題域的本來面目，軟件開發(fā)人員能夠利用人類認(rèn)識事物所采用的一般思維方法來進(jìn)行軟件開發(fā)。,計算機(jī)語言的發(fā)展,程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程 面向過程的程序設(shè)計方法,最早的程序 目的：用于數(shù)學(xué)計算 主要工作：設(shè)計求解問題的過程 缺點：對于龐大、復(fù)雜的程序難以開發(fā)和維護(hù),面向?qū)ο蟮姆椒?程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,設(shè)計思路 自頂向下、逐步求精。采用模塊分

4、解與功能抽象，自頂向下、分而治之。 程序結(jié)構(gòu)： 按功能劃分為若干個基本模塊，形成一個樹狀結(jié)構(gòu)。 各模塊間的關(guān)系盡可能簡單，功能上相對獨(dú)立；每一模塊內(nèi)部均是由順序、選擇和循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成。 其模塊化實現(xiàn)的具體方法是使用子程序。,面向?qū)ο蟮姆椒?程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,優(yōu)點： 有效地將一個較復(fù)雜的程序系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分解成許多易于控制和處理的子任務(wù)，便于開發(fā)和維護(hù)。,面向?qū)ο蟮姆椒?程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程 面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,缺點：可重用性差、數(shù)據(jù)安全性差、難以開發(fā)大型軟件和圖形界面的應(yīng)用軟件 把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程分離為相互獨(dú)立的實體。 當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變時，所

5、有相關(guān)的處理過程都要進(jìn)行相應(yīng)的修改。 每一種相對于老問題的新方法都要帶來額外的開銷。 圖形用戶界面的應(yīng)用程序，很難用過程來描述和實現(xiàn)，開發(fā)和維護(hù)也都很困難。,面向?qū)ο蟮姆椒?程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程 面向?qū)ο蟮姆椒?將數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作方法封裝在一起，作為一個相互依存、不可分離的整體對象。 對同類型對象抽象出其共性，形成類。 類通過一個簡單的外部接口，與外界發(fā)生關(guān)系。 對象與對象之間通過消息進(jìn)行通信。,面向?qū)ο蟮姆椒?程序設(shè)計方法的發(fā)展歷程 面向?qū)ο蟮姆椒?優(yōu)點： 程序模塊間的關(guān)系更為簡單，程序模塊的獨(dú)立性、數(shù)據(jù)的安全性就有了良好的保障。 通過繼承與多態(tài)性，可以大大提高程序的可重用性，使

6、得軟件的開發(fā)和維護(hù)都更為方便。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 對象,一般意義上的對象： 是現(xiàn)實世界中一個實際存在的事物。 可以是有形的（比如一輛汽車），也可以是無形的（比如一項計劃）。 是構(gòu)成世界的一個獨(dú)立單位，具有 靜態(tài)特征：可以用某種數(shù)據(jù)來描述 動態(tài)特征：對象所表現(xiàn)的行為或具有的功能,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 對象,面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膶ο螅?是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，它是用來構(gòu)成系統(tǒng)的一個基本單位。對象由一組屬性和一組行為構(gòu)成。 屬性：用來描述對象靜態(tài)特征的數(shù)據(jù)項。 行為：用來描述對象動態(tài)特征的操作序列。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 類,分類

7、人類通常的思維方法 分類所依據(jù)的原則抽象 忽略事物的非本質(zhì)特征，只注意那些與當(dāng)前目標(biāo)有關(guān)的本質(zhì)特征，從而找出事物的共性，把具有共同性質(zhì)的事物劃分為一類，得出一個抽象的概念。 例如，石頭、樹木、汽車、房屋等都是人們在長期的生產(chǎn)和生活實踐中抽象出的概念。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 類,面向?qū)ο蠓椒ㄖ械念?具有相同屬性和服務(wù)的一組對象的集合 為屬于該類的全部對象提供了抽象的描述，包括屬性和行為兩個主要部分。 類與對象的關(guān)系：猶如模具與鑄件之間的關(guān)系，一個屬于某類的對象稱為該類的一個實例。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 封裝,把對象的屬性和服務(wù)結(jié)合成一個獨(dú)立的系統(tǒng)單元。 盡可

8、能隱蔽對象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。對外形成一個邊界（或者說一道屏障），只保留有限的對外接口使之與外部發(fā)生聯(lián)系。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 繼承,繼承對于軟件復(fù)用有著重要意義，是面向?qū)ο蠹夹g(shù)能夠提高軟件開發(fā)效率的重要原因之一。 定義：特殊類的對象擁有其一般類的全部屬性與服務(wù)，稱作特殊類對一般類的繼承。 例如：將輪船作為一個一般類，客輪便是一個特殊類。,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮幕靖拍? 多態(tài)性,多態(tài)是指在一般類中定義的屬性或行為，被特殊類繼承之后，可以具有不同的數(shù)據(jù)類型或表現(xiàn)出不同的行為。這使得同一個屬性或行為在一般類及其各個特殊類中具有不同的語義。 例如： 數(shù)的加法-實數(shù)的加法 -

9、復(fù)數(shù)的加法,面向?qū)ο蟮姆椒?面向?qū)ο蟮能浖こ?面向?qū)ο蟮能浖こ淌敲嫦驅(qū)ο蠓椒ㄔ谲浖こ填I(lǐng)域的全面應(yīng)用。它包括: 面向?qū)ο蟮姆治觯∣OA） 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（OOD） 面向?qū)ο蟮木幊蹋∣OP） 面向?qū)ο蟮臏y試（OOT） 面向?qū)ο蟮能浖S護(hù)（OOSM）,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),系統(tǒng)分析,系統(tǒng)分析階段應(yīng)該扼要精確地抽象出系統(tǒng)必須做什么，但是不關(guān)心如何去實現(xiàn)。 面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析，直接用問題域中客觀存在的事物建立模型中的對象，對單個事物及事物之間的關(guān)系，都保留他們的原貌，不做轉(zhuǎn)換，也不打破原有界限而重新組合，因此能夠很好地映射客觀事物。,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),設(shè)計,針對系統(tǒng)的一個具體實現(xiàn)運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒?/p>

10、。其中包括兩方面的工作： 把OOA模型直接搬到OOD，作為OOD的一部分 針對具體實現(xiàn)中的人機(jī)界面、數(shù)據(jù)存儲、任務(wù)管理等因素補(bǔ)充一些與實現(xiàn)有關(guān)的部分。,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),編程,OOP工作就是用一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言把OOD模型中的每個成分書寫出來，是面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)最終落實的重要階段。,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),測試,測試的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤。 在面向?qū)ο蟮能浖y試中繼續(xù)運(yùn)用面向?qū)ο蟮母拍钆c原則來組織測試，以對象的類作為基本測試單位，可以更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)程序錯誤并提高測試效率。,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),維護(hù),將軟件交付使用后，工作并沒有完結(jié)，還要根據(jù)軟件的運(yùn)行情況和用戶的需求，不斷改進(jìn)系統(tǒng)。 使用面

11、向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)的軟件，其程序與問題域是一致的，因此，在維護(hù)階段運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒梢源蟠筇岣哕浖S護(hù)的效率。,面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),信息的表示和存儲,信息的分類 計算機(jī)的數(shù)字系統(tǒng) 程序設(shè)計中常用的數(shù)制 不同進(jìn)位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 信息的存儲單位 二進(jìn)制數(shù)的編碼表示 小數(shù)的表示方法 非數(shù)值信息的表示,信息的分類,指令 控制信息 控制字 信息 定點數(shù) 數(shù)值信息 數(shù)據(jù)信息 浮點數(shù) 字符數(shù)據(jù) 非數(shù)值信息 邏輯數(shù)據(jù),信息的表示與存儲,,,,,,計算機(jī)的數(shù)字系統(tǒng),計算機(jī)采用的是二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)。 基本符號：0、1 進(jìn)位原則：逢

12、二進(jìn)一 優(yōu)點： 易于物理實現(xiàn) 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡單 機(jī)器可靠性高 通用性強(qiáng) 缺點：對人來說可讀性差,信息的表示與存儲,程序設(shè)計中常用的數(shù)制,信息的表示與存儲,不同進(jìn)位記數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 R 進(jìn)制十進(jìn)制,各位數(shù)字與它的權(quán)相乘，其積相加。 例如: (11111111.11)2=127+126+125+124 +123+122+121+120+12-1+12-2 =(255.75)10 (3506.2)8=383+582+081+680+28-1=(1862.25)10 (0.2A)16=216-1+1016-2=(0.1640625)10,信息的表示與存儲,不同進(jìn)位記數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制 R 進(jìn)制,十

13、進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制的整數(shù) “除R取余”法，例如： 2 68 余 數(shù) 2 34 0 低位 2 17 0 2 8 1 2 4 0 2 2 0 2 1 0 0 1 高位 所以 681010001002,信息的表示與存儲,,不同進(jìn)位記數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制 R 進(jìn)制,十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制小數(shù) “乘 R 取整”法，例如： 高位 0.3125 2 = 0 .625 0.625 2 = 1 .25 0.25 2 = 0 .5 0.5 2 = 1 .0 所以 0.312510 = 0.01012,信息的表示與存儲,不同進(jìn)位記數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換,

14、每位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于三位二進(jìn)制數(shù) 每位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù) (1011010.10)2=(001 011 010 .100)2=(132.4)8 (1011010.10)2=(0101 1010 .1000)2=(5A.8)16 (F7)16(1111 0111)2(11110111)2,信息的表示與存儲,信息的存儲單位,位(bit，b)：度量數(shù)據(jù)的最小單位，表示一位二進(jìn)制信息。 字節(jié)(byte，B)：由八位二進(jìn)制數(shù)字組成(1 byte = 8 bit)。 千字節(jié) 1 KB = 1024 B 兆字節(jié) 1 MB = 1024 K 吉字節(jié) 1 GB = 1024 M,信息的表示與存儲,二進(jìn)制

15、數(shù)的編碼表示:原碼,符號絕對值表示的編碼 例如： X=+0101011 X原= 0 0101011 X=-0101011 X原= 1 0101011 符號位 缺點： 零的表示不惟一：+0原 =000...0 -0原 =100...0 進(jìn)行四則運(yùn)算時，符號位須單獨(dú)處理，且運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜。,信息的表示與存儲,二進(jìn)制數(shù)的編碼表示:反碼,正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負(fù)數(shù)的反碼與原碼有如下關(guān)系： 符號位相同(仍用1表示)，其余各位取反(0變1，1變0)。例如：X=-1100110 X原 =11100110 X反 =10011001X=+0000000 X原 =00000000 X反 =0000

16、0000 反碼中零的表示也不惟一 X=-0000000 X原 =10000000 X反 =11111111 反碼只是求補(bǔ)碼的中間碼,信息的表示與存儲,二進(jìn)制數(shù)的編碼表示:補(bǔ)碼,模數(shù)： n位整數(shù)(包括一位符號位)，則它的模數(shù)為 2n 。 n位小數(shù)，小數(shù)點前一位為符號位，則它的模數(shù)為 2。 補(bǔ)數(shù)： 一個數(shù)減去另一個數(shù)，或者說一個數(shù)加上一個負(fù)數(shù)，等于第一個數(shù)加上第二個數(shù)的補(bǔ)數(shù)。例：8+(-2)=8+10 ( mod 12 ) 一個二進(jìn)制負(fù)數(shù)可用其模數(shù)與真值做加法 (模減去該數(shù)的絕對值) 求得其補(bǔ)碼。,信息的表示與存儲,二進(jìn)制數(shù)的編碼表示:補(bǔ)碼,計算機(jī)中的補(bǔ)碼表示法 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由該數(shù)反碼的末位加 1

17、求得 對補(bǔ)碼再求補(bǔ)即得到原碼 補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則 符號位可作為數(shù)值參加運(yùn)算 減法運(yùn)算可轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算： 加上一個負(fù)數(shù)等于加上該數(shù)的補(bǔ)碼 補(bǔ)碼運(yùn)算的結(jié)果仍為補(bǔ)碼 運(yùn)算結(jié)果溢出： 負(fù)數(shù)之和得正數(shù)，或正數(shù)之和得負(fù)數(shù),信息的表示與存儲,小數(shù)的表示方法,計算機(jī)中通常采用浮點方式表示小數(shù)一個數(shù) N 用浮點形式表示可以寫成： N=M2E E表示2的冪，稱為數(shù)N的階碼。階碼確定了數(shù)N的小數(shù)點的位置，其位數(shù)反映了該浮點數(shù)所表示的數(shù)的范圍。 M表示數(shù)N的全部有效數(shù)字，稱為數(shù)N的尾數(shù)。其位數(shù)反映了數(shù)據(jù)的精度。,信息的表示與存儲,非數(shù)值信息的表示,西文字符： ASCII碼：用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，最多可以表示27=1

18、28個字符 EBCDIC碼：用8位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，最多可以表示28=256個字符 漢字： 應(yīng)用較為廣泛的是國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼(GB2312-80標(biāo)準(zhǔn))，簡稱國標(biāo)碼。是二字節(jié)碼，用二個七位二進(jìn)制數(shù)編碼表示一個漢字。,信息的表示與存儲,基本術(shù)語,源程序： 用源語言寫的，有待翻譯的程序 目標(biāo)程序： 也稱為結(jié)果程序，是源程序通過翻譯程序加工以后所生成的程序。 翻譯程序： 是指一個把源程序翻譯成等價的目標(biāo)程序的程序。,程序的開發(fā)過程,基本術(shù)語 三種不同類型的翻譯程序,匯編程序： 其任務(wù)是把用匯編語言寫成的源程序，翻譯成機(jī)器語言形式的目標(biāo)程序。 編譯程序： 若源程序是用高級程序設(shè)計語言所寫

19、，經(jīng)翻譯程序加工生成目標(biāo)程序，那么，該翻譯程序就稱為編譯程序。,程序的開發(fā)過程,基本術(shù)語 三種不同類型的翻譯程序,解釋程序： 這也是一種翻譯程序，同樣是將高級語言源程序翻譯成機(jī)器指令。它與編譯程序不同點就在于：它是邊翻譯邊執(zhí)行的，即輸入一句、翻譯一句、 執(zhí)行一句，直至將整個源程序翻譯并執(zhí)行完畢。,程序的開發(fā)過程,程序的開發(fā)過程,編輯 將源程序輸入到計算機(jī)中，生成后綴為cpp的磁盤文件。 編譯 將程序的源代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言代碼。 連接 將多個源程序文件以及庫中的某些文件連在一起，生成一個后綴為exe的可執(zhí)行文件。 運(yùn)行調(diào)試,程序的開發(fā)過程,小結(jié)與復(fù)習(xí)建議,簡要介紹了如下內(nèi)容 計算機(jī)程序設(shè)計語言的發(fā)展 、面向?qū)ο蟮姆椒?、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā) 、信息的表示與存儲 、程序的開發(fā)過程 達(dá)到的目標(biāo) 初步了解面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言之由來，初步了解面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想之基本特點，概要性地了解面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。 書面作業(yè) 7、9、10,