c++語言程序設計(鄭莉第四版)課件1

1、1第一章第一章 緒論緒論清華大學清華大學 鄭鄭 莉莉C+語言程序設計C+語言程序設計清華大學 鄭莉2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l計算機程序設計語言的發(fā)展計算機程序設計語言的發(fā)展l面向對象的方法面向對象的方法l面向對象的軟件開發(fā)面向對象的軟件開發(fā)l信息的表示與存儲信息的表示與存儲l程序的開發(fā)過程程序的開發(fā)過程C+語言程序設計清華大學 鄭莉3計算機程序計算機程序l計算機的工作是用程序來控制的計算機的工作是用程序來控制的l程序是指令的集合。程序是指令的集合。l指令是計算機可以識別的命令。指令是計算機可以識別的命令。計算機語言的發(fā)展C+語言程序設計清華大學 鄭莉4機器語言與匯編語言機器語言與匯編語言l由

2、計算機硬件系統(tǒng)可以識別的二進制由計算機硬件系統(tǒng)可以識別的二進制指令組成的語言稱為機器語言。指令組成的語言稱為機器語言。計算機發(fā)展的初期，軟件工程師們只能用機器語言來編寫程序。這一階段，在人類的自然語言和計算機編程語言之間存在著巨大的鴻溝。l匯編語言將機器指令映射為一些可以匯編語言將機器指令映射為一些可以被人讀懂的助記符，如被人讀懂的助記符，如ADDADD、SUBSUB等。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。因為它的抽象層次太低，程序員需要考慮大量的機器細節(jié)。計算機語言的發(fā)展C+語言程序設計清華大學 鄭莉5高級語言高級語言高級語言屏蔽了機器的細節(jié)，提高了高級

3、語言屏蔽了機器的細節(jié)，提高了語言的抽象層次，程序中可以采用具有語言的抽象層次，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。程序所描述的具體事物。計算機語言的發(fā)展C+語言程序設計清華大學 鄭莉6面向對象的語言面向對象的語言l出發(fā)點：出發(fā)點：更直接地描述客觀世界中存在的事物(對象)以及它們之間的關系。l特點：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)代碼重用計算機語言的發(fā)展C+語言程序設

4、計清華大學 鄭莉7面向對象的語言面向對象的語言l優(yōu)點：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識事物所采用的一般思維方法來進行軟件開發(fā)。計算機語言的發(fā)展C+語言程序設計清華大學 鄭莉8程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程 面向面向過程過程的程序設計方法的程序設計方法l最早的程序最早的程序 目的：用于數(shù)學計算 主要工作：設計求解問題的過程 缺點：對于龐大、復雜的程序難以開發(fā)和維護面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉9程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程面向面向過程過程的的結構化結構化程序設計方法程序設計方法l設計思路設計思路 自頂向下、逐

5、步求精。采用模塊分解與功能抽象，自頂向下、分而治之。l程序結構：程序結構： 按功能劃分為若干個基本模塊，形成一個樹狀結構。 各模塊間的關系盡可能簡單，功能上相對獨立；每一模塊內(nèi)部均是由順序、選擇和循環(huán)三種基本結構組成。 其模塊化實現(xiàn)的具體方法是使用子程序。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉10程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程面向面向過程過程的的結構化結構化程序設計方法程序設計方法l優(yōu)點：優(yōu)點：有效地將一個較復雜的程序系統(tǒng)設計任務分解成許多易于控制和處理的子任務，便于開發(fā)和維護。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉11程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程 面

6、向面向過程過程的的結構化結構化程序設計方法程序設計方法l缺點：可重用性差、數(shù)據(jù)安全性差、難以缺點：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用軟件開發(fā)大型軟件和圖形界面的應用軟件 把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程分離為相互獨立的實體。 當數(shù)據(jù)結構改變時，所有相關的處理過程都要進行相應的修改。 每一種相對于老問題的新方法都要帶來額外的開銷。 圖形用戶界面的應用程序，很難用過程來描述和實現(xiàn)，開發(fā)和維護也都很困難。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉12程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程 面向面向對象對象的方法的方法l將數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作方法封裝在一將數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作方法封裝

7、在一起，作為一個相互依存、不可分離的起，作為一個相互依存、不可分離的整體整體對象。對象。l對同類型對象抽象出其共性，形成類。對同類型對象抽象出其共性，形成類。l類通過一個簡單的外部接口，與外界類通過一個簡單的外部接口，與外界發(fā)生關系。發(fā)生關系。l對象與對象之間通過消息進行通信。對象與對象之間通過消息進行通信。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉13程序設計方法的發(fā)展歷程程序設計方法的發(fā)展歷程 面向面向對象對象的方法的方法l優(yōu)點：優(yōu)點： 程序模塊間的關系更為簡單，程序模塊的獨立性、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，使得軟件的開發(fā)和維護都更為方便

8、。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉14面向對象的基本概念面向對象的基本概念 對象對象l一般意義上的對象：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）。 是構成世界的一個獨立單位，具有l(wèi)靜態(tài)特征：可以用某種數(shù)據(jù)來描述l動態(tài)特征：對象所表現(xiàn)的行為或具有的功能面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉15面向對象的基本概念面向對象的基本概念 對象對象l面向對象方法中的對象：面向對象方法中的對象： 是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，它是用來構成系統(tǒng)的一個基本單位。對象由一組屬性和一組行為構成。 屬性：用來描述對象靜態(tài)

9、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。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉16面向對象的基本概念面向對象的基本概念 類類l分類分類人類通常的思維方法人類通常的思維方法l分類所依據(jù)的原則分類所依據(jù)的原則抽象抽象 忽略事物的非本質特征，只注意那些與當前目標有關的本質特征，從而找出事物的共性，把具有共同性質的事物劃分為一類，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。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉17面向對象的基本概念面向對象的基本概念 類類l面向對象方法中的面向對象方法中的類類 具有相同屬性和服務的一組對象

10、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。 類與對象的關系：猶如模具與鑄件之間的關系，一個屬于某類的對象稱為該類的一個實例。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉18面向對象的基本概念面向對象的基本概念 封裝封裝l把對象的屬性和服務結合成一個獨立把對象的屬性和服務結合成一個獨立的系統(tǒng)單元。的系統(tǒng)單元。l盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細節(jié)。對外形盡可能隱蔽對象的內(nèi)部細節(jié)。對外形成一個邊界（或者說一道屏障），只成一個邊界（或者說一道屏障），只保留有限的對外接口使之與外部發(fā)生保留有限的對外接口使之與外部發(fā)生聯(lián)系。聯(lián)系。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉19面向對

11、象的基本概念面向對象的基本概念 繼承繼承l(wèi)繼承對于軟件復用有著重要意義，是繼承對于軟件復用有著重要意義，是面向對象技術能夠提高軟件開發(fā)效率面向對象技術能夠提高軟件開發(fā)效率的重要原因之一。的重要原因之一。l定義：特殊類的對象擁有其一般類的定義：特殊類的對象擁有其一般類的全部屬性與服務，稱作特殊類對一般全部屬性與服務，稱作特殊類對一般類的繼承。類的繼承。l例如：將輪船作為一個一般類，客輪例如：將輪船作為一個一般類，客輪便是一個特殊類。便是一個特殊類。面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉20面向對象的基本概念面向對象的基本概念 多態(tài)性多態(tài)性l多態(tài)是指在一般類中定義的屬性或行多態(tài)是指在一般類中

12、定義的屬性或行為，被特殊類繼承之后，可以具有不為，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。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。其各個特殊類中具有不同的語義。l例如：例如：數(shù)的加法-實數(shù)的加法 -復數(shù)的加法面向對象的方法C+語言程序設計清華大學 鄭莉21面向對象的軟件工程面向對象的軟件工程l面向對象的軟件工程是面向對象方法面向對象的軟件工程是面向對象方法在軟件工程領域的全面應用。它包括在軟件工程領域的全面應用。它包括: 面向對象的分析（OOA） 面向對象的設計（OOD） 面向對象的編程（

13、OOP） 面向對象的測試（OOT） 面向對象的軟件維護（OOSM）面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉22系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析l系統(tǒng)分析階段應該扼要精確地抽象出系統(tǒng)分析階段應該扼要精確地抽象出系統(tǒng)必須做什么，但是不關心如何去系統(tǒng)必須做什么，但是不關心如何去實現(xiàn)。實現(xiàn)。l面向對象的系統(tǒng)分析，直接用問題域面向對象的系統(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，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系，都保對單個事物及事物之間的關系，都保留他們的原貌，不做轉換，也不打破留他們的原貌，不做轉換，也不打破原有界限而重新組合，因此能夠很好原有界限而重新組合，因此能夠很

14、好地映射客觀事物。地映射客觀事物。面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉23設計設計l針對系統(tǒng)的一個具體實現(xiàn)運用面向對針對系統(tǒng)的一個具體實現(xiàn)運用面向對象的方法。其中包括兩方面的工作：象的方法。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)中的人機界面、數(shù)據(jù)存儲、任務管理等因素補充一些與實現(xiàn)有關的部分。面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉24編程編程OOPOOP工作就是用一種面向對象的編工作就是用一種面向對象的編程語言把程語言把OODOOD模型中的每個成分書寫出模型中的每個成分書寫出來，是面向對象的軟件開發(fā)最終落實的來，是面向對象的軟件開發(fā)

15、最終落實的重要階段。重要階段。面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉25測試測試l測試的任務是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤。測試的任務是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤。l在面向對象的軟件測試中繼續(xù)運用面在面向對象的軟件測試中繼續(xù)運用面向對象的概念與原則來組織測試，以向對象的概念與原則來組織測試，以對象的類作為基本測試單位，可以更對象的類作為基本測試單位，可以更準確地發(fā)現(xiàn)程序錯誤并提高測試效率。準確地發(fā)現(xiàn)程序錯誤并提高測試效率。面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉26維護維護將軟件交付使用后，工作并沒有完將軟件交付使用后，工作并沒有完結，還要根據(jù)軟件的運行情況和用戶的結，還要根據(jù)軟件的運行情況和用戶

16、的需求，不斷改進系統(tǒng)。需求，不斷改進系統(tǒng)。使用面向對象的方法開發(fā)的軟件，使用面向對象的方法開發(fā)的軟件，其程序與問題域是一致的，因此，在維其程序與問題域是一致的，因此，在維護階段運用面向對象的方法可以大大提護階段運用面向對象的方法可以大大提高軟件維護的效率。高軟件維護的效率。面向對象的軟件開發(fā)C+語言程序設計清華大學 鄭莉27信息的表示和存儲信息的表示和存儲l信息的分類信息的分類l計算機的數(shù)字系統(tǒng)計算機的數(shù)字系統(tǒng)l程序設計中常用的數(shù)制程序設計中常用的數(shù)制l不同進位計數(shù)制間的轉換不同進位計數(shù)制間的轉換l信息的存儲單位信息的存儲單位l二進制數(shù)的編碼表示二進制數(shù)的編碼表示l小數(shù)的表示方法小數(shù)的表示方法

17、l非數(shù)值信息的表示非數(shù)值信息的表示C+語言程序設計清華大學 鄭莉28信息的分類信息的分類 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C+語言程序設計清華大學 鄭莉29計算機的數(shù)字系統(tǒng)計算機的數(shù)字系統(tǒng)l計算機采用的是二進制數(shù)字系統(tǒng)。計算機采用的是二進制數(shù)字系統(tǒng)。l基本符號：基本符號：0 0、1 1l進位原則：逢二進一進位原則：逢二進一l優(yōu)點：優(yōu)點：易于物理實現(xiàn)二進制數(shù)運算簡單機器可靠性高通用性強l缺點：對人來說可讀性差缺點：對人來說可讀性差信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉30程序設計中常用的數(shù)制程序設計中常用的數(shù)

18、制信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉31不同進位記數(shù)制間的轉換不同進位記數(shù)制間的轉換 R 進制進制十進制十進制各位數(shù)字與它的權相乘，其積相加。各位數(shù)字與它的權相乘，其積相加。例如例如: :(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C+語言程序設計清華大學 鄭莉32不同進位記數(shù)制間的轉換不同進位記數(shù)制間的轉換 十進制十進制

19、 R 進制進制十進制整數(shù)轉換成十進制整數(shù)轉換成R R進制的整數(shù)進制的整數(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C+語言程序設計清華大學 鄭莉33不同進位記數(shù)制間的轉換不同進位記數(shù)制間的轉換 十進制十進制 R 進制進制十進制小數(shù)轉換成十進制小數(shù)轉換成R R進制小數(shù)進制小數(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 = 0.0

20、1012 信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉34不同進位記數(shù)制間的轉換不同進位記數(shù)制間的轉換二、八、十六進制的相互轉換二、八、十六進制的相互轉換l每位八進制數(shù)相當于三位二進制數(shù)每位八進制數(shù)相當于三位二進制數(shù)l每位十六進制數(shù)相當于四位二進制數(shù)每位十六進制數(shù)相當于四位二進制數(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C+語言程序設計清華大學 鄭莉35信息的存儲單位信息的存儲單位l位位(bit

21、(bit，b)b)：度量數(shù)據(jù)的最小單位，：度量數(shù)據(jù)的最小單位，表示一位二進制信息。表示一位二進制信息。l字節(jié)字節(jié)(byte(byte，B)B)：由八位二進制數(shù)字：由八位二進制數(shù)字組成組成(1 byte = 8 bit)(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C+語言程序設計清華大學 鄭莉36二進制數(shù)的編碼表示二進制數(shù)的編碼表示:原碼原碼l 符號符號絕對值表示絕對值表示 的編碼的編碼例如：X=+0101011 X原= 0 0101011X=-0101011 X原= 1 0101011

22、符號位l缺點：缺點：零的表示不惟一：+0原 =000.0 -0原 =100.0進行四則運算時，符號位須單獨處理，且運算規(guī)則復雜。信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉37二進制數(shù)的編碼表示二進制數(shù)的編碼表示:反碼反碼l正數(shù)的反碼與原碼表示相同。正數(shù)的反碼與原碼表示相同。l負數(shù)的反碼與原碼有如下關系：負數(shù)的反碼與原碼有如下關系：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 =00000000l反碼中零的表示也不惟一反碼中零的表示也不惟一X=-00

23、00000 X原 =10000000 X反 =11111111l反碼只是求補碼的中間碼反碼只是求補碼的中間碼信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉38二進制數(shù)的編碼表示二進制數(shù)的編碼表示:補碼補碼l模數(shù)：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。l補數(shù)：補數(shù)：一個數(shù)減去另一個數(shù)，或者說一個數(shù)加上一個負數(shù)，等于第一個數(shù)加上第二個數(shù)的補數(shù)。例：8+(-2)=8+10 ( mod 12 )一個二進制負數(shù)可用其模數(shù)與真值做加法 (模減去該數(shù)的絕對值) 求得其補碼。信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉39二進制數(shù)的編碼表

24、示二進制數(shù)的編碼表示:補碼補碼l計算機中的補碼表示法計算機中的補碼表示法負數(shù)的補碼由該數(shù)反碼的末位加 1 求得對補碼再求補即得到原碼l補碼運算規(guī)則補碼運算規(guī)則符號位可作為數(shù)值參加運算減法運算可轉換為加法運算：加上一個負數(shù)等于加上該數(shù)的補碼補碼運算的結果仍為補碼運算結果溢出：負數(shù)之和得正數(shù)，或正數(shù)之和得負數(shù)信息的表示與存儲C+語言程序設計清華大學 鄭莉40小數(shù)的表示方法小數(shù)的表示方法l計算機中通常采用浮點方式表示小數(shù)計算機中通常采用浮點方式表示小數(shù)一個數(shù)一個數(shù) N N 用浮點形式表示可以寫成：用浮點形式表示可以寫成： N=MN=M2 2E E 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C+語言程序設計清華大學 鄭莉41非數(shù)值信息的表示非數(shù)值信息的表示l西文字符：西文字符：ASCII碼：用7位二進制數(shù)表示一個字符，最多可以表示27=128個字符EBCDIC碼：用8位二進制數(shù)表示一個字符，最多可以表示28=256個字符l漢字：應用較為廣泛的是國家標準信息交換用漢字編碼(GB231