C++程序設(shè)計(jì)_1

1、1第第1章章 引引 論論v本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：F1.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言F1.2 程序編譯技術(shù)F1.3 面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)F1.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍頕1.5 +語(yǔ)言的特點(diǎn)F1.6 +的程序結(jié)構(gòu)21.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言F機(jī)器語(yǔ)言 F匯編語(yǔ)言：Microsoft MASM，Borland TASM F高級(jí)語(yǔ)言：FORTRAN，ALGOL，PASCAL，C，ADA F面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：C+，JAVA，C# F數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)語(yǔ)言：SQLF人工智能邏輯推理語(yǔ)言：PROLOG，LISPF元語(yǔ)言：BNF 31.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言

2、程序是由機(jī)器指令和數(shù)據(jù)形成的二進(jìn)制文檔。F語(yǔ)言特點(diǎn)：效率高難于理解、編程繁瑣、不易維護(hù)F語(yǔ)言用途：編寫(xiě)操作系統(tǒng)、中斷服務(wù)程序、庫(kù)函數(shù)等需要高效率的場(chǎng)合 41.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言：符號(hào)化的、功能上接近于機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)言。F語(yǔ)言特點(diǎn)：效率高仍然難于理解、編程繁瑣、不易維護(hù)F語(yǔ)言用途：編寫(xiě)操作系統(tǒng)、中斷服務(wù)程序、庫(kù)函數(shù)等需要高效率的場(chǎng)合編寫(xiě)編譯程序等系統(tǒng)程序51.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言：形式化的、類(lèi)似于自然語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。F語(yǔ)言特點(diǎn)：效率略低易于理解、編程容易、易于維護(hù)F語(yǔ)言用途：編寫(xiě)編譯、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)程序編寫(xiě)科學(xué)計(jì)算，金融商業(yè)等應(yīng)用程序

3、61.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：是一種面向客觀對(duì)象、描述其特征和行為、并通過(guò)類(lèi)封裝能夠重用和繼承的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。F語(yǔ)言特點(diǎn)：面向?qū)ο蠖x新類(lèi)型，重載，繼承效率更低，但更易維護(hù)F語(yǔ)言用途：系統(tǒng)、仿真、分布式及網(wǎng)絡(luò)等軟件設(shè)計(jì)科學(xué)計(jì)算、金融商業(yè)等71.1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言v元語(yǔ)言及其它元語(yǔ)言及其它：F元語(yǔ)言：用于描述其它語(yǔ)言語(yǔ)法、語(yǔ)義等語(yǔ)言。F元數(shù)據(jù)：用于描述其它數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)字典。F元函數(shù)：用于描述其它函數(shù)的函數(shù)，例如函數(shù)模板。F元類(lèi)型：用于描述其它類(lèi)型的類(lèi)型，例如類(lèi)模板。81.2 程序編譯技術(shù)程序編譯技術(shù)v程序翻譯方式

4、程序翻譯方式：解釋方式、編譯方式、混合方式（編譯解釋?zhuān)┙忉尫绞剑翰环g成機(jī)器碼，直接讀入源程序，語(yǔ)句用內(nèi)部指令執(zhí)行。編譯方式：翻譯成可被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。混合方式：先編譯成中間語(yǔ)言或虛擬機(jī)語(yǔ)言，然后在裸機(jī)或操作系統(tǒng)級(jí)解釋執(zhí)行。91.2 程序編譯技術(shù)程序編譯技術(shù)v編譯過(guò)程編譯過(guò)程：預(yù)處理、詞法分析、語(yǔ)法分析、代碼生成、模塊連接等。F預(yù)處理：編譯宏命令的替換、解釋與執(zhí)行，生成“純”的高級(jí)語(yǔ)言程序。F詞法分析：識(shí)別程序的保留字、運(yùn)算符、常量、變量名、類(lèi)型名、函數(shù)名等單詞。F語(yǔ)法分析：分析程序的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，檢查程序是否合乎語(yǔ)法。如IFELSE結(jié)構(gòu)。101.2 程序編譯技術(shù)程序編譯技術(shù)v編譯過(guò)

5、程（續(xù)）編譯過(guò)程（續(xù)）：F代碼生成：根據(jù)已經(jīng)識(shí)別的程序語(yǔ)義生成和源程序等價(jià)的可解釋或執(zhí)行的中間代碼。F模塊連接：將中間代碼同標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或非標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)連接，生成可被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的目標(biāo)語(yǔ)言程序。兩種連接：靜態(tài)連接：編譯時(shí)連接，由編譯程序完成。動(dòng)態(tài)連接：運(yùn)行時(shí)連接，由操作系統(tǒng)完成。111.2 程序編譯技術(shù)程序編譯技術(shù)v編譯過(guò)程（續(xù)）編譯過(guò)程（續(xù)）：F函數(shù)綁定：函數(shù)調(diào)用同函數(shù)的入口地址相聯(lián)系的過(guò)程 。兩種綁定：靜態(tài)綁定：早期綁定，在程序執(zhí)行前完成，由編譯程序或操作系統(tǒng)裝入程序時(shí)，計(jì)算函數(shù)的入口地址 。動(dòng)態(tài)綁定：晚期綁定，在程序執(zhí)行過(guò)程中完成，由程序自身計(jì)算函數(shù)的入口地址。靜態(tài)綁定和動(dòng)態(tài)綁定的函數(shù)都可以由靜態(tài)或動(dòng)

6、態(tài)連接完成。121.3 面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)v面向?qū)ο笳Z(yǔ)言發(fā)展歷程面向?qū)ο笳Z(yǔ)言發(fā)展歷程：F封裝機(jī)制：Ada，Modula-2F對(duì)象抽象：SimulaF面向?qū)ο笳Z(yǔ)言：Smalltalk-80，C+，Objected Pascal，Java，C#，VB.NETC+：以C為基礎(chǔ)、多繼承Java：以C+為基礎(chǔ)、單繼承C# ：以C+為基礎(chǔ)、單繼承、可重載運(yùn)算符131.3 面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)v面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的四個(gè)階段面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的四個(gè)階段：系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)象設(shè)計(jì)，對(duì)象實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)分析：理解應(yīng)用系統(tǒng)的定義及建立應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)象模型。分析和發(fā)現(xiàn)

7、對(duì)象，定義對(duì)象的屬性和內(nèi)部狀態(tài)變換，定義外部事件和對(duì)象之間的聯(lián)系及約束，最終建立應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型及功能模型。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：確立對(duì)象模型的實(shí)現(xiàn)方法。分解系統(tǒng)，確定系統(tǒng)固有的并發(fā)性，分配處理器的任務(wù)，選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的管理手段，處理全局資源的訪問(wèn)，確立應(yīng)用系統(tǒng)的邊界。 141.3 面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)v面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的四個(gè)階段（續(xù)）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的四個(gè)階段（續(xù)）：對(duì)象設(shè)計(jì)：將系統(tǒng)分析階段建立的三種模型轉(zhuǎn)換成類(lèi)。將對(duì)象模型轉(zhuǎn)換為類(lèi)的屬性，將動(dòng)態(tài)模型轉(zhuǎn)換為類(lèi)的方法，將功能模型轉(zhuǎn)換為主控或子控模塊。轉(zhuǎn)換對(duì)象模型時(shí)要考慮對(duì)象關(guān)聯(lián)；轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)模型應(yīng)選用事件驅(qū)動(dòng)；轉(zhuǎn)換功能模

8、型時(shí)用順序或事件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)流程控制。對(duì)象實(shí)現(xiàn)：用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)象設(shè)計(jì)階段定義的類(lèi)。選擇合適的程序語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)環(huán)境，定義類(lèi)的屬性及其方法，編寫(xiě)主控模塊及子控模塊，針對(duì)具體語(yǔ)言進(jìn)行性能調(diào)整。151.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍顅對(duì)象對(duì)象：現(xiàn)實(shí)世界中的各種具體的或抽象的“事物” 。F簡(jiǎn)單對(duì)象：簡(jiǎn)單類(lèi)型的對(duì)象。如int類(lèi)型的常量或變量。F復(fù)雜對(duì)象：復(fù)雜類(lèi)型的對(duì)象。如用class、struct和union定義的類(lèi)型的常量或變量。函數(shù)成員操作行為數(shù)據(jù)成員屬性特征程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)對(duì)象模型對(duì)象模型現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界161.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍顅人類(lèi)的定義人類(lèi)的定義：st

9、ruct HUMANKINDchar *name;double weight;public:void eat( );void wear( );void reside( );void travel( ); ;人類(lèi)的實(shí)例人類(lèi)的實(shí)例：HUMANKIND Zhang; 特征、屬性、數(shù)據(jù)成員行為、操作、函數(shù)成員171.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍顅封裝封裝：是將對(duì)象的“屬性”和“方法”包裝在一起、并對(duì)外部提供不同權(quán)限的訪問(wèn)接口的機(jī)制。 封裝的意義封裝的意義：F“封裝”定義對(duì)象邊界。對(duì)象的私有“屬性”和“操作”被隔離起來(lái)，建立系統(tǒng)的對(duì)象模型時(shí)只需考慮公共“屬性”和“操作”，降低了系統(tǒng)模型的復(fù)雜

10、程度。F“封裝”定義對(duì)象接口。公共“屬性”和“操作”對(duì)外開(kāi)放，供其它對(duì)象或函數(shù)對(duì)象訪問(wèn)。在對(duì)外接口不變的情況下，重新定義對(duì)象不會(huì)影響其它對(duì)象的訪問(wèn)。F“封裝”屏蔽操作細(xì)節(jié)，從而能夠保證核心算法不被泄露，有助于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。181.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍顅對(duì)象交互的兩種形式對(duì)象交互的兩種形式：F直接交互：一對(duì)象直接調(diào)用另一對(duì)象的公共“操作”。這種方式在沒(méi)有消息管理機(jī)制的單任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下用得最多。F間接交互：一對(duì)象發(fā)送消息到消息隊(duì)列中，由操作系統(tǒng)識(shí)別消息應(yīng)該由哪個(gè)對(duì)象接受，然后調(diào)用相應(yīng)對(duì)象的相關(guān)“操作”。這種方式在多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境下用得最多。消息要素：名稱(chēng)、類(lèi)型、參數(shù)，可被

11、響應(yīng)傳遞。對(duì)象標(biāo)識(shí)：是對(duì)象區(qū)別于其它對(duì)象的唯一標(biāo)志。一般由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生，常用對(duì)象的內(nèi)存首址做為標(biāo)識(shí)。191.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖拍顅重載重載：編譯時(shí)多態(tài)。同名函數(shù)針對(duì)不同參數(shù)傳遞情況完成不同的功能，如+5和3+5。重載是多態(tài)的一種特例，多態(tài)則特指運(yùn)行時(shí)多態(tài)。v繼承繼承：一種類(lèi)型接受并利用另一種類(lèi)型的屬性和操作。繼承形式可以分為取代繼承、包含繼承、受限繼承和異化繼承。 v抽象抽象：從事物實(shí)例得到事物共同屬性和操作、從而形成事物類(lèi)型描述的過(guò)程，或指從低級(jí)事物類(lèi)型提煉形成高級(jí)或更具普遍意義的事物類(lèi)型描述的過(guò)程。抽象和繼承互為逆過(guò)程。 201.4 面向?qū)ο蟮幕靖拍蠲嫦驅(qū)ο蟮幕靖?/p>

12、念v繼承的四種形式繼承的四種形式：取代繼承：派生類(lèi)對(duì)象完整地繼承了基類(lèi)的所有“屬性”和“操作”，且沒(méi)有修改或增加新的“屬性”和“操作”。包含繼承：派生類(lèi)對(duì)象完整地繼承了所有基類(lèi)的所有“屬性”和“操作”，并增加了新的“屬性”和“操作”。受限繼承：派生類(lèi)對(duì)象部分地繼承了基類(lèi)的“屬性”和“操作”，并且沒(méi)有增加新的“屬性”和“操作”。異化繼承：派生類(lèi)對(duì)象繼承了基類(lèi)的“屬性”和“操作”，并對(duì)原有“屬性”和“操作”進(jìn)行了修改。211.5 +語(yǔ)言的特點(diǎn)語(yǔ)言的特點(diǎn)v語(yǔ)言超集語(yǔ)言超集，代碼質(zhì)量高、速度快、可移植性好；v強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言，編譯階段就能發(fā)現(xiàn)程序潛在錯(cuò)誤，不會(huì)將錯(cuò)誤帶到運(yùn)行階段；v表達(dá)能力強(qiáng)表達(dá)能

13、力強(qiáng)，+的多繼承是JAVA, C#等語(yǔ)言所沒(méi)有的；v支持運(yùn)算符重載支持運(yùn)算符重載，對(duì)象的運(yùn)算更易表達(dá)且表達(dá)更加自然；v抽象能力強(qiáng)抽象能力強(qiáng)，函數(shù)模板和類(lèi)模板提供更高級(jí)別的抽象；221.5 +語(yǔ)言的特點(diǎn)語(yǔ)言的特點(diǎn)v內(nèi)存管理高效內(nèi)存管理高效，C+提供自動(dòng)和人工回收兩種方式；v異常處理加強(qiáng)異常處理加強(qiáng)，支持對(duì)象類(lèi)型的異常；v支持名字空間支持名字空間，更加有利于大型軟件工程項(xiàng)目；v非純面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言非純面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，同時(shí)支持對(duì)象和模塊描述程序結(jié)構(gòu)。 231.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)v完全兼容完全兼容C：C的語(yǔ)法、語(yǔ)義以及標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)都可在C+中使用，不適用的語(yǔ)義會(huì)加以警告。v強(qiáng)類(lèi)型限制強(qiáng)類(lèi)型限制：函

14、數(shù)、變量必須先說(shuō)明后使用。v函數(shù)原型函數(shù)原型：即函數(shù)名、參數(shù)及返回類(lèi)型的說(shuō)明。F頭文件包含函數(shù)、變量的說(shuō)明。程序若調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)必須用include包含進(jìn)該函數(shù)的頭文件。int scanf(const char *, );int printf(const char *, ); 注釋注釋?zhuān)?*/（多行）或/（直到當(dāng)前行結(jié)束）241.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)【例【例1.2】輸入】輸入n，計(jì)算計(jì)算n!及其十進(jìn)制有效數(shù)字位數(shù)，并打及其十進(jìn)制有效數(shù)字位數(shù)，并打印計(jì)算結(jié)果。印計(jì)算結(jié)果。#include #include void main(void) int i, n; long f; coutn; /

15、注意，不能像注意，不能像scanf那樣使用那樣使用&n for(f=i=1; i=n; i+) f*=i; coutnn; n=printf(“%ld”, f); /注意，注意，printf返回返回n!的有效位數(shù)的有效位數(shù) cout!=nNumber of digits=n;251.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)關(guān)于連續(xù)計(jì)算關(guān)于連續(xù)計(jì)算：FcoutPlease input n: 輸出字符串Please input n: ，運(yùn)算結(jié)果為cout。F正如C的加法可以連續(xù)相加，上述結(jié)果cout也可以再次進(jìn)行運(yùn)算：cout“n”n。Fcout“n”輸出換行并得到結(jié)果cout；運(yùn)算結(jié)果cout再次和n

16、結(jié)合得式coutn，該式輸出整數(shù)n，并再次得到結(jié)果cout。261.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)v C+程序可由分開(kāi)編譯的程序文件或模塊構(gòu)成，還支持基于類(lèi)的模塊結(jié)構(gòu)。v 建立一個(gè)建立一個(gè)C+項(xiàng)目的方法項(xiàng)目的方法：F按程序的功能和類(lèi)劃分，形成可分開(kāi)編譯的函數(shù)模塊和類(lèi)模塊；F對(duì)于各模塊使用的變量、函數(shù)或?qū)ο?，如果它們不為整個(gè)程序所共享，就將它們用static修飾，使之局部于程序文件或者函數(shù)體內(nèi)；F根據(jù)所用類(lèi)型、變量、函數(shù)建立包含文件，并形成一個(gè)總體包含文件提供給所有程序文件。包含文件只能是說(shuō)明性的變量、函數(shù)原型，而非其定義。271.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)【例【例1.4】C+程序結(jié)構(gòu)及程序組織方法

17、。程序結(jié)構(gòu)及程序組織方法。文件文件project.h：#include #include stack.hextern int x, y;int max(int x, int y);int min(int x, int y);文件文件stack.h定義類(lèi)的接口：定義類(lèi)的接口：class STACK int *stack, sp, top;public: STACK(int); STACK( ); int push(int), pop(int&);變量說(shuō)明：無(wú)初始化函數(shù)說(shuō)明：無(wú)函數(shù)體281.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)文件文件stack.cpp用于定義函數(shù)體用于定義函數(shù)體: #include

18、 project.hSTACK:STACK(int size)stack=(int*)malloc(sizeof(inttop=size);sp=0;STACK:STACK( ) free(stack); int STACK:push(int v)if(sp0) v=stack-sp; return 1; else return 0;291.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)文件文件module.cpp：#include project.hstatic int z;int x, y;int max(int x, int y)return xy?x:y;int min(int x, int y)return xy?y:x; 文件文件project.cpp：#include project.hvoid main(void) STACK stk(20); coutThis is a example of project building;/注意續(xù)行符的使用注意續(xù)行符的使用 y=x=3;301.6 +的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu)v 換名機(jī)制換名機(jī)制：將高級(jí)語(yǔ)言標(biāo)識(shí)符編譯為新的低級(jí)語(yǔ)言的標(biāo)識(shí)符。C+與C編譯程序的換名機(jī)制不同。