面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)(C++)：第1章 緒論

1、第一章 緒論 目錄1.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.2 面向?qū)ο蟮姆椒?.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.4 信息的表示與存儲(chǔ)1.5 程序的開發(fā)過(guò)程1.6 小結(jié)2計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)的工作是用程序來(lái)控制的程序是指令的集合。指令是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的命令。31.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.1.1 機(jī)器語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)可以識(shí)別的二進(jìn)制指令組成的語(yǔ)言稱為機(jī)器語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，軟件工程師們只能用機(jī)器語(yǔ)言來(lái)編寫程序。這一階段，在人類的自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言之間存在著巨大的鴻溝。匯編語(yǔ)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(shí)編程語(yǔ)言與人類自然語(yǔ)言間的鴻溝略有縮小，

2、但仍與人類的思維相差甚遠(yuǎn)。因?yàn)樗某橄髮哟翁?，程序員需要考慮大量的機(jī)器細(xì)節(jié)。41.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.1.2 高級(jí)語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言屏蔽了機(jī)器的細(xì)節(jié)，提高了語(yǔ)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(yǔ)句。這使得在書寫程序時(shí)可以聯(lián)系到程序所描述的具體事物。51.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.1.3面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言出發(fā)點(diǎn)：更直接地描述客觀世界中存在的事物(對(duì)象)以及它們之間的關(guān)系。特點(diǎn)：是高級(jí)語(yǔ)言。將客觀事物看作具有屬性和行為的對(duì)象。通過(guò)抽象找出同一類對(duì)象的共同屬性和行為，形成類。通過(guò)類的繼承與多態(tài)實(shí)現(xiàn)代碼重用61.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.1.3 面向?qū)?/p>

3、象的語(yǔ)言（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：使程序能夠比較直接地反映問(wèn)題域的本來(lái)面目，軟件開發(fā)人員能夠利用人類認(rèn)識(shí)事物所采用的一般思維方法來(lái)進(jìn)行軟件開發(fā)。71.1 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái) 面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)方法最早的程序目的：用于數(shù)學(xué)計(jì)算主要工作：設(shè)計(jì)求解問(wèn)題的過(guò)程缺點(diǎn)：對(duì)于龐大、復(fù)雜的程序難以開發(fā)和維護(hù)81.2 面向?qū)ο蟮姆椒嫦蜻^(guò)程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)思路自頂向下、逐步求精。采用模塊分解與功能抽象，自頂向下、分而治之。程序結(jié)構(gòu)：按功能劃分為若干個(gè)基本模塊，形成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)。各模塊間的關(guān)系盡可能簡(jiǎn)單，功能上相對(duì)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(shí)現(xiàn)

4、的具體方法是使用子程序。91.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái)面向過(guò)程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：有效地將一個(gè)較復(fù)雜的程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)。101.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái)面向過(guò)程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（續(xù)）缺點(diǎn)：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(guò)程分離為相互獨(dú)立的實(shí)體。當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，所有相關(guān)的處理過(guò)程都要進(jìn)行相應(yīng)的修改。每一種相對(duì)于老問(wèn)題的新方法都要帶來(lái)額外的開銷。圖形用戶界面的應(yīng)用程序，很難用過(guò)程來(lái)描述和實(shí)現(xiàn)，開發(fā)和維護(hù)也都很困難。111.2

5、 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái)面向?qū)ο蟮姆椒▽?shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)的操作方法封裝在一起，作為一個(gè)相互依存、不可分離的整體對(duì)象。對(duì)同類型對(duì)象抽象出其共性，形成類。類通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的外部接口，與外界發(fā)生關(guān)系。對(duì)象與對(duì)象之間通過(guò)消息進(jìn)行通信。121.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái)面向?qū)ο蟮姆椒ǎɡm(xù)）優(yōu)點(diǎn)：程序模塊間的關(guān)系更為簡(jiǎn)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(guò)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(hù)都更為方便。131.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.1 面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙?lái)1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍顚?duì)象一般意義上的對(duì)象

6、：是現(xiàn)實(shí)世界中一個(gè)實(shí)際存在的事物?？梢允怯行蔚模ū热缫惠v汽車），也可以是無(wú)形的（比如一項(xiàng)計(jì)劃）。是構(gòu)成世界的一個(gè)獨(dú)立單位，具有靜態(tài)特征：可以用某種數(shù)據(jù)來(lái)描述動(dòng)態(tài)特征：對(duì)象所表現(xiàn)的行為或具有的功能141.2 面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)象（續(xù)）面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膶?duì)象：是系統(tǒng)中用來(lái)描述客觀事物的一個(gè)實(shí)體，它是用來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)基本單位。對(duì)象由一組屬性和一組行為構(gòu)成。屬性：用來(lái)描述對(duì)象靜態(tài)特征的數(shù)據(jù)項(xiàng)。行為：用來(lái)描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特征的操作序列。151.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍铑惙诸惾祟愅ǔ５乃季S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

7、的共性，把具有共同性質(zhì)的事物劃分為一類，得出一個(gè)抽象的概念。例如，石頭、樹木、汽車、房屋等都是人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活實(shí)踐中抽象出的概念。161.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍铑悾ɡm(xù)）面向?qū)ο蠓椒ㄖ械念惥哂邢嗤瑢傩院头?wù)的一組對(duì)象的集合為屬于該類的全部對(duì)象提供了抽象的描述，包括屬性和行為兩個(gè)主要部分。類與對(duì)象的關(guān)系：猶如模具與鑄件之間的關(guān)系，一個(gè)屬于某類的對(duì)象稱為該類的一個(gè)實(shí)例。171.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍罘庋b把對(duì)象的屬性和服務(wù)結(jié)合成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單元。盡可能隱蔽對(duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。對(duì)外形成一個(gè)邊界（或者說(shuō)一道屏障），只保留有限的對(duì)外接口使之

8、與外部發(fā)生聯(lián)系。181.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍罾^承繼承對(duì)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(duì)象擁有其一般類的全部屬性與服務(wù)，稱作特殊類對(duì)一般類的繼承。例如：將輪船作為一個(gè)一般類，客輪便是一個(gè)特殊類。191.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍疃鄳B(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(gè)屬性或行為在一般類及其各個(gè)特殊類中具有不同的語(yǔ)義。例如：數(shù)的加法-實(shí)數(shù)的加法 -復(fù)數(shù)的加法201.2 面向?qū)ο蟮姆椒?- 1.2.2 面向?qū)?/p>

9、象的基本概念面向?qū)ο蟮能浖こ堂嫦驅(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(jì)（OOD）面向?qū)ο蟮木幊蹋∣OP）面向?qū)ο蟮臏y(cè)試（OOT）面向?qū)ο蟮能浖S護(hù)（OOSM）211.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.3.1 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(shí)現(xiàn)。面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析，直接用問(wèn)題域中客觀存在的事物建立模型中的對(duì)象，對(duì)單個(gè)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。221.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.3.2 設(shè)計(jì)針對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆?/p>

10、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(duì)具體實(shí)現(xiàn)中的人機(jī)界面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、任務(wù)管理等因素補(bǔ)充一些與實(shí)現(xiàn)有關(guān)的部分。231.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.3.3 編程 OOP工作就是用一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言把OOD模型中的每個(gè)成分書寫出來(lái)，是面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)最終落實(shí)的重要階段。241.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.3.4 測(cè)試測(cè)試的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。在面向?qū)ο蟮能浖y(cè)試中繼續(xù)運(yùn)用面向?qū)ο蟮母拍钆c原則來(lái)組織測(cè)試，以對(duì)象的類作為基本測(cè)試單位，可以更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤并提高測(cè)試效率。251.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)1.3.5 維護(hù)將軟件交付使用后，工作并沒(méi)有完結(jié)，還要根

11、據(jù)軟件的運(yùn)行情況和用戶的需求，不斷改進(jìn)系統(tǒng)。使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)的軟件，其程序與問(wèn)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。261.3 面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)信息的分類 指令 控制信息 控制字 信息 定點(diǎn)數(shù) 數(shù)值信息 數(shù)據(jù)信息 浮點(diǎn)數(shù) 字符數(shù)據(jù) 非數(shù)值信息 邏輯數(shù)據(jù)271.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.1 計(jì)算機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用的是二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)?；痉?hào)：0、1進(jìn)位原則：逢二進(jìn)一優(yōu)點(diǎn)：易于物理實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)單機(jī)器可靠性高通用性強(qiáng)缺點(diǎn)：對(duì)人來(lái)說(shuō)可讀性差281.4 信息的表示和存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)中常用的數(shù)制291.4 信息的表示和存儲(chǔ) - 1.4.2 幾種進(jìn)位記數(shù)

12、制之間的轉(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)10301.4 信息的表示和存儲(chǔ) - 1.4.2 幾種進(jìn)位記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 R 進(jìn)制十進(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

13、高位所以 681010001002311.4 信息的表示和存儲(chǔ) - 1.4.2 幾種進(jìn)位記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 R 進(jìn)制（續(xù)）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 321.4 信息的表示和存儲(chǔ) - 1.4.2 幾種進(jìn)位記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二、八、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換每位八進(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(101

14、1010.10)2=(0101 1010 .1000)2=(5A.8)16(F7)16(1111 0111)2(11110111)2331.4 信息的表示和存儲(chǔ) - 1.4.2 幾種進(jìn)位記數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1.4.3 信息的存儲(chǔ)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 M341.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.4 二進(jìn)制數(shù)的編碼表示:原碼符號(hào)絕對(duì)值表示的編碼例如：X=+0101011 X原= 0 010101

15、1X=-0101011 X原= 1 0101011 符號(hào)位缺點(diǎn)：零的表示不惟一：+0原 =000.0 -0原 =100.0進(jìn)行四則運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位須單獨(dú)處理，且運(yùn)算規(guī)則復(fù)雜。351.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.4 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(hào)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 =00000000反碼中零的表示也不惟一X=-0000000 X原 =10000000 X反 =11111111反碼只是

16、求補(bǔ)碼的中間碼361.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.4 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(hào)位)，則它的模數(shù)為 2n 。 n位小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)前一位為符號(hào)位，則它的模數(shù)為 2。補(bǔ)數(shù)：一個(gè)數(shù)減去另一個(gè)數(shù)，或者說(shuō)一個(gè)數(shù)加上一個(gè)負(fù)數(shù)，等于第一個(gè)數(shù)加上第二個(gè)數(shù)的補(bǔ)數(shù)。例： 8+(-2)=8+10 ( mod 12 )一個(gè)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(duì)值) 求得其補(bǔ)碼。371.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.4 二進(jìn)制數(shù)的編碼表示:補(bǔ)碼（續(xù)）計(jì)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 求得對(duì)補(bǔ)碼再求補(bǔ)即得到原碼補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則符號(hào)位可作為數(shù)值參加運(yùn)算減法運(yùn)算可轉(zhuǎn)換為加法

17、運(yùn)算：加上一個(gè)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)381.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.5 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算機(jī)中通常采用浮點(diǎn)方式表示小數(shù)一個(gè)數(shù) N 用浮點(diǎn)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(diǎn)的位置，其位數(shù)反映了該浮點(diǎn)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。391.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.6 數(shù)的表示范圍機(jī)器中數(shù)的表示范圍與數(shù)據(jù)位數(shù)及表示方法有關(guān)。一個(gè)M位整數(shù)(包括一位符號(hào)位)：如果采用原碼或反碼表示法，能表示的最大數(shù)為2m-1 -1，最小數(shù)為-

18、(2m-1 -1)。若用補(bǔ)碼表示，表示范圍為-2m-1 2m-1 -1。一個(gè)n位定點(diǎn)小數(shù)，采用原碼或反碼表示時(shí)，范圍為-(1-2-n )(1-2-n )。采用補(bǔ)碼表示時(shí)，范圍為-1 (1-2-n )。浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍，由階碼位數(shù)和尾數(shù)位數(shù)決定。若階碼用r位整數(shù)(補(bǔ)碼)表示，尾數(shù)用n位定點(diǎn)小數(shù)(原碼)表示，則浮點(diǎn)數(shù)范圍是：401.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.4.7 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(gè)字符，最多可以表示27=128個(gè)字符EBCDIC碼：用8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，最多可以表示28=256個(gè)字符漢字：應(yīng)用較為廣泛的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼(GB2312-80標(biāo)準(zhǔn))，簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼。是二字節(jié)碼，用二個(gè)七位二進(jìn)制數(shù)編碼表示一個(gè)漢字。411.4 信息的表示和存儲(chǔ)1.5.1 基本術(shù)語(yǔ)源程序：用源語(yǔ)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(guò)翻譯程序加工以后所生成的程序。翻譯程