《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》課件第1章

1.1計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展

(ComputerProgrammingLanguagesDevelopment) 1.2程序設(shè)計(jì)方法(ProgrammingMethodology)1.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)

(BasicFeatureofObject-OrientedProgramming)1.4簡(jiǎn)單的C++程序(SimpleC++Programs)本章小結(jié)(ChapterSummary)

習(xí)題1(Exercises1)

1.1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述

(IntroductiontoProgrammingLanguages)

計(jì)算機(jī)的每一步發(fā)展幾乎都會(huì)在軟件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中得到充分體現(xiàn)。隨著軟件開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大和開(kāi)發(fā)方式的變化，人們開(kāi)始將程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言作為一門(mén)科學(xué)來(lái)對(duì)待，程序設(shè)計(jì)方法和技術(shù)在各個(gè)時(shí)期的發(fā)展直接導(dǎo)致了一大批風(fēng)格各異的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的誕生。1.1計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展1.1.2機(jī)器語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言

(MachineLanguageandAssembleLanguage)

1．機(jī)器語(yǔ)言

最基本的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是機(jī)器語(yǔ)言。

2．匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言(也稱(chēng)為第二代語(yǔ)言)的出現(xiàn)簡(jiǎn)化了編程人員的工作。

雖然匯編語(yǔ)言較機(jī)器語(yǔ)言已有很大的改進(jìn)，但仍是低級(jí)語(yǔ)言，它有以下兩個(gè)主要缺點(diǎn)：

(1)涉及細(xì)節(jié)太多；

(2)與具體的計(jì)算機(jī)相關(guān)。1.1.3高級(jí)語(yǔ)言(AdvancedLanguage)

20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言。由于高級(jí)語(yǔ)言的編寫(xiě)方式更接近人們的思維習(xí)慣，因此用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序易讀、易懂、易于維護(hù)。高級(jí)語(yǔ)言的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：編寫(xiě)的程序具有一定的通用性。使用高級(jí)語(yǔ)言編程，一般不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)，只需掌握解題方法和高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，就可以編寫(xiě)程序。1.1.4面向?qū)ο笳Z(yǔ)言

(Object-OrientedProgrammingLanguage)

20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的出現(xiàn)改變了編程者的思維方式，使程序設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)由問(wèn)題域中的過(guò)程轉(zhuǎn)向問(wèn)題域中的對(duì)象及其相互關(guān)系，這種轉(zhuǎn)變更加符合人們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)。

面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言分為幾大類(lèi)別：一類(lèi)是純面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，另一類(lèi)是混合型的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言,還有一類(lèi)是與人工智能語(yǔ)言相結(jié)合形成的語(yǔ)言。1.2.1結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法

(StructuredProgramming)

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)(StructuredProgramming,SP)方法是由E.W.Dijkstra等人于1972年首先提出的，它建立在Bohm、Jacopini證明的結(jié)構(gòu)定理的基礎(chǔ)之上。1.2程序設(shè)計(jì)方法(ProgrammingMethodology)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)自頂向下，逐步細(xì)化。

(2)模塊化設(shè)計(jì)。

(3)結(jié)構(gòu)化編碼。

隨著程序規(guī)模與復(fù)雜性的增長(zhǎng)，面向過(guò)程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法存在明顯的不足之處：

(1)數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題。

(2)可維護(hù)性及可重用性差。

(3)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(kāi)發(fā)和維護(hù)也都很困難。

1.2.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法

(Objected-OrientedProgramming)

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法建立在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)之上，避免了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法中所存在的問(wèn)題。

當(dāng)然，對(duì)象之間存在各種聯(lián)系，但它們之間只能通過(guò)“消息”進(jìn)行通信。程序可表示為：

程序?=?對(duì)象?+?類(lèi)?+?繼承?+?消息通信

【例1-1】

用C++?語(yǔ)言描述，用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法計(jì)算三角形的面積(已知一個(gè)三角形的3個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo))。

分析：要想計(jì)算三角形的面積，就必須知道三角形的3條邊長(zhǎng)，而邊長(zhǎng)可以通過(guò)坐標(biāo)求得。假定3個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)分別為a(x1，y1)、b(x2，y2)、c(x3，y3)，所以3條邊長(zhǎng)可用下面的公式求出：求面積之前先計(jì)算邊長(zhǎng)和的一半：面積的計(jì)算公式為：根據(jù)上述問(wèn)題分析和算法描述，很容易寫(xiě)出求解問(wèn)題的C++?源程序代碼。由于求三角形的邊長(zhǎng)要計(jì)算3次，因此可編寫(xiě)一個(gè)計(jì)算邊長(zhǎng)的函數(shù)。因?yàn)樵诔绦蛑幸玫捷斎?輸出流和數(shù)學(xué)函數(shù)，所以在程序的開(kāi)始處必須包含相關(guān)的以?.h為擴(kuò)展名的頭文件。編寫(xiě)其源程序如下：

#include<iostream> //包含輸入/輸出流

usingnamespacestd;

#include<math.h> //包含數(shù)學(xué)函數(shù)的頭文件

doubleedge(doublex1,doublex2,doubley1,doubley2)

{ //求三角形的邊長(zhǎng)

doublelen;

len=sqrt((x1-x2)*(x1-x2)+(y1-y2)*(y1-y2)); //求邊長(zhǎng)

returnlen;

}

intmain()

{

doublex1,x2,x3,y1,y2,y3,s,area,ab,ac,bc;

//說(shuō)明變量

cin>>x1>>x2>>x3;

cin>>y1>>y2>>y3; //輸入坐標(biāo)值

ab=edge(x1,x2,y1,y2); //求邊長(zhǎng)

ac=edge(x1,x3,y1,y3);

bc=edge(x2,x3,y2,y3);

s=(ab+ac+bc)/2; //求邊長(zhǎng)和的一半

area=sqrt(s*(s-ab)*(s-ac)*(s-bc)); //計(jì)算面積

cout<<"area="<<area<<'\n'; //輸出三角形面積

return0

}

【例1-2】

用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法計(jì)算矩形面積。

例1-1是采用傳統(tǒng)的“面向過(guò)程”的程序設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的，而本例要求用“面向?qū)ο蟆狈椒▽?shí)現(xiàn)。源程序如下：

#include<iostream>

usingnamespacestd;

//類(lèi)的聲明

classRectangleArea

{

public: voidSetData(floatL,floatW); //輸入長(zhǎng)、寬值

floatComputeArea(); //計(jì)算面積

voidOutputArea(); //輸出面積

private:

floatlength,width,area;

//定義長(zhǎng)、寬、面積

};

voidRectangleArea::SetData(floatL,floatW)

{ length=L;

width=W;

}

floatRectangleArea::ComputeArea()

{

area=length*width;

returnarea;

}

voidRectangleArea::OutputArea()

{ cout<<"area="<<area<<endl;

}

intmain()

{

RectangleAreaRectangl; //聲明對(duì)象

Rectangl.SetData(8,9);

Rectangl.ComputeArea();

Rectangl.OutputArea();

return0;

}1.3.1抽象(Abstract)

抽象是人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀世界的最基本的思維方法。

1.3面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)(BasicFeatureofObject-OrientedProgramming)用C++?語(yǔ)言可以描述如下：

矩形面積(RectangleArea);

數(shù)據(jù)抽象：floatlength,width,area;

代碼抽象：voidSetData(floatL,floatW);//輸入長(zhǎng)、寬值

floatComputeArea();

//計(jì)算面積

voidOutputArea();

//輸出面積1.3.2封裝(Encapsulation)

封裝就是把對(duì)象的屬性和操作結(jié)合成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)單位，并盡可能隱蔽對(duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。通過(guò)對(duì)抽象結(jié)果進(jìn)行封裝，將一部分行為作為外部訪問(wèn)的接口與外部發(fā)生聯(lián)系，而將數(shù)據(jù)和其他行為進(jìn)行有效隱藏，就可以達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限的合理控制。

在類(lèi)中，封裝是通過(guò)存取權(quán)限實(shí)現(xiàn)的。例如，將每個(gè)類(lèi)的屬性和操作分為私有的和公有的兩種類(lèi)型，對(duì)象在類(lèi)的外部，只能訪問(wèn)對(duì)象的公有部分，不能直接訪問(wèn)對(duì)象的私有

部分。1.3.3消息(Message)

消息是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中用來(lái)描述對(duì)象之間通信的機(jī)制。一個(gè)消息就是一個(gè)對(duì)象要求另一個(gè)對(duì)象實(shí)施某種操作的一個(gè)請(qǐng)求。

例如，外界與RectangleArea類(lèi)進(jìn)行通信，可以通過(guò)下面的C++?語(yǔ)句來(lái)描述：

//創(chuàng)建一個(gè)Rectangle對(duì)象

RectangleAreaRectangle；

//通過(guò)對(duì)象調(diào)用ComputeArea()函數(shù)

Rectangle.ComputeArea();1.3.4繼承(Inheritance)

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，繼承性是指從已有的對(duì)象類(lèi)型出發(fā)建立一種新的對(duì)象類(lèi)型，使這種新對(duì)象類(lèi)型繼承原對(duì)象的特點(diǎn)和功能，同時(shí)又擁有自己特殊的特點(diǎn)和功能。這種思想是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)對(duì)程序設(shè)計(jì)方法的主要貢獻(xiàn)之一。抽象和封裝是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的初步工作。繼承是一個(gè)對(duì)象可以獲得另一個(gè)對(duì)象的特性的機(jī)制，它支持層次類(lèi)這一概念。1.3.5多態(tài)(Polymorphism)

繼承討論的是類(lèi)與類(lèi)間的層次關(guān)系；多態(tài)則考慮的是這種層次關(guān)系以及類(lèi)自身成員函數(shù)之間的關(guān)系問(wèn)題，用于解決功能與行為的再抽象問(wèn)題。

一個(gè)消息可以產(chǎn)生不同的響應(yīng)效果，這種現(xiàn)象叫做多態(tài)。多態(tài)即“多種形態(tài)”。具體到程序語(yǔ)言，多態(tài)則有以下兩個(gè)含義：

(1)相同的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)可以代表不同類(lèi)型的實(shí)體，即一名多用或重載(Overloading)。

(2)相同的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)可以對(duì)不同類(lèi)型的實(shí)體進(jìn)行操作。下面是兩個(gè)簡(jiǎn)單的C++程序的例子。

【例1-3】

編寫(xiě)程序求兩個(gè)從鍵盤(pán)輸入的整型數(shù)之和。

程序如下：

//功能為求兩個(gè)整型之和

#include<iostream>

usingnamespacestd;

//使用名字空間

voidmain()

//主函數(shù)

{1.4簡(jiǎn)單的C++程序(SimpleC++Programs)

intx,y,z; //int表示定義3個(gè)整型變量

cout<<“pleaseinputtwointnumber:”;

cin>>x>>y; //從鍵盤(pán)輸入兩個(gè)數(shù)

z=x+y;

cout<<“x+y=”<<z<<endl;

//輸出兩個(gè)數(shù)的和

}

執(zhí)行該程序，屏幕上出現(xiàn)如下提示：

pleaseinputtwointnumber:2236↙

輸入兩個(gè)用空格分隔的整型數(shù)后，按回車(chē)鍵，得輸出結(jié)果為

x+y=58

【例1-4】

用一個(gè)子函數(shù)和一個(gè)主函數(shù)編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)例1-3的編程要求。

程序如下：

//利用函數(shù)求兩整數(shù)之和

#include<iostream>//C++的預(yù)編譯命令，其中的

//iostream是C++定義的一個(gè)頭

//文件，用于設(shè)置C++風(fēng)格的I/O環(huán)境

usingnamespacestd;

//使用名字空間

intadd(inta,intb); //函數(shù)原型的聲明

intmain() //主函數(shù)

{

intx,y,sum; //定義三個(gè)整型變量

cout<<“Entertwonumber:”; //提示用戶輸入兩個(gè)數(shù)

cin>>x>>y; //從鍵盤(pán)輸入變量x,y的值

sum=add(x,y);

//調(diào)用函數(shù)add計(jì)算x+y的值并將

//其賦給sum

cout<<"x+y="<<sum<<"\n"; //輸出sum的值

return0;

}intadd(inta,intb) //定義add函數(shù)，函數(shù)值為整型

{

intc;

//定義一個(gè)整型變量

c=a+b;

//計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和

returnc;

//將c的值返回，通過(guò)add帶回調(diào)用處

}編譯運(yùn)行該程序，屏幕上將出現(xiàn)與例1-3相同的提示，當(dāng)輸入兩個(gè)整型數(shù)(22和36)后，按回車(chē)鍵，同樣可得輸出結(jié)果：

?x+y=58

通過(guò)上面的兩個(gè)例子可以看出，一個(gè)簡(jiǎn)單的C++?程序一般都由注釋、編譯預(yù)處理和程序主體等幾部分構(gòu)成。

1．注釋

注釋是程序員為讀者做的說(shuō)明，是提高程序可讀性的一種手段。

2．編譯預(yù)處理

程序中每個(gè)以符號(hào)“#”開(kāi)頭的行稱(chēng)為預(yù)處理行，一般都寫(xiě)在程序的最前面幾行中。

3．使用名字空間

過(guò)去一直使用后綴“.h”標(biāo)識(shí)頭文件，但在前面的兩個(gè)例子中，沒(méi)有使用后綴，原因是新的C++?標(biāo)準(zhǔn)引入了新的標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)庫(kù)的頭文件載入方式，即省略“.h”。

4．程序主體

程序主體由一個(gè)名為main()的主函數(shù)和若干個(gè)子函數(shù)構(gòu)成。子函數(shù)可有，也可以沒(méi)有，但main()函數(shù)不能沒(méi)有，而且只能有一個(gè)。函數(shù)名main全都由小寫(xiě)字母構(gòu)成。在C++程序中所有系統(tǒng)給定的關(guān)鍵字必須都用小寫(xiě)字母拼寫(xiě)，程序中其他名字的大小寫(xiě)是要特別注意的。

一個(gè)函數(shù)是由若干條語(yǔ)句組成的。語(yǔ)句是組成程序的基本單元，而語(yǔ)句由單詞組成，單詞間用空格分隔，單詞又由C++?的字符所組成。C++?程序中的語(yǔ)句必須以分號(hào)結(jié)束。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的語(yǔ)言，用于描述解決問(wèn)題的方法，供計(jì)算機(jī)閱讀和執(zhí)行。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言經(jīng)歷了機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言和面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程。軟件開(kāi)發(fā)方法也經(jīng)歷了面向機(jī)器的方法、面向過(guò)程的方法和面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

C++語(yǔ)言既支持面向過(guò)程，又支持面向?qū)ο?，是目前?yīng)用最廣、最成功的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。本章小結(jié)(ChapterSummary)一、單項(xiàng)選擇題

1．最初的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言是()。

A.機(jī)器語(yǔ)言B.匯編語(yǔ)言C.高級(jí)語(yǔ)言 D.低級(jí)語(yǔ)言

2．下列各種高級(jí)語(yǔ)言中，()不是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言。

A．Java

B．PASCAL

C．C++ D．Delphi習(xí)題1(Exercises1)

3．結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)不包含()。

A.順序B.選擇C.跳轉(zhuǎn) D.循環(huán)

4．()不是面向?qū)ο笙到y(tǒng)所包含的要素。

A．繼承 B．對(duì)象 C．類(lèi) D．重載

5．下列關(guān)于C++?與C語(yǔ)言的關(guān)系描述中，()是錯(cuò)誤的。

A．C++?和C語(yǔ)言都是面向?qū)ο蟮?

B．C語(yǔ)言與C++?是兼容的

C．C++?對(duì)C語(yǔ)言進(jìn)行了一些改進(jìn)

D．C語(yǔ)言是C++?的一個(gè)子集

6．下列()不是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的主要特征。

A.封裝 B.繼承 C.多態(tài) D.結(jié)構(gòu)

7．下列關(guān)于對(duì)象概念的描述中，()是錯(cuò)誤的。

A．對(duì)象就是C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)變量

B．對(duì)象代表著正在創(chuàng)建的系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)體

C．對(duì)象是一個(gè)狀態(tài)和操作(或方法)的封裝體

D．對(duì)象之間的信息傳遞是通過(guò)消息進(jìn)行的

8．下列關(guān)于類(lèi)的概念描述中，()是錯(cuò)誤的。

A．類(lèi)是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)

B．類(lèi)是具有共同行為的若干對(duì)象的統(tǒng)一描述體

C．類(lèi)是創(chuàng)建對(duì)象的樣板

D．類(lèi)就是C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

9．程序必須包含的部分是()。

A.頭文件 B.注釋

C.高級(jí)語(yǔ)言 D.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法

10．C++?對(duì)C語(yǔ)言作了許多改進(jìn)，下列描述中()使C++語(yǔ)言成為面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。

A．增加了一些新的運(yùn)算符

B．允許函數(shù)重載，并允許函數(shù)有默認(rèn)參數(shù)

C．引進(jìn)了類(lèi)和對(duì)象的概念

D．規(guī)定函數(shù)說(shuō)明必須用原型

11．對(duì)象之間的相互作用和通信是通過(guò)消息進(jìn)行的。下列()不是消息的組成部分。

A.接受消息的對(duì)象 B.要執(zhí)行的函數(shù)的名字

C.要執(zhí)行的函數(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) D.函數(shù)需要的參數(shù)二、填空題

1．語(yǔ)言處理程序主要包括______、_______、_______三種。

2．匯編程序的功能是將匯編語(yǔ)言所編寫(xiě)的源程序翻譯成由_________組成的目標(biāo)程序。

3．編譯過(guò)程一般分成5個(gè)階段：________、語(yǔ)法分析、_______、代碼優(yōu)化和目