南開大學C++課件 第 1章 緒論

1、高級語言程序設(shè)計2-1 http:/cpp/index.asp ！1高級語言程序設(shè)計 課程簡介：學習一門必須熟練掌握的、用來與計算機進行“溝通”、指揮計算機為我們做事情的程序設(shè)計語言，是其他多門必修課程的前導課程。該學期主要學習C+語言非面向?qū)ο蟛糠值膬?nèi)容，其中包括表達式、各種語句、分支與循環(huán)處理、數(shù)組與結(jié)構(gòu)、函數(shù)及其應(yīng)用等。本課程非常重要！一定要下功夫?qū)W好！2課時安排 本學期：每周上課3課時，上機4課時。 總成績100分 平時成績 上機實踐成績期末筆試成績。此外, 還有分組游戲加分 （下學期：高級語言程序設(shè)計2-2，每周上課2課時，上機4課時）3教學用書及參考書 教學用書：高等教育出版社，高

2、級語言C+程序設(shè)計，劉璟 周玉龍編著，高級語言 C+程序設(shè)計實驗指導周玉龍,高教出版社，2006，十五國家重點教材 4參考書 （1）清華大學出版社，C+程序設(shè)計教程，錢能 主編，（p1-468，39.5元）。（2）電子工業(yè)出版社，C+語言程序設(shè)計，呂風翥 編著，（p1-415，33元）。 （3）高等教育出版社，高級語言C+程序設(shè)計編程范例與精解，周玉龍 劉璟 編著，（p1-561，39元，2003年4月第1版）。 （4）南開大學出版社，C+實用編程技術(shù)百例精編與妙解，周玉龍編著，（p1-461，41元，2004年1月第1版）。 (5)c+編程習題與解答,John Hubbard,機械工業(yè)出版社

3、5第 1章 緒論 1.0 計算機基礎(chǔ)知識（補充） 1.1 程序設(shè)計與程序設(shè)計語言 1.2 C+語言概述 1.3 本書的宗旨和內(nèi)容安排610 計算機基礎(chǔ)知識（補充） 101 計算機組成（硬件） 102 數(shù)的進制（二進制、八進制、十六進制）103 不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換104 存儲器單元與機器指令7101 計算機組成（硬件，Hardware） 1存儲器（RAM Random Access Memory）：存儲程序指令和數(shù)據(jù)。 2中央處理器（CPU Central Processing Unit）：又可細分為控制器（CU）和運算器（ALU），即，CPU = CU + ALU。 3輸入輸出設(shè)備（I/O In

4、put / Output）：也稱外部設(shè)備，負責對數(shù)據(jù)和程序進行輸入與輸出。8CPU Intel : p4系列多內(nèi)核 AMD : 64位系列 PowerPC :IBM , Sony PS , MS Xbox VIA: 嵌入式 臺灣 龍芯: 嵌入式 科學院 9三級存儲器 1 CPU L1 L2 Cache 2 內(nèi)存: KingMax KingStone ,現(xiàn)代,三星 3 外存: 硬盤,軟盤,U盤, 光盤,磁帶 硬盤 邁拓,Seagate,昆騰,日立(IBM),三星,東芝 10I/O 顯示器, 鍵盤 鼠標 掃描儀 手寫板 ,打印機 多媒體設(shè)備 11附注： （1）控制器（CU Control Unit

5、）：控制和協(xié)調(diào)各個部件正常運行。 （2）運算器（ALU Arithmetic Logic Unit）：進行算術(shù)和邏輯運算。另外：相對應(yīng)的計算機軟件（Software）包括系統(tǒng)軟件（如，操作系統(tǒng)、編譯程序等）和應(yīng)用軟件。硬件 - “看得見，摸得著”；軟件 - “看不見，摸不著”。 12附注： 硬件OS應(yīng)用軟件13102 數(shù)的進制（二進制、八進制、十六進制） 1二進制數(shù)（逢 2 進 1） 計算機是用二進制語言來進行計算的(0/1)。據(jù)說數(shù)學家萊布尼茲的受了八卦圖的啟發(fā)，才發(fā)明了二進制。最早二進制思想來自周易: 太極生兩儀;兩儀剩四象,四象生八卦.14102 數(shù)的進制（二進制、八進制、十六進制） 1

6、二進制數(shù)（逢 2 進 1） 每個二進制數(shù)位（Bit）只有 0 和 1。每位的權(quán)（weight）從右往左依次為：2n（n = 0，1，2，3 ）。 例如,具有4位的二進制數(shù)1011（2）:1011（2） = 123 + 022 + 121 + 120 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11（10）。 最小的具有4位的二進制數(shù)為0，而最大的4位二進制數(shù)為15。15 與具有4位的十進制數(shù)1011進行比對： 1011 = 1103 + 0102 + 1101 + 1100 = 1000 + 0 + 10 + 1 = 1011。十進制數(shù)52160： 52160 = 5104 + 2103 + 1102

7、 + 6101 + 0100。 162八進制數(shù)（逢 8 進 1） 每位只能夠出現(xiàn)：0、1、2、7。 每位的權(quán)（weight）從右往左依次為：8n（n = 0，1，2，3 ）。 例如,具有4位的八進制數(shù)1011（8）:1011（8） = 183 + 082 + 181 + 180 = 512 + 0 + 8 + 1 = 521（10）。 17 3十六進制數(shù)（逢 16 進 1） 每位只能夠出現(xiàn)：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F。 每位的權(quán)（weight）從右往左依次為：16n（n = 0，1，2，3 ）。 例如，具有4位的十六進制數(shù)1011（16）： 1011（16） = 1163 + 01

8、62 + 1161 + 1160 = 4096 + 0 + 16 + 1 = 4113（10）。 18注意：4個Bit位恰好表示 0 F，共16個狀態(tài)： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，相當于十六進制數(shù)的一個位；而3個Bit位可表示 0 7，共8個狀態(tài)，相當于八進制數(shù)的一個位。19103 不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1二進制、八進制、十六進制數(shù)化為十進制 轉(zhuǎn)換方法：各數(shù)位值乘以該位的權(quán)值（2n、8n、16n），而后累加到一起。 20 2十進制數(shù)化為二進制除二求余法（“逐次除以2，倒著排余數(shù)”）舉例：19（10） = ？（2）19 2 = 9 1 （第一個余數(shù)）9 2 = 4

9、 1 （第二個余數(shù)）4 2 = 2 0 2 2 = 1 0 1 2 = 0 1 （最后一個余數(shù)）所以：19（10）= 10011（2）21常用做法 22 3八進制與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 上面提到過：3個Bit位可表示 0 7，共8個狀態(tài)，相當于八進制數(shù)的一個位。 八化二：“一位化三位，按序連一起”。527（8）= (101)(010)(111) = 101010111（2） 二化八：“三位化一位，按序連一起”。101010111（2）= (101)(010)(111) = 527234十六進制與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 上面提到過：4個Bit位恰好表示 0 F，共16個狀態(tài)： 0、1、2、9、A、B、

10、C、D、E、F，相當于十六進制數(shù)的一個位。 十六化二：“一位化四位，按序連一起”。9F2(16) =(1001)(1111)(0010) =100111110010(2) 二化十六：“四位化一位，按序連一起”。100111110010(2) =(1001)(1111)(0010) =9F2(16) 245十進制轉(zhuǎn)換為R進制（“逐次除以R，倒著排余數(shù)”） 例1： 4805（10） ？（16）4805（10） 12C5（16） 注：也可先“十化二”，而后再“四位化一位”。 例2：4019（10） ？（8）4019（10） 7663（8） 注：也可先“十化二”，而后再“三位化一位”。25 104 存

11、儲器單元與機器指令1字節(jié)（Byte） 8 個二進制數(shù)位（8 Bit）定為 1 個字節(jié)。 1 個字節(jié)可以表示十進制數(shù) 0 255。 可表示的最大數(shù)：11111111（2） 255（10）。 26數(shù)據(jù)和指令均使用字節(jié)（序列）來存儲 計算機只認二進制數(shù)（以二進制形式存儲的代碼或數(shù)據(jù)）。就是說，在計算機中，數(shù)據(jù)和指令均使用字節(jié)（序列）來存儲。 不同的計算機系統(tǒng)、不同類型的數(shù)據(jù)、或不同的指令所使用的字節(jié)數(shù)以及表達形式可能互不相同。 27 2存儲器單元（也稱存儲單元） 存儲單元：按字節(jié)安排。 存儲地址：順序號，為每個存儲單元指定一個序碼（號碼）。283機器指令 計算機設(shè)計者把計算機可以完成的動作編輯成一個

12、機器指令表，并為每種動作賦予一個二進制代碼，通常由指令碼（操作碼）和內(nèi)存地址（操作數(shù)）來構(gòu)成。通過機器指令來編寫的程序稱為機器語言程序。 29機器語言程序示例 例如，使用“機器語言”編出的做一次加法“TOTAL = PRICE + TAX”的程序為： 156C / 取6C內(nèi)容送寄存器5 166D / 取6D內(nèi)容送寄存器65056 / 把二值相加，結(jié)果送寄存器0 306E / 把寄存器0中的結(jié)果送地址6E C000 / 停機304、內(nèi)存中機器指令的執(zhí)行 計算：5+15=？ （1）將0010H存儲單元的數(shù)據(jù)（5）取出，存放在ALU。 （2）將0011H存儲單元的數(shù)據(jù)（15）取出，與 ALU 的數(shù)據(jù)

13、相加，運算結(jié)果存放在ALU。 （3）將 ALU 中的數(shù)據(jù)（20）存放到0012H存儲單元。 （4）停止執(zhí)行 計算機依賴機器指令運行，機器指令以及各種被處理的數(shù)據(jù)都以二進制形式存儲。31 1.1 程序設(shè)計與程序設(shè)計語言1.1.1 計算機與程序設(shè)計語言1.1.2 程序設(shè)計語言1.1.3 程序設(shè)計方法學的發(fā)展1.1.4 程序設(shè)計范型1.1.5 程序設(shè)計的4個層次321.1.1 計算機與程序設(shè)計語言 計算機也許是廿世紀人類帶給廿一世紀的最有價值的禮物，是人類文明歷史上最偉大的發(fā)明之一 。程序(軟件)是計算機的必要組成部分。計算機首先要求人們不斷地在程序設(shè)計上付出大量的創(chuàng)造性勞動，然后才能享受到它的服務(wù)

14、。 程序設(shè)計是一件工作量永無止境，極其困難復雜而又富有魅力和創(chuàng)造樂趣的工作。 331.1.2 程序設(shè)計語言 1 計算機指令系統(tǒng)（機器語言） 2 低級編程語言（匯編語言） 3 高級程序設(shè)計語言34低級語言：機器語言與匯編語言 計算機剛問世時，它的“能耐”還比較小，只能“看懂”或“理解”程序員用原始的機器指令書寫的所謂機器語言程序。 匯編語言將機器指令映射為一些易于看懂、易于記憶的助記符，如ADD，SUB，MOV等。但若要運行(執(zhí)行)用匯編語言寫成的源程序時，必須先運行一個叫做匯編程序系統(tǒng)(Assembler)的軟件，由它首先把匯編語言源程序轉(zhuǎn)換為具有相同功能的機器指令程序，然后再運行機器指令程序

15、，得到所需的結(jié)果。 35 高級語言 之所以稱其為高級語言，是相對于機器語言與匯編語言來說，編程人員對它們的理解、記憶以及使用都要容易的多。高級語言屏蔽了諸多的機器細節(jié)問題，提高了語言的抽象層次，更加接近于人們的思維方式以及自然語言。 應(yīng)用較廣泛的幾種高級語言是：FORTRAN、ALGOL、COBOL、BASIC、PASCAL、C、LISP、PROLOG， C+，C#， Java等。36編譯程序系統(tǒng)(Compiler)的作用 與對待匯編語言源程序相同，用高級語言寫成的源程序也不能被計算機去直接執(zhí)行，也必須先運行一個叫做編譯程序系統(tǒng)(Compiler)的軟件，由它首先把高級語言源程序編譯轉(zhuǎn)換為目標

16、程序，然后再經(jīng)過連接而成為具有相同功能的可執(zhí)行程序(機器指令程序)，最后再運行該可執(zhí)行程序(機器指令程序)，方可得到所需的結(jié)果。37 1.1.3 程序設(shè)計方法學的發(fā)展 1 程序設(shè)計技術(shù)的初級階段 2 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計階段 3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計階段 38 1.1.3 程序設(shè)計方法學的發(fā)展 1 程序設(shè)計技術(shù)的初級階段 2 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計階段 3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計階段 39 1 程序設(shè)計技術(shù)的初級階段 計算機誕生，von Neumann 模式形成，低級語言編程是主要開發(fā)形式。 第一代高級語言（以 FORTRAN 和ALGOL60 為代表）誕生，從低級語言編程轉(zhuǎn)向高級語言編程，可以說是計算機“生產(chǎn)力”的一次

17、解放。這個時期的程序設(shè)計技術(shù)重視程序設(shè)計技巧，注意節(jié)省內(nèi)存和目標代碼的效率。高級語言的出現(xiàn)使得程序設(shè)計的難度降低，導致了計算機應(yīng)用在五六十年代的發(fā)展進入新的階段。60年代，以大規(guī)模程序頻頻出錯(例如1962年，因軟件出錯導致美國金星探測器水手號衛(wèi)星發(fā)射失敗)為特征的“軟件危機”發(fā)生，引起關(guān)于“Goto語句”的辯論。 40 2 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計階段 以Pascal 語言和C語言為代表，強調(diào)數(shù)據(jù)類型、程序結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計的目標把可靠性、可維護性的要求放在了比高效率更重要的位置上 結(jié)構(gòu)程序設(shè)計思想的要點是：注意程序的可讀性 采用自頂向下、逐步求精的設(shè)計方法 盡可能地使程序運行的動態(tài)結(jié)構(gòu)與程序書寫的靜態(tài)結(jié)構(gòu)

18、相對地比較一致 嚴格區(qū)分數(shù)據(jù)類型 面向過程的SP結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法存在著一個主要缺點：數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的操作過程(處理函數(shù))是相互獨立的實體，當數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變時，所有相關(guān)的處理過程(函數(shù))都要進行相應(yīng)的修改，從而使程序的可重用性明顯變差。41 3 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計階段 80年代，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計逐漸從理論轉(zhuǎn)向?qū)嵺`，以Smalltalk，C+等語言為代表，程序設(shè)計理論步入成熟期。A.Kay 研制了Smalltalk 語言，B.Stroustrup 則開發(fā)了C+ 語言 . OOP 方法在90年代的盛行主要有兩個基本的原因：其一是 OOP 方法從思想上與SP 方法相比是抓住了軟件開發(fā)的本質(zhì)和規(guī)律 其二就

19、是計算機所要解決的問題越來越重要，越來越復雜。 OOP 技術(shù)之所以能適應(yīng)今天軟件產(chǎn)業(yè)的需要，是因為它比較好地解決了軟件模塊化、信息隱蔽和抽象的目標。 42目前常用的面向?qū)ο笳Z言 目前，應(yīng)用最廣的面向?qū)ο笳Z言是在C語言基礎(chǔ)上擴充出來的C+語言，而科研前沿目前用的最多的要屬Microsoft公司的Visual C+ 6.0（簡稱VC6.0），它是基于Windows窗口規(guī)范的一個C+的具體實現(xiàn)版本。 其它面向?qū)ο蟮木幊陶Z言還有Smalltalk語言、Simula67語言、以及LISP家族的面向?qū)ο笳Z言,JAVA, C#等。 43 OOP程序設(shè)計方法的特點 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計是要彌補面向過程的SP結(jié)構(gòu)化

20、程序設(shè)計方法的缺點，它將數(shù)據(jù)以及對這些數(shù)據(jù)進行操作的方法(處理過程)放在一起，形成一個相互依存、不可分離的整體 - 對象。通過對事物的抽象找出同一類對象的共同屬性(靜態(tài)特征)和行為(動態(tài)特征)，從而形成類。類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法中的程序主體，即是說，程序結(jié)構(gòu)將劃分為若干類的基本模塊，類中的大多數(shù)數(shù)據(jù)只能用本類的方法進行處理，以保障程序模塊的獨立性以及數(shù)據(jù)的安全性。類通過一個簡單的公共對外接口與外界發(fā)生聯(lián)系，對象與對象之間通過消息進行通訊。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的三大特征是：封裝性、繼承性、多態(tài)性。 44 C+語言對面向?qū)ο蠓椒ǖ闹С?C+語言是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，它對面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方

21、法進行了較全面的支持。 1. 支持數(shù)據(jù)封裝 C+語言中的類(class)是支持數(shù)據(jù)封裝的工具。通過類(class)類型對所要處理的問題進行抽象描述，從而將邏輯上相關(guān)的數(shù)據(jù)與函數(shù)進行封裝。45 2. 支持繼承性 C+語言允許單繼承和多繼承。所謂多繼承，就是從多個父類(基類)那兒繼承屬性和行為特征。另外，如有必要，派生類還可以生成它自己的派生類。即是說，根據(jù)需要，類之間可形成多層次的派生以及繼承關(guān)系。 3. 支持多態(tài)性 允許對函數(shù)和運算符進行重載體現(xiàn)出一種多態(tài)性。通過在基類及其派生類間對虛函數(shù)進行使用體現(xiàn)出另一種多態(tài)性。 46 1.1.4 程序設(shè)計的范型1 命令型程序設(shè)計 2 OOP程序設(shè)計 3 函數(shù)性程序設(shè)計 4 邏輯性程序設(shè)計47 1.1.5 程序設(shè)計的4個層次1 算法的設(shè)計與分析 2 程序設(shè)計方法學 3 程序設(shè)計語言 4 程序設(shè)計環(huán)境與工具48 1.2 C+語言概述1.2.1 為什么選擇C+語言 1.2.2 C+語言簡史 1.2.3 C+語言的特點49 1.2.1 為什么選擇C+語言 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計正在逐漸