計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)-精講多練CC++-第3章

計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)_精講多練CC++_第3章匯報人：AA2024-01-14contents目錄程序設(shè)計基本概念C/C語言基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)文件操作與異常處理面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)綜合案例分析與實戰(zhàn)演練01程序設(shè)計基本概念是一組按照特定語法規(guī)則編寫的、能夠被計算機(jī)執(zhí)行的指令序列，用于解決特定問題或完成特定任務(wù)。是解決特定問題或完成特定任務(wù)的一種明確、有限、有效的計算步驟或方法。算法是程序設(shè)計的核心，直接影響程序的效率和質(zhì)量。程序與算法算法程序是編程語言中用于定義數(shù)據(jù)種類的一種抽象概念，它規(guī)定了數(shù)據(jù)的存儲方式、取值范圍以及可以進(jìn)行的操作等。常見的數(shù)據(jù)類型包括整型、浮點型、字符型、布爾型等。數(shù)據(jù)類型是用于存儲數(shù)據(jù)的一種標(biāo)識符，它代表了內(nèi)存中的一個存儲單元。在程序中，可以通過變量名來訪問和操作該存儲單元中的數(shù)據(jù)。變量數(shù)據(jù)類型與變量運算符是用于進(jìn)行各種運算的符號，如算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符等。不同的運算符具有不同的優(yōu)先級和結(jié)合性，需要按照相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行使用。表達(dá)式是由常量、變量、運算符和括號等組成的具有計算功能的語句。表達(dá)式的計算結(jié)果可以賦值給變量，也可以作為其他操作的參數(shù)。運算符與表達(dá)式程序設(shè)計風(fēng)格是指程序員在編寫程序時所采用的書寫習(xí)慣和排版方式，包括縮進(jìn)、空格、注釋等。良好的程序設(shè)計風(fēng)格可以提高程序的可讀性和可維護(hù)性。程序設(shè)計規(guī)范是指在進(jìn)行程序設(shè)計時應(yīng)遵循的一些基本原則和約定，如命名規(guī)范、函數(shù)設(shè)計原則、錯誤處理機(jī)制等。遵循這些規(guī)范可以提高程序的質(zhì)量和可重用性。程序設(shè)計風(fēng)格與規(guī)范02C/C語言基礎(chǔ)C/C語言的歷史與發(fā)展C語言起源于1970年代，由DennisRitchie開發(fā)，用于編寫UNIX操作系統(tǒng)。C是C語言的擴(kuò)展，由BjarneStroustrup于1980年代開發(fā)，增加了面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴/C語言的特點C/C語言具有高效、靈活、可移植性強(qiáng)等特點。它們可以直接訪問內(nèi)存，支持指針操作，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。同時，C還支持面向?qū)ο缶幊蹋梢愿奖愕亟M織和管理代碼。C/C語言的應(yīng)用領(lǐng)域C/C語言廣泛應(yīng)用于操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、游戲開發(fā)、圖形圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。C/C語言概述標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫C/C語言提供了標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫，包括printf、scanf、cout、cin等函數(shù)和對象，用于實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)輸入輸出功能。文件輸入輸出C/C語言支持文件輸入輸出操作，可以使用fopen、fclose、fread、fwrite等函數(shù)進(jìn)行文件的打開、關(guān)閉、讀取和寫入。錯誤處理在進(jìn)行輸入輸出操作時，需要注意錯誤處理，例如檢查文件是否成功打開、讀取數(shù)據(jù)是否成功等?；据斎胼敵龊瘮?shù)順序結(jié)構(gòu)是最簡單的控制結(jié)構(gòu)，按照代碼的先后順序依次執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷的結(jié)果選擇不同的執(zhí)行路徑，包括if語句和switch語句。選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足某個條件為止。C/C語言提供了for循環(huán)、while循環(huán)和do-while循環(huán)三種循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)可以嵌套使用，實現(xiàn)更復(fù)雜的程序邏輯?？刂平Y(jié)構(gòu)的嵌套控制結(jié)構(gòu)函數(shù)與模塊化設(shè)計函數(shù)定義與調(diào)用函數(shù)是一段可重用的代碼塊，用于實現(xiàn)特定的功能。在C/C語言中，可以使用函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用的方式實現(xiàn)代碼的模塊化。函數(shù)參數(shù)與返回值函數(shù)可以接受參數(shù)并返回結(jié)果。通過函數(shù)參數(shù)和返回值，可以實現(xiàn)函數(shù)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。局部變量與全局變量在函數(shù)中定義的變量稱為局部變量，只在函數(shù)內(nèi)部有效。在函數(shù)外部定義的變量稱為全局變量，可以在整個程序中訪問。模塊化設(shè)計的優(yōu)點模塊化設(shè)計可以提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和可重用性。通過將功能劃分為不同的模塊，可以降低代碼的復(fù)雜性，提高開發(fā)效率。03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)數(shù)組是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲相同類型的元素。在C中，可以通過指定元素類型和數(shù)組大小來定義數(shù)組，并進(jìn)行初始化。數(shù)組定義與初始化字符串是一種特殊的數(shù)組，用于存儲字符序列。C標(biāo)準(zhǔn)庫提供了豐富的字符串操作函數(shù)，如連接、比較、查找、替換等。字符串操作常見的字符串處理算法包括KMP算法、Boyer-Moore算法等，用于實現(xiàn)高效的字符串匹配和搜索。字符串處理算法數(shù)組與字符串指針概念與操作引用概念與使用指針與數(shù)組關(guān)系指針與引用指針是一種特殊的變量，用于存儲內(nèi)存地址。通過指針可以間接訪問和操作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。C中提供了指針的聲明、賦值、解引用等操作。引用是已存在變量的別名，與原變量共享同一塊內(nèi)存地址。使用引用可以避免數(shù)據(jù)的拷貝，提高程序效率。指針與數(shù)組密切相關(guān)，數(shù)組名可以隱式轉(zhuǎn)換為指向數(shù)組首元素的指針。通過指針可以遍歷和操作數(shù)組中的元素。結(jié)構(gòu)體是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，可以包含多個不同類型的成員變量。在C中，可以通過struct關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)體，并進(jìn)行初始化。結(jié)構(gòu)體定義與初始化聯(lián)合體是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，允許在相同的內(nèi)存位置存儲不同的數(shù)據(jù)類型。使用聯(lián)合體可以節(jié)省內(nèi)存空間，但需要注意數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換和訪問。聯(lián)合體概念與使用結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的主要區(qū)別在于內(nèi)存分配方式。結(jié)構(gòu)體為每個成員變量分配獨立的內(nèi)存空間，而聯(lián)合體則共享同一塊內(nèi)存空間。結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體的區(qū)別結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體排序算法常見的排序算法包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、快速排序等。這些算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度各不相同，需要根據(jù)實際需求選擇合適的算法。查找算法查找算法用于在數(shù)據(jù)集合中查找指定元素。常見的查找算法包括線性查找、二分查找等。線性查找適用于無序集合，而二分查找適用于有序集合。圖論算法圖論算法是解決圖相關(guān)問題的有效方法。常見的圖論算法包括深度優(yōu)先搜索（DFS）、廣度優(yōu)先搜索（BFS）、最短路徑算法（如Dijkstra算法）等。這些算法可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)路由、社交網(wǎng)絡(luò)分析等領(lǐng)域。010203常用算法及實現(xiàn)04文件操作與異常處理文件操作概念文件操作是指通過編程語言對計算機(jī)中的文件進(jìn)行創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉等操作。文件類型根據(jù)數(shù)據(jù)的組織形式，文件可分為文本文件和二進(jìn)制文件。文件指針文件指針是一個指向文件的指針變量，通過文件指針可以訪問文件中的數(shù)據(jù)。文件操作概述在讀寫文件之前，需要先打開文件，可以使用編程語言提供的文件操作函數(shù)或類來打開文件。打開文件讀取文件寫入文件關(guān)閉文件讀取文件是指從文件中讀取數(shù)據(jù)，可以使用相應(yīng)的讀取函數(shù)或操作符來實現(xiàn)。寫入文件是指向文件中寫入數(shù)據(jù)，可以使用相應(yīng)的寫入函數(shù)或操作符來實現(xiàn)。在完成對文件的讀寫操作后，需要關(guān)閉文件以釋放資源。文件讀寫操作異常處理異常處理是指當(dāng)異常發(fā)生時，程序能夠捕獲異常并執(zhí)行相應(yīng)的處理代碼，以保證程序的穩(wěn)定性和可靠性。異常類型根據(jù)異常的性質(zhì)和來源，異常可分為系統(tǒng)異常、自定義異常等。異常概念異常是指在程序運行過程中發(fā)生的非正常事件，如除以零、數(shù)組越界等。異常處理機(jī)制錯誤預(yù)防錯誤檢測錯誤處理錯誤恢復(fù)錯誤處理策略通過編程規(guī)范、代碼審查等手段預(yù)防錯誤的發(fā)生。通過異常處理機(jī)制、日志記錄等手段處理錯誤，保證程序的穩(wěn)定性和可靠性。通過單元測試、集成測試等手段檢測錯誤的存在。通過備份恢復(fù)、容錯機(jī)制等手段恢復(fù)程序運行，減少錯誤對程序的影響。05面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（Object-OrientedProgramming，OOP）是一種編程范式或編程風(fēng)格，它以類或?qū)ο鬄樵O(shè)計核心，將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的方法結(jié)合在一起，以提高軟件的可重用性、靈活性和可維護(hù)性。OOP的主要概念包括類、對象、封裝、繼承、多態(tài)等。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述類與對象定義及訪問控制類（Class）是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基礎(chǔ)，它是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，用于描述具有相同屬性和方法的對象的集合。類定義了對象的結(jié)構(gòu)和行為。02對象（Object）是類的實例，它具有類所描述的屬性和方法。對象是程序運行時的實體，可以與其他對象進(jìn)行交互。03訪問控制（AccessControl）是指對類中的屬性和方法進(jìn)行訪問權(quán)限的控制，包括公有（public）、私有（private）、保護(hù)（protected）等訪問級別。01繼承（Inheritance）是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中的一個重要特性，它允許一個新類繼承已有類的屬性和方法，從而實現(xiàn)代碼的復(fù)用和擴(kuò)展。多態(tài)（Polymorphism）是指允許使用父類類型的指針或引用來引用子類的對象，并在運行時根據(jù)實際對象的類型來調(diào)用相應(yīng)的方法。多態(tài)是實現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計靈活性的關(guān)鍵。封裝（Encapsulation）是指將對象的屬性和方法封裝在類中，隱藏內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)，只對外提供必要的接口。封裝可以提高軟件的可維護(hù)性和安全性。繼承、多態(tài)和封裝等特性介紹設(shè)計模式（DesignPattern）是在軟件設(shè)計中經(jīng)常遇到的一些問題的解決方案。它描述了在特定環(huán)境下如何設(shè)計優(yōu)雅的解決方案。常見的設(shè)計模式包括單例模式、工廠模式、觀察者模式、策略模式等。使用設(shè)計模式可以提高軟件的可重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，降低軟件開發(fā)的復(fù)雜度。常用設(shè)計模式簡介06綜合案例分析與實戰(zhàn)演練案例一：簡單計算器設(shè)計實現(xiàn)確定計算器應(yīng)具備的基本功能，如加、減、乘、除等。采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，定義計算器類，并實現(xiàn)相應(yīng)的運算方法。編寫代碼實現(xiàn)計算器類及其方法，創(chuàng)建對象進(jìn)行測試。增加高級運算功能，如求平方、開方、階乘等。需求分析設(shè)計思路實現(xiàn)過程拓展功能確定系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，如添加、刪除、修改、查詢學(xué)生信息等。需求分析采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，定義學(xué)生類和管理系統(tǒng)類，并實現(xiàn)相應(yīng)的操作方法。設(shè)計思路編寫代碼實現(xiàn)學(xué)生類和管理系統(tǒng)類及其方法，創(chuàng)建對象進(jìn)行測試。實現(xiàn)過程增加排序、統(tǒng)計等高級功能，提高系統(tǒng)的實用性。拓展功能案例二：學(xué)生信息管理系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)需求分析確定游戲的基本規(guī)則，如蛇的移動、食物的生成、游戲結(jié)束條件等。設(shè)計思路采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，定義蛇類、食物類和游戲類，并實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯處理。實現(xiàn)過程編寫代碼