C++ 程序设计课程介绍

 

 我在大学所学东西，在这倾我所有。简单说是我在大学的课件。也可以说是一个很实用的菜鸟入门课程。课程是IBM教程。§

  

课程介绍

使用书籍

• IBM C、C++
• Accelerated C++

       Practical Programming by Example – Andre Koenig, Barbara I. Moo

• 其他编程工具书，在深入编程后逐步介绍

课程目的和要求

• 了解程序设计的一般方法
• 掌握编程语言基础
• 了解面向对象编程的基本概念
• 培养基础编码能力和逻辑思维能力

第一讲 C&C++编程介绍

内容安排

 

• C,C++语言及其他编程语言的介绍
• 程序设计工具
• C 语言编程简介
  
  

程序语言的发展过程

• 0和1。二进制是计算机唯一能识别的和执行的语言
• 汇编程序语言。符号化的机器语言，用专门的翻译工具把符号翻译成机器语言
• 高级程序设计语言。 接近自然语言和数学表达式。 常用的语言有：Basic,C,C++,Pascal,Java等等，需要翻译成计算机能够识别的机器语言。
• 面向过程的语言(4GL)。只说明要完成一项任务，而不用说名怎样去做。如SQL

指令：指示不同的对象去完成同一件任务，需要发出不同的指令

程序：一序列的计算机指令，指示计算机去完成一项工作。如：

• 输入X
• 输入Y
• 计算X+Y
• 输出计算结果

程序语言：程序采用的语言。如：

• 机器语言 0，1
• 汇编语言：
• C，Pascal，C++, JAVA, VB.NET ,C#
• SQL

程序设计工具的作用

• 编译（compile）——将程序翻译成机器语言
• 查错——检查程序中的拼写错误和语法 错误
• 可视化编程——所见即所得的控件编程

 

主要内容：

1. 简介

计算机主要用于解决大量的计算性问题－－问题繁简不一：

• 简单问题：计算一系列数的平均值

                     计算一定本金的利息收入

• 复杂问题：如，对联立微分方程求解

                            计算矩阵的乘积

                            统计词典中某一词汇的出现频率

              包括：辨别个人的指纹或声音

                     模拟一场战争演习的状况

                     下一局高水平的国际象棋

• 计算机的功能极为强大，它可以同时执行好几个任务。
• 然而事实上，它仍只是一台机器，没有思考的能力。它只能实现由用户或程序交给它的命令。
• 程序员不能给计算机性质不明的命令。所以所有命令都应明确且详细定义过。
• 算法的概念便应运而生了。

2. 算法

• 波斯数学家Abu Jafar Mohammed Ibn Musa Al Khwarizmi 在公元二世纪开发出这一方法并验证其有效；
• 法国人了解此方法后，将之命名为AlKhwarizmi 或 algorism；
• 这个词演化为algorithm，即我们今天所称之算法。

2.1. 算法示例

示例 1.1

假设有三个数字A、B 和C，我们要找出较大的那个：

 S1：获取这三个数字A、B 和C。

 S2：如果A>B 为真，则A 是较大的数字。

                     否则较大的数字是B。

 S3：如果第二步中找出的较大数字小于C，则                    现在较大的数字是C。

                     否则，仍是第二步中获得的较大数字

示例 1.2

              假设我们要判断所给的整数是不是素

数。一个非负的整数如果不可被除 1 和它自

身以外的数除尽即为素数。因此，要判断给

定的整数 n 是否是素数，我们需要检查 n 是

否可以被 1 到 n 之间的某一整数整除。解决

此问题的算法如下：

S1：通过输入获取整数 n。

S2：检查它是否可以被变量 j 整除，j 的值在 2 到 n-1 之间。

S3：如果 n 可以被 j (2 <= j < n-1) 整除，那么整数 n 不是素数，否则 n 是素数。

示例 1.3

假设我们要计算二次方程 ax2 + bx + c = 0 的

根，其中系数 a、b 和 c 是输入值。算法：

       S1： 通过输入获取系数 a、b 和 c 的值。

       S2：计算判别式 discriminant = b2 – 4ac。

       S3：如果判别式 discriminant < 0，根为虚数。运算结束。

       S4： 如果判别式 discriminant = 0，则两根相等，root1 = root2 = -b/2a。运算结束。

       S5：否则，根为 –b + sqrt (discriminant)/2a 和 –b - sqrt (discriminant)/2a。

示例 1.4

假设我们要统计元音字母（A、E、I、O、U）在一个文本文件中出现的次数。解决这一问题的过程极为简单。每次从文本中抽取一个字符并检查它是否为元音字母。如果它是，那么将之计入特定元音的数量中，否则忽略这个字符。重复此操作，检查文本中的所有字母。这一过程的算法如下：

S1：将 CounterA、CounterE、CounterI、 CounterO 和 CounterU 的值设为0。

S2：读取文本中的第一个字符。

S3：重复下列子布骤直到读至文本的末尾：

              如果字符 = A 或 a，CounterA 的值加1。

              如果字符 = E 或 e，CounterE 的值加1。

              如果字符 = I 或 i，CounterI 的值加1。

              如果字符 = O 或 o，CounterO 的值加1。

              如果字符 = U 或 u，CounterU 的值加1。

              否则，略过字符。

              读取下一个字符。

S4：显示 CounterA、CounterE、CounterI、    CounterO 和 CounterU 的值。

算法示例总结

上述示例演示的算法包括：算术计算、检验两个数值是否相等、有选择地执行一系列步骤以及根据条件重复定义好的一系列步骤。我们现在开始学习算法的种类。

 

3. 算法的种类

算法可宽泛地分为三类：

• 有限的，确定性算法

• 有限的，非确定性算法

• 无穷算法

 

3.1. 有限的、确定性算法

这类算法在有限的一段时间内终止。它们可能要花很长时间来执行指定的任务，但仍将在一定的时间内终止。这类算法得出的结果常取决于输入。换言之，只要知道输入值，我们就能得出确切的结果。我们在现实生活中遇到的大多数算法都属于这一类。求二次方程的根、找出 1 到 1000000 之间的所有素数和求方阵的逆矩阵都属于有限的确

定性算法。

3.2. 有限的、非确定性算法

这类算法在有限的一段时间内终止。然而，对于一个（或一些）给定的输入，算法的结果并不是唯一的或确定的。

 

例如生成一个随机数的算法。在数学上有一种经过证明的方法，叫做乘法同余生成法（multiplicative congruential generator ）， 通过如下形式的函数实现：Xi = (aXi-1) mod m，其中 a 和 m 为遵循一定规则的常数。所涉及的算法为非确定性算法，因为通过该算法获得的结果每每不同。可是，这正达到了该算法的目的，即生成随机数。

3.3. 无穷算法

是那些由于没有定义终止条件，或定义的条件无法由输入的数据满足而不终止运行的算法。

• 通常，无穷算法的产生是由于未能正确定义终止条件。
• 用途：

       1、监控一个核反应堆的温度（只要反应堆还在工作，这个任务就该持续运作）。此任务会一直运行，直至有一个外部刺激因素使之停止。

       2、列举无穷小数pi 的所有位。计算 pi 将会得出一个无穷小数。这个算法在数学运算中是极为有用的。

 

4. 计算机基本组成

• 《导论》已介绍，在此仅复习带过
• 计算机是一种电子设备，它使用算法帮助解决计算问题。
• 一个现代的计算机系统由处理器、存储器、输入／输出设备的互连系统组成

 

5. 什么是计算机程序？

• 是以一种适合计算机使用的语言表达出来的算法
• 由一系列经明确定义的无歧义的指令组成。

 例：一个计算两数相除的程序，由一系列指导计算机如何计算除法的指令组成。输入这两个数后，计算机就会在这个程序的帮助下执行这些指令并得出结果。

• 开发来解决特定的问题的程序称为软件。
• 计算机程序有许多种。一些计算机程序用于协助控制计算机系统的运作并优化资源的使用。它们被称为系统程序， 编写这些程序的人被称为系统程序员。
• 还有一些程序，专门为一个特定的问题或一系列相关的问题提供解决方案。这些程序称为应用程序。大多数计算机程序都属于此类。
• 应用程序的涵盖范围很广，从计算阶乘的简单程序到解算复杂的差分方程体系的程序、下国际象棋的程序等都在其列。
• 计算机程序都是用特定的计算机编程语言写成的。

 

6. 为什么我们需要编程语言?

• 一个算法必须可为计算机理解。一个程序通过一系列指令来达到这个目的。因此，程序里的指令必须清晰，定义明确而无歧义。
• 自然语言（例如英语）的语法过于丰富。语义对于开发者、学习者和使用者而言过于复杂。
• 为了保证沟通的清晰与明确编程语言必须毫无歧义。

由此，我们需要一种语法简单，语义精确，性质明

确的计算机编程语言。

6.1. 编程语言的级别

编程语言有不同的层次:

• 机器语言
• 汇编语言
• 高级语言
• 面向对象编程语言
• 过程化语言

6.1.1. 机器语言

• 最基础级别，计算机二进制数处理。
• 用二进制形式编写的指令称为机器语言。 机器语言将一系列命令以二进制形式（0 和 1 的字符串）传递给计算机。
• 计算机的电路可以直接以二进制方式执行这些指令。

6.1.2. 汇编语言

• 机器语言: 对计算机 è 极为方便

                      对人类     è 乏味冗长

       表示相加，使用符号“add”

                     比 1000101001010100 更适合人类 。

       同样，符号“sub”代表减（subtract），“mul”代表乘（multiply）。

• 汇编语言对每个机器语言指令都有对应的符号（或助记符）。
• 缺点：使用非常简单的指令（例如 add、sub、mul、move 等等）编写程序比较麻烦。

6.2.3. 高级语言

• 比机器语言或汇编语言更简单
• 指令集更接近自然语言，被广泛使用
• 语法和语义通过对指令进行明确定义
• 已有约有数百种高级语言被开发。其流行程度不一。大多数高级语言都是通用语言，例如 C、Pascal、FORTRAN、C++、Java 等等。用于编写各种应用程序。
• 高级语言分面向对象编程语言＆过程化语言 两类

 

6.1.4 面向对象编程语言

• 面向对象软件主要针对对象
• 对象是一个“设备”，它接收并发送消息
• 对象实际上包含

              ※ 代码（一系列计算机指令）和

              ※ 数据（指令要处理的信息）

       通常，代码和数据分开；

       然而，在一个面向对象编程语言中，代码和数据

       被融为一个对象

• 流行的面向对象编程语言包括 C++ 和 Java。

 

6.1.5 过程化语言：

• 使用这种语言，编程者必须给计算机一系列必须遵循的步骤，以获
• 得所需的输出。流行的过程化语言包括 Basic、Pascal 和 C。

 

 

 

7. 编译器

编译器是一种将输入的高级语言（例如 C）翻译为一系列计算机机器语言的指令的计算机程序。

 

 

8．程序设计工具和程序语言的关系

• 一种程序设计工具都是针对一种特定语言的。

Vc++                                        -------------------   C++

Delphi                                      -------------------   pascal

Jbuilder eclipse myeclipse    -------------------    java

VS.NET                                   -------------------    VB.NET, C#