C--语言程序设计-清华大学-郑莉.ppt

1、第一章 绪论,清华大学 郑 莉,C+语言程序设计,本章主要内容,计算机程序设计语言的发展面向对象的方法面向对象的软件开发信息的表示与存储程序的开发过程,计算机程序,计算机的工作是用程序来控制的程序是指令的集合。指令是计算机可以识别的命令。,计算机语言的发展,机器语言与汇编语言,由计算机硬件系统可以识别的二进制指令组成的语言称为机器语言。计算机发展的初期，软件工程师们只能用机器语言来编写程序。这一阶段，在人类的自然语言和计算机编程语言之间存在着巨大的鸿沟。汇编语言将机器指令映射为一些可以被人读懂的助记符，如ADD、SUB等。此时编程语言与人类自然语言间的鸿沟略有缩小，但仍与人类的思维相差甚远。因

2、为它的抽象层次太低，程序员需要考虑大量的机器细节。,计算机语言的发展,高级语言,高级语言屏蔽了机器的细节，提高了语言的抽象层次，程序中可以采用具有一定涵义的数据命名和容易理解的执行语句。这使得在书写程序时可以联系到程序所描述的具体事物。,计算机语言的发展,面向对象的语言,出发点：更直接地描述客观世界中存在的事物(对象)以及它们之间的关系。特点：是高级语言。将客观事物看作具有属性和行为的对象。通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为，形成类。通过类的继承与多态实现代码重用,计算机语言的发展,面向对象的语言,优点：使程序能够比较直接地反问题域的本来面目，软件开发人员能够利用人类认识事物所采用的一般思

3、维方法来进行软件开发。,计算机语言的发展,程序设计方法的发展历程 面向过程的程序设计方法,程序的目的：用于数学计算主要工作：设计求解问题的过程缺点：对于庞大、复杂的程序难以开发和维护,面向对象的方法,程序设计方法的发展历程面向过程的结构化程序设计方法,设计思路自顶向下、逐步求精。采用模块分解与功能抽象，自顶向下、分而治之。程序结构：按功能划分为若干个基本模块，形成一个树状结构。各模块间的关系尽可能简单，功能上相对独立；每一模块内部均是由顺序、选择和循环三种基本结构组成。其模块化实现的具体方法是使用子程序。,面向对象的方法,程序设计方法的发展历程面向过程的结构化程序设计方法,优点：有效地将一个较

4、复杂的程序系统设计任务分解成许多易于控制和处理的子任务，便于开发和维护。,面向对象的方法,程序设计方法的发展历程 面向过程的结构化程序设计方法,缺点：可重用性差、数据安全性差、难以开发大型软件和图形界面的应用软件把数据和处理数据的过程分离为相互独立的实体。当数据结构改变时，所有相关的处理过程都要进行相应的修改。每一种相对于老问题的新方法都要带来额外的开销。图形用户界面的应用程序，很难用过程来描述和实现，开发和维护也都很困难。,面向对象的方法,程序设计方法的发展历程 面向对象的方法,将数据及对数据的操作方法封装在一起，作为一个相互依存、不可分离的整体对象。对同类型对象抽象出其共性，形成类。类通过

5、一个简单的外部接口，与外界发生关系。对象与对象之间通过消息进行通讯。,面向对象的方法,程序设计方法的发展历程 面向对象的方法,优点：程序模块间的关系更为简单，程序模块的独立性、数据的安全性就有了良好的保障。通过继承与多态性，可以大大提高程序的可重用性，使得软件的开发和维护都更为方便。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 对象,一般意义上的对象：是现实世界中一个实际存在的事物。可以是有形的（比如一辆汽车），也可以是无形的（比如一项计划）。是构成世界的一个独立单位，具有：静态特征：可以用某种数据来描述动态特征：对象所表现的行为或具有的功能,面向对象的方法,面向对象的基本概念 对象,面向对象方法中的

6、对象：是系统中用来描述客观事物的一个实体，它是用来构成系统的一个基本单位。对象由一组属性和一组行为构成。属性：用来描述对象静态特征的数据项。行为：用来描述对象动态特征的操作序列。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 类,分类人类通常的思维方法分类所依据的原则抽象忽略事物的非本质特征，只注意那些与当前目标有关的本质特征，从而找出事物的共性，把具有共同性质的事物划分为一类，得出一个抽象的概念。例如，石头、树木、汽车、房屋等都是人们在长期的生产和生活实践中抽象出的概念。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 类,面向对象方法中的类具有相同属性和服务的一组对象的集合为属于该类的全部对象提供了抽象的描述，

7、包括属性和行为两个主要部分。类与对象的关系：犹如模具与铸件之间的关系，一个属于某类的对象称为该类的一个实例。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 封装,把对象的属性和服务结合成一个独立的系统单元。尽可能隐蔽对象的内部细节。对外形成一个边界（或者说一道屏障），只保留有限的对外接口使之与外部发生联系。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 继承,继承对于软件复用有着重要意义，是面向对象技术能够提高软件开发效率的重要原因之一。定义：特殊类的对象拥有其一般类的全部属性与服务，称作特殊类对一般类的继承。例如：将轮船作为一个一般类，客轮便是一个特殊类。,面向对象的方法,面向对象的基本概念 多态性,多态是指在

8、一般类中定义的属性或行为，被特殊类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。这使得同一个属性或行为在一般类及其各个特殊类中具有不同的语义。例如：数的加法-实数的加法 -复数的加法,面向对象的方法,面向对象的软件工程,面向对象的软件工程是面向对象方法在软件工程领域的全面应用。它包括:面向对象的分析（OOA）面向对象的设计（OOD）面向对象的编程（OOP）面向对象的测试（OOT）面向对象的软件维护（OOSM）,面向对象的软件开发,系统分析,系统分析阶段应该扼要精确地抽象出系统必须做什么，但是不关心如何去实现。面向对象的系统分析，直接用问题域中客观存在的事物建立模型中的对象，对单个事物及事

9、物之间的关系，都保留他们的原貌，不做转换，也不打破原有界限而重新组合，因此能够很好地映射客观事物。,面向对象的软件开发,设计,针对系统的一个具体实现运用面向对象的方法。其中包括两方面的工作：把OOA模型直接搬到OOD，作为OOD的一部分针对具体实现中的人机界面、数据存储、任务管理等因素补充一些与实现有关的部分。,面向对象的软件开发,编程,OOP工作就是用一种面向对象的编程语言把OOD模型中的每个成分书写出来，是面向对象的软件开发最终落实的重要阶段。,面向对象的软件开发,测试,测试的任务是发现软件中的错误。在面向对象的软件测试中继续运用面向对象的概念与原则来组织测试，以对象的类作为基本测试单位，

10、可以更准确的发现程序错误并提高测试效率。,面向对象的软件开发,维护,将软件交付使用后，工作并没有完结，还要根据软件的运行情况和用户的需求，不断改进系统。使用面向对象的方法开发的软件，其程序与问题域是一致的，因此，在维护阶段运用面向对象的方法可以大大提高软件维护的效率。,面向对象的软件开发,信息的表示和存储,信息的分类计算机的数字系统程序设计中常用的数制不同进位计数制间的转换信息的存储单位二进制数的编码表示小数的表示方法非数值信息的表示,信息的分类, 指令 控制信息 控制字 信息 定点数 数值信息 数据信息 浮点数 字符数据 非数值信息 逻辑数据,信息的表示与存储,计算机的数字系统,计算机采用的

11、是二进制数字系统。基本符号：0、1进位原则：逢二进一优点：易于物理实现二进制数运算简单机器可靠性高通用性强缺点：对人来说可读性差,信息的表示与存储,程序设计中常用的数制,信息的表示与存储,不同进位计数制间的转换 R 进制十进制,各位数字与它的权相乘，其积相加。例如:(11111111.11)2=1*27 + 1*26 + 1* 25 +1* 24 + 1* 23 + 1* 22 +1* 21+ 1* 20+1*2-1+1*2-2 =(255.75)10(3506.2)8=3*83 + 5*82 + 0*81 + 6*80 +2*8-1=(1862.25)10(0.2A)16=2*16-1 +1

12、0*16-2=(0.1640625)10,信息的表示与存储,不同进位计数制间的转换 十进制 R 进制,十进制整数转换成R进制的整数“除R取余”法，例如：2 68 余 数 2 34 0 低位 2 17 0 2 8 1 2 4 0 2 2 0 2 1 0 0 1 高位所以 681010001002,信息的表示与存储,不同进位计数制间的转换 十进制 R 进制,十进制小数转换成R进制小数“乘 R 取整”法，例如： 高位 0.31252 = 0 .625 0.625 2 = 1 .25 0.25 2 = 0 .5 0.5 2 = 1 .0所以 0.312510 = 0.01012,信息的表示与存储,不同

13、进位计数制间的转换二、八、十六进制的相互转换,每位八进制数相当于三位二进制数每位十六进制数相当于四位二进制数(1011010.10)2=(001 011 010 .100)2=(132.4)8(1011010.10)2=(0101 1010 .1000)2=(5A.8)16(F7)16(1111 0111)2(11110111)2,信息的表示与存储,信息的存储单位,位(bit)：度量数据的最小单位，表示一位二进制信息。字节(byte)：由八位二进制数字组成(1 byte = 8 bit)。K 字节 1 K = 1024 byteM 字节 1 M = 1024 KG 字节 1 G = 1024

14、M,信息的表示与存储,二进制数的编码表示:原码,符号绝对值表示的编码例如：X=+0101011 X原 = 0 0101011X=-0101011 X原 = 1 0101011 符号位缺点：零的表示不唯一：+0原 =000.0 -0原 =100.0进行四则运算时，符号位需单独处理，且运算规则复杂。,信息的表示与存储,二进制数的编码表示:反码,正数的反码与原码表示相同。负数的反码与原码有如下关系：符号位相同(仍用1表示)，其余各位取反(0变1，1变0)。例如：X=-1100110 X原 =11100110 X反 =10011001X=+0000000 X原 =00000000 X反 =000000

15、00反码中零的表示也不唯一X=-0000000 X原 =10000000 X反 =11111111反码只是求补码的中间码,信息的表示与存储,二进制数的编码表示:补码,模数：n位整数(包括一位符号位)，则它的模数为 2n 。 n位小数，小数点前一位为符号位，则它的模数为 2。补数：一个数减去另一个数，或者说一个数加上一个负数，等于第一个数加上第二个数的补数。例：8+(-2)=8+10 ( mod 12 )一个二进制负数可用其模数与真值做加法 (模减去该数的绝对值) 求得其补码。,信息的表示与存储,二进制数的编码表示:补码,计算机中的补码表示法负数的补码由该数反码的末位加 1 求得对补码再求补即得

16、到原码补码运算规则符号位可作为数值参加运算减法运算可转换为加法运算：加上一个负数等于加上该数的补码补码运算的结果仍为补码运算结果溢出：负数之和得正数，或正数之和得负数,信息的表示与存储,小数的表示方法,计算机中通常采用浮点方式表示小数一个数 N 用浮点形式表示可以写成： N=M2E E表示2的幂，称为数N的阶码。阶码确定了数N的小数点的位置，其位数反映了该浮点数所表示的数的范围。M表示数N的全部有效数字，称为数N的尾数。其位数反映了数据的精度。,信息的表示与存储,非数值信息的表示,西文字符：ASCII码：用7位二进制数表示一个字符，最多可以表示27=128个字符EBCDIC码：用8位二进制数表

17、示一个字符，最多可以表示28=256个字符汉字：应用较为广泛的是国家标准信息交换用汉字编码(GB2312-80标准)，简称国标码。是二字节码，用二个七位二进制数编码表示一个汉字。,信息的表示与存储,基本术语,源程序：用源语言写的，有待翻译的程序目标程序：也称为结果程序，是源程序通过翻译程序加工以后所生成的程序。翻译程序：是指一个把源程序翻译成等价的目标程序的程序。,程序的开发过程,基本术语 三种不同类型的翻译程序,汇编程序：其任务是把用汇编语言写成的源程序，翻译成机器语言形式的目标程序。编译程序：若源程序是用高级程序设计语言所写，经翻译程序加工生成目标程序，那么，该翻译程序就称为编译程序。,程

18、序的开发过程,基本术语 三种不同类型的翻译程序,解释程序：这也是一种翻译程序，同样是将高级语言源程序翻译成机器指令。它与编译程序不同点就在于：它是边翻译边执行的，即输入一句、翻译一句、 执行一句，直至将整个源程序翻译并执行完毕。,程序的开发过程,程序的开发过程,编辑将源程序输入到计算机中，生成后缀为cpp的磁盘文件。编译将程序的源代码转换为机器语言代码。连接将多个源程序文件以及库中的某些文件连在一起，生成一个后缀为exe的可执行文件。运行调试,程序的开发过程,第二章 C+简单程序设计,清华大学 郑 莉,C+语言程序设计,本章主要内容,C+语言概述基本数据类型和表达式数据的输入与输出算法的基本控

19、制结构自定义数据类型,C+语言的产生,C+是从C语言发展演变而来的，首先是一个更好的C引入了类的机制，最初的C+被称为“带类的C”1983年正式取名为C+从1989年开始C+语言的标准化工作于1994年制定了ANSI C+标准草案于1998年11月被国际标准化组织（ISO）批准为国际标准，成为目前的C+,C+语言概述,C+的特点,全面兼容C它保持了C的简洁、高效和接近汇编语言等特点对C的类型系统进行了改革和扩充C+也支持面向过程的程序设计，不是一个纯正的面向对象的语言支持面向对象的方法,C+语言概述,C+程序实例例2-1,/2_1.cpp#include using namespace std

20、;void main(void) coutHello!n; coutWelcome to c+!n;运行结果：Hello!Welcome to c+！,C+语言概述,C+字符集,大小写的英文字母：AZ，az数字字符：09特殊字符：空格!#%.,(),C+语言概述,词法记号,关键字C+预定义的单词标识符程序员声明的单词，它命名程序正文中的一些实体文字在程序中直接使用符号表示的数据操作符用于实现各种运算的符号分隔符 () , : ; 用于分隔各个词法记号或程序正文空白符空格、制表符（TAB键产生的字符）、换行符（Enter键所产生的字符）和注释的总称,C+语言概述,标识符的构成规则,以大写字母、小

21、写字母或下划线(_)开始。可以由以大写字母、小写字母、下划线(_)或数字09组成。大写字母和小写字母代表不同的标识符。,C+语言概述,数据类型 常量与变量,#include using namespace std;void main(void) const int PRICE=30; int num,total; float v ,r,h; num=10; total=num*PRICE; couttotal endl; r=2.5; h=3.2; v=3.14159*r*r*h; coutv endl;,Page 54,基本数据类型和表达式,#include using namespace

22、std;void main(void) const int PRICE=30; int num,total; float v ,r,h; num=10; total=num*PRICE; couttotal endl; r=2.5; h=3.2; v=3.14159*r*r*h; coutv endl;,数据类型 整型数据,整型常量,shortunsigned short 2字节int、unsigned int 4字节longunsigned long 4字节,整型变量,基本数据类型和表达式,数据类型 整型数据及取值范围,类型说明符 位数数值范围短整short16-3276832767基本 i

23、nt32 -231(231-1)长整long32-231(231-1)无符号unsigned short16065535 unsigned int320(232-1)unsigned long320(232-1),基本数据类型和表达式,#include using namespace std;void main(void) const int PRICE=30; int num,total; float v ,r,h; num=10; total=num*PRICE; couttotalendl; r=2.5; h=3.2; v=3.14159*r*r*h; coutv=,&=,=,|= 例a

24、+=3 等价于 a=a+3x*=y+8 等价于 x=x*(y+8),基本数据类型和表达式,赋值运算符和赋值表达式 赋值表达式举例,a=5表达式值为5a=b=c=5表达式值为5，a,b,c均为5a=5+(c=6)表达式值为11，a为11，c为6a=(b=4)+(c=6) 表达式值为10，a为10，b为4，c为6a=(b=10)/(c=2) 表达式值为5，a为5，b为10，c为2a+=a-=a*a 相当于 a=a+(a=a-a*a),Page 67,基本数据类型和表达式,逗号运算和逗号表达式,格式表达式1，表达式2求解顺序及结果先求解1，再求解2，最终结果为表达式2的值例a=3*5 , a*4 最

25、终结果为60,Page 68,基本数据类型和表达式,关系运算与关系表达式,关系运算是比较简单的一种逻辑运算，优先次序为： = = != 优先级相同（高） 优先级相同（低） 关系表达式是一种最简单的逻辑表达式其结果类型为 bool，值只能为 true 或 false。例如：ab，cb)&(xy) 其结果类型为 bool，值只能为 true 或 false,基本数据类型和表达式,条件运算符与条件表达式,一般形式表达式1？表达式2：表达式3表达式1 必须是 bool 类型执行顺序先求解表达式1，若表达式1的值为true，则求解表达式2，表达式2的值为最终结果若表达式1的值为false，则求解表达式3

26、，表达式3的值为最终结果例： x=ab? a:b;,基本数据类型和表达式,条件运算符与条件表达式,注意：条件运算符优级高于赋值运算符，低于逻辑运算符表达式2、3的类型可以不同，条件表达式的最终类型为 2 和 3 中较高的类型。例： x=ab? a:b;,基本数据类型和表达式,sizeof 运算符,语法形式sizeof (类型名)或 sizeof (表达式)结果值：“类型名”所指定的类型或“表达式”的结果类型所占的字节数。例：sizeof(short)sizeof(x),基本数据类型和表达式,位运算按位与（&）,运算规则将两个运算量的每一个位进行逻辑与操作举例：计算 3 ,基本数据类型和表达式,

27、位运算按位或（|）,运算规则将两个运算量的每一个位进行逻辑或操作举例：计算 3 | 5 3： 0 0 0 0 0 0 1 1 5：(|) 0 0 0 0 0 1 0 13 | 5: 0 0 0 0 0 1 1 1用途：将某些位置1，其它位不变。例如：将 int 型变量 a 的低字节置 1 ： a = a | 0xff;,基本数据类型和表达式,位运算按位异或（）,运算规则两个操作数进行异或：若对应位相同，则结果该位为 0，若对应位不同，则结果该位为 1，举例：计算 071052 071: 0 0 1 1 1 0 0 1 052： () 0 0 1 0 1 0 1 0 071052 : 0 0 0

28、 1 0 0 1 1,基本数据类型和表达式,位运算按位异或（）,用途：使特定位翻转（与0异或保持原值，与1异或取反） 例如：要使 01111010 低四位翻转： 0 1 1 1 1 0 1 0 ()0 0 0 0 1 1 1 10 1 1 1 0 1 0 1,基本数据类型和表达式,位运算取反(),单目运算符，对一个二进制数按位取反。例： 025：0000000000010101 025：1111111111101010,基本数据类型和表达式,位运算移位,左移运算（）右移后，低位：舍弃 高位：无符号数：补0 有符号数：补“符号位”,基本数据类型和表达式,运算符优先级,括号+，-，sizeof*,

29、 /, %+, -=, !=位运算&|?:赋值运算逗号运算,低,高,基本数据类型和表达式,混合运算时数据类型的转换 隐含转换,一些二元运算符（算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和赋值运算符）要求两个操作数的类型一致。在算术运算和关系运算中如果参与运算的操作数类型不一致，编译系统会自动对数据进行转换（即隐含转换），基本原则是将低类型数据转换为高类型数据。char short int unsigned long unsigned long float double低 高,基本数据类型和表达式,混合运算时数据类型的转换 隐含转换,当参与运算的操作数必须是bool型时，如果操作数是其它类型，

30、编译系统会自动将非0数据转换为true，0转换为false。位运算的操作数必须是整数，当二元位运算的操作数是不同类型的整数时，也会自动进行类型转换，赋值运算要求左值与右值的类型相同，若类型不同，编译系统会自动将右值转换为左值的类型。,基本数据类型和表达式,混合运算时数据类型的转换 强制类型转换,语法形式：类型说明符(表达式)或(类型说明符)表达式强制类型转换的作用是将表达式的结果类型转换为类型说明符所指定的类型。,基本数据类型和表达式,语句,声明语句表达式语句选择语句循环语句跳转语句复合语句标号语句,表达式语句,格式：表达式；表达式语句与表达式的区别：表达式可以包含在其它表达式中，而语句不可。

31、例：if (a=b)0) t=a;不可写为：if (a=b;)0) t=a;,语 句,复合语句,将多个语句用一对大括号包围，便构成一个复合语句例如sum=sum+i;i+;,语 句,简单的输入、输出,向标准输出设备（显示器）输出例：int x; coutx;,顺序结构分支结构循环结构,算法的基本控制结构,如何解决分支问题?,例2-2输入一个年份，判断是否闰年。,算法的基本控制结构,#include using namespace std;void main(void)int year; bool IsLeapYear; cout year;IsLeapYear = (year % 4 = 0

32、,90,运行结果：Enter the year: 20002000 is a leap year,91,if (表达式) 语句例：if (xy) couty) coutx; else coutxy; if (x!=y) if (xy) coutyendl; else coutxyendl; else coutx=y day;switch (day) case 0:cout Sunday endl; break; case 1:cout Monday endl; break;case 2:cout Tuesday endl; break;case 3: cout Wednesday endl;

33、break; case 4:cout Thursday endl; break; case 5:cout Friday endl; break; case 6:cout Saturday endl; break; default: cout Day out of range Sunday . Saturday endl;break; ,98,一般形式switch (表达式) case 常量表达式 1：语句1 case 常量表达式 2：语句2 case 常量表达式 n：语句n default : 语句n+1 ,switch 语句,执行顺序以case中的常量表达式值为入口标号，由此开始顺序执行。因

34、此，每个case分支最后应该加break语句。,算法的基本控制结构,使用switch语句应注意的问题,case分支可包含多个语句，且不用 。表达式、判断值都是int型或char型。若干分支执行内容相同可共用一组语句。,算法的基本控制结构,如何有效地完成重复工作,例2-5求自然数110之和分析：本题需要用累加算法，累加过程是一个循环过程，可以用while语句实现。,算法的基本控制结构,#includeusing namespace std;void main() int i(1), sum(0); while(i=10) sum+=i; /相当于sum=sum+i; i+; coutsum=sum n;cout The number in reverse order is ;doright_digit = n % 10;cout right_digit;n /= 10; /相当于n=n/10 while (n != 0); coutendl;,