第一章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

1、 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)長(zhǎng)春理工大學(xué)計(jì)算科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)這門課程的目的 信息時(shí)代的要求新的時(shí)代要求我們自覺地、主動(dòng)地學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)和基本技能，并把它作為自己應(yīng)該具備的基本素質(zhì)。 對(duì)于大學(xué)生的要求對(duì)于大學(xué)生而言，掌握一門高級(jí)語言及其基本的編程技能是必需的。大學(xué)學(xué)習(xí)編程語言可以培養(yǎng)科學(xué)精神、鍛煉思維方法、養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科研作風(fēng)，訓(xùn)練分析問題、解決問題的能力，這些都是你們?nèi)蘸蠊ぷ鞯幕A(chǔ)。學(xué)習(xí)方法1. 課上認(rèn)真聽講。2. 課后勤思考，多實(shí)踐。3. 注意總結(jié)?？荚嚦煽?jī)平時(shí)成績(jī)，上機(jī)程序，期末考試成績(jī)?？荚嚪绞?平時(shí)出勤情況和課堂測(cè)驗(yàn)情況，上機(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，期末考試。 第1章 概述（Intro

2、duction）v本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容v面向?qū)ο蟪绦蛘Q生的原因面向?qū)ο蟪绦蛘Q生的原因v面向?qū)ο笳Z言的特征面向?qū)ο笳Z言的特征vC+和和Cv基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)v統(tǒng)一建模語言（統(tǒng)一建模語言（UML）1.1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)誕生的原因語言是人類創(chuàng)造的工具，它用來表達(dá)意思，交流思想。程序設(shè)計(jì)（編程）語言（programming language）是人類與計(jì)算機(jī)交流的工具。人們用程序設(shè)計(jì)語言描述需要解決的問題，用“語言翻譯/編譯器”加工以使計(jì)算機(jī)理解其描述，爾后就能使計(jì)算機(jī)代替人們工作了。1.1.1 面向過程語言vtc pasic basic 等是面向過程的變成工具，等是面向過程的變成工具，所謂過程就是

3、程序段了，也可以是一個(gè)函數(shù)，所謂過程就是程序段了，也可以是一個(gè)函數(shù)，講究的是自頂向下，逐步求精的編程理念講究的是自頂向下，逐步求精的編程理念 。計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展階段機(jī)器語言（用二進(jìn)制代碼表示）匯編語言（用符號(hào)表示）高級(jí)語言（類似自然語言）一串串由“0”和“1”組成的指令序列交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，這種語言，就是機(jī)器語言。 特點(diǎn)：v可讀性差v修改困難v重用性差v執(zhí)行效率高1. 機(jī)器語言2. 匯編語言用一些簡(jiǎn)潔的英文字母、符號(hào)串來替代一個(gè)特定的指令的二進(jìn)制串，這種程序設(shè)計(jì)語言就稱為匯編語言特點(diǎn)：v可讀性較好v修改比較困難v重用性比較差v執(zhí)行效率較高3. 高級(jí)語言接近于數(shù)學(xué)語言或人的自然語言，同時(shí)又不依賴于

4、計(jì)算機(jī)硬件，編出的程序能在所有機(jī)器上通用，這樣的語言叫作高級(jí)語言。1954年，第一個(gè)完全脫離機(jī)器硬件的高級(jí)語言FORTRAN問世了1.2 C+前史1970年，AT&T的Bell實(shí)驗(yàn)室的D.Ritchie和K.Thompson共同發(fā)明了C語言1979年，Bjarne Stroustrup到了Bell實(shí)驗(yàn)室，開始從事將C改良為帶類的C（C with classes）的工作。1983年該語言被正式命名為C+。1.3 C+C語言以它高度的靈巧性和實(shí)現(xiàn)上的高效性比擅長(zhǎng)于科學(xué)計(jì)算的FORTRAN更勝一籌C語言以它的簡(jiǎn)捷和高效比嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腜ascal更具工業(yè)化的意義。程序中需要處理大量復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，C程序員雖

5、然經(jīng)過艱苦的努力，設(shè)計(jì)出許多精巧的程序，但是在理解上卻越來越困難，運(yùn)行問題也越來越多。程序需要“保修（可維護(hù)性要求）”，需要“擴(kuò)充（可擴(kuò)展性要求）”，需要“加固（安全性要求）”。然而，這些精巧的程序由于內(nèi)在結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法盤根錯(cuò)節(jié)，無法被可逆地拆解，很難分析“險(xiǎn)情”和重新使用。1.3.1 褒貶C 1.3.2 C繼承者1、C+是在C的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是帶類的C語言。2、C+對(duì)C的繼承是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想：功能分解，并逐步求精。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的本質(zhì)：把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程看成一個(gè)整體對(duì)象。 1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)C+標(biāo)準(zhǔn)化帶給人們的好處： 1）語言的設(shè)計(jì)，是以某種標(biāo)準(zhǔn)作

6、為藍(lán)本的，標(biāo)準(zhǔn)C+語言當(dāng)然是描述標(biāo)準(zhǔn)C+的藍(lán)本；2）因?yàn)橛辛薈+標(biāo)準(zhǔn)，專家們?cè)陂_發(fā)C+編譯器時(shí)，可以避免大量的研究無序性和重復(fù)勞動(dòng)，并且也為組織大規(guī)模的編譯軟件開發(fā)創(chuàng)造了前提條件；3）有了C+標(biāo)準(zhǔn)文檔，語言設(shè)計(jì)者、程序員和用戶三者就可以有一致的語言來互通；C+標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了程序員資源的合理利用，人們找到了共同遵循的準(zhǔn)則，在程序員社區(qū)可以暢通地交流，編寫的程序變得更有效，更通用，更易懂。4）有了C+標(biāo)準(zhǔn)，程序員所開發(fā)的軟件產(chǎn)品具有更高的系統(tǒng)可移植性；標(biāo)準(zhǔn)化還大幅度地提高了程序質(zhì)量，直接讓用戶受益；5）C+標(biāo)準(zhǔn)還在防止技術(shù)封鎖、促進(jìn)軟件技術(shù)的交流、提高軟件競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到了很好的作用；1.4 C+編程

7、流程1.4.1 編程過程 翻譯的方式一般有兩種，一種是解釋型，也就是邊讀程序邊翻譯，翻譯成機(jī)器代碼后就執(zhí)行。另一種是編譯型，它是先整篇翻譯成機(jī)器代碼，保存在可執(zhí)行程序文件中，然后啟動(dòng)該程序文件，運(yùn)行獲得結(jié)果。一般的編程操作流程為：編輯（edit）編譯（compile）鏈接（link或make或build）調(diào)試（debug），該過程循環(huán)往復(fù)，直至完成1.4.2 最小樣板程序#includeint main() std:couthello World.n; 1.4.3 編程風(fēng)格1、注釋（1）定義：為增加程序的可讀性而在程序中附加的說明性文字。（2）形式: 以符號(hào)/打頭，只占一行。C+特有的注釋形式

8、。 包含在符號(hào)/與/之間，可占多行。繼承C的注釋形式。使用空行顯示模塊充分而合理地使用程序注釋 給函數(shù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)加注釋。不要注釋不好的代碼，應(yīng)該重寫。不要與代碼矛盾。 2、命名（為常量、變量、函數(shù)取名）（1）名字必須符合標(biāo)識(shí)符的規(guī)范。（2）標(biāo)識(shí)符：由字母、數(shù)字、下劃線組成，而且只能以字母、下劃線打頭。（3）名字不能是保留字（系統(tǒng)有固定用途的標(biāo)識(shí)符）。（4）字母的大小寫有區(qū)別。（5）名字最好能表達(dá)一定的含義。全局變量用具有描述意義的名字，局部變量用短名字。函數(shù)采用動(dòng)作性的名字。3、在編程中，應(yīng)仔細(xì)研究編譯程序給出的錯(cuò)誤信息和警告信息，弄清楚每條信息的確切根源并予以解決。4、用最規(guī)范的、最清晰的、

9、最容易理解的方式寫程序。5、隨時(shí)注意表達(dá)式計(jì)算過程和類型6、友好的程序界面，程序界面的方便性及有效性。兩條原則：1、簡(jiǎn)單性原則（1）可以用一句話說清楚的，不要用一頁紙去說明，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的語句完成的功能，不要用許多語句來完成。（2）不要寫太長(zhǎng)的函數(shù)，可以用函數(shù)調(diào)用來縮短函數(shù)的定義。（3）不要寫太長(zhǎng)的語句，可以用多條語句來代替一條語句。（4）如果文件太長(zhǎng)，將它分成幾個(gè)小文件。（5）不要用太多的嵌套，可以考用switch語句或者引入新的函數(shù)來解決問題。（6）定義類時(shí)，一個(gè)文件放一個(gè)類的定義。 2、一致性原則保持一致性?？s進(jìn)形式顯示程序結(jié)構(gòu)，使用一致的縮行和加括號(hào)風(fēng)格。1.5 程序與算法 1.5.

10、1 程序1、程序：數(shù)據(jù)+操作計(jì)算機(jī)程序或者軟件程序（通常簡(jiǎn)稱程序）是指一組指示計(jì)算機(jī)每一步動(dòng)作的指令，通常用某種程序設(shè)計(jì)語言編寫，運(yùn)行于某種目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)上。 1.5.2 算法算法是求解特定問題的一組有限的操作序列。1、算法的特性、算法的特性算法的特性包括： 確定性。 能行性。 輸入。 輸出。 有窮性。滿足前四個(gè)特性的一組規(guī)則不能稱為算法，只能稱為計(jì)算過程，操作系統(tǒng)是計(jì)算過程的一個(gè)例子，操作系統(tǒng)用來管理計(jì)算機(jī)資源，控制作業(yè)的運(yùn)行，沒有作業(yè)運(yùn)行時(shí)，計(jì)算過程并不停止，而是處于等待狀態(tài)。 1.5.3 編程與結(jié)構(gòu)算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序從動(dòng)態(tài)性上說，程序仍然是計(jì)算機(jī)中的過程運(yùn)行體，即操作系統(tǒng)中的進(jìn)程。從靜態(tài)

11、上說，程序不再是單純的過程體（操作序列）了，不再是單純的算法了，而是算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有機(jī)組織。程序含有更多的數(shù)據(jù)組織描述，而數(shù)據(jù)組織描述又包含有一系列的操作。 1.6 過程化程序設(shè)計(jì)1.6.1基于過程的程序設(shè)計(jì) 將復(fù)雜的過程簡(jiǎn)單地按功能分層從而達(dá)到解決問題的目的，這種思想就是過程化程序設(shè)計(jì)的思想。 例 有一些日期數(shù)據(jù)，放在數(shù)據(jù)文件abc.txt中，這些日期的年，月，日數(shù)值加起來若等于15，則收集，然后按日期從小到大的順序打印出來。1.6.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法主要體現(xiàn)在過程的功能劃分與過程內(nèi)部的編寫規(guī)則上，因此它是一種規(guī)范的過程化程序設(shè)計(jì)思想。1、描述任何實(shí)體的操作序列只需用三

12、種基本控制結(jié)構(gòu)。順序 選擇 循環(huán)2、程序設(shè)計(jì)中的各個(gè)過程體和組成部分應(yīng)以模塊表示高內(nèi)聚，低外聯(lián)1.7 對(duì)象化程序設(shè)計(jì) 1.7.1基于對(duì)象的程序設(shè)計(jì)程序 算法 抽象數(shù)據(jù)類型1.7.2 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)1、對(duì)象：對(duì)象是用來描述客觀世界中的客體的單位。面向?qū)ο笫且环N程序設(shè)計(jì)思想，就是在程序空間內(nèi)，利用數(shù)據(jù)抽象的方法對(duì)客觀世界的實(shí)體進(jìn)行描述，即將一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法捆綁在一起，封裝在一個(gè)程序?qū)嶓w內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)封裝和信息隱藏。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法中的對(duì)象應(yīng)該具有如下特性：自治性：指對(duì)象具有一定的獨(dú)立操作能力；封閉性：指對(duì)象具有信息隱蔽的能力；通信性：指對(duì)象具有與其他對(duì)象通信的能力；被動(dòng)行：指對(duì)象的狀態(tài)改變需要外部的激發(fā)；暫存性：指程序中的對(duì)象是動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和消亡的。2、類：是具有相同屬性特征的一組對(duì)象的抽象描述。類是面向?qū)ο蟪绦虻奈ㄒ粯?gòu)造單位，面向?qū)ο蟪绦蚩瓷先ゾ褪怯梢恍╊惤M成的。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法對(duì)對(duì)象進(jìn)行分類，按照共同的屬性和行為特征把對(duì)象分組，這樣，每個(gè)組內(nèi)的對(duì)象就都具有改組的共同特性，把這些共同特性抽象出來，形成改組的代表并加以描述，就形成了類。 類 數(shù)據(jù)和操作的封裝3、繼承：類的復(fù)用繼承是指一個(gè)對(duì)象直接使用另一對(duì)象的屬性和方法。4、封裝：就是把一個(gè)或者一些功能通過函數(shù)、類的方式封裝起來，對(duì)外只提供一個(gè)簡(jiǎn)單的接口， 調(diào)用者不需要知道函數(shù)內(nèi)部如何實(shí)現(xiàn)的