C++ 程序設計課程介紹

 

 我在大學所學東西，在這傾我所有。簡單說是我在大學的課件。也可以說是一個很實用的菜鳥入門課程。課程是IBM教程。§

  

課程介紹

使用書籍

• IBM C、C++
• Accelerated C++

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

• 其他編程工具書，在深入編程後逐步介紹

課程目的和要求

• 瞭解程序設計的一般方法
• 掌握編程語言基礎
• 瞭解面向對象編程的基本概念
• 培養基礎編碼能力和邏輯思維能力

第一講 C&C++編程介紹

內容安排

 

• C,C++語言及其他編程語言的介紹
• 程序設計工具
• C 語言編程簡介
  
  

程序語言的發展過程

• 0和1。二進制是計算機唯一能識別的和執行的語言
• 彙編程序語言。符號化的機器語言，用專門的翻譯工具把符號翻譯成機器語言
• 高級程序設計語言。 接近自然語言和數學表達式。 常用的語言有：Basic,C,C++,Pascal,Java等等，需要翻譯成計算機能夠識別的機器語言。
• 面向過程的語言(4GL)。只說明要完成一項任務，而不用說名怎樣去做。如SQL

指令：指示不同的對象去完成同一件任務，需要發出不同的指令

程序：一序列的計算機指令，指示計算機去完成一項工作。如：

• 輸入X
• 輸入Y
• 計算X+Y
• 輸出計算結果

程序語言：程序採用的語言。如：

• • 機器語言 0，1
  • 彙編語言：
  • C，Pascal，C++, JAVA, VB.NET ,C#
  • SQL

程序設計工具的作用

• 編譯（compile）——將程序翻譯成機器語言
• 查錯——檢查程序中的拼寫錯誤和語法 錯誤
• 可視化編程——所見即所得的控件編程

 

主要內容：

1. 簡介

計算機主要用於解決大量的計算性問題－－問題繁簡不一：

• 簡單問題：計算一系列數的平均值

                     計算一定本金的利息收入

• 複雜問題：如，對聯立微分方程求解

                            計算矩陣的乘積

                            統計詞典中某一詞彙的出現頻率

              包括：辨別個人的指紋或聲音

                     模擬一場戰爭演習的狀況

                     下一局高水平的國際象棋

• 計算機的功能極爲強大，它可以同時執行好幾個任務。
• 然而事實上，它仍只是一臺機器，沒有思考的能力。它只能實現由用戶或程序交給它的命令。
• 程序員不能給計算機性質不明的命令。所以所有命令都應明確且詳細定義過。
• 算法的概念便應運而生了。

2. 算法

• 波斯數學家Abu Jafar Mohammed Ibn Musa Al Khwarizmi 在公元二世紀開發出這一方法並驗證其有效；
• 法國人瞭解此方法後，將之命名爲AlKhwarizmi 或 algorism；
• 這個詞演化爲algorithm，即我們今天所稱之算法。

2.1. 算法示例

示例 1.1

假設有三個數字A、B 和C，我們要找出較大的那個：

 S1：獲取這三個數字A、B 和C。

 S2：如果A>B 爲真，則A 是較大的數字。

                     否則較大的數字是B。

 S3：如果第二步中找出的較大數字小於C，則                    現在較大的數字是C。

                     否則，仍是第二步中獲得的較大數字

示例 1.2

              假設我們要判斷所給的整數是不是素

數。一個非負的整數如果不可被除 1 和它自

身以外的數除盡即爲素數。因此，要判斷給

定的整數 n 是否是素數，我們需要檢查 n 是

否可以被 1 到 n 之間的某一整數整除。解決

此問題的算法如下：

S1：通過輸入獲取整數 n。

S2：檢查它是否可以被變量 j 整除，j 的值在 2 到 n-1 之間。

S3：如果 n 可以被 j (2 <= j < n-1) 整除，那麼整數 n 不是素數，否則 n 是素數。

示例 1.3

假設我們要計算二次方程 ax2 + bx + c = 0 的

根，其中係數 a、b 和 c 是輸入值。算法：

       S1： 通過輸入獲取係數 a、b 和 c 的值。

       S2：計算判別式 discriminant = b2 – 4ac。

       S3：如果判別式 discriminant < 0，根爲虛數。運算結束。

       S4： 如果判別式 discriminant = 0，則兩根相等，root1 = root2 = -b/2a。運算結束。

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

示例 1.4

假設我們要統計元音字母（A、E、I、O、U）在一個文本文件中出現的次數。解決這一問題的過程極爲簡單。每次從文本中抽取一個字符並檢查它是否爲元音字母。如果它是，那麼將之計入特定元音的數量中，否則忽略這個字符。重複此操作，檢查文本中的所有字母。這一過程的算法如下：

S1：將 CounterA、CounterE、CounterI、 CounterO 和 CounterU 的值設爲0。

S2：讀取文本中的第一個字符。

S3：重複下列子布驟直到讀至文本的末尾：

              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。

              否則，略過字符。

              讀取下一個字符。

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

算法示例總結

上述示例演示的算法包括：算術計算、檢驗兩個數值是否相等、有選擇地執行一系列步驟以及根據條件重複定義好的一系列步驟。我們現在開始學習算法的種類。

 

3. 算法的種類

算法可寬泛地分爲三類：

• 有限的，確定性算法

• 有限的，非確定性算法

• 無窮算法

 

3.1. 有限的、確定性算法

這類算法在有限的一段時間內終止。它們可能要花很長時間來執行指定的任務，但仍將在一定的時間內終止。這類算法得出的結果常取決於輸入。換言之，只要知道輸入值，我們就能得出確切的結果。我們在現實生活中遇到的大多數算法都屬於這一類。求二次方程的根、找出 1 到 1000000 之間的所有素數和求方陣的逆矩陣都屬於有限的確

定性算法。

3.2. 有限的、非確定性算法

這類算法在有限的一段時間內終止。然而，對於一個（或一些）給定的輸入，算法的結果並不是唯一的或確定的。

 

例如生成一個隨機數的算法。在數學上有一種經過證明的方法，叫做乘法同餘生成法（multiplicative congruential generator ）， 通過如下形式的函數實現：Xi = (aXi-1) mod m，其中 a 和 m 爲遵循一定規則的常數。所涉及的算法爲非確定性算法，因爲通過該算法獲得的結果每每不同。可是，這正達到了該算法的目的，即生成隨機數。

3.3. 無窮算法

是那些由於沒有定義終止條件，或定義的條件無法由輸入的數據滿足而不終止運行的算法。

• 通常，無窮算法的產生是由於未能正確定義終止條件。
• 用途：

       1、監控一個核反應堆的溫度（只要反應堆還在工作，這個任務就該持續運作）。此任務會一直運行，直至有一個外部刺激因素使之停止。

       2、列舉無窮小數pi 的所有位。計算 pi 將會得出一個無窮小數。這個算法在數學運算中是極爲有用的。

 

4. 計算機基本組成

• 《導論》已介紹，在此僅複習帶過
• 計算機是一種電子設備，它使用算法幫助解決計算問題。
• 一個現代的計算機系統由處理器、存儲器、輸入／輸出設備的互連繫統組成

 

5. 什麼是計算機程序？

• 是以一種適合計算機使用的語言表達出來的算法
• 由一系列經明確定義的無歧義的指令組成。

 例：一個計算兩數相除的程序，由一系列指導計算機如何計算除法的指令組成。輸入這兩個數後，計算機就會在這個程序的幫助下執行這些指令並得出結果。

• 開發來解決特定的問題的程序稱爲軟件。
• 計算機程序有許多種。一些計算機程序用於協助控制計算機系統的運作並優化資源的使用。它們被稱爲系統程序， 編寫這些程序的人被稱爲系統程序員。
• 還有一些程序，專門爲一個特定的問題或一系列相關的問題提供解決方案。這些程序稱爲應用程序。大多數計算機程序都屬於此類。
• 應用程序的涵蓋範圍很廣，從計算階乘的簡單程序到解算複雜的差分方程體系的程序、下國際象棋的程序等都在其列。
• 計算機程序都是用特定的計算機編程語言寫成的。

 

6. 爲什麼我們需要編程語言?

• 一個算法必須可爲計算機理解。一個程序通過一系列指令來達到這個目的。因此，程序裏的指令必須清晰，定義明確而無歧義。
• 自然語言（例如英語）的語法過於豐富。語義對於開發者、學習者和使用者而言過於複雜。
• 爲了保證溝通的清晰與明確編程語言必須毫無歧義。

由此，我們需要一種語法簡單，語義精確，性質明

確的計算機編程語言。

6.1. 編程語言的級別

編程語言有不同的層次:

• 機器語言
• 彙編語言
• 高級語言
• 面向對象編程語言
• 過程化語言

6.1.1. 機器語言

• 最基礎級別，計算機二進制數處理。
• 用二進制形式編寫的指令稱爲機器語言。 機器語言將一系列命令以二進制形式（0 和 1 的字符串）傳遞給計算機。
• 計算機的電路可以直接以二進制方式執行這些指令。

6.1.2. 彙編語言

• 機器語言: 對計算機 è 極爲方便

                      對人類     è 乏味冗長

       表示相加，使用符號“add”

                     比 1000101001010100 更適合人類 。

       同樣，符號“sub”代表減（subtract），“mul”代表乘（multiply）。

• 彙編語言對每個機器語言指令都有對應的符號（或助記符）。
• 缺點：使用非常簡單的指令（例如 add、sub、mul、move 等等）編寫程序比較麻煩。

6.2.3. 高級語言

• 比機器語言或彙編語言更簡單
• 指令集更接近自然語言，被廣泛使用
• 語法和語義通過對指令進行明確定義
• 已有約有數百種高級語言被開發。其流行程度不一。大多數高級語言都是通用語言，例如 C、Pascal、FORTRAN、C++、Java 等等。用於編寫各種應用程序。
• 高級語言分面向對象編程語言＆過程化語言 兩類

 

6.1.4 面向對象編程語言

• 面向對象軟件主要針對對象
• 對象是一個“設備”，它接收併發送消息
• 對象實際上包含

              ※ 代碼（一系列計算機指令）和

              ※ 數據（指令要處理的信息）

       通常，代碼和數據分開；

       然而，在一個面向對象編程語言中，代碼和數據

       被融爲一個對象

• 流行的面向對象編程語言包括 C++ 和 Java。

 

6.1.5 過程化語言：

• 使用這種語言，編程者必須給計算機一系列必須遵循的步驟，以獲
• 得所需的輸出。流行的過程化語言包括 Basic、Pascal 和 C。

 

 

 

7. 編譯器

編譯器是一種將輸入的高級語言（例如 C）翻譯爲一系列計算機機器語言的指令的計算機程序。

 

 

8．程序設計工具和程序語言的關係

• 一種程序設計工具都是針對一種特定語言的。

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

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

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

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