C++程序设计课程介绍第1章 计算机简介.ppt

程序设计的思想与方法,课前的话,本课程的重要性程序设计学习要点实践性强按照计算机的方式去思维大学的学习生活,3,课程内容,计算科学导论结构化的程序设计成绩组成：实践教学 30%大作业 20%期末考试 50%,实践教学,在电院机房。地址：电信群楼 4号楼311内容：每次完成一个程序时间：第5，7，9，11，13，15，17周 周一、二下午的原上课时间,作业的相关规定及注意事项,本学期将布置5个作业，在课后独立完成助教每周有两个晚上在机房答疑作业要求：必须独立、按时地完成每次上机作业每次上机作业的具体要求参见每次作业的文档说明上传的作业必须符合下述的“上传作业命名规则”作业上传地址：ftp:/202.120.36.167用户码/密码：sjtu/sjtu-下载作业、看通知上传作业：用匿名登录,作业命名规则,使用 WinRAR 软件将上机作业（包括工程文件、资源文件、源文件和头文件等）的多个文件直接压缩为一个压缩文件，该压缩文件必须命名为：”学号_作业号.rar”。若一次作业中包含多个小题，则每个小题应分别放入一个单独文件夹，多个文件夹直接压缩为一个压缩文件。其中，每个小题的文件夹应命名为：”学号_作业号_题号”；上传的作业中应该不包括Debug文件夹以及某些声音、图像文件命名规则示例：以学号为5030309999，上传第四次作业（第四次作业中含有两个独立的小作业）为例：两个小作业的文件夹名字应为：5030309999_4_1 和 5030309999_4_2压缩文件名应为：5030309999_4.rar,评分标准,两个日期：“完成截止日期”，“上传截止日期”正常应在“完成截止日期”前提交作业；“完成截止日期”后、“上传截止日期”前仍可上传作业，但视为“迟交”，迟交的作业将被扣除一定的分数。在“上传截止日期”后，将停止该次作业批改。一经发现作业抄袭情况，无论任何原因，抄袭者与被抄袭者的当次作业一律记为 0 分,教材参考教材,C+程序设计思想与方法 人民邮电出版社 翁惠玉C程序设计（第3版）谭浩强程序设计基础（第2版）吴文虎 清华大学出版社C语言的科学和艺术 Eric S.Roberts 机械工业出版社 计算机科学概论 Nell Dale等 机械工业出版社,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计C和C+上机准备,计算机的组成,硬件：计算机的躯壳软件：计算机的灵魂,计算机，也被称之为“电脑”，是一种能够按照事先存储的程序自动、高效地对数据进行输入、处理、存储和输出的系统,计算机硬件,存储器,保存正在运行的程序代码和数据内存的最小单元是bit，一个bit存储一个二进制位。一般8个bit组成一个byte，若干个byte组成一个word在一般的机器中，内存按字节编址，内存大小也是按字节计量关机后，内存的数据全部丢失,CPU,CPU(Central Processing Unit)有两个部件组成：ALU Arithmetic-Logic Unit（运算器）Control unit（控制器）,控制器,控制器控制计算机的其余部分如何完成程序的指令指挥内存和其它部件之间的信息的传送（包括信息和指令）指挥CPU和输入输出设备之间的控制信息的传送,控制器中的信息存储,控制器中有两个寄存器：指令寄存器(IR)：保存当前正在执行的指令程序计数器(PC)：保存下一条要执行的指令地址,控制器的工作,取下一条指令：按PC指定的地址到内存中取出下一条指令，存入IR。解码指令：将指令解码成一系列的控制信号执行指令：将控制信号发送给相关部件，执行相应的运算,运算器的组成,逻辑电路：执行控制器发出的控制信号一组存放正在运算的数据的寄存器,输入输出设备,输入设备将人能理解的符号转换成计算机能处理的符号。常用的输入设备有：键盘、鼠标、光笔等输出设备将计算机的输出转换成人能理解的输出。常用的输出设备有：显示器、打印机、音响设备等,计算机的组成,计算机，也被称之为“电脑”，是一种能够按照事先存储的程序自动、高效地对数据进行输入、处理、存储和输出的系统,硬件：计算机的躯壳软件：计算机的灵魂,计算机软件,软件可以分为系统软件和应用软件。系统软件居于计算机系统中最靠硬件的部分，它将计算机的用户与硬件隔离。系统软件与具体的应用无关，但其他的软件要通过系统软件才能发挥作用。常用的系统软件有操作系统、编译器、网络软件等。应用软件是为了支持某一应用而开发的软件。如字处理软件、财务软件等。,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计C和C+上机准备,计算机的发展,1946 ENIAC:第一台全电子的计算机，由 John Mauchly 和John Eckert设计ENIAC的特点：真空管无程序存储采用十进制,Von Neumann和EDVAC,1946 Von Neumann对ENIAC进行了改进，设计了EDVACEDVAC 的主要特征:-采用二进制技术-存储指令,第一代计算机（1950）,基于真空管技术典型产品有1951生产的UNIVAC I，由 Mauchly and Eckert 设计第一代机的特点：无操作系统采用机器指令或汇编语言,第二代计算机（50末到60初）,采用真空管技术特点：更可靠、更便宜出现了程序设计语言出现了简单的操作系统：批处理系统IBM 7000 series,DEC PDP-8,第三代计算机（60末到80初）,采用集成电路技术特点：价格更便宜高集成度出现了分时系统 IBM 360 series(1964),第四代计算机,采用 LSI/VLSI技术特点：体积更小、价格更低、内存扩大有完善的操作系统,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计C和C+上机准备,以二进制表示数据,文本信息声音图象整型数实型数,英文文本信息的表示,ASCII American Standard Code for Information Interchange.常用于微型机中。EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code.常用于某些大型机中。Unicode 16-bit code designed to support international languages like Chinese and Japanese.,将每一个符号用一个二进制比特串来表示,英文字符的输入输出,由于英文是小字符集，可以将每一个字符做成键盘上的一个键，也可以将每一个字符的形状存储在输出设备上。,英文字符的输入,英文字符的输出,每个字符内码对应了一个表示该字母的点阵。当显示器收到此内码时，就输出相应的点阵,汉字编码,汉字输入码：有输入设备产生的汉字编码。如拼音、五笔等。汉字内码：常用的是国标码，用两个7位的二进制数表示，用2个字节表示。汉字字型码：确定一个汉字字型点阵的编码，用于输出或打印,汉字属于大字符集，不能采用每键一字的方法。只能利用现有的小键盘。,以二进制表示数据,文本信息声音图象整型数实型数,数字音频,音频是一维的声波，属于模拟数据音频数字化：采样、量化、编码,采样、量化和编码,音频CD,每秒 44100 次采样，每个采样值量化为 16 位，因此每秒钟非立体声需要705.6 Kbit的存储空间，立体声需要 1.411 Mbit的存储空间,以二进制表示数据,文本信息声音图象整型数实型数,图像和图形,数字图像的表示：用像素(pixel)表示，像素越多，质量越好。黑白图像的像素需要一个bit表示。如1表示白，0表示黑。如需要表示灰度和彩色，则需要多于1个bit。每个像素占用的bit越多，图像质量越好。分辨率：图象中的像素数,数字视频,由一系列帧组成，每个帧由像素组成。连续的视频至少用每秒 25 帧表示每秒的信息量=每秒的帧数*每帧的bit数=25帧*1024*768*24bit=472Mbps,以二进制表示数据,文本信息声音图象整型数实型数,整型数的表示码制,讨论如何将符号位数字化。0表示正数，1表示负数。数字的三种编码方式为：原码 反码 补码,原码,用符号位和数值表示带符号数。正数的符号位为0，负数的符号位为1。数值部分用二进制表示。如用一个字节表示数值：62原=0 0111110-62原=1 0111110,反码,正数的反码与原码相同，负数的反码为该数的绝对值的原码取反。如：62反=0 0111110-62反=1 1000001,补码,正数的补码与原码相同，负数的补码为该数的反码加1。如：62补=0 0111110-62补=1 1000010大多数计算机系统都用补码表示整数,以二进制表示数据,文本信息声音图象整型数实型数,实型数的表示,定点表示：小数点的位置固定不变浮点表示：小数点位置不固定。一个浮点数分成尾数和阶码两部分。阶码表示小数点在该数中的位数，尾数表示数的有效数值。如十进制数N=246.135，其浮点表示可为：N=246135*10-3=2461350*10-4=0.246135*103=0.0246135*104,浮点数的存储,阶码一般采用补码形式的二进制表示。尾数通常采用原码形式的二进制表示。当字长一定时，分配给阶码的位数越多，表示数的范围越大，但分配给尾数的位数将减少，从而降低数的精度。,浮点数的存储,如用一个字节表示浮点数：1位符号位，3位阶码，4位尾数。表示二进制数10.11为：,符号,阶码，用补码表示,尾数,截断误差,由于尾数部分位数不够，使数值部分丢失，有时一个十进制转化成二进制数时小数点后会无限循环，因此尾数无法精确表示，这称为截断误差实型数在计算机中不能精确表示，只是一个近似值。因此，最好不要判两个实型数相等,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计C和C+上机准备,程序设计,程序设计语言程序设计方法程序设计过程程序的执行,程序设计语言,概述程序设计语言的基本组成过程单元,程序设计语言的发展,第一代：机器语言第二代：汇编语言第三代：过程化语言第四代：非过程化语言第五代：自然语言,机器语言,一组二进制数表示的指令每种计算机都有自己的机器语言用机器语言写程序是非常困难的，读机器语言写的程序也是非常困难的,汇编语言,用缩写和助记符代替0和1的比特串和机器语言一样，不同类的机器有不同的汇编语言汇编程序：将汇编语言写的程序翻译成机器语言的程序,过程化语言,类似于英语的语言编译器：将过程化语言写的程序（源代码）翻译成机器语言的程序（目标代码）解释器：逐句解释源程序并执行，不保存目标代码。,第三代语言的特点,具备了一定的机器独立性，使用户可以专注于解决问题的方法。但某些方面还是受到机器的限制为了解决移植性问题，ANSI制订了一系列的标准,主要的过程化语言,FORTRAN：FORmula TRANslatorBASIC/Visual BASICCOBOL:COmmon Business-Oriented Language ADAPASCALC/C+JAVA,方案二 Pascal语言&Delphi 优点（1）Pascal语言结构严谨，可以很好地培养一个人的编程思想。（2）Delphi是一门真正的面向对象的开发工具，并且是完全的可视化。（3）Delphi使用了真编译，可以让你的代码编译成为可执行的文件，而且编译速度非常快。（4）Delphi具有强大的数据库开发能力，可以让你轻松地开发数据库。缺点 Delphi几乎可以说是完美的，只是Pascal语言的过于严谨让人感觉有点烦。,方案三 C语言&Visual C+优点（1）C语言灵活性好，效率高，可以接触到软件开发比较底层的东西。（2）微软的MFC库博大精深，学会它可以让随心所欲地进行编程。（3）VC是微软制作的产品，与操作的结合更加紧密。缺点 对使用者的要求比较高，既要具备丰富的C语言编程经验，又要具有一定的WINDOWS编程基础，它的过于专业使得一般的编程爱好者学习起来会有不小的困难。综述:VC是程序员用的东西。如果你是一个永不满足的人，而且可以在编程上投入很大的精力和时间，那么学习VC你一定不会后悔的。,方案四 C+语言&C+Builder 优点（1）C+语言的优点全部得以继承。（2）完全的可是化。（3）极强的兼容性，支持OWL、VCL和MFC三大类库。（4）编译速度非常快。缺点 由于推出的时间太短，关于它的各种资料还不太多。综述：我认为C+Builder 是最好的编程工具。它既保持了C+语言编程的优点，又做到了完全的可视化。,方案五 SQL语言&Power Builder 对于一些传统的数据开发人员来说，Foxpro系列也许让他们感到更加熟悉。但是对于初学者来说，PowerBuilder也许是最好的数据库开发工具。各种各样的控件，功能强大的PowerBuilder语言都会帮助你开发出自己的数据库应用程序。,非过程化语言,也称为面向问题的语言用于解决特定问题如：SQL语言,自然语言,人类的语言还在研究之中,程序设计语言,概述程序设计语言的基本组成过程单元,变量和数据类型,变量(variable)：为存储器中的地址取一个名字。变量的命名应符合规范。数据类型(data type)：数据的编码方式、值域和可执行的操作整型(integer)：以补码形式存储，可执行传统的算术运算和比较运算实型(real)：以浮点表示，操作类似于整型字符型(char)：用编码表示。可执行比较、连接等运算布尔型(boolean)：只有“真”、“假”两个值。可执行判断运算,组合类型,数组：一组同类型的数据记录：一组不同类型的数据，在C语言中称为结构体,常量和符号常量,常量：值的直接表示。如1、3、1.57、A等符号常量：为值指定一个描述性的文字，增加程序的可读性。在C+语言中，#define和const都能实现这个目的,赋值语句,把一个值赋给一个变量。如x=y+z;赋值语句的左边是变量，右边是表达式,控制语句,改变程序中语句的执行次序控制语句的类型分支语句两个分支多个分支循环语句For 语句While语句Goto 语句：会破坏程序的结构,注释,注释是写给人看的，而不是写给机器看的。它不影响程序的执行每个程序单元的开头都应该有注释，一些重要的程序段、变量声明也应该有注释给程序添加注释是一种良好的程序设计习惯,程序设计语言,概述程序设计语言的基本组成过程单元,过程单元,过程单元是程序的基本单位。解决某一问题的过程描述。过程单元分为过程(procedure)：无返回值函数(function)：有返回值,过程单元,执行过程单元称为调用(calling)，过程单元执行完后返回到调用者过程单元的组成名字参数(parameter 或 argument)形式参数实际参数局部变量(local variable)全局变量(global variable)语句,参数传递,实际参数和形式参数之间的数据传递参数传递方式值传递引用传递,程序设计,程序设计语言程序设计方法程序设计过程程序的执行,程序设计方法,早期的程序设计方法结构化程序设计方法面向对象程序设计方法,程序设计就是教会计算机解决某个问题,早期的程序设计方法,早期的程序设计方法追求程序的高效率，编程过份依赖技巧，而不注重所编写程序的结构，也就是没有固定程序设计方法的时期。程序的可读性、可重用性都很差。其中一个典型问题是频繁使用goto语句。虽然这种方法存在很多问题，但对于单人完成较为简单的任务，事实上还是经常被采用的。,结构化程序设计方法,结构化程序设计方法从程序要实现的功能的角度出发，一般按照自顶向下、逐步求精的方式，将程序分解成一个个能够直接用程序设计语言写出来的功能模块，然后象搭积木一样搭起来。所谓的功能可以理解为对数据的操作。在程序实现中，特定的功能或功能模块一般用函数来实现，它们要对特定的数据进行操作。该方法出现在上个世纪70年代。,结构化设计方法的特点,主要技术：自顶向下、逐步求精，采用单入口、单出口的控制结构。自顶向下：是一种分解问题的技术，逐步求精指结构化程序的连续分解，最终成为下面三种基本控制结构的组合三种基本控制结构：顺序、分支、循环。容易保证程序的正确性。,分支结构,语句1,语句2,语句3,条件,语句2,语句1,语句1,语句2,顺序结构,循环结构,面向对象程序设计,面向对象的程序设计在解决问题时首先考虑需要哪些工具，以及如何用这些工具解决问题。如果所需要的工具不存在，程序员可以自己创建这个工具。所谓的工具就是一种数据类型。对象是某种程序员自己定义的类型的变量。,面向对象方法的主要特点,封装代码重用继承：类的层次关系多态：对不同的对象发出同一个指令有不同的行为,程序设计,程序设计语言程序设计方法程序设计过程程序的执行,程序设计,算法设计：设想计算机是如何一步一步完成这个任务 编码：用计算机认识的语言，如C+语言，描述这个完成任务的过程 编译与调试：检验程序是否正确，达到预期的目标,程序设计就是教会计算机去完成某一特定的任务，即设计出完成某个任务的程序。程序设计包括以下几个阶段：,算法,计算机解决问题的步骤，算法的每一步都是都是程序设计语言能够完成的基本功能。算法必须是：表述清楚、明确，无二义性。有效性。即每一步骤都切实可行。有限性，即可在有限步骤后得到结果。算法的表示：有自然语言、传统的流程图、结构化流程图、伪代码和PAD图等方法,编码,用某种程序设计语言表示算法,程序设计,程序设计语言程序设计方法程序设计过程程序的执行,语言的翻译,将高级语言的程序翻译成机器语言解释执行编译执行,编译执行,将程序全部翻译成机器语言的程序，然后再执行。,编译程序的结构,优化后的中间代码,识别一个个单词，并转化为机内形式,按语法规则识别语法单位，如表达式、语句等,如四元组、三元组和逆波兰表达式,对运行速度、存储空间方面进行优化,中间代码转换为目标程序,解释执行,连接与加载,连接(link)：将目标程序与已有的其它目标程序连接起来，产生一个可执行的程序加载(load)：为程序在内存中定位,程序执行过程,程序的调试,语法错误和词法错误：由编译器检查，指出错误。程序员根据编译器输出的信息修改程序逻辑错误 bug：通过分段观察程序的阶段性结果来找出错误的位置和原因。程序的调试及测试只能发现程序中的错误，而不能证明程序是正确的！,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计C和C+上机准备,C和C+,C+是从C发展而来，而C又是从B语言发展而来C语言是由贝尔实验室在B语言的基础上开发的，并有美国国家标准组织和国际标准化组织进行了标准化C+是C的扩展，主要是提供了面向对象的功能本学期介绍C的部分和过程化程序设计,第1章 计算机简介,计算机的组成计算机的发展信息的表示程序设计语言C和C+上机准备,VC6.0的使用简单情况,创建源文件：.在工具栏里面最左面的一个按钮是用来创建一个空白文件的。输入源程序：现在屏幕的中右部出现了一个空白编辑环境，是用来编辑我们的程序的。保存源文件：按一下Ctrl+S即可，此时系统会让你输入文件名字。注意一定要写扩展名“.cpp”。编译链接程序：在菜单里面找到Build然后单击里面的Build菜单项，接下来系统会弹出几个对话框，你直接点击“确定”即可。运行程序：第4步执行完后没有错误，现在就可以运行你的程序了。运行方法是点击工具条右后部的“!”或者直接按Ctrl+F5。你的程序如果正常执行的话，屏幕上回显示出一个DOS窗口输出你的运行结果。,VC6.0的使用一般情况,建立工程：在file菜单下选择new一个project建立源文件将源文件加入工程：在project菜单中选择“insert file into project”编译链接执行程序,程序的调试,程序中的错误语法错误：由编译器找出这些错误逻辑错误：可以利用调试工具VC支持各种调试工具，包括断点设置单步执行变量跟踪,