计算机程序设计基础课件教学PPT作者熊壮主编计算机程序设计基础第1章

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1、计算机程序设计基础,计算机程序设计基础,基本概念 程序设计中的数据基础 结构化程序基础 模块化程序设计基础 程序设计中数据对象地址的处理方法 构造类型数据处理基础 字符串数据处理基础 二进制位数据的处理基础 文件数据处理基础 程序设计的深入话题,基本概念,程序设计语言 计算机中数据表示方法 算法特征及算法的描述方法,程序设计语言,程序设计语言概述 人与计算机之间交流的语言称为计算机程序设计语言。其用途是解决人类和计算机相互交流的问题，将人解决问题的思路、方法和手段通过某种计算机能够理解的形式告诉计算机，使得计算机能够根据人的指令去一步一步地工作进而完成某种特定的任务。 程序设计语言类别 机器语

2、言 汇编语言 高级语言 面向过程的程序设计语言 面向对象的程序设计语言,程序设计语言,语言处理程序概述 计算机系统仅能够直接执行机器语言程序，使用计算机高级程序设计语言编写的源程序不能为计算机系统直接识别、理解和执行，必须通过某种方式转换为计算机能够直接执行的机器语言程序。 源程序到目标程序的转换方式 解释方式 对源程序一边解释一边执行，不形成对应的目标文件和执行文件。 编译方式 使用相应的编译程序对源程序进行处理，将所处理的源程序转换为用二进制代码表示的目标程序，然后通过连接程序处理，将程序中所用的函数调用、系统功能调用等嵌入到目标程序中，构成一个可以连续执行的二进制执行文件。,程序设计语言

3、,程序设计方法概述 程序设计的主要方法 结构化程序设计方法 面向对象程序设计方法 组件程序设计方法 结构化程序设计方法 抽象与分解 现实世界中一定事物、状态、或过程之间总是存在着某些相似的方面，把这些相似的方面集中和概括起来，暂时忽略它们之间的差异，或者说抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节，这就是抽象。所谓分解就是当遇到一个较大的、较复杂的问题时，应该首先把问题自顶向下、逐步分解，直到分解为能够直接控制的若干子问题为止。,程序设计语言,程序设计方法概述 结构化程序设计方法 信息隐蔽与局部化 在问题的分解（即模块化）过程中应该这样设计和确定模块，使得一个模块内包含的信息对于不需要这些信息的

4、模块来说是不能访问的。 使用三种基本结构 在结构化程序中极可能使用顺序，分支和循环三种程序基本结构，尽可能保持模块的单入口和单出口形式、限制使用GOTO语句。,程序设计语言,程序设计方法概述 面向对象程序设计方法 面向对象程序设计方法的基本思想就是尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析问题和解决问题。从面向对象的角度看，程序是对象的集合，对象之间的相互作用构成了一个软件系统。对象参与的交互动作称为事件，在事件中消息在对象之间发送，接收消息的对象调用相应的方法进行响应。,程序设计语言,程序设计方法概述 面向对象程序设计方法 对象和类是面向对象程序设计的基础 将问题所对应的现实世界中的事物抽

5、象成对象或类，并建立对象之间的关系。每个对象或类不仅包含描述其特征的属性或数据结构，而且还包含对这些数据结构的操作（也称为方法或服务）。对对象的操作可以是以某种方式处理数据，或者是执行某个计算，或者是监督一个对象控制事件的发生。通过对象关系可以明确对象之间的消息（消息也可理解为事件），通过定义每个对象所能够接收的消息以及对象接收消息时执行的相应操作可以建立对象间的接口，同时还可以描述对象的私有部分即对象的内部属性或数据结构以及操作的过程细节。,程序设计语言,程序设计方法概述 面向对象程序设计方法 通过对类的继承实现重用 从已有的对象类型出发建立一种新的对象类型，使新的对象类型继承原对象类型的特

6、点和功能，继承是对许多问题中分层特性的一种自然描述，继承就是创建一个具有其他类的属性和行为的新类。在面向对象的程序设计方法中，正是通过对类的继承实现程序代码的重用。,哺乳动物 有四条腿 一条尾巴 喜欢夜行 老鼠的天敌,哺乳动物 有四条腿 一条尾巴 喜欢夜行 老鼠的天敌 白色的毛,猫 白色的毛,结构化描述方法,面向对象描述方法,程序设计语言,程序设计方法概述 组件程序设计方法 组件程序设计方法继承并发展了面向对象的程序设计方法。它把对象技术应用于系统设计，对面向对象的程序设计的实现过程作了进一步的抽象。在结构化程序设计方法和面向对象的程序设计方法中都只能在源程序级别对程序代码进行重用，组件程序设

7、计方法在二进制级别（可执行代码级）对程序代码进行重用。,基本概念,程序设计语言 计算机中数据表示方法 算法特征及算法的描述方法,计算机中数据表示方法,进位计数制和数制之间的转换 进位计数制的基本概念 任意的R进制数据使用的数码为R个，它们是0，1，2，R-1，逢R进位，用公式可以表示为： 数制之间的转换 十进制整数转换为R进制数除R取余法 “除R取余法”的基本方法是用被转换的数除以R，所得到的余数为取出的R进制数码；然后用上次得到的商除以R，得到的余数为取出的R进制数码；直到数据全部转换完为止。最先取出的是R进制数据的最低位，最后取出的是R进制数据的最高位。,（0kiR-1）,计算机中数据表示

8、方法,进位计数制和数制之间的转换 数制之间的转换 十进制小数转换为R进制数乘R取整法 “乘R取整法”的基本方法是用被转换的十进制小数乘以R，所得到的整数部分为R进制数的数码；然后再用上次得到的小数部分乘以R，得到的整数部分为取出的R进制数码；直到数据转换完成或达到所需的精度要求为止。最先取出的是R进制小数的最高位，最后取出的是R进制小数的最低位。,例:将十进制小数0.63转换为二进制（取4位小数） （整数部分） 0.63*2=1.26 1（转换后的小数最高位） 0.26*2=0.52 0 0.52*2=1.04 1 0.04*2=0.08 0（转换后的小数最低位） 即，(0.63)10(0.1

9、010)2,计算机中数据表示方法,进位计数制和数制之间的转换 数制之间的转换 十进制实数转换为R进制数 一般的十进制实数转换为R进制实数时，将整数部分和小数部分分别转换后拼接在一起。 R进制数转换为十进制数按权相加法 “按权相加法”的基本方法是将被转换的数据按权展开为多项式，然后将展开的多项式按十进制计算求和。,例:将二进制数据(1111011.1010)2转换为十进制 (1111011.1010)2 =(1*26+1*25+1*24+1*23+0*22+1*21+1*20 +1*2-1+0*2-2+1*2-3+0*2-4)10 =(64+32+16+8+0+2+1+0.5+0+0.125+0

10、) 10 =(123.62) 10,计算机中数据表示方法,数在计算机中的表示方法 数据的真值 一个带符号的二进制数据表示称为该数据的真值。 数的原码表示 二进制数据的原码表示是将该二进制数据真值的符号用数码来表示，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数，X的原码用标记X原来表示。 数的反码表示 二进制数据X的反码用标记X反来表示，数据反码生成的规则是：正数的反码与其原码相同；负数的反码是在其原码的基础上符号位保持不变，数值位按位取反（0变成1，1变成0）。,计算机中数据表示方法,数在计算机中的表示方法 数的补码表示 二进制数据X的补码用标记X补来表示，数据补码生成的规则是：正数的补码与其原码相

11、同；负数的补码是在其原码的基础上先求其反码，然后在反码的最低位加1。 字符数据的编码 字符数据常用的编码方式是ASCII码（即美国国家标准信息交换码：American Standard Code for Information Interchange）。此外，常用的编码方式还有EBCDIC码、Unicode码等。,例: 数在计算机中的表示 数：+123 真值：1111011 原码：01111011 反码：01111011 补码：01111011 数：-123 真值：1111011 原码：11111011 反码：10000100 补码：10000101,计算机中数据表示方法,数在计算机中的表示方

12、法 程序设计中数据的表示 对数据的描述需要从三个方面进行，即数据的名称、数据的特征以及数据的特征值。 数据的名称 在程序中被处理的数据需要有一个名字来表示。 数据的特征 数据可以表示值的类型和取值的范围。 数据的特征值 在数据用于参加某种运算或者用于某种判断之前还必须知道它所具有的内容，即数据的特征值。,计算机中数据表示方法,数在计算机中的表示方法 数据与存储器之间的关系 程序中所用到的数据在程序的运行过程中都占据一个或一段特定的存储单元，这些存储单元在存储器中都有一个起始位置，这个起始位置称之为数据在内存中的存储地址。定义或者声明变量的作用之一就是为了能够建立用变量名字所表示的数据与具体内存

13、地址之间的对应关系。 数据的分类 常量 程序的运行过程中其值不允许发生改变的数据称为常量，在各种计算机程序设计语言中都有相应的常量表示方法。 变量 程序的运行过程中，值有可能（允许）发生变化的数据称为变量。一般地，变量是指在程序中程序员用符号来显式命名的数据对象。,基本概念,程序设计语言 计算机中数据表示方法 算法特征及算法的描述方法,算法特征及算法的描述方法,算法的概念 算法是用计算机解决实际问题的方法和步骤，是一组明确的可执行步骤的有序集合。 算法的基本特征 有穷性。一个算法必须能够在算法所涉及的每一种情况下，都能在执行有穷步操作之后结束。算法的有穷性特征是算法和计算方法之间最明显的区别。

14、 非算法的示例,非算法的示例 算法：数值累加 第1步算法开始 第2步0- n（即设置n为0）； 第3步n+1-n（将n值加1）； 第4步 转回第3步 第5步算法结束,算法特征及算法的描述方法,算法的基本特征 确定性。算法的每一步操作，其顺序和内容都必须精确地惟一确定，不能有任何的歧义性。防止歧义性是程序设计中必须遵循的基本准则之一，无论使用何种符号、何种数据、何种操作都必须保证其惟一确定的精确意义。 可执行性。算法所描述的每一步操作都必须是可行的，即必须是可以付诸实施并能够具体实现的基本操作。 0个或多个输入数据。 1个或多个输出数据。,算法特征及算法的描述方法,算法的基本结构 顺序结构 顺序

15、结构是一种简单而基础的算法基本结构，其主要特点是：各个操作按其出现的先后次序依次顺序执行一遍。 选择（分支）结构 选择结构是算法在描述稍复杂问题时所必不可少的基本结构，其主要特点是：根据给定条件的成立与否来选择执行不同的操作。 循环结构 在算法中若要描述某些操作反复执行的概念，就要使用循环结构。循环结构的特点是：根据所给定的条件来判断是否需要重复地执行一组操作，当所给条件为真时执行，否则退出。,算法特征及算法的描述方法,算法的描述方法 人类的自然语言 程序流程图 流程图又称为程序框图，使用一些图形符号来表示算法中的各个执行或判断过程，使用流程线（有向线段）来表示算法执行中每一个步骤在执行上的时

16、间顺序。流程图可以非常清楚地描述整个算法执行的过程，但由于流程线画法十分灵活自由，使用不当会造成算法清晰性差以及理解上的困惑。 N-S图 N-S图是一种结构化程序设计图，与程序流程图的主要区别在于去掉了程序流程图中的流程线，从而解决了使用程序流程图容易设计出非结构化算法的问题，强制算法设计者使用结构化程序设计思想。,算法特征及算法的描述方法,算法的描述方法 伪语言 在伪语言中，一般用某种计算机程序设计语言的控制结构来描述算法中的控制含义，用近似自然语言的方式来描述算法中的操作。 用伪语言描述的算法的基本结构 顺序结构 处理S1 处理S2 选择结构 If（条件）then 处理序列1 Else 处理序列2 ,算法特征及算法的描述方法,算法的描述方法 用伪语言描述的算法的基本结构 多分支选择结构 Switch（条件） 情况1：处理S1 情况2：处理S2 情况n：处理n ,算法特征及算法的描述方法,算法的描述方法 用伪语言描述的算法的基本结构 当型循环结构 While（条件） 处理序列（循环体） 直到型循环结构 Do 处理序列（循