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1、第一章 绪论清华大学 郑 莉C+语言程序设计1本章主要内容l计算机程序设计语言的发展l面向对象的方法l面向对象的软件开发l信息的表示与存储l程序的开发过程2计算机程序l计算机的工作是用程序来控制的l程序是指令的集合。l指令是计算机可以识别的命令。计算机语言的发展3机器语言与汇编语言l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。l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
2、仍与人类的思维相差甚远。 因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4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5面向对象的语言l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。l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6面向对象的语言l优点：使程序能够比较直接地反问题域的本来面目，软
3、件开发人员能够利用人类认识事物所采用的一般思维方法来进行软件开发。计算机语言的发展7程序设计方法的发展 历程面向过程的程序设计方 法l程序的目的：用于数学计算l主要工作：设计求解问题的过程l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8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l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。l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
4、9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l优点：有效地将一个较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10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l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11程序设计方法的发展历程面向对象的方法l将数据及对数据
5、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。l对同类型对象抽象出其共性，形成 类。l类通过一个简单的外部接口，与外 界发生关系。l对象与对象之间通过消息进行通讯 。面向对象的方法12程序设计方法的发展 历程面向对象的 方法l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13面向对象的基本概念对象l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
6、有：l静态特征：可以用某种数据来 描述l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14面向对象的基本概念对象l面向对象方法中的对象：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15面向对象的基本概念类l分类人类通常的思维方法l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
7、产和生活实 践中抽象出的概念。面向对象的方法16面向对象的基本概念类l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，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17面向对象的基本概念封装l把对象的属性和服务结合成一个独 立的系统单元。l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18面向对象的基本概念继承l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
8、之一。l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。l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19面向对象的基本概念多态性l多态是指在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。l例如： 数的加法-实数的加法-复数的加法面向对象的方法20面向对象的软件工程l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
9、的软件维护（OOSM）面向对象的软件开发21系统分析l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。l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22设计l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23编程OOP工作就是用一种面向对象的编程
10、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24测试l测试的任务是发现软件中的错误。l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，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25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26信息的表示和存储l信息的分类l计算机的数字系统l程序设计中常用的数制l不
11、同进位计数制间的转换l信息的存储单位l二进制数的编码表示l小数的表示方法l非数值信息的表示27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28计算机的数字系统l计算机采用的是二进制数字系统。 l基本符号：0、1l进位原则：逢二进一 l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 l缺点：对人来说可读性差信息的表示与存储29程序设计中常用的数 制信息的表示与存储30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 +
12、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 +10*16- 2=(0.1640625)10信息的表示与存储31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 02 8 12 4 02 2 02 1 00 1 高位 所以 681010001002信息的表示与存储32不同进位计
13、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 .6250.625 2 = 1 .250.25 2 = 0 .50.5 2 = 1 .0 所以 0.312510 = 0.01012 信息的表示与存储33不同进位计数制间的 转换 二、八、十六进制的相互 转换l每位八进制数相当于三位二进制数l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
14、(11110111)2信息的表示与存储34信息的存储单位l位(bit)：度量数据的最小单位，表 示一位二进制信息。l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 M 信息的表示与存储35二进制数的编码表示 :原码l“符号绝对值表示“的编码 例如： X=+0101011 X原 = 0 0101011 X=-0101011 X原 = 1 0101011符号位 l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
15、，且运算规则复杂。信息的表示与存储36二进制数的编码表示 :反码l正数的反码与原码表示相同。l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 =10011001 X=+0000000 X原 =00000000 X反 =00000000l反码中零的表示也不唯一 X=-0000000 X原 =10000000 X反 =11111111l反码只是求补码的中间码信息的表示与存储37二进制数的编码表示 :补码l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 。l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
