大学计算机程序设计c++自学教案

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1、14:55 1 自 我 介 绍 姓名：王坤 14:55 2 教 学 用 书 西南交通大学出版社 计算机程序设计基础（ C+） 2017年 14:55 3 考核方式 实验项目： 20% 半期考试： 20% 期末考试： 60% 课堂表现：考勤三次缺勤，可取消期末考试资格 14:55 4 第一章 引论 计算机程序设计基础与 Visual C+ 前一页 休息 14:55 5 教学内容 1软件开发和编制的概念； 2计算机算法； 3程序设计语言和开发工具 4. C+基本程序框架 5. 程序设计的简单示例 前一页 休息 14:55 6 一、什么是程序？ 程序 就是让计算机完成某项任务的一系列命令的集合。 人

2、们编写程序的过程称为 程序设计（程序开发）。 软件开发和编制 二、程序设计基本步骤 ： 1 分析问题 通过原始资料，取得对问题的一个清晰的理解，进而确定解决问题的目标（称为输出）以及实现该目标所需要的条件（称为输入） 2规划数据结构与设计算法 数据结构 指数据的表示及相关操作；算法 描述了求解问题的步骤或规则。 设计合理的数据结构可以简化算法，好的算法使程序具有更高的效率 3验证算法 使用多组样本数据，通过手工计算，对方案的正确性进行证明和验证 4编码实现 选用一种程序设计语言（如 C+语言）将算法转换成计算机能够理解的程序（称为编程） 5调试和测试程序 “调试” 就是查找和排除程序错误，直到

3、能够得到正确的运行结果为止。 “测试” 是在计算机上用样本数据运行程序，测试代码的正确性。 程序中的错误可能是 语法错误 ，也可能是 逻辑错误 。大多数语法错误容易找到和改正，但逻辑错误就较难找到，因为导致逻辑错误的原因很多 前一页 休息 14:55 11 计算机算法 什么是计算机算法？ 计算机算法规定了利用计算机解决某个（或某类）问题的一系列运算（或称操作序列），它是对计算机解题方案 的准确与完整描述。 一、算法的表示方法 1.自然语言 2.传统流程图 3.结构化流程图 （ 1）三种基本结构的流程图 （ 2） N-S流程图 自然语言是人们日常使用的语言，用自然语言表示算法通俗易懂； 但文字冗

4、长，含义往往不太严格，容易出现 “歧义性”，要根据上下文才能判断其正确含义。而且用自然语言来描述包含分支和循环的算法，很不方便。因此，除了一些简单的问题外，一般不用自然语言描述算法。1.自然语言表示算法 例 计算 5! 步骤 1 ： 先 求 1 2 ， 得 到 结 果 2 步骤 2 ： 步 骤 1 的结果 2 乘以 3 ， 得 到 结 果 6 步骤 3 ： 步 骤 2 的结果 6 乘以 4 ， 得 到 结 果 24 步骤 4 ： 步 骤 3 的结果 24 乘以 5 ， 得 最 终 结果 120 设 T 为被乘数， I 为乘数S1 ：输入 n 值S2: 将 1 TS3 ：将 1 IS4 ：将 T

5、 I TS5 ：将 I+1 IS6 ：若 I n 成立，返回重新执行 S 4 ，以及其后的步骤 S5 、 S6 ；否则执行 S7S7 ：输出 T ，算法结束例 计算 n! ？ 2I 流程图是用一些图框表示各种类型的操作用图形表示算法 , 直观形象 , 易于理解美国国家标准化协会 A N SI ( A m er i canN at i onal St andard I nst i t ut e ) 规定了一些常用的流程图符号2.传统流程图表示算法 前一页 休息 14:55 17 起止框 输入输出框 判断框 处理框或 流程线 联结点 注释框这些符号已为世界各国程序设计者普遍采用 前一页 休息 14

6、:55 18 例 将求 n！的算法用传统流程图表示 设 T 为被乘数， I 为乘数 S1 ：输入 n 值 S2: 将 1 T S3 ：将 1 I S4 ：将 T I T S5 ：将 I+1 I S6 ：若 I n 成立，返回重新执行 S 4 ，以及 其后的步骤 S5 、 S6 ；否则执行 S7 S7 ：输出 T ，算法结束 3.结构化流程图表示算法 A B A、顺序结构 （ 1）三种基本结构的流程图 1966年， Bohra和 Jacopini提出了三种基本结构作为表示算法的基本单元 前一页 休息 B、选择结构 (又称选取结构 ) 前一页 休息 14:55 21 当型循环结构 直到型循环结构当

7、型循环和直到型循环结构条件互逆C、循环结构 (又称重复结构 ) 前一页 休息 14:55 22 传统流程图的弊端 对流程线的使用没有严格限制，流程图变得毫无规律，使人难以理解算法的逻辑。这种情况如下图算法的可靠性和可维护性难以保证1971 年由两位美国学者提出了一种新的流程图形式，这种流程图完全去掉了带箭头的流程线，称为 N-S 流程图。 N - S 流程图符号如下： 顺序结构AB（ 2） N-S流程图 选择结构 循环结构 例 用 N-S流程图表示求 n!的算法 二、算法要素与效率： 1、算法的特征 有效性： 算法中的每一步骤都能够被计算机理解和执行，不是抽象和模糊的 有穷性： 算法应该在执行

8、有限的步骤后结束，不能是无限的 确定性： 组成算法的每一步骤应该有确定的语义，不能有任何歧义 有零个或多个输入： 部分数据在操作之前需要通过外界赋值，称为输入 有一个或多个输出： 算法的运算结果即是算法的输出 正确性 对于任意的一组输入，包括合理和不合理的输入，总能得到预期的结果。 可读性 清晰易读的算法有助于对算法的理解，易于调试和修改。 健壮性 对于非法的输入，能够做出适当的反应或异常情况处理。 高效性 占用计算机资源量（主要是运行时间和存储空间）越少效率越高。 14:55 28 2、算法的性能： 14:55 29 通常把对算法效率的度量，称为 算法的复杂性分析 。它是算法运行所需要的计算

9、机资源的量，是依赖于算法要解决的问题的规模、算法的输入和算法本身的函数。 其中，需要的时间资源的量称为 时间复杂性 ，需要的存储空间资源的量称为 空间复杂性 。 3、算法的评价 14:55 30 算法一：从第一个元素 a1开始逐一比较，此时，最好的情况是 a1就是要查找的元素，只需比较一次。最坏情况则需要比较 n 次，即一直比较到 an才能得到结果；假定每个元素与 b相同是等概率的，则平均需要比较 n/2 次。例 欲在按非降次序排列的 n个元素 a1,a2,a n(aia i+1)中查找是 否有与 b相同的元素。 前一页 休息 14:55 31 算法二： 采用折半查找 (二分查找 )的方法，即

10、先用位居中点的元素 a（ n/2） 与 b比较，若 b= a（ n/2） ，则查找成功。若 ba（ n/2） ，同时 b a（ n/2） ，则在 a1,a2, ,a（ n/2-1） 中采用上述方法继续查找；否则在 a（ n/2+1） ,a（ n/2+2） ,a n 中采用上述方法继续查找。这种算法显然要优越于前一种算法，因为最多也只需要比较log2n次。 不同类型的问题有不同的算法 同一类型的问题也有多种算法 解决一个实际问题时，可能会有多种算法可供使用，我们需要对这些算法进行分析，选择最优的一个使用。 前一页 休息 14:55 33 程序设计语言和开发工具 一、程序设计语言简介 人与机器交换

11、信息的语言。 四个阶段： 1.机器语言 2.汇编语言 3.面向过程的高级语言 4.面向对象的高级语言 14:55 34 1.机器语言： 由二进制数组成的指令代码的集合，机器能直接识别，各种机器指令系统互不相同。 计算机编码： 常用 ASCII码（美国标准信息交换编码） American Standard Code for Information Interchange 14:55 35 示例：按 ASCII码将 A=1+2 写成机器语言 字符 ASCII码 十进制 A 01000001 65 = 00111101 61 1 00110001 49 + 00101011 43 2 0011001

12、0 50 14:55 36 按 ASCII码写出的 A=1+2的机器语言： 010000010011110100110001001010110011001 机器语言优点： 质量高、执行速度快、占存储空间小。 机器语言缺点： 编程难度大、指令难记、繁琐、直观性差、容易出错、检查调试困难、通用性差不兼容。 2.汇编语言 用助记符代替指令代码，符号化 例： ADD （加法） DIV （除法） 汇编语言不能直接在机器上运行，要转换成机器语言才能执行。 例：汇编语言源程序： main proc pay mov ax,dseg mov ax,0b00h add ax,dx mov al,bl mul bl

13、,ax mov bl,04h 汇编语言优点： 质量高、执行速度快、占存储空间小、可读性有所提高。 汇编语言缺点： 类似机器语言，通用性、可移植性差，与人的自然语言还相差很悬殊。 机器语言和汇编语言也称为 低级语言 。 3.面向过程的高级语言 特点：接近人们习惯用的自然语言和数学语言，通用性强，可移植性好。 常见语言： BASIC 、 PASCAL、 FORTRAN、C、 . 示例： input “ Entername”;name$ input “ Enterhoursworked”;hours input “Enter pay rate”;rate grossPay=hours*rate fe

14、deralTax=.02*grossPay socSecTax=.07*grossPay stateTax=.06*grossPay netPay=grossPay-federalTax-socSecTax-stateTax print name$,netPay 4.面向对象的高级语言 围绕真实世界中的对象概念来组织模型，使问题求解更容易，程序的编制、调试和维护更容易。 常见的面向对象程序设计语言： Visual C+、 Visual Basic、 Java. 示例： class Date public: void changeDate(int month,int day,int year); void displayDate(); private: int month; int day; int year; ; Date payDay; 高级语言（面象过程及面象对象）所编写的程序均不能直接在计算机上执行，要转换成机器指令代码。 两种转换方式： (1)编译方式 通过编译程序（编译、链接）将整个程序转换为机器语言。