计算机与编程基础知识学习

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1、计算机与编程教学目标了解计算机科学的基本概念 熟悉不同类型的编程语言 了解典型C+程序的开发环境 用C+编写简单的计算机程序 使用简单输入与输出语句 熟悉基本数据类型 使用算术运算符了解算术运算符的优先级 编写简单的判断语句1.1 简介欢迎来到C+的世界!我们将努力带给你一个信息丰富、充满趣味和富于挑战的学习经 历。C+是一种较难的语言，通常只传授给有经验的程序员，因此本书在C+教材中独具一格：适合很少或没有编程经验的技术方面的人员适合需要深入钻研C+的熟练的程序员一本书怎样适应两类读者呢?本书始终强调通过实践证明的结构化编程st rue turedprogramming）和面向对象编程（ob

2、jec t-orien ted programming）技术编写清晰的程 序。非程序员从一开始就要养成良好的编程习惯。我们尽量以清晰而直接的方式编写程序。本书 附有大量插图，更重要的是本书提供大量实用的C+程序，并显示这些程序在计算机上运行时 产生的输出结果。所有C+特性都是在完整、可工作的C+程序环境中介绍的，我们称其为“有 生命力的代码。所有这些例子都可以从我们的web站点http:/: 9966中下 载也可以通过本书所配的交互式光盘C与C+多媒体教室（第二版）中取得。多媒体教室的 特性见本书最后的说明。多媒体教室中还包含本书一半练习的解答，包括简单解答、小型程序和 许多完整项目。本书的前

3、五章介绍计算机基础、计算机编程和C+计算机编程语言。参加我们课程的新 学员告诉我，第1章到第5章的材料为今后学习C+的高级知识打下了坚实基础。熟练的程序员 可以快速浏览前五章，然后阅读本书其余部分对C+的有深度、有挑战性的介绍。许多熟练的程序员告诉我们，他们很欣赏我们对结构化编程的处理、他们通常用C或 Pascal结构化编程语言进行编程，但由于没有系统地学习结构化编程，因此常常无法用这些语 言编写出最佳代码。学习本书前几章介绍的结构化编程知识后，有助于改进使用C或Pascal语 言编程的风格。因此，无论你是新手还是熟练的程序员，这里的信息都是充实、有趣并且具有一 定深度的。大多数人对计算机能做

4、的工作略有所知，利用本书可以学会如何指示计算机做这些工作。 软件(sofware,即编写的指令，命令计算机完成操作并做出判断)可以控制计算机(通常称为硬件, Hardware)。C+是当今最常用的软件开发语言之一。本书介绍的C+版本已经过美国国家标准协 会(ANSI, American ational Standards Institute)和国际标准化组织(ISO, International Stanards0rganization)的标准化，这个ANSI/ISO C+草案标准已经批准为全球标推。计算机的应用领域在不断增加。在这个成本稳步攀升的时代,计算成本却在急速下降, 因为硬件和软件技

5、术都在飞速发展。25年前装满整个房间、价值上百万美元的计算机如今已经 缩小到比手指甲还小的芯片,而且只要几美元。具有讽刺意味的是,硅是地球上最丰富的资源之 一,是普通砂子的主要组成部分。硅芯片技术使计算技术如此经济,如今全世界已经有大约2 亿台通用计算机在使用中,其应用涉及商业、工业、政府和个人生活。这个数字在近年内必将翻 番。本书将使读者面临几个挑战。几年前，人们学习第一个编程语言时可能只要学习C或 Pascal，但实际上还需要学习C和C+，为什么呢？因为C+包括C语言和其他更多的内容。几年前人们只需学习结构化编程(sstruetured programming)，而今则既要学习结构化编 程

6、，又要学习面向对象编程(objec t-orien ted programming),因为面向对象是今后10年最关键 的编程方法。本课程要建立和使用许多对象(Objec t),但是这些对象的内部结构最好用结构化编 程方法建立。另外，操作对象的方法最好也用结构化编程方法来表达。另一个介绍两种方法的原因是，目前有大量C+系统是从C语言系统移植过来的，还有 大量的所谓“C语言遗留代码”。C语言已经使用20余年，近年来用得越来越多。人们学习C+ 之后就会发现，C+比C语言强得多，因此通常会转到使用C+他们会将遗留的系统移植到C+, 这是个相对简单的过程。然后，他们开始用各种C+对C+语言的增强特性改进

7、其编写的类C语 言程序的风格。最后，他们开始利用C+面向对象编程的功能，真正了解这种语言的全部好处。编程语言中的一个有趣现象是，大多数厂家都推出C/C+产品组合而不是提供分开的产 品。这样，用户可以继续使用C语言编程，适当时候再逐渐过渡到C+。C+已经成为实现语言的首选但它能在第一门编程课程中介绍吗？我们认为可以。五年 前，当人们用Pascal作为第一门编程课程时，我们遇到过类似挑战。我们编写了C How To Program。如今全世界几百所大学都在使用CHow To Prrogram第二版，使用这本教材的课程和使用Pascal 作为第一门编程课程一样有效。其间没有明显的差别，只是学生学习的

8、兴趣更高，因为他们知道 工作中要使用的是c语言而不是Pascal语言。学习C语言的学生还能更快地学习C+和新的 Internet 语言Java。本书前五章介绍C+中的结构化编程方法、C+的“C语言部分”和“C+对C语言的改 进”。然后要介绍C+面向对象编程，但我们不想等到第6章再介绍面向对象编程，因此前五章 每一章都有一节“有关对象的思考”，介绍面向对象编程的基本概念和术语。第6章“类与数据 抽象“将开始用C+生成对象并编写面向对象的程序。第1章分为三部分，第一部分介绍计算机基础和计算机编程。第二部分立即开始编写一 些简单C+程序，第三部分介绍有关对象的思考。下面要开始富有挑战和回报的旅程了。

9、学习过程中，如果想与我们联系，可以给我们发电子邮件或浏览我们的web站点: http：/http：/:9966我们将立即答复。希望大家喜欢学习C+大学教程，还可以使用本书的交互式光盘版本C 与C+多媒体教室(第二版)，详见本书最后的说明。12 什么是计算机计算机(computer)是能以人的几百万甚至几十亿倍速度进行计算井作出逻辑判断的设 备。例如今天的许多个人计算机每秒钟可以进行几亿次加法运算。操作台式计算器的人要几十 年才能算出的数值，强大的个人计算机只要一秒钟即可计算完毕(注意：你怎么知道这个人加对 了没有?你怎么知道计算机做得是否正确？)。如今.最快的超级计算机(supercomput

10、er)每秒钟可 以进行几干亿次加法运算，是成百上千的人花一整年时间才能完成的计算工作。每秒钟万亿条指 令的计算机已经能在研究实验室中工作。计算机在一组指令控制下处理数据(data)，这组指令称为计算机程序(computer programmer)。这些计算机程序指导计算机按顺序进行计算机程序(computer programmer)指定的 一组操作。构成计算机系统的各种设备(如键盘、屏幕、鼠标、磁盘、内存、光盘和处理器)称为硬 件。计算机上运行的计算机程序称为软件。几年来，硬件成本已经大幅下降，使个人计算机更加 平民化。但是，随着程序员开发了许多越来越强大、越来越复杂的应用程序，而软件开发技术

11、却 进步不大，因而使软件开发成本不断上升。本书介绍通过成熟的软件开发方法减少软件开发成本， 即结构化编程、自上而下逐步完善、功能化以及面向对象编程。1.3计算机组成不管外观如何不同，每个计算机都可以看成由六个单元(logical unit)或部分组成，即：1. 输入单元(iput unit)，这是计算机的“接收”部分，从各种输入设备接收信息(数据和计 算 机程序)，并将这些信息放到其他单元中，使信息得以处理。如今大多数信息都是通过键 盘和 鼠标设备输入计算机。将来大多数信息也许可以通过语音输入或扫描图形而获得。2输出单元(ou tpu t uni t),这是计算机的“发送”部分。将计算机处理过

12、的信息送到不同输 出 设备中，向计算机外部提供所需的信息。如今计算机输出的大多数信息是通过屏幕显示、 书 面打印或用于控制其他设备。3内存单元(memory unit),这是计算机中快速访问、低容量的“库存”部分。它保存通过输入 单元输入的信息，以便在需要时立即提供这些信息进行处理。内存单元保存处理的信息， 直 到输出单元将信息故到输出设备中。内存单元也称为内存或主内存(memory或primary memory)。 4算术/逻辑单元(arithmetic and logic unit ALU)这是计算机的“生产”部分，负责进行加、 减、乘、除等运算，包含判断机制例如可以让计算机比较内存单元中

13、的两个项目，确定其是否相 等。5.中央处理单元(central processing unit CPU)，这是计算机中的“管理”部分，是计算机的 协调员，负责管理其他部分的操作。CPU告诉输入单元何时将信息读取到内存单元中，告诉ALU 何时利用内存单元中的信息进行计算，告诉输出单元何时将内存单元中的信息发送到指定的输出 设备中。6辅助存储单元(secondary storage unit),这是计算机长期的高容量“库存”部分，其他单 元不是经常使用的程序或数据通常放在辅助存储单元(如磁盘)中，直到几小时、几天、几月 甚 至几年后才需要。访问辅助存储单元中的信息要比访问主内存中的信息慢得多。辅助

14、存储单元的 单位成本比主内存的单位成本低得多。1.4 操作系统的变革早期计算机一次只能完成一个任务或作业(task或job)，这种计算机操作通常称为单用 户批处理(ba tch processing)。计算机一次运行一个程序，成组或成批地处理数据。在这些早期 系统中，用户利用穿孔卡片将作业提交到计算机中心，通常要等待几小时或几天之后才能得到打 印输出。称为操作系统(operating system)的软件系统可以帮助用户更方便地使用计算机。早期 操作系统能管理作业之间的顺利过渡，使得计算机操作员在作业之间切换的时间减到最少，从而 增加计算机处理的工作量或吞吐量(throughput)。随着计算

15、机的功能越来越强大，单用户批处理机制显然不能有效地利用计算机资源，因 此应该让许多任务或作业共享计算机资源，以达到更好地利用资源，这种方法称为多道程序设计 (multiprogramming)。多道程序系统涉及多个作业在计算机上“同时”操作，计算机在竞争资源 的作业之间共享资源。在早期多道程序操作系统中，用户还是要通过穿孔卡片将作业提交到计算 机中心，几小时或几天之后才能得到打印输出。20世纪60年代，计算机界和大学的几个研究小组提出了分时(timesharing)操作系统。 分时是多道程序的特殊情况，用户通过终端(terminal)访问计算机，终端是带有键盘和屏幕的典 型设备。在典型的分时操

16、作系统中，可能有几十甚至几百个用户同时共用计算机。计算机实际上 并不是同时运行所有用户，而是运行一个用户的一小段作业，然后转入运行下一个用户的一小段 作业。计算机的速度非常快，每秒钟可以为每个用户服务多次，使得用户的程序看上去是在同时 运行。分时的好处之一是用户能立即收到响应，而不必像原先的计算方式需要等待很长时间。1.5 个人计算、分布式计算与客户/服务器计算1977年，Apple计算机公司使个人计算(personal computer)得以普及。最初，拥有一台 计算机只是爱好者的梦想，随着它的价格不断降低，人们可以购买供个人或办公使用的计算机。 1981年，世界上最大的计算机广家IBM公司推出了 IBM个人