C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

作者：陳維興、林小茶等21世紀(jì)高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系列規(guī)劃教材譚浩強(qiáng)主編授課：崔春英cuiying_1201@163.com課程介紹一、課程目標(biāo)

本課程以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法為核心，選用C++語(yǔ)言為工具來(lái)介紹程序設(shè)計(jì)方法。學(xué)習(xí)本門(mén)課程主要達(dá)到以下兩個(gè)目標(biāo)：作為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)入門(mén)，領(lǐng)會(huì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念。把握C++程序設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)，掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的方法和要求。二、教材簡(jiǎn)介教材：陳維興，林小茶。C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。中國(guó)鐵道出版社。三、課程學(xué)習(xí)獨(dú)立思考，上機(jī)實(shí)踐。計(jì)算機(jī)科學(xué)是注重實(shí)踐的學(xué)科。必須通過(guò)大量上機(jī)實(shí)踐，獨(dú)立思考來(lái)獲得知識(shí)。舉一反三，融會(huì)貫通。學(xué)習(xí)C++語(yǔ)言的同時(shí)，融會(huì)貫通程序設(shè)計(jì)方法、程序設(shè)計(jì)風(fēng)格以及軟件工程的思想。觸類(lèi)旁通其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。上機(jī)要求：提前按要求編好程序固定位置，盡量獨(dú)立處理好實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題四、課程考核總成績(jī)＝平時(shí)成績(jī)+課程設(shè)計(jì)+期末考試第一章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概述1.1什么是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)1.2面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言1.3C++編程簡(jiǎn)介程序設(shè)計(jì)基本概念根據(jù)傳統(tǒng)的（面向過(guò)程）程序設(shè)計(jì)方法，把計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍谟?jì)算機(jī)上運(yùn)行程序，一般經(jīng)歷問(wèn)題定義、算法設(shè)計(jì)、程序編碼、程序測(cè)試等步驟。1.問(wèn)題的定義問(wèn)題定義的目的是明確要解決的問(wèn)題。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需求分析完成的就是問(wèn)題定義，即明確要開(kāi)發(fā)軟件的功能需求。程序設(shè)計(jì)基本概念2.算法設(shè)計(jì)

算法設(shè)計(jì)是指把問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型或處理需求轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的解題步驟。通常分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。3.程序編碼

程序編碼的主要任務(wù)，是選定某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言將前一步設(shè)計(jì)出來(lái)的算法實(shí)現(xiàn)為能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序。4.測(cè)試和調(diào)試

測(cè)試和調(diào)試的主要目的在于發(fā)現(xiàn)和糾正程序中的錯(cuò)誤。確保程序?qū)崿F(xiàn)需求規(guī)格說(shuō)明規(guī)定功能。算法與程序1.算法

做任何事情都有一定的步驟。為解決一個(gè)問(wèn)題而采取的方案和步驟，就稱(chēng)為算法。算法是一個(gè)由有限步驟組成的具體過(guò)程。計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的求解步驟就是計(jì)算機(jī)的算法。程序設(shè)計(jì)基本概念算法的三種描述方式：文字描述、圖形描述、程序語(yǔ)言描述（1）文字描述例如，求解兩個(gè)整數(shù)整商的算法的文字的描述：

1）讀入兩個(gè)整數(shù)，即被除數(shù)和除數(shù)；

2）如果除數(shù)為0，則輸出除數(shù)為0的錯(cuò)誤信息；3）否則，計(jì)算被除數(shù)和除數(shù)的整商，輸出計(jì)算結(jié)果。（2）圖形描述主要介紹流程圖的描述方法。流程圖是對(duì)算法邏輯順序的圖形描述。此方法形象、清晰、畫(huà)法簡(jiǎn)單、格式自由，可以不涉及太多的機(jī)器細(xì)節(jié)或程序細(xì)節(jié)。

程序設(shè)計(jì)基本概念開(kāi)始除數(shù)等于0嗎？讀入被除數(shù)和除數(shù)計(jì)算被除數(shù)和除數(shù)的商輸出整商結(jié)束輸出“除數(shù)為0錯(cuò)誤”（3）程序語(yǔ)言描述

例1－1：#include<iostream.h>

intmain(){

intdividend,divisor,quotient;

cout<<“Pleaseenterthedividend\n”;

cin>>dividend;

cout<<“Pleaseenterthedivisor\n”;

cin>>divisor;if(divisor==0)

cout<<“Error:thedivisorcannotbe0.”;else{quotient=dividend/divisor;

cout<<“Quotientis”<<quotient;}return0;}程序設(shè)計(jì)基本概念2.程序

程序是用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言描述的算法。程序規(guī)定了計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)作和動(dòng)作的順序。一個(gè)程序應(yīng)該包括以下兩方面的內(nèi)容：1）對(duì)數(shù)據(jù)的描述。指定數(shù)據(jù)的類(lèi)型和數(shù)據(jù)的組織形式，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2）對(duì)操作的描述。即操作步驟，也就是算法。程序從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是描述一定數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思（NiKiklausWirth）提出了一個(gè)公式：

程序＝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)＋算法程序結(jié)構(gòu)P4：按功能劃分基本模塊，這些模塊形成一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)；模塊間關(guān)系盡可能簡(jiǎn)單，功能相對(duì)獨(dú)立；模塊由順序、選擇和循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成；模塊的實(shí)現(xiàn)方法是函數(shù)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)(StructureProgramming)語(yǔ)言工具：Basic、Fortran、C、Pasical等程序結(jié)構(gòu)良好、易寫(xiě)易讀程序風(fēng)格：上一頁(yè)ABPBAFTTPSF結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)句(自左向右依次為順序、分支、循環(huán))舉例：函數(shù)與函數(shù)調(diào)用的例子floatfunc1(floatX,floatY){ floatZ; Z=X+Y/2; returnZ;}main(){ floata,b,c;

scanf(“%f,%f”,&a,&b); c=func1(a,b);

printf(“%f”,c)}設(shè)計(jì)思想：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)的操作放在一起，作為一個(gè)互相依存、不可分割的整體來(lái)處理，它采用了數(shù)據(jù)抽象和信息隱藏技術(shù)。它將對(duì)象及對(duì)對(duì)象的操作抽象成一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型——類(lèi)，并且考慮不同對(duì)象之間的聯(lián)系和對(duì)象類(lèi)的重用性。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的優(yōu)越性表現(xiàn)在代碼的可重用性和可擴(kuò)充性。程序結(jié)構(gòu)：將系統(tǒng)劃分為不同對(duì)象，對(duì)象間靠消息相互驅(qū)動(dòng)，使對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程盡可能一致語(yǔ)言工具：

C++、VC++、Java、VB等結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是面向機(jī)器的，以算法為核心。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法面向問(wèn)題的，它認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界由對(duì)象組成，而問(wèn)題的求解方法與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的主要特征是：程序＝對(duì)象+消息例如，當(dāng)人們審視某高校學(xué)生教材購(gòu)銷(xiāo)系統(tǒng)時(shí)，首先會(huì)想到的是學(xué)生和教材處這兩個(gè)實(shí)體。因?yàn)?，教材?gòu)銷(xiāo)的所有活動(dòng)都是圍繞這兩個(gè)實(shí)體進(jìn)行的。以學(xué)生教材購(gòu)銷(xiāo)系統(tǒng)為例，按照人們觀察問(wèn)題的視點(diǎn)，我們得到如圖所示的結(jié)構(gòu)。學(xué)生教材購(gòu)銷(xiāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，我們卻得到如圖所示的SC圖（一種圖形描述工具）。SC圖中各模塊的劃分是以功能為基礎(chǔ)的。學(xué)生教材購(gòu)銷(xiāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)SC圖面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念1．對(duì)象（Object）面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法把客觀世界中的一切實(shí)體都可視為對(duì)象。例如，一輛汽車(chē)、一個(gè)學(xué)生、一個(gè)三角形、一份文件等都是對(duì)象。例如：教師黎明就是一個(gè)對(duì)象。對(duì)象的屬性：年齡：30學(xué)歷：博士職稱(chēng)：講師專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)軟件對(duì)象的行為：授課運(yùn)動(dòng)吃飯一個(gè)個(gè)的像黎明這樣的教師就可以構(gòu)成一個(gè)教師類(lèi)。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象是描述其屬性的數(shù)據(jù)以及對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的一組操作封裝在一起構(gòu)成的統(tǒng)一體。對(duì)象＝數(shù)據(jù)+操作2．封裝（Encapsulation）封裝是一種機(jī)制。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中封裝是把數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的代碼都放在對(duì)象內(nèi)部，并盡可能地隱蔽對(duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)。使用一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，通過(guò)它向外界提供的接口形式，不需要知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)操作的算法。封裝是一個(gè)取自日常生活的概念，我們把信、賀卡、照片放到同一個(gè)信封里寄給朋友，就是一個(gè)封裝的簡(jiǎn)單例子。封裝舉例：錄音機(jī)3．類(lèi)（Class）

在實(shí)現(xiàn)世界中,“類(lèi)”是一組具有相同屬性和行為的對(duì)象的抽象。類(lèi)和對(duì)象之間的關(guān)系是抽象和具體的關(guān)系。類(lèi)是多個(gè)對(duì)象進(jìn)行綜合抽象的結(jié)果,一個(gè)對(duì)象是類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。由于類(lèi)是對(duì)共同屬性和行為的封裝，所以通常使用如圖所示的圖形工具來(lái)表示一個(gè)類(lèi)。

類(lèi)的表示4．消息（Message）和方法消息是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)用來(lái)描述對(duì)象之間通信的機(jī)制。一個(gè)消息就是一個(gè)對(duì)象要求另一個(gè)對(duì)象實(shí)施某種操作的一個(gè)請(qǐng)求。要求某一對(duì)象做某一個(gè)操作時(shí)，就向該對(duì)象發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的消息。當(dāng)對(duì)象接收到發(fā)向它的消息時(shí)，就調(diào)用有關(guān)的方法，執(zhí)行相應(yīng)的操作。方法就是對(duì)象能執(zhí)行的操作。在C++語(yǔ)言中方法是通過(guò)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱(chēng)為成員函數(shù)。5．繼承（Inheritance）繼承是依據(jù)現(xiàn)有類(lèi)定義新類(lèi).新類(lèi)繼承現(xiàn)有類(lèi)的一切.基類(lèi)（父類(lèi)）派生類(lèi)（子類(lèi)）子類(lèi)比父類(lèi)要更加具體化，例如，“狗”這個(gè)類(lèi)可能會(huì)有它的子類(lèi)“牧羊犬”和“吉娃娃犬”。假設(shè)“狗”這個(gè)類(lèi)有一個(gè)方法叫做“叫()”和一個(gè)屬性叫做“毛皮顏色”。它的子類(lèi)（前例中的牧羊犬和吉娃娃犬）會(huì)繼承這些成員。這意味著程序員只需要將相同的代碼寫(xiě)一次。實(shí)現(xiàn)了代碼重用6．多態(tài)（Polymorphism）面向?qū)ο蟮耐ㄐ艡C(jī)制是消息，面向?qū)ο蠹夹g(shù)通過(guò)向未知對(duì)象發(fā)送消息來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。當(dāng)一個(gè)對(duì)象發(fā)出消息時(shí)，由于接收對(duì)象的類(lèi)型可能不同，所以，它們可能做出不同的反應(yīng)，這樣，一個(gè)消息可以產(chǎn)生不同的響應(yīng)效果，這種現(xiàn)象叫做多態(tài)性。舉例來(lái)說(shuō)，狗和雞都有“叫()”這一方法，但是調(diào)用狗的“叫()”，狗會(huì)汪汪叫；調(diào)用雞的“叫()”，雞則會(huì)啼叫。多態(tài)性舉例：例如，一個(gè)電子游戲中，由士兵、炸彈、敵船等對(duì)象構(gòu)成，它們有共同的行為知道如何在屏幕上顯示（Create）自己。它們對(duì)共同的基本消息創(chuàng)建（Create）就會(huì)有不同的響應(yīng)。例如，士兵對(duì)象收到Create消息后，會(huì)在屏幕的某個(gè)位置畫(huà)出一個(gè)士兵的圖形，而炸彈對(duì)象收到Create消息后，在屏幕上畫(huà)出的是一個(gè)炸彈的圖形。顯然，畫(huà)炸彈和畫(huà)士兵需要不同的繪制方法。但是，它們可以被同一條消息Create所引發(fā)，這就是多態(tài)。C與C++

C語(yǔ)言是1972年由DennisRichie在貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一個(gè)通用目的的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C語(yǔ)言從問(wèn)世以來(lái)，就是作為UNIX操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言而聞名于世。其實(shí)，目前許多UNIX和LINUX操作系統(tǒng)都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。但是C語(yǔ)言也存在著一些局限：C語(yǔ)言的類(lèi)型檢查機(jī)制相對(duì)較弱，這使得程序中的一些錯(cuò)誤不能在編譯階段由編譯器檢查出來(lái)；C語(yǔ)言本身幾乎不支持代碼重用的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)C語(yǔ)言不適合開(kāi)發(fā)大型程序，當(dāng)程序達(dá)到的規(guī)模達(dá)到一定的程度時(shí)，程序員就很難控制程序的復(fù)雜性。C與C++

C++繼承了C的原有精髓，如高效率、靈活；引入了對(duì)開(kāi)發(fā)大型軟件頗為有效的面向?qū)ο髾C(jī)制。彌補(bǔ)了C語(yǔ)言不支持代碼重用、不適合開(kāi)發(fā)大型軟件的不足。增加面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的支持支持傳統(tǒng)的面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)C++CC與C++C++實(shí)現(xiàn)了類(lèi)的封裝，數(shù)據(jù)隱藏、繼承及多態(tài)，使其代碼可重用并容易維護(hù)。C++是一種混合型的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)語(yǔ)言。C++是一門(mén)高效使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，既可進(jìn)行過(guò)程化程序設(shè)計(jì)，又可進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。目前，C++語(yǔ)言已被廣泛應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)的眾多領(lǐng)域。已知三邊求三角形的面積1。用戶：輸入三邊程序面積2。算法接受用戶輸入的三邊a,b,c計(jì)算面積：

求(a+b+c)/2s

求面積sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c))area將求得的面積area輸出編寫(xiě)程序舉例#include<iostream.h>#include<math.h>voidmain(){ floata,b,c,s,area; cin>>a>>b>>c; s=(a+b+c)/2; area=sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)); cout<<"三角形面積="<<area<<endl;}C++程序的結(jié)構(gòu)特性一個(gè)簡(jiǎn)單的C++示例程序（例題2.1）C++的結(jié)構(gòu)特性C++程序的編輯、編譯和運(yùn)行

#include<string.h>classTennisPlay{public:

TennisPlay(char*n,intr){name=newchar[strlen(n)+1];

strcpy(name,n);i=r;}//分配存儲(chǔ)空間~TennisPlay(){delete[]name;}//釋放存儲(chǔ)空間,防止內(nèi)存泄漏

whoareyou(){

cout<<name;}…….

//其他函數(shù)

private:char*name;

inti;//私有變量

};main(){

TennisPlaya(“zhouwen”,1);a.whoareyou();}輸出：zhouwen1.3C++編程簡(jiǎn)介1.C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

C++的流行使得許多軟件廠商都提供了自己的C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，稱(chēng)為C++IDE(IntegratedDevelopmentEnvironment)。著名的有Borland公司的C++Builder，IBM公司的VisualAgeForC++，Microsoft公司的VisualC++等等。其中，VisualC++是當(dāng)今Windows操作系統(tǒng)下最流行的C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境之一。C++編程簡(jiǎn)介VisualC++是美國(guó)微軟公司開(kāi)發(fā)的C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它集源程序的編寫(xiě)、編譯、連接、調(diào)試、運(yùn)行，以及應(yīng)用程序的文件管理于一體，是當(dāng)前PC機(jī)上最流行的C++程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境之一。VisualC++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中的程序開(kāi)發(fā)工具很多，要真正掌握它們必須結(jié)合具體的編程內(nèi)容。

在以后的學(xué)習(xí)中，要多用、多試、多思考，才能夠熟練地掌握它的用法。2.開(kāi)發(fā)C++程序的步驟

同其它高級(jí)語(yǔ)言一樣，要得到可執(zhí)行的C++程序，必須對(duì)C++源程序進(jìn)行編譯和連接。對(duì)于C++語(yǔ)言，這一過(guò)程的一般描述如下:1)使用文本編輯工具編寫(xiě)C++程序，其文件后為.cpp，稱(chēng)為源代碼(SourceCode)；2)用編譯器將源代碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式，文件后綴為.obj，稱(chēng)為目標(biāo)代碼(ObjectiveCode)；3)最后，將若干目標(biāo)代碼和現(xiàn)有的二進(jìn)制代碼庫(kù)經(jīng)過(guò)連接器連接，產(chǎn)生可執(zhí)行代碼(ExecutableCode)，文件后綴為.exe，只有.exe文件才能運(yùn)行。C++編程簡(jiǎn)介源程序目標(biāo)程序可執(zhí)行代碼庫(kù)編譯程序鏈接程序.cpp.obj.exe1.編輯2.編譯3.鏈接4.運(yùn)行C++編程簡(jiǎn)介例：編寫(xiě)一個(gè)C++程序，輸入一個(gè)人的姓名，然后在屏幕上輸出“HELLO,***!”.1//ex1-2.cpp:輸入姓名，然后在屏幕上輸出問(wèn)候信息。

2#include<iostream.h>3main()4{5charname[20];6cout<<“pleaseinputyourname:”;7cin>>name;8cout<<“HELLO,”<<name<<“!\n”;9return0;10}

程序設(shè)計(jì)風(fēng)格縮排規(guī)則:使程序的書(shū)寫(xiě)格式應(yīng)能較好地反映出程序的層次結(jié)構(gòu)。例如處于同一層次的語(yǔ)句都從同一個(gè)字