清华大学C语言学习ppt课件

1、第一章第一章 绪论绪论清华大学清华大学郑郑 莉莉C+言语程序设计 前一页 休息本章主要内容本章主要内容l计算机程序设计言语的开展计算机程序设计言语的开展l面向对象的方法面向对象的方法l面向对象的软件开发面向对象的软件开发l信息的表示与存储信息的表示与存储l程序的开发过程程序的开发过程 前一页 休息计算机程序计算机程序l计算机的任务是用程序来控制的计算机的任务是用程序来控制的l程序是指令的集合。程序是指令的集合。l指令是计算机可以识别的命令。指令是计算机可以识别的命令。计算机言语的开展 前一页 休息机器言语与汇编言语机器言语与汇编言语l由计算机硬件系统可以识别的二进制由计算机硬件系统可以识别的二

2、进制指令组成的言语称为机器言语。指令组成的言语称为机器言语。l计算机开展的初期，软件工程师们只计算机开展的初期，软件工程师们只能用机器言语来编写程序。这一阶段，能用机器言语来编写程序。这一阶段，在人类的自然言语和计算机编程言语在人类的自然言语和计算机编程言语之间存在着宏大的鸿沟。之间存在着宏大的鸿沟。l汇编言语将机器指令映射为一些可以汇编言语将机器指令映射为一些可以被人读懂的助记符，如被人读懂的助记符，如ADD、SUB等。等。l此时编程言语与人类自然言语间的鸿此时编程言语与人类自然言语间的鸿沟略有减少，但仍与人类的思想相差沟略有减少，但仍与人类的思想相差甚远。由于它的笼统层次太低，程序甚远。由

3、于它的笼统层次太低，程序员需求思索大量的机器细节。员需求思索大量的机器细节。计算机言语的开展 前一页 休息高级言语高级言语高级言语屏蔽了机器的细节，提高了高级言语屏蔽了机器的细节，提高了言语的笼统层次，程序中可以采器具有言语的笼统层次，程序中可以采器具有一定涵义的数据命名和容易了解的执行一定涵义的数据命名和容易了解的执行语句。这使得在书写程序时可以联络到语句。这使得在书写程序时可以联络到程序所描画的详细事物。程序所描画的详细事物。计算机言语的开展 前一页 休息面向对象的言语面向对象的言语l出发点：出发点：l更直接地描画客观世界中存在的事更直接地描画客观世界中存在的事物物(对象对象)以及它们之间

4、的关系。以及它们之间的关系。l特点：特点：l是高级言语。是高级言语。l将客观事物看作具有属性和行为的将客观事物看作具有属性和行为的对象。对象。l经过笼统找出同一类对象的共同属经过笼统找出同一类对象的共同属性和行为，构成类。性和行为，构成类。l经过类的承继与多态实现代码重用经过类的承继与多态实现代码重用计算机言语的开展 前一页 休息面向对象的言语面向对象的言语l优点：优点：l使程序可以比较直接地反问题域的本使程序可以比较直接地反问题域的本来面目，软件开发人员可以利用人类来面目，软件开发人员可以利用人类认识事物所采用的普通思想方法来进认识事物所采用的普通思想方法来进展软件开发。展软件开发。计算机言

5、语的开展 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程 面向过程的程序面向过程的程序设计方法设计方法l程序的目的：用于数学计算程序的目的：用于数学计算l主要任务：设计求解问题的过程主要任务：设计求解问题的过程l缺陷：对于庞大、复杂的程序难以开缺陷：对于庞大、复杂的程序难以开发和维护发和维护面向对象的方法 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程面向过程的构造化程面向过程的构造化程序设计方法序设计方法l设计思绪设计思绪l自顶向下、逐渐求精。采用模块分解自顶向下、逐渐求精。采用模块分解与功能笼统，自顶向下、分而治之。与功能笼统，自顶向下、分而治之。l程序构造：程序构造：

6、l按功能划分为假设干个根本模块，构按功能划分为假设干个根本模块，构成一个树状构造。成一个树状构造。l各模块间的关系尽能够简单，功能上各模块间的关系尽能够简单，功能上相对独立；每一模块内部均是由顺序、相对独立；每一模块内部均是由顺序、选择和循环三种根本构造组成。选择和循环三种根本构造组成。l其模块化实现的详细方法是运用子程其模块化实现的详细方法是运用子程序。序。面向对象的方法 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程面向过程的构造化程序面向过程的构造化程序设计方法设计方法l优点：优点：l有效地将一个较复杂的程序系统设计有效地将一个较复杂的程序系统设计义务分解成许多易于控制和处置的

7、子义务分解成许多易于控制和处置的子义务，便于开发和维护。义务，便于开发和维护。面向对象的方法 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程 面向过程的构造化程序面向过程的构造化程序设计方法设计方法l缺陷：可重用性差、数据平安性差、缺陷：可重用性差、数据平安性差、难以开发图形界面的运用难以开发图形界面的运用l把数据和处置数据的过程分别为相互把数据和处置数据的过程分别为相互独立的实体。独立的实体。l当数据构造改动时，一切相关的处置当数据构造改动时，一切相关的处置过程都要进展相应的修正。过程都要进展相应的修正。l每一种相对于老问题的新方法都要带每一种相对于老问题的新方法都要带来额外的开销

8、。来额外的开销。l图形用户界面的运用，很难用过程来图形用户界面的运用，很难用过程来描画和实现，开发和维护都很困难。描画和实现，开发和维护都很困难。面向对象的方法 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程 面向面向对象的方法对象的方法l将数据及对数据的操作方法封装在一将数据及对数据的操作方法封装在一同，作为一个相互依存、不可分别的同，作为一个相互依存、不可分别的整体整体对象。对象。l对同类型对象笼统出其共性，构成类。对同类型对象笼统出其共性，构成类。l类经过一个简单的外部接口，与外界类经过一个简单的外部接口，与外界发生关系。发生关系。l对象与对象之间经过音讯进展通讯。对象与对象之

9、间经过音讯进展通讯。面向对象的方法 前一页 休息程序设计方法的开展历程程序设计方法的开展历程 面向面向对象的方法对象的方法l优点：优点：l程序模块间的关系更为简单，程序模程序模块间的关系更为简单，程序模块的独立性、数据的平安性就有了良块的独立性、数据的平安性就有了良好的保证。好的保证。l经过承继与多态性，可以大大提高程经过承继与多态性，可以大大提高程序的可重用性，使得软件的开发和维序的可重用性，使得软件的开发和维护都更为方便。护都更为方便。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 对象对象l普通意义上的对象：普通意义上的对象：l是现实世界中一个实践存在的事物。是现实世界

10、中一个实践存在的事物。l可以使有形的比如一辆汽车，也可以使有形的比如一辆汽车，也可以是无形的比如一项方案。可以是无形的比如一项方案。l是构成世界的一个独立单位，具有：是构成世界的一个独立单位，具有：l静态特征：可以用某种数据来描画静态特征：可以用某种数据来描画l动态特征：对象所表现的行为或具有动态特征：对象所表现的行为或具有的功能的功能面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 对象对象l面向对象方法中的对象：面向对象方法中的对象：l是系统中用来描画客观事物的一个实是系统中用来描画客观事物的一个实体，它是用来构成系统的一个根本单体，它是用来构成系统的一个根本单位。对象由一

11、组属性和一组行为构成。位。对象由一组属性和一组行为构成。l属性：用来描画对象静态特征的数据属性：用来描画对象静态特征的数据项。项。l行为：用来描画对象动态特征的操作行为：用来描画对象动态特征的操作序列。序列。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 类类l分类分类人类通常的思想方法人类通常的思想方法l分类所根据的原那么分类所根据的原那么笼统笼统l忽略事物的非本质特征，只留意那些忽略事物的非本质特征，只留意那些与当前目的有关的本质特征，从而找与当前目的有关的本质特征，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，得出一个笼统的概念。物

12、划分为一类，得出一个笼统的概念。l例如，石头、树木、汽车、房屋等都例如，石头、树木、汽车、房屋等都是人们在长期的消费和生活实际中笼是人们在长期的消费和生活实际中笼统出的概念。统出的概念。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 类类l面向对象方法中的面向对象方法中的类类l具有一样属性和效力的一组对象的集合具有一样属性和效力的一组对象的集合l为属于该类的全部对象提供了笼统的描为属于该类的全部对象提供了笼统的描画，包括属性和行为两个主要部分。画，包括属性和行为两个主要部分。l类与对象的关系：类与对象的关系：犹如模具与铸件之间的关系，一个属于犹如模具与铸件之间的关系，一个属于

13、某类的对象称为该类的一个实例。某类的对象称为该类的一个实例。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 封封装装l把对象的属性和效力结合成一个独立把对象的属性和效力结合成一个独立的系统单位。的系统单位。l尽能够隐蔽对象的内部细节。对外构尽能够隐蔽对象的内部细节。对外构成一个边境或者说一道屏障，只成一个边境或者说一道屏障，只保管有限的对外接口使之与外部发生保管有限的对外接口使之与外部发生联络。联络。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 承承继继l承继对于软件复用有着重要意义，是承继对于软件复用有着重要意义，是面向对象技术可以提高软件开发效率面向对

14、象技术可以提高软件开发效率的重要缘由之一。的重要缘由之一。l定义：特殊类的对象拥有其普通类的定义：特殊类的对象拥有其普通类的全部属性与效力，称作特殊类对普通全部属性与效力，称作特殊类对普通类的承继。类的承继。l例如：将轮船作为一个普通类，客轮例如：将轮船作为一个普通类，客轮便是一个特殊类。便是一个特殊类。面向对象的方法 前一页 休息面向对象的根本概念面向对象的根本概念 多多态性态性l多态是指在普通类中定义的属性或行多态是指在普通类中定义的属性或行为，被特殊类承继之后，可以具有不为，被特殊类承继之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。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

15、在普通类及这使得同一个属性或行为在普通类及其各个特殊类中具有不同的语义。其各个特殊类中具有不同的语义。l例如：例如：l数的加法数的加法-实数的加法实数的加法 -复数的加法复数的加法面向对象的方法 前一页 休息面向对象的软件工程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运用。它包括在软件工程领域的全面运用。它包括:l面向对象的分析面向对象的分析OOAl面向对象的设计面向对象的设计OODl面向对象的编程面向对象的编程OOPl面向对象的测试面向对象的测试OOTl面向对象的软件维护面向对象的软件维护OOSM面向对象的软件开发 前一页 休息系

16、统分析系统分析l系统分析阶段应该扼要准确地笼统出系统分析阶段应该扼要准确地笼统出系统必需做什么，但是不关怀如何去系统必需做什么，但是不关怀如何去实现。实现。l面向对象的系统分析，直接用问题域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，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，都保对单个事物及事物之间的关系，都保管他们的原貌，不做转换，也不突破管他们的原貌，不做转换，也不突破原有界限而重新组合，因此可以很好原有界限而重新组合，因此可以很好地映射客观事物。地映射客观事物。面向对象的软件开发 前一页 休息设计设计l针对系统的一个详细实现运用面向对针对系统的一

17、个详细实现运用面向对象的方法。其中包括两方面的任务：象的方法。其中包括两方面的任务：l把把OOA模型直接搬到模型直接搬到OOD，作为，作为OOD的一部分的一部分l针对详细实现中的人机界面、数据存针对详细实现中的人机界面、数据存储、义务管理等要素补充一些与实现储、义务管理等要素补充一些与实现有关的部分。有关的部分。面向对象的软件开发 前一页 休息编程编程OOP任务就是用一种面向对象的编任务就是用一种面向对象的编程言语把程言语把OOD模型中的每个成分书写出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来，是面向对象的软件开发最终落实的重要阶段。重要阶段。面向对象的软件开发 前一页 休息测

18、试测试l测试的义务是发现软件中的错误。测试的义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在面向对象的软件测试中继续运用面向对象的概念与原那么来组织测试，向对象的概念与原那么来组织测试，以对象的类作为根本测试单位，可以以对象的类作为根本测试单位，可以更准确的发现程序错误并提高测试效更准确的发现程序错误并提高测试效率。率。面向对象的软件开发 前一页 休息维护维护将软件交付运用后，任务并没有结将软件交付运用后，任务并没有结束，还要根据软件的运转情况和用户的束，还要根据软件的运转情况和用户的需求，不断改良系统。需求，不断改良系统。运用面向对象的方法开发的软件，运用面向对象的方法开发的软件

19、，其程序与问题域是一致的，因此，在维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。高软件维护的效率。面向对象的软件开发 前一页 休息信息的表示和存储信息的表示和存储(自学自学)l信息的分类信息的分类l计算机的数字系统计算机的数字系统l程序设计中常用的数制程序设计中常用的数制l不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换l信息的存储单位信息的存储单位l二进制数的编码表示二进制数的编码表示l小数的表示方法小数的表示方法l非数值信息的表示非数值信息的表示 前一页 休息信息的分类信息的分类 指令 控制信息 控制字 信息 定点数

20、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 前一页 休息计算机的数字系统计算机的数字系统l计算机采用的是二进制数字系统。计算机采用的是二进制数字系统。l根本符号：根本符号：0、1l进位原那么：逢二进一进位原那么：逢二进一l优点：优点：l易于物理实现易于物理实现l二进制数运算简单二进制数运算简单l机器可靠性高机器可靠性高l通用性强通用性强l缺陷：对人来说可读性差缺陷：对人来说可读性差信息的表示与存储 前一页 休息程序设计中常用的数制程序设计中常用的数制信息的表示与存储进制基 数 进位原则基本符号二进制2逢 2 进 10,1八进制8逢 8 进 10,1,2,3,4,

21、5,6,7十进制10逢 10 进 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,十六进制 16逢 16 进 1 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 前一页 休息不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换 R 进制进制十进制十进制各位数字与它的权相乘，其积相加。各位数字与它的权相乘，其积相加。例如例如:(11111111.11)2=1*27 + 1*26 + 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-

22、1=(1862.25)10(0.2A)16=2*16-1 +10*16-2=(0.1640625)10信息的表示与存储 前一页 休息不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换 十进制十进制 R 进制进制十进制整数转换成十进制整数转换成R进制的整数进制的整数“除除R取余法，例如：取余法，例如：2 68 余余 数数 2 34 0 低位低位 2 17 0 2 8 1 2 4 0 2 2 0 2 1 0 0 1 高高位位所以所以 681010001002信息的表示与存储 前一页 休息不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换 十进制十进制 R 进制进制十进制小数转换成十进制小数转换成R进制小数进制

23、小数“乘乘 R 取整法，例如：取整法，例如： 高位高位 0.31252 = 0 .625 0.625 2 = 1 .25 0.25 2 = 0 .5 0.5 2 = 1 .0所以所以 0.312510 = 0.01012 信息的表示与存储 前一页 休息不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换二、八、十六进制的二、八、十六进制的相互转换相互转换l每位八进制数相当于三位二进制数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每位十六进制数相当于四位二进制数l(1011010.10)2=(001 011 010 .100)2=(132.4)8l(1011010.10)2=(010

24、1 1010 .1000)2=(5A.8)16l(F7)16(1111 0111)2(11110111)2信息的表示与存储 前一页 休息信息的存储单位信息的存储单位l位位(bit)：度量数据的最小单位，表示：度量数据的最小单位，表示一位二进制信息。一位二进制信息。l字节字节(byte)：由八位二进制数字组成：由八位二进制数字组成(1 byte = 8 bit)。lK 字节字节 1 K = 1024 bytelM 字节字节 1 M = 1024 KlG 字节字节 1 G = 1024 M 信息的表示与存储 前一页 休息二进制数的编码表示二进制数的编码表示:原码原码l符号符号绝对值表示绝对值表示的

25、编码的编码l例如：例如：lX=+0101011 X原原 = 0 0101011lX=-0101011 X原原 = 1 0101011l 符号位符号位l缺陷：缺陷：l零的表示不独一：零的表示不独一：+0原原 =000.0 -0原原 =100.0l进展四那么运算时，符号位需单独处进展四那么运算时，符号位需单独处理，且运算规那么复杂。理，且运算规那么复杂。信息的表示与存储 前一页 休息二进制数的编码表示二进制数的编码表示:反码反码l正数的反码与原码表示一样。正数的反码与原码表示一样。l负数的反码与原码有如下关系：负数的反码与原码有如下关系：l符号位一样符号位一样(仍用仍用1表示表示)，其他各位取，其

26、他各位取反反(0变变1，1变变0)。例如：。例如：X=-1100110 X原原 =11100110 X反反 =10011001X=+0000000 X原原 =00000000 X反反 =00000000l反码中零的表示也不独一反码中零的表示也不独一lX=-0000000 X原原 =10000000 X反反 =11111111l反码只是求补码的中间码反码只是求补码的中间码信息的表示与存储 前一页 休息二进制数的编码表示二进制数的编码表示:补码补码l模数：模数：ln位整数位整数(包括一位符号位包括一位符号位)，那么它的，那么它的模数为模数为 2n 。 n位小数，小数点前一位小数，小数点前一位为符号

27、位，那么它的模数为位为符号位，那么它的模数为 2。l补数：补数：l一个数减去另一个数，或者说一个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加上一个负数，等于第一个数加上第二个数的补数。例：二个数的补数。例：8+(-2)=8+10 ( mod 12 )l一个二进制负数可用其模数与真值做一个二进制负数可用其模数与真值做加法加法 (模减去该数的绝对值模减去该数的绝对值) 求得其补求得其补码。码。信息的表示与存储 前一页 休息二进制数的编码表示二进制数的编码表示:补码补码l计算机中的补码表示法计算机中的补码表示法l负数的补码由该数反码的末位加负数的补码由该数反码的末位加 1 求

28、求得得l对补码再求补即得到原码对补码再求补即得到原码l补码运算规那么补码运算规那么l符号位可作为数值参与运算符号位可作为数值参与运算l减法运算可转换为加法运算：减法运算可转换为加法运算：l加上一个负数等于加上该数的补码加上一个负数等于加上该数的补码l补码运算的结果仍为补码补码运算的结果仍为补码l运算结果溢出：运算结果溢出：l负数之和得正数，或正数之和得负数负数之和得正数，或正数之和得负数信息的表示与存储 前一页 休息小数的表示方法小数的表示方法l计算机中通常采用浮点方式表示小数计算机中通常采用浮点方式表示小数一个数一个数 N 用浮点方式表示可以写成：用浮点方式表示可以写成： N=M2E lE表

29、示表示2的幂，称为数的幂，称为数N的阶码。阶码的阶码。阶码确定了数确定了数N的小数点的位置，其位数的小数点的位置，其位数反映了该浮点数所表示的数的范围。反映了该浮点数所表示的数的范围。lM表示数表示数N的全部有效数字，称为数的全部有效数字，称为数N的尾数。其位数反映了数据的精度。的尾数。其位数反映了数据的精度。信息的表示与存储 前一页 休息非数值信息的表示非数值信息的表示l西文字符：西文字符：lASCII码：用码：用7位二进制数表示一个字位二进制数表示一个字符，最多可以表示符，最多可以表示27=128个字符个字符lEBCDIC码：用码：用8位二进制数表示一个位二进制数表示一个字符，最多可以表示字符，最多可以表示28=256个字符个字符l汉字：汉字：l运用较为广泛的是运用较为广泛的是国家规范信息交换国家规范信息交换用汉字编码用汉字编码(GB2312-80规范规范)，简称，简称国标码。是二字节码，用二个七位二国标码。是二字节码，用二个七位二进制数编码表示一个汉字。进制数编码表示一个汉字。信息的表示与存储 前一页 休息程序的开发过程程序的开发过程l源程序、目的程序、翻译程序源程序、目的程序、翻译程序l三种不同类型的翻译程序：三种