基础知识-程序设计基础-罗兵-清华大学出版社

基础知识-程序设计基础-罗兵-清华大学出版社汇报人：AA2024-01-14程序设计概述数据类型与运算控制结构函数与模块化设计数组与字符串处理文件操作与数据处理面向对象程序设计基础目录01程序设计概述定义程序设计是指通过特定的程序设计语言，编写计算机程序来解决实际问题或完成特定任务的过程。重要性程序设计是计算机科学的核心，它不仅是软件开发的基础，也是计算机硬件设计、网络设计、数据库设计等领域的重要基础。掌握程序设计基础对于理解计算机的工作原理、提高计算思维能力以及培养创新意识都具有重要意义。程序设计的定义与重要性机器语言最早的程序设计语言是机器语言，它是用二进制代码编写的，与计算机硬件直接交互。汇编语言为了简化编程过程，人们发明了汇编语言，它使用助记符代替二进制代码，使得程序更加易读和易写。高级语言随着计算机技术的发展，出现了许多高级程序设计语言，如C、C、Java等。这些语言提供了丰富的数据类型和强大的功能，使得程序员可以更加高效地开发复杂的软件系统。程序设计语言的发展历程结构化程序设计01结构化程序设计是一种基于功能分解的编程方法，它将复杂的程序分解成若干个简单的、易于理解和实现的模块，每个模块完成一个特定的功能。面向对象程序设计02面向对象程序设计是一种基于对象的编程方法，它将现实世界中的事物抽象成对象，通过封装、继承和多态等机制来实现程序的灵活性和可扩展性。算法与数据结构03算法是解决问题的步骤和方法，数据结构是数据的组织形式。在程序设计中，选择合适的算法和数据结构对于提高程序的效率和可靠性至关重要。程序设计的基本思想与方法02数据类型与运算整型（int）整型数据是不包含小数部分的数值型数据，用int表示。浮点型（float）浮点型数据是包含小数部分的数值型数据，用float表示。字符型（char）字符型数据用于表示单个字符，用char表示。布尔型（bool）布尔型数据只有真（true）和假（false）两个值，用bool表示。基本数据类型关系运算符用于比较两个值的大小关系，如等于（==）、不等于（!=）、大于（>）、小于（<）等。位运算符用于对二进制位进行操作，如按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）等。条件运算符也称为三目运算符，用于根据条件选择不同的值，如条件运算符（?:）。算术运算符用于进行基本的数学运算，如加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）等。逻辑运算符用于进行逻辑运算，如逻辑与（&&）、逻辑或（||）、逻辑非（!）等。赋值运算符用于将右侧的值赋给左侧的变量，如等于号（=）。010203040506运算符与表达式当不同类型的数据进行运算时，系统会自动将它们转换成同一类型，然后进行运算。通常情况下，系统会自动将低精度的数据类型转换成高精度的数据类型。自动类型转换在某些情况下，需要显式地将一种类型的数据转换成另一种类型的数据。这时可以使用强制类型转换符来实现。例如，将浮点数强制转换成整数时，可以使用强制类型转换符int。强制类型转换数据类型转换03控制结构

顺序结构顺序结构的概念程序中的语句按照书写顺序依次执行，是最简单的控制结构。顺序结构的实现通过编写一条一条的语句，按照逻辑顺序组织代码。顺序结构的应用场景适用于简单的计算和数据处理任务。根据条件判断的结果，选择执行不同的语句块。选择结构的概念使用条件语句（如if语句）来实现选择结构，根据条件的真假执行相应的代码块。选择结构的实现适用于需要根据不同条件执行不同操作的情况，如分支、判断等。选择结构的应用场景选择结构03循环结构的应用场景适用于需要重复执行某些操作的情况，如遍历数组、累加求和等。01循环结构的概念在程序中重复执行某段代码，直到满足特定条件时结束循环。02循环结构的实现使用循环语句（如for、while语句）来实现循环结构，控制循环的次数和执行流程。循环结构04函数与模块化设计函数的定义与调用函数可以返回一个或多个值，通过`return`语句实现。返回值可以是任何数据类型，包括基本数据类型和复合数据类型。返回值函数是一段可重复使用的代码块，用于执行特定任务。在Python中，使用`def`关键字定义函数，后跟函数名和参数列表。函数定义通过函数名和参数列表调用函数。调用时，将实际参数传递给函数，并执行函数体内的代码。函数调用参数传递在函数调用时，实际参数传递给形式参数。Python中支持位置参数、默认参数、可变参数和关键字参数等多种参数传递方式。局部变量在函数内部定义的变量称为局部变量。局部变量只在函数内部有效，当函数执行完毕后，局部变量将被销毁。作用域变量的作用域指的是变量在程序中的可见性和生命周期。在Python中，变量的作用域可以是局部的、全局的或嵌套的。参数传递与局部变量将程序划分为独立的功能模块，每个模块具有明确定义的接口和功能。模块化设计有助于提高代码的可维护性、可重用性和可扩展性。模块化设计原则在Python中，一个模块可以是一个包含Python代码的.py文件。通过`import`语句导入模块，并使用模块中定义的函数、类和变量等。模块创建合理的模块组织结构有助于提高代码的可读性和可维护性。建议将相关功能组织在同一个模块中，并按照逻辑层次进行划分。模块组织结构模块化设计的原则与方法05数组与字符串处理一维数组的定义一维数组是线性表在内存中的顺序存储结构，用一组连续的内存单元存放线性表的元素。在C语言中，一维数组的定义方式为“类型说明符数组名[常量表达式]”。一维数组的使用通过下标访问数组元素，下标从0开始。可以进行数组的赋值、输入输出、遍历等操作。一维数组的定义与使用二维数组的定义与使用二维数组的定义二维数组可以看作是元素为一维数组的数组，即“数组的数组”。在C语言中，二维数组的定义方式为“类型说明符数组名[常量表达式1][常量表达式2]”。二维数组的使用通过行下标和列下标访问数组元素，下标从0开始。可以进行数组的赋值、输入输出、遍历等操作。二维数组常用于处理表格数据或多维数据。字符串处理函数C语言提供了一系列字符串处理函数，如strlen、strcpy、strcat、strcmp等，用于实现字符串的长度计算、复制、连接、比较等操作。字符串处理应用字符串处理在程序设计中有着广泛的应用，如用户输入输出、文件操作、网络通信等。通过字符串处理函数，可以方便地实现字符串的拼接、截取、查找、替换等操作，满足各种实际需求。字符串处理函数及应用06文件操作与数据处理在程序中使用文件之前，需要先打开文件。打开文件时，需要指定文件的路径和打开模式（如只读、写入、追加等）。在使用完文件后，需要关闭文件以释放资源。关闭文件时，需要确保所有对文件的操作都已经完成。文件的打开与关闭操作关闭文件打开文件读取文件中的内容，可以使用不同的读取方式（如按行读取、按字符读取等）。读取文件向文件中写入内容，可以使用不同的写入方式（如覆盖写入、追加写入等）。写入文件文件的读写操作数据排序与查找算法实现对数据进行排序，可以使用不同的排序算法（如冒泡排序、选择排序、插入排序等）。排序算法在已排序的数据中查找指定元素，可以使用不同的查找算法（如二分查找、线性查找等）。查找算法07面向对象程序设计基础类是面向对象程序设计中的基本单位，它定义了一类对象的共同属性和方法。类是一种抽象的概念，它描述了具有相同属性和行为的对象集合。类（Class）对象是类的实例，它具有类所定义的属性和行为。对象是具体的，可以对其进行操作和访问。对象（Object）类是对象的模板或蓝图，而对象是类的实例。类定义了对象的结构和行为，而对象则是类的一个具体表现。类与对象的关系类与对象的概念及关系继承（Inheritance）继承是面向对象程序设计中的一个重要概念，它允许一个新类继承已有类的属性和方法，同时还可以添加新的属性和方法或者覆盖已有方法。继承实现了代码的重用和扩展。多态性（Polymorphism）多态性是面向对象程序设计中的另一个重要概念，它允许使用父类类型的引用变量来引用子类的对象，并调用子类中重写的方法。多态性增强了程序的灵活性和可扩展性。实现原理继承的实现原理是通过类之间的层次关系来实现的，子类可以继承父类的属性和方法，同时还可以添加新的属性和方法或者覆盖已有方法。多态性的实现原理是通过动态绑定来实现的，即在运行时根据对象的实际类型来确定调用哪个方法。继承与多态性的实现原理异常（Exception）异常是程序在运行过程中出现的非正常情况，如输入错误、文件访问失败、网络连接中断等。异常处理机制用于捕获和处理这些异常情况，保