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1 学年第二学期 程序设计实习 刘家瑛

2 刘家瑛 Office: 计算机科学技术研究所 310 室 Address: 中关村北大街 128 号东门外 Tel: Group site: Research hinterests: t Image/Video Processing, Compression, 2

3 主要内容 课程简介与相关信息 程序设计风格 C++ 程序设计概述 6

4 主要内容 课程简介与相关信息 程序设计风格 C++ 程序设计概述 7

5 课程简介与相关信息 课程定位 课程内容 授课方式 教材 进度安排 课程网站 成绩评定 8

6 9 信息学院课程体系图

7 学习用 C++ 语言编程 课程内容和目标 基本概念 ( 类 对象 数据抽象 重载 继承 虚函数 多 态等 ) 及其语法实现 C++ 程序基本构成 输入输出流及文件处理 模板 字符串 处理 文件处理及标准模板库等 掌握 Dev C++/Visual Studio 编程环境 能够使用该环境进行基于控制台输入输出及文件输入输出的 C 及 C++ 程序的源代码编辑 编译连接 调试和运行 巩固和增强程序设计和代码实现能力 过程和数据抽象的能力 枚举和递归的求解方法 分而治之的思想 11

8 授课方式 课上讲授 练习 讨论 复习 自学和书面作业 上机实习和上机作业 期末上机考试及笔试 12

9 教 材 C++大学教程 Harvey M. Deitel Paul James Deitel 张引 译 电子工业出版社 程序设计导引及在线实践 李文新 郭炜 余华山 编著 清华大学出版社 13

10 14 C++ 程序设计基础部分 C++ 程序设计进阶部分 进度安排 ( 暂定 ) 第一讲 C++ 程序设计概述 第二讲类和对象 (1/2) 第三讲类和对象 (2/2) 第四讲运算符重载 第五讲继承 第六讲多态 第七讲输入输出流和文件操作输 第八讲类模板 函数模板和 string 类 第九讲标准模板库 (1/3) 第十讲标准模板库 (2/3) 第十一讲标准模板库 (3/3)

11 进度安排 ( 暂定 ) 程序算法设计 第十二讲 C++ 总结和习题课 第十三讲大整数类和高精度计算 第十四讲枚举 第十五讲递归 第十六讲深度优先搜索 第十七讲广度优先搜索 第十八讲动态规划 第十九讲方程求解 第二十讲课程总结 第二十一讲习题课 15

12 课程网站 北大教学网 本学期课程安排 讲义作业 ( 双机热备 ) p pp pp POJ j / 16

13 考试形式 : ( 权重待定 ) 期末上机考试 笔试 A 卷 :C++ 知识点 笔试 B 卷 : 部分作业 平时作业成绩 : 成绩评定 平时作业成绩与 B 卷成绩加权 加分项 : 课堂表现 同学之间 学生和老师助教之间 讨论板的互动 校内赛表现 魔兽大作业 17

14 课程参与 填写教学网中个人信息的常用邮箱 课堂参与 每堂一牛 查阅教学网 每堂一牛 板块 课下参与 讨论板 报到贴 查阅课程讨论板 18

15 程序设计实习 (I): C++ 程序设计 第一讲 C++ 程序设计概述

16 主要内容 课程简介与相关信息 程序设计风格 C++ 程序设计概述 20

17 标识符的命名 匈牙利命名法为 C 程序标识符的命名定义了一种非 常标准化的方式 以两条规则为基础 : 变量的名字以一个或者多个小写字母前缀开头, 前缀能够 体现变量数据类型 作用域等信息 在标识符内, 前缀以后就是一个或者多个第一个字母大写 的单词, 这些单词清楚地指出了该标识符的作用 21

18 推荐一种 C 程序标识符命名法 1) 变量命名加前缀 c char uc unsigned char s short n int u unsigned int l long dw unsigned long b 取值只为真和假的整型变量如 bvalid sz 以 \0 结尾的字符串或字符数组 f 浮点数 (float) h HANDLE ( 句柄 ) d double 22

19 推荐一种 C 程序标识符命名法 p 指针 psz 指向字符串的指针 pn 整型指针 m_ 类成员变量 g_ 全局变量 a 数组 fp 文件指针 FILE * e enum 类型 g_ 全局变量参数后面加 _, 例如 int Sum( int x_, int y_){ } 23

20 推荐一种 C 程序标识符命名法 2) 变量名中单词首字母大写, 其他字母小写 但是常用的意义明显的变量, 如 ijk i, j, k, 坐标 x, y 等不必遵循 1), 2) 3) 常量和宏都是大写, 单词之间用 _ 分隔 #define MAX_WIDTH 5 #define ABS(x) ((x)>=0?(x):-(x)) 24

21 推荐一种 C 程序标识符命名法 4) 函数名字中每个单词的首字母大写, 其他字母小写一般采用动词 + 名词形式 void PrintMessage(); int WriteIdToFile( FILE * _fp, int _nid); 5) 结构体定义加大写字母 S 作为前缀 struct SPerson { int nid; int nage; }; 25

22 推荐一种 C 程序标识符命名法 6) 类定义加大写字母 C 作为前缀 class CPerson { }; int m_nid; 7) 类型定义全部大写 typedef dfstruct SPerson PERSON; typedef struct SPerson * PPERSON; // 指针加 P 26

23 标识符命名应注意的一些细节 1) 标识符号应能提供足够信息, 最好是可以读出的 2) 为全局变量取长的, 描述信息多的名字, Vs. 为局部变量取短名字 3) 名字太长时可以适当采用单词的缩写 注意 : 缩写方式要一致, 要缩写就全都缩写 例 : 单词 Number, 如果在某个变量里缩写成了 it int ndoornum; 那么最好包含 Number 单词的变量都缩写成 Num 4) 注意使用单词的复数形式 int ntotalstudents, nstudents; 容易让人理解成代表学生数目, 而 nstudent 含义就不十分明显 27

24 标识符命名应注意的一些细节 5) 对于返回值为真或假的函数, 加 Is 前缀如 : int IsCanceled(); int BOOL isalpha(); // C 语言标准库函数 IsButtonPushed(); 6) 对于获取某个数值的函数, 加 Get 前缀 char * GetFileName(); 7) 对于设置某个数值的函数, 加 Set 前缀 void SetMaxVolume(); 8) 一般变量和结构名用名词, 函数名用动词或动宾词组 28

25 程序书写格式注意事项 1) 正确使用缩进 一定要有缩进, 否则代码的层次不明显 缩进应为 4 个空格较好 需要缩进时一律按 Tab 键或一律按空格键, 不要有时用 Tab 键缩进, 有时用空格键缩进 一般开发环境都能设置一个 Tab 键相当于多少个空格, 此时就都用 Tab 键 29

26 程序书写格式注意事项 2) 行宽与折行 一行不要太长, 不能超过显示区域 以免阅读不便 太长则应折行 折行最好发生在运算符前面, 不要 例如 发生在运算符后面 if( Condition1() && Condition2() } && Condition3() ) { 30

27 程序书写格式注意事项 3) 注意 {, } 位置不可随意, 要统一 如果写 : if ( condition1() ) { } DoSomething(); 其他地方就不要写 if( condition2() ())) { } DoSomething() ; 31

28 程序书写格式注意事项 4) 变量和运算符之间最好加 1 个空格 int nage = 5; nage = 4; if( nage >= 4 ) printf( %d, nage); for( i = 0; i < 100; i ++ ); 32

29 一些好的编程习惯 1) 尽量不要用立即数, 而用 const 定义成常量, 以便以后修改 比 const int MAX_STUDENTS = 20 struct SStudent astudents [MAX_STUDENTS]; struct SStudent astudents [20]; // 好 #define TOTAL_ELEMENTS 100 for( i = 0; i < TOTAL_ELEMENTS; i ++) { } 33

30 一些好的编程习惯 2) 使用 sizeof() 宏, 不直接使用变量所占字节数的数值 比 好 int nage; for( j = 0; j < 100; j++ ) fwrite( fpfile, & nage, 1, sizeof(int)); for( (j = 0; j < 100; j++) fwrite( fpfile, & nage, 1, 4); 34

31 一些好的编程习惯 3) 稍复杂的表达式中要积极使用括号, 以免优先级理解上的 混乱 n = k +++ j; // 不好 n = ( k ++ ) + j; // 好一点 4) 不很容易理解的表达式应分几行写 : n = ( k ++ ) + j; 应该写成 : n = k + j; k ++; 35

32 一些好的编程习惯 5) 不提倡在表达式中使用? : 形式, 而用 if.. else 语句替代 xp = 2 * k < ( n-m)? c[k+1] : d[k--]; if( 2*k < (n-m)) else xp = c[k+1]; xp = d[k--]; 36

33 一些好的编程习惯 6) 嵌套的 if else 语句要多使用 { } if( Condition1() ) if( condition2() DoSomething(); else NoCondition2(); 不够好, 应该 : if( Condition1() ) { if( condition2() DoSomething(); else NoCondition2(); } 37

34 一些好的编程习惯 7) 应避免 if else 的多重嵌套, 而用并列的完成 if( Condition1() ) { if (C Condition2() ()){) if( Condition3() ) { Condition123(); }else { NoCondition3(); } }else { NoCondition2(); } }else { NoCondiction1(); } 38

35 一些好的编程习惯 替换为 : if(! condition1 ) { NoCondition1(); }else if(! condition2 ) { NoCondition2(); }else if(! condition3) ){ NoCondition3(); }else { Condition123(); } 39

36 一些好的编程习惯 8) 写出来的代码应该容易读出声 例如 : if(!( n > m ) &&!( s > t)) 不如 if( ( m <= n ) && ( t <= s )) 例如 : if(!( c == 'y' c == 'z')) z)) 不如 if( c!= 'y' && c!= 'z'); 40

37 参考资料 : 一些好的编程习惯 C++ 编码规范 陈世忠编著 摩托罗拉公司审校 人民邮电出版社 电子版参见 : 课程网站 参考资料 41

38 主要内容 课程简介与相关信息 程序设计风格 C++ 程序设计概述 42

39 面向对象语言的历史 Simula: 1967 年,Ole-Johan Dahl 和 Kristen Nygaard, 发布 Simula 67 提出了类 (class) 和子类 (subclass) 的概念, 虽然实现并不是很完整 但这是语言发展史上的一个重要的里程碑 Smalltalk: 1971 年, Xerox Palo Alto Research Center 的 Alan Kay 发明 Smalltalk 是公认的完整实现的面向对象的程序设计语言 C++: 1979 年,AT&T 实验室 Bjarne Stroustrup 开始发明, 刚开始的版本叫 :C with Classes 1983 年 10 月份的时候正式命名为 C++ Java: 1995 年,Sun 公司发布 支持跨平台可移植性 网络应用 C#: 2002 年 1 月, 微软公司公布.NET Framework 1.0 正式版 同时,Visual Studio.NET 2002 也同步发行 43

40 44 C++ 语言的历史 1983 年 8 月, 第一个 C++ 实现投入使用 1983 年 12 月,Rick Mascitti 建议命名为 CPlusPlus, 即 C 年 10 月,Bjarne 博士完成了经典巨著 The C++ Programming Language 第一版 1991 年 6 月, The C++ Programming Language 第二版完成 1994 年 8 月, ANSI/ISO 委员会草案登记 1997 年 7 月, The C++ Programming Language 第三版完成 1997 年 10 月,ISO 标准通过表决被接受 1998 年 11 月,ISO 标准被批准历史上,C++ 编译器的 第一个 : 1985 年 10 月,Cfront Release 1.0 发布 1987 年 12 月,GNU C++ 发布 1988 年 1 月, 第一个 Oregon Software C++ 发布 1998 年 6 月, 第一个 Zortech hc++ 发布 1990 年 5 月, 第一个 Borland C++ 发布 1992 年 2 月, 第一个 Dec C++ 发布 1992 年 3 月, 第一个 Microsoft C++ 发布 1992 年 5 月, 第一个 IBM C++ 发布

41 C++之父 Bjarne Stroustrup p AT&T Fellow, AT&T Labs - Research Distinguished i i ih d Professor f andd the h holder h ld off the h College ll of Engineering Chair Computer Science at Texas A&M University C++ Bible The C++ Programming Language Bible The 中译本 裘宗燕老师 翻译 机械工业出版社 45

42 结构化程序设计 C 语言使用结构化程序设计 : 程序 = 数据结构 + 算法 程序由全局变量以及众多相互调用的函数组成 算法以函数的形式实现, 用于对数据结构进行操作 46

43 结构化程序设计 结构化程序设计中, 函数和其所操作的数据结构, 没有直观的联系 随着程序规模的增加, 程序逐渐难以理解, 很难一 下子看出来 : 某个数据结构到底有哪些函数可以对它进行操作? 某个函数到底是用来操作哪些数据结构的? 任何两个函数之间存在怎样的调用关系? 47

44 结构化程序设计 结构化程序设计没有 封装 和 隐藏 的概念 要访问某个数据结构中的某个变量, 就可以直接访问 当该变量的定义有改动的时候 把所有访问该变量的语句找出来修改 十分不利于程序的维护 扩充 难以查错, 当某个数据结构的值不正确时, 难以找出到底是那个函数导致的 48

45 重用 ( 复用 ) 结构化程序设计 在编写某个程序时, 发现其需要的某项功能, 在现有的某个程序里已经有了相同或类似的实现 自然希望能够将那部分代码抽取出来, 在新程序中使用 在结构化程序设计中 随着程序规模的增大 程序大量函数 变量之间的关系错综复杂 要抽取这部分代码, 会变得十分困难 49

46 结构化程序设计 结论 结构化的程序, 在规模庞大时, 会变得 难以理解 难以扩充 ( 增加新功能 ) 难以查错 难以重用 50

47 结构化程序设计 软件业的目标是更快 更正确 更经济地 构建软件 如何更高效地实现函数的复用? 如何更清晰的实现变量和函数的关系? 使得程序更清晰更易于修改和维护 51

48 面向对象的程序设计 面向对象的程序设计方法, 能够较好解决上述问题面向对象的程序 = 类 + 类 + + 类 设计程序的过程, 就是设计类的过程 52

49 面向对象的程序设计 面向对象的程序设计方法 : 将某类客观事物共同特点 ( 属性 ) 归纳出来, 形成一个数据结 构 ( 可以用多个变量描述事物的属性 ); 将这类事物所能进行的行为也归纳出来, 形成一个个函数, 这些函数可以用来操作数据结构 ( 这一步叫 抽象 ) 通过某种语法形式, 将数据结构和操作该数据结构的函数 捆绑 在一起, 形成一个 类 使得数据结构和操作该数据结构的算法呈现出显而易 见的紧密关系, 这就是 封装 53

50 从客观事物抽象出类的例子 写一个程序, 输入矩形的长和宽, 输出面积和周长 比如对于 矩形 这种对象, 要用一个类来表示, 该如 何做 抽象 呢? 矩形的属性就是长和宽 因此需要两个变量, 分别代表长和宽 一个矩形, 可以有哪些行为呢 ( 或可以对矩形进行哪些 操作 ) 矩形可以有设置长和宽, 计算面积和计算周长这三种 行为 ( 当然也可以有其他行为 ) 这三种行为, 可以各用一个函数来实现, 他们都需要 用到长和宽这两个变量 54

51 从客观事物抽象出类的例子 将长 宽变量和设置长, 宽, 求面积, 以及求周长的 三个函数 封装 在一起, 就能形成一个 矩形类 长 宽变量成为该 矩形类 的 成员变量 三个函数成为该类的 成员函数 成员变量和成员函数统称为类的成员 实际上, 类 看上去就像 带函数的结构 55

52 从客观事物抽象出类的例子 class CRectangle { public: int w, h; int Area() { return w * h; } int Perimeter(){ return 2 * ( w + h ); } void Init( int w_, int h_ ) { w = w_; h = h_; } }; // 必须有分号 56

53 从客观事物抽象出类的例子 int main( ) { int w, h; CRectangle r; //r 是一个对象 cin >> w >> h; r.init(w, h); cout << r.area() << endl << r. Perimeter(); return 0; } 通过类, 可以定义变量 类定义出来的变量, 也称为类的实例, 就是我们所说的 对象 C++ 中, 类的名字就是用户自定义的类型的名字 可以象使用的类型的名字基本类型那样来使用它 CRectangle 就是一种用户自定义的类型 57

54 对象的内存分配 和结构体变量一样, 对象所占用的内存空间的大 小, 等于所有成员变量的大小之和 每个对象各有自己的存储空间 一个对象的某个 成员变量被改变了, 不会影响到另一个对象 58

55 如何使用类的成员变量和成员函数 用法 1: 对象名. 成员名 CRectangle r1, r2; r1.w = 5; r2.init(5,4); Init 函数作用在 r2 上, 即 Init 函数执行期间访问的 w 和 h 是属于 r2 这个对象的, 执行 r2.init 不会影响到 r1 用法 2: 指针 -> 成员名 CRectangle r1, r2; CRectangle * p1 = &r1; CRectangle * p2 = & r2; p1->w = 5; p2->init(5,4); //Init 作用在 p2 指向的对象上 59

56 如何使用类的成员变量和成员函数 用法 3: 引用名. 成员名 CRectangle r2; CRectangle & rr = r2; rr.w = 5; rr.init(5,4); //rr 的值变了,r2 的值也变 void PrintRectangle(CRectangle & r) { cout << r.area() << ","<< r.perimeter(); } CRectangle r3; r3.init(5,4); PrintRectangle(r3); 60

57 一起本学期的程设之旅! 61