第1单元Hel,C++ 第1单元Hell,C++! 本单元教学目标 介绍C++程序的基本结构以及在计算机上输入、编译、调试和运行C++程序的基本方 法和步骤 学习要求 了解C++程序的基本特点,熟悉 Visual C++集成开发环境的基本使用方法。 授课內容 11软件开发与C++语言 我们知道,使用计算机工作是通过相应的应用软件进行的,如用于文字处理的word, 科学计算的 MATLAB,表格处理的 EXCEL和各种数据库软件等,这些软件均由专业软件开 发人员设计编程。一般来说,日常工作中遇到的任务大多数均可借助现成的应用软件完成, 但有时仍需为具体问题自行开发相应的软件。特别是在工程应用领域中,解决各类项目中可 能遇到的大量具体问题,使用通用的软件不仅效率低下,还可能无法完成任务。在这种情况 下,自行编制具有针对性的相应软件可能是唯一的解决方法 为计算机编写软件需要使用程序设计语言。目前可用的计算机语言很多,各有其特点。 有些适用于开发数据库应用程序,有些适用于开发科学计算程序,有的简便易学,有的功能 全面。在本课程中,我们介绍 Visual C+语言 Visual c++语言支持面向对象的程序设计方法,适用于 WINDOWS应用程序的开发,可 用于开发各类应用程序,功能十分强大,是目前最流行的程序设计语言之一。本教程以面向 对象的程序设计方法为中心,本着简明、实用和循序渐进的原则,介绍使用Ⅴ isual C++开发 应用程序的基本方法 12算法与程序 要编写用于解决应用问题的程序,首先必需确定解决问题的方案,也就是算法。例如, 对于问题:给定两个正整数p和q,如何求出其最大公因数?古希腊数学家欧几里德( Euclid) 给出了一个著名的算法 步骤1:如果p<q,交换p和q 步骤2:求p/q的余数
第 1 单元 Hello,C++! - 1 - 第 1 单元 Hello, C++! 本单元教学目标 介绍Ｃ++程序的基本结构以及在计算机上输入、编译、调试和运行Ｃ++程序的基本方 法和步骤。 学习要求 了解Ｃ++程序的基本特点, 熟悉 Visual C++集成开发环境的基本使用方法。 授课内容 1.1 软件开发与Ｃ++语言 我们知道, 使用计算机工作是通过相应的应用软件进行的, 如用于文字处理的 Word, 科学计算的 MATLAB, 表格处理的 EXCEL 和各种数据库软件等, 这些软件均由专业软件开 发人员设计编程。一般来说, 日常工作中遇到的任务大多数均可借助现成的应用软件完成, 但有时仍需为具体问题自行开发相应的软件。特别是在工程应用领域中, 解决各类项目中可 能遇到的大量具体问题, 使用通用的软件不仅效率低下, 还可能无法完成任务。在这种情况 下, 自行编制具有针对性的相应软件可能是唯一的解决方法。 为计算机编写软件需要使用程序设计语言。目前可用的计算机语言很多, 各有其特点。 有些适用于开发数据库应用程序, 有些适用于开发科学计算程序, 有的简便易学, 有的功能 全面。在本课程中, 我们介绍 Visual C++语言。 Visual C++语言支持面向对象的程序设计方法, 适用于 WINDOWS 应用程序的开发, 可 用于开发各类应用程序, 功能十分强大, 是目前最流行的程序设计语言之一。本教程以面向 对象的程序设计方法为中心, 本着简明、实用和循序渐进的原则, 介绍使用 Visual C++开发 应用程序的基本方法。 1.2 算法与程序 要编写用于解决应用问题的程序, 首先必需确定解决问题的方案, 也就是算法。例如, 对于问题: 给定两个正整数 p 和 q, 如何求出其最大公因数? 古希腊数学家欧几里德 (Euclid) 给出了一个著名的算法: 步骤 1: 如果 p < q, 交换 p 和 q; 步骤 2: 求 p/q 的余数 r;
第1单元Hel,C++ 步骤3:如果r=0,则q就是所求的结果 否则反复做如下工作 令p=q,q=r,重新计算p和q的余数r,直到r=0为止 则q就是原来的两正整数的最大公因数 从原则上说,有了算法,人们就可以借助纸、笔和算盘等工具直接求解问题了。但如果 问题比较复杂,计算步骤很多,则应通过编程,使用计算机解决。 [例1-1]使用欧几里德算法,编写一程序求解任意两正整数的最大公因数。 说明:根据163:“用 Developer Studio编写和调试简单C++程序”建立项目并调 试和运行。 程序 ∥/ Example1-1:计算两个正整数的最大公因数 Include <iostream. h> void main ∥/声明三个整型变量p,q /提示用户由键盘输入两个正整数 cout<< " Please input two integer numbers: < endl cin >> p>> /如果p<q,交换p和q p q /计算p除q的余数r /只要r不等于0,重复进行下列计算 hile( p=q //输出结果 cout <<The maximum common divisor is<< g<< "."< endl 输入数据:输入两个整数,其间以空格分隔。如
第 1 单元 Hello,C++! - 2 - 步骤 3: 如果 r = 0, 则 q 就是所求的结果; 否则反复做如下工作: 令 p = q, q = r, 重新计算 p 和 q 的余数 r，直到 r = 0 为止 则 q 就是原来的两正整数的最大公因数. 从原则上说, 有了算法, 人们就可以借助纸、笔和算盘等工具直接求解问题了。但如果 问题比较复杂, 计算步骤很多, 则应通过编程, 使用计算机解决。 [例 1-1] 使用欧几里德算法, 编写一程序求解任意两正整数的最大公因数。 说 明：根据 1.6.3：“用 Developer Studio 编写和调试简单 C++程序”建立项目并调 试和运行。 程 序： // Example 1-1: 计算两个正整数的最大公因数 #include <iostream.h> void main() { // 声明三个整型变量 p, q, r int p, q, r; // 提示用户由键盘输入两个正整数 cout<< "Please input two integer numbers:" << endl; cin >> p >> q; // 如果 p < q, 交换 p 和 q if(p<q) { r = p; p = q; q = r; } // 计算 p 除 q 的余数 r r = p%q; // 只要 r 不等于 0, 重复进行下列计算 while(r != 0) { p = q; q = r; r = p%q; } // 输出结果 cout << "The maximum common divisor is " << q << “.” << endl; } 输入数据： 输入两个整数，其间以空格分隔。如 12 18
第1单元Hel,C++ 输出数据: The maximum common divisor is6 分析:可以看出,该程序的主体部分几乎与原算法完全相同,只是增加了一些 语言特有的内容 程序的第1行是注解。注解以“∥”开头,直到该行的末尾,用于说明或解释程序段的 功能、变量的作用以及程序员认为应该向程序阅读者说明的任何内容。可以看到,在该程序 中还有一些注解,用于说明程序的结构。在将C++程序编译成目标代码时所有的注解行都会 被忽略掉,因此即使使用了很多注解也不会影响目标码的效率。恰当地应用注解可以使程序 清晰易懂、便于调试,便于程序员之间的交流与协作,因此在自己编写的每个程序中都使用 精心撰写的注解是一个良好的编程习惯。C++中还有一种注解格式,可参看1.5.2。 第2行是编译预处理,有关内容将在1.5.5节介绍。 从第3行到最后一行,是主函数。主函数是该程序的主体部分,由其声明部分 void main() 和用一对花括号{}括起来的函数体构成。在函数体内,除了注解行以外,还有语句。C++ 的语句可分为声明语句和执行语句,声明语句用于声明程序中使用的变量、函数等的类型和 参数,执行语句实际执行某功能。第5行就是一个类型声明语句 int p, g 声明在该程序中使用了3个整型变量。关于类型和变量等概念,将在第3单元中详细介绍 就一般的计算机程序而言,总是要包括三个基本内容:数据输入、计算和输出 该程序的输入部分首先在计算机屏幕上显示一行提示信息(第7行) Please input two integer numbers 然后等待使用者由键盘输入两个整数。用户输入的两个正整数由语句 cin > p>>q 分别存入变量p和q 程序下面的部分就是欧几里德算法的具体实现了。可以看出,C++程序类似自然语言,只 是结构更加严谨,对照前面的算法不难理解 程序中的最后一个语句是输出语句,将计算结果显示在计算机屏幕上 13输入、编译、调试和运行一个C++程序 C+是一种编译语言,C++源程序需要经过编译、连接,生成可执行文件后方可运行 使用C++开发一个应用程序大致要经过以下步骤: 1.首先要根据实际问题确定编程的思路,包括选用适当的数学模型。这方面的内容其实 也是各应用学科的主要研究领域之一; 2.根据前述思路或数学模型编写程序。除了非常简单的问题可以直接写出相应的C++ 程序之外(在值得使用计算机解决的应用问题中这种情况并不多),一般都应该采用第 2单元中介绍的“逐步求精”的结构化程序设计方法来编程
第 1 单元 Hello,C++! - 3 - 输出数据：The maximum common divisor is 6. 分 析: 可以看出, 该程序的主体部分几乎与原算法完全相同, 只是增加了一些 C++ 语言特有的内容。 程序的第 1 行是注解。注解以“//”开头, 直到该行的末尾，用于说明或解释程序段的 功能、变量的作用以及程序员认为应该向程序阅读者说明的任何内容。可以看到, 在该程序 中还有一些注解, 用于说明程序的结构。在将Ｃ++程序编译成目标代码时所有的注解行都会 被忽略掉, 因此即使使用了很多注解也不会影响目标码的效率。恰当地应用注解可以使程序 清晰易懂、便于调试, 便于程序员之间的交流与协作, 因此在自己编写的每个程序中都使用 精心撰写的注解是一个良好的编程习惯。C++中还有一种注解格式, 可参看 1.5.2。 第 2 行是编译预处理, 有关内容将在 1.5.5 节介绍。 从第 3 行到最后一行, 是主函数。主函数是该程序的主体部分, 由其声明部分 void main() 和用一对花括号{}括起来的函数体构成。在函数体内, 除了注解行以外, 还有语句。C++ 的语句可分为声明语句和执行语句，声明语句用于声明程序中使用的变量、函数等的类型和 参数，执行语句实际执行某功能。第 5 行就是一个类型声明语句 int p, q, r; 声明在该程序中使用了 3 个整型变量。关于类型和变量等概念, 将在第 3 单元中详细介绍。 就一般的计算机程序而言, 总是要包括三个基本内容：数据输入、计算和输出。 该程序的输入部分首先在计算机屏幕上显示一行提示信息(第 7 行): Please input two integer numbers: 然后等待使用者由键盘输入两个整数。用户输入的两个正整数由语句 cin >> p >> q; 分别存入变量 p 和 q。 程序下面的部分就是欧几里德算法的具体实现了。可以看出, C++程序类似自然语言, 只 是结构更加严谨，对照前面的算法不难理解。 程序中的最后一个语句是输出语句, 将计算结果显示在计算机屏幕上。 1.3 输入、编译、调试和运行一个 C++程序 C++是一种编译语言，C++源程序需要经过编译、连接，生成可执行文件后方可运行。 使用 C++开发一个应用程序大致要经过以下步骤： 1.首先要根据实际问题确定编程的思路，包括选用适当的数学模型。这方面的内容其实 也是各应用学科的主要研究领域之一； 2.根据前述思路或数学模型编写程序。除了非常简单的问题可以直接写出相应的Ｃ++ 程序之外(在值得使用计算机解决的应用问题中这种情况并不多)，一般都应该采用第 2 单元中介绍的“逐步求精”的结构化程序设计方法来编程；
第1单元Hel,C++ 3.编辑源程序。首先应将源程序输入计算机,这项工作可以通过任何一种文本编辑器(如 Visual c艹+集成环境中的文本编辑器)完成。输入的源程序一般以文件的形式存放在 磁盘上(后缀为CPP)。 4.编译和连接。在设计高级语言(包括C++)时充分考虑了人(程序员)的需要,源程 序很接近人类自然语言。因此,需要将源程序转换为计算机可直接执行的指令。就 C+而言,这项工作又可分为称为编译和连接的两个步骤,编译阶段将源程序转换成 目标文件(后缀为OBJ),连接阶段将目标文件连接成可执行文件(后缀为EXE) 5.反复上机调试程序,直到改正了所有的编译错误和运行错误。在调试过程中应该精心 选择典型数据进行试算,避免因调试数据不能反映实际数据的特征而引起计算偏差 和运行错误; 6.运行。如果是自用程序,在调试通过以后即可使用实际数据运行程序,得到计算结果 如果是商品软件或受委托开发的软件,则运行由用户实施 应该说明的是,如果要利用C艹+开发一个大型应用系统,例如管理信息系统、数据库 应用系统、计算机辅助教学系统或者实时控制系统等,一般要比编写一个数值计算方面的应 用程序复杂得多,上面介绍的开发步骤就显得过于简单了。这时要遵循软件工程的方法进行 应用系统开发,例如采用面向对象的设计开发技术。这方面的内容已经超出本课程的范围, 有兴趣的读者可以参看有关软件工程方面的书籍和资料 自学内容 14C++语言的历史、特点、用途和发展 早期出现的高级程序设计语言大都面向某个具体的应用领域,如用于科学计算的 FORTRAN和 algol60、用于商业数据处理的 COBOL以及用于人工智能编程的LSP等等。 但是对于最基本的系统软件,如操作系统和各种高级语言的编译程序来说,却缺乏一种合适 的高级程序设计语言,因此通常还是直接使用机器指令代码或者汇编语言编写程序,效率很 低且易于出错,根本无法适应规模越来越大的系统软件开发。究其原因,是当时的计算机硬 件的基本性能,如处理速度、存储容量等相对来说还不很高,因此系统软件的主导设计思想 是充分发挥系统硬件的能力,尽量提高软件的运行效率:而当时现有的程序设计语言与计算 机硬件的实际情况脱节,经编译后生成的目标代码冗余量大、运行速度慢,也不适于用来编 写作为应用软件的基础的操作系统、编译程序等系统软件。 70年代初,随着半导体集成电路技术的发展,计算机硬件的性能有了很大的提高,出现 了每秒运算次数达百万次以上的大型计算机。为这种计算机配备的各种软件的规模也越来越 大,结构越来越复杂,其生产组织和管理机制与极端注重代码运行效率的、以程序员个体劳 动为基础的传统编程方式之间产生了尖锐的矛盾,终于导致了所谓的“软件危机”。其直接 结果是出现了程序设计思想的革命,一改重视发挥机器效率的旧程序设计方法为重视人的 因素,强调充分发挥程序员的效率,强调程序员之间合作交流的能力,即以提高程序可读性 为主要目标的结构化程序设计方法
第 1 单元 Hello,C++! - 4 - 3.编辑源程序。首先应将源程序输入计算机，这项工作可以通过任何一种文本编辑器（如 Visual C++集成环境中的文本编辑器）完成。输入的源程序一般以文件的形式存放在 磁盘上（后缀为 CPP）。 4.编译和连接。在设计高级语言（包括 C++）时充分考虑了人（程序员）的需要，源程 序很接近人类自然语言。因此，需要将源程序转换为计算机可直接执行的指令。就 C++而言，这项工作又可分为称为编译和连接的两个步骤，编译阶段将源程序转换成 目标文件（后缀为 OBJ），连接阶段将目标文件连接成可执行文件（后缀为 EXE）。 5.反复上机调试程序, 直到改正了所有的编译错误和运行错误。在调试过程中应该精心 选择典型数据进行试算, 避免因调试数据不能反映实际数据的特征而引起计算偏差 和运行错误； 6.运行。如果是自用程序，在调试通过以后即可使用实际数据运行程序, 得到计算结果； 如果是商品软件或受委托开发的软件，则运行由用户实施。 应该说明的是, 如果要利用Ｃ++ 开发一个大型应用系统, 例如管理信息系统、数据库 应用系统、计算机辅助教学系统或者实时控制系统等, 一般要比编写一个数值计算方面的应 用程序复杂得多, 上面介绍的开发步骤就显得过于简单了。这时要遵循软件工程的方法进行 应用系统开发, 例如采用面向对象的设计开发技术。这方面的内容已经超出本课程的范围, 有兴趣的读者可以参看有关软件工程方面的书籍和资料。 自学内容 1.4 Ｃ++语言的历史、特点、用途和发展 早期出现的高级程序设计语言大都面向某个具体的应用领域, 如用于科学计算的 FORTRAN 和 Algol60、用于商业数据处理的 COBOL 以及用于人工智能编程的 LISP 等等。 但是对于最基本的系统软件, 如操作系统和各种高级语言的编译程序来说, 却缺乏一种合适 的高级程序设计语言, 因此通常还是直接使用机器指令代码或者汇编语言编写程序，效率很 低且易于出错，根本无法适应规模越来越大的系统软件开发。究其原因, 是当时的计算机硬 件的基本性能, 如处理速度、存储容量等相对来说还不很高, 因此系统软件的主导设计思想 是充分发挥系统硬件的能力, 尽量提高软件的运行效率；而当时现有的程序设计语言与计算 机硬件的实际情况脱节, 经编译后生成的目标代码冗余量大、运行速度慢, 也不适于用来编 写作为应用软件的基础的操作系统、编译程序等系统软件。 70 年代初, 随着半导体集成电路技术的发展, 计算机硬件的性能有了很大的提高, 出现 了每秒运算次数达百万次以上的大型计算机。为这种计算机配备的各种软件的规模也越来越 大, 结构越来越复杂, 其生产组织和管理机制与极端注重代码运行效率的、以程序员个体劳 动为基础的传统编程方式之间产生了尖锐的矛盾, 终于导致了所谓的“软件危机”。其直接 结果是出现了程序设计思想的革命, 一改重视发挥机器效率的旧程序设计方法为重视人的 因素, 强调充分发挥程序员的效率, 强调程序员之间合作交流的能力, 即以提高程序可读性 为主要目标的结构化程序设计方法
第1单元Hel,C++ C语言正是在这种时代背景下诞生的 1969年,美国贝尔实验室的 Ken Thompson为 DEC PDP7计算机设计了一个操作系统 软件,这就是最早的UNIX。接着,他又根据剑桥大学的 Martin richards设计的BCPL语言 为UNIX设计了一种便于编写系统软件的语言,命名为B。B语言是一种无类型的语言,直 接对机器字操作,这一点和后来的C语言有很大不同。作为系统软件编程语言的第一个应用 ken Thompson使用B语言重写了其自身的解释程序。 1972-1973年间,同在贝尔实验室的 Denis Ritchie改造了B语言,为其添加了数据类型 的概念,并将原来的解释程序改写为可以直接生成机器代码的编译程序,然后将其命名为 C。1973年, Ken Thompson小组在PDP-11机上用C重新改写了UNX的内核。与此同时,C 语言的编译程序也被移植到IBM360/370、 Honeywell 1l以及ⅤAX-11/80等多种计算机上 迅速成为应用最广泛的系统程序设计语言。 然而,C语言也存在一些缺陷,例如类型检查机制相对较弱:缺少支持代码重用的语言 结构等,造成用C语言开发大程序比较困难 为了克服C语言存在的缺点,并保持C语言简洁、高效的特点,贝尔实验室的 Bjarne Stroustrup博士及其同事开始对C语言进行改进和扩充,将“类”的概念引入了C语言,构 成了最早的C++语言(1983)。后来, Stroustrup和他的同事们又为C++引进了运算符重载 引用、虚函数等许多特性,并使之更加精炼,于1989年推出了AT&TC++20版。随后美国 标准化协会以AT&TC++2.0为基础,制定了 ANSI C++标准。各软件商推出的C++编译器 都支持该标准,并有不同程度的拓展 C++支持面向对象的程序设计方法(参看第7单元),特别适合于中型和大型的软件开 发项目,从开发时间、费用到软件的可重用性、可扩充性、可维护性和可靠性等方面,C+ 均具有很大的优越性。同时,C艹又是C语言的一个超集,这就使得许多C代码不经修改 就可被C++编译器编译通过。 早期的C+编译器称为 Cfront,实际上只是一个预处理程序,负责将C++程序转换为C 程序,然后再由C语言编程序继续编译。后来也出现了可以直接将C++程序编译为目标代码 的C艹+编译程序, 随着 Windows操作系统的出现,应用程序的外观和结构发生了巨大的变化,程序设计 的环境也得到了很大的改善。为了适应 Windows编程,各软件厂商纷纷推出了新型C++编 译器, Microsoft公司的 Visual c++就是其中的矫矫者。Ⅴ isual C++并不是一个单纯的编译器 而是一整套用于软件开发的集成环境(IDE),其中包括了文本编辑、编译连接、调试、可 视化界面设计和完备的在线帮助,甚至可直接通过 Internet与 Microsoft公司的站点连接, 得到技术支持和产品更新升级 15C++程序的基本要素 151标识符、关键词和标点符号 标识符是程序中变量、类型、函数和标号的名称。标识符由字母、数字和下划线“”组 成,第一个字符不能是数字。与 FORTRAN和 BASIC等程序设计语言不同,在C++的编译 器把大写和小写字母当作不同的字符。这个特征称为“大小写敏感的”。各种C++编译器
第 1 单元 Hello,C++! - 5 - Ｃ语言正是在这种时代背景下诞生的。 1969 年, 美国贝尔实验室的 Ken Thompson 为 DEC PDP-7 计算机设计了一个操作系统 软件, 这就是最早的 UNIX。接着, 他又根据剑桥大学的 Martin Richards 设计的 BCPL 语言 为 UNIX 设计了一种便于编写系统软件的语言, 命名为Ｂ。Ｂ语言是一种无类型的语言, 直 接对机器字操作, 这一点和后来的Ｃ语言有很大不同。作为系统软件编程语言的第一个应用, ken Thompson 使用Ｂ语言重写了其自身的解释程序。 1972-1973 年间, 同在贝尔实验室的 Denis Ritchie 改造了Ｂ语言, 为其添加了数据类型 的概念, 并将原来的解释程序改写为可以直接生成机器代码的编译程序, 然后将其命名为 Ｃ。1973 年, Ken Thompson 小组在 PDP-11 机上用Ｃ重新改写了 UNIX 的内核。与此同时, Ｃ 语言的编译程序也被移植到 IBM 360/370、Honeywell 11 以及 VAX-11/780 等多种计算机上, 迅速成为应用最广泛的系统程序设计语言。 然而，C 语言也存在一些缺陷，例如类型检查机制相对较弱；缺少支持代码重用的语言 结构等，造成用 C 语言开发大程序比较困难。 为了克服 C 语言存在的缺点，并保持 C 语言简洁、高效的特点，贝尔实验室的 Bjarne Stroustrup 博士及其同事开始对 C 语言进行改进和扩充，将“类”的概念引入了 C 语言，构 成了最早的 C++语言（1983）。后来，Stroustrup 和他的同事们又为 C++引进了运算符重载、 引用、虚函数等许多特性，并使之更加精炼，于 1989 年推出了 AT&T C++2.0 版。随后美国 标准化协会以 AT&T C++2.0 为基础，制定了 ANSI C++标准。各软件商推出的 C++编译器 都支持该标准，并有不同程度的拓展。 C++支持面向对象的程序设计方法（参看第 7 单元），特别适合于中型和大型的软件开 发项目，从开发时间、费用到软件的可重用性、可扩充性、可维护性和可靠性等方面，C++ 均具有很大的优越性。同时，C++又是 C 语言的一个超集，这就使得许多 C 代码不经修改 就可被 C++编译器编译通过。 早期的Ｃ++编译器称为 Cfront, 实际上只是一个预处理程序, 负责将Ｃ++程序转换为Ｃ 程序, 然后再由Ｃ语言编程序继续编译。后来也出现了可以直接将Ｃ++程序编译为目标代码 的Ｃ++编译程序。 随着 Windows 操作系统的出现，应用程序的外观和结构发生了巨大的变化，程序设计 的环境也得到了很大的改善。为了适应 Windows 编程，各软件厂商纷纷推出了新型 C++编 译器，Microsoft 公司的 Visual C++就是其中的矫矫者。Visual C++并不是一个单纯的编译器， 而是一整套用于软件开发的集成环境（IDE），其中包括了文本编辑、编译连接、调试、可 视化界面设计和完备的在线帮助，甚至可直接通过 Internet 与 Microsoft 公司的站点连接，以 得到技术支持和产品更新升级。 1.5 C++程序的基本要素 1.5.1 标识符、关键词和标点符号 标识符是程序中变量、类型、函数和标号的名称。标识符由字母、数字和下划线“_”组 成，第一个字符不能是数字。与 FORTRAN 和 BASIC 等程序设计语言不同，在 C++的编译 器把大写和小写字母当作不同的字符。这个特征称为“大小写敏感的”。各种Ｃ++编译器