TsinghuaX: 00740043X C++語言程序設計基礎 第一章提綱

第1章主要內容和教學要求

1、計算機系統

• 計算機系統由硬件、軟件組成；
• 指令系統是硬件和軟件的界面。

2、計算機語言和程序設計方法

• 計算機語言
• 程序員與計算機溝通的語言；
• 描述解決問題的方法和相關數據。
• 計算機語言的級別
• 二進制代碼構成的機器語言；
• 使用助記符的彙編語言；
• 使用相似英語單詞和語句的高級語言；
• C++是面向對象的高級語言
• C++支持的程序設計方法
• 面向過程的程序設計方法；
• 面向對象的程序設計方法；
• 泛型程序設計方法。

3、C++程序的開發過程

• 算法設計
• 源程序編輯
• 編譯
• 鏈接
• 運行調試

4、信息在計算機中的表示與存儲

• 計算機中的數據用二進制表示；
• 邏輯數據、字符數據用二進制編碼表示。

學習建議

• 看教學視頻；
• 作練習題；
• 完成「實驗一」

 

 

 

計算機系統基本概念

計算機硬件

 

計算程序語言

• 計算機解決問題是程序控制的；
• 程序就是操做步驟；
• 程序要使用語言來表達。

機器語言

• 計算機能識別的是機器語言；
• 機器語言指令是由0和1編碼的；
• 例如：

加法指令多是「0001」。

計算機指令系統

• 機器硬件可以識別的語言（機器語言）的集合；
• 它是軟件和硬件的主要界面。

計算軟件

• 是一系列按照特定順序組織的計算機數據和指令的集合。通常來說軟件被劃分爲系統軟件、應用軟件和介於這二者之間的中間件；
• 軟件包括程序和文檔。

計算機程序

• 指令的序列；
• 描述解決問題的方法和數據。

 

 

 

 

 

計算機語言和程序設計方法

最初的計算機語言——機器語言

• 由二進制代碼構成
• 計算機硬件能夠識別
• 能夠表示簡單的操做
• 例如：加法、減法、數據移動等等

彙編語言

• 將機器指令映射爲助記符
• 如ADD、SUB、mov等；
• 抽象層次低，須要考慮機器細節。

高級語言

• 關鍵字、語句容易理解；
• 有含義的數據命名和算式；
• 抽象層次較高；
• 例如，算式：a+b+c/d
• 屏蔽了機器的細節；

例如，這樣顯示計算結果：cout<<a+b+c/d

C++語言

• 是高級語言
• 支持面向對象的觀點和方法
• 將客觀事物看作對象
• 對象間經過消息傳送進行溝通
• 支持分類和抽象

面向過程的程序設計方法：

• 機器語言、彙編語言、高級語言都支持；
• 最初的目的：用於數學計算；
• 主要工做：設計求解問題的過程。
• 大型複雜的軟件難以用面向過程的方式編寫

面向對象的程序設計方法：

• 由面向對象的高級語言支持；
• 一個系統由對象構成；
• 對象之間經過消息進行通訊。

 

面向對象的基本概念

對象

• 通常意義上的對象：現實世界中實際存在的事物。
• 面向對象方法中的對象：程序中用來描述客觀事物的實體。

抽象與分類

• 分類依據的原則——抽象；
• 抽象出同一類對象的共同屬性和行爲造成類；
• 類與對象是類型與實例的關係。

封裝

• 隱蔽對象的內部細節；
• 對外造成一個邊界；
• 只保留有限的對外接口；
• 使用方便、安全性好。

繼承

• 意義在於軟件複用；
• 改造、擴展已有類造成新的類。

多態

• 一樣的消息做用在不一樣對象上，能夠引發不一樣的行爲。

 

程序的開發過程

程序

• 源程序：
• 用源語言寫的，有待翻譯的程序；
• 目標程序：
• 源程序經過翻譯程序加工之後生成的機器語言程序；
• 可執行程序：
• 鏈接目標程序以及庫中的某些文件，生成的一個可執行文件；
• 例如：Windows系統平臺上的.EXE文件。

三種不一樣類型的翻譯程序

• 彙編程序：
• 將彙編語言源程序翻譯成目標程序；
• 編譯程序：
• 將高級語言源程序翻譯成目標程序；
• 解釋程序：
• 將高級語言源程序翻譯成機器指令，邊翻譯邊執行。

C++程序的開發過程

• 算法與數據結構設計；
• 源程序編輯；
• 編譯；
• 鏈接；
• 測試；
• 調試。

 

計算機中的信息與存儲單位

計算機的基本功能

• 算術運算；
• 邏輯運算。

計算機中信息：

• 控制信息——指揮計算機操做；
• 數據信息——計算機程序加工的對象。

 

 

信息的存儲單位

• 位(bit，b)：數據的最小單位，表示一位二進制信息；
• 字節(byte，B)：八位二進制數字組成(1 byte = 8 bit)；
• 千字節    1 KB = 1024 B；
• 兆字節    1 MB = 1024 K；
• 吉字節    1 GB = 1024 M。

 

 

 

計算機的數字系統

計算機的數字系統

• 二進制系統；
• 基本符號：0、1。

程序中經常使用的數制：

 

R 進制轉換爲十進制：

• 各位數字與它的權相乘，其積相加，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

十進制整數轉換爲R 進制整數：

• 「除以R取餘」法。

 因此 68₁₀＝1000100₂

十進制小數→ R 進制小數：

• 「乘 以R 取整」法。

 因此 0.3125₁₀  = 0.0101₂ 

2、8、十六進制的相互轉換

• 1位八進制數至關於3位二進制數；
• 1位十六進制數至關於4位二進制數，例如：

(1011010.10)₂=(001 011 010 .100)₂=(132.4)₈

(1011010.10)₂=(0101 1010 .1000)₂=(5A.8)₁₆

(F7)₁₆＝(1111 0111)₂＝(11110111)₂

 

數據在計算機中的編碼表示

二進制數的編碼表示

• 須要解決的問題：負數如何表示？
• 最容易想到的方案：

0：表示「+」號；

1：表示「-」號。

• 原碼
• "符號──絕對值"表示的編碼

例如：

 

• 原碼的缺點：
• 零的表示不唯一

[+0]_原 =000...0 

[-0]_原 =100...0

• 進行四則運算時，符號位須單獨處理，運算規則複雜。
• 補碼
• 符號位可做爲數值參加運算；
• 減法運算可轉換爲加法運算；
• 0的表示惟一。
• 補碼的原理
• 模數：

n位二進制整數的模數爲 2ⁿ ；

n位二進制小數的模數爲 2。

• 補數：
• 一個數減去另外一個數（加一個負數），等於第一個數加第二個數的補數，例（時鐘指針）： 8+(-2)=8+10 ( mod  12 )=6；
• 一個二進制負數可用其模數與真值作加法 (模減去該數的絕對值) 求得其補碼，例（時鐘指針）：-2+12=10。
• 補碼的計算
• 藉助於「反碼」做爲中間碼；
• 負數的反碼與原碼有以下關係：

符號位不變(仍用1表示)，其他各位取反(0變1，1變0)，例如：
X=-1100110    [X]_原 =1 1100110    [X]_反 =1 0011001

• 正數的反碼與原碼錶示相同，正數的補碼與原碼相同；
• 反碼只是求補碼時的中間碼；
• 負數的補碼由該數反碼的末位加 1 求得。
• 對補碼再求補即獲得原碼。
• 補碼的優勢：
• 0的表示惟一；
• 符號位可做爲數值參加運算；
• 補碼運算的結果仍爲補碼。

實數的浮點表示

• 計算機中一般採用浮點方式表示小數；
• 實數 N 用浮點形式可表示爲： N=M×2^E 

E：2的冪，N：階碼；

M：N的尾數。

字符在計算機中的表示

• 字符在計算機中是經過編碼表示的；
• 例如：

ASCII碼是一種經常使用的西文字符編碼：用7位二進制數表示一個字符，最多能夠表示2⁷=128個字符；

• 《GB 18030-2005 信息技術 中文編碼字符集》是中國國家標準。