TsinghuaX: 00740043X C++语言程序设计基础 第一章提纲

第1章主要内容和教学要求

一、计算机系统

• 计算机系统由硬件、软件组成；
• 指令系统是硬件和软件的界面。

二、计算机语言和程序设计方法

• 计算机语言
• 程序员与计算机沟通的语言；
• 描述解决问题的方法和相关数据。
• 计算机语言的级别
• 二进制代码构成的机器语言；
• 使用助记符的汇编语言；
• 使用类似英语单词和语句的高级语言；
• C++是面向对象的高级语言
• C++支持的程序设计方法
• 面向过程的程序设计方法；
• 面向对象的程序设计方法；
• 泛型程序设计方法。

三、C++程序的开发过程

• 算法设计
• 源程序编辑
• 编译
• 连接
• 运行调试

四、信息在计算机中的表示与存储

• 计算机中的数据用二进制表示；
• 逻辑数据、字符数据用二进制编码表示。

学习建议

• 看教学视频；
• 做练习题；
• 完成“实验一”

 

 

 

计算机系统基本概念

计算机硬件

 

计算程序语言

• 计算机解决问题是程序控制的；
• 程序就是操作步骤；
• 程序要使用语言来表达。

机器语言

• 计算机能识别的是机器语言；
• 机器语言指令是由0和1编码的；
• 例如：

加法指令可能是“0001”。

计算机指令系统

• 机器硬件能够识别的语言（机器语言）的集合；
• 它是软件和硬件的主要界面。

计算软件

• 是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。一般来讲软件被划分为系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件；
• 软件包括程序和文档。

计算机程序

• 指令的序列；
• 描述解决问题的方法和数据。

 

 

 

 

 

计算机语言和程序设计方法

最初的计算机语言——机器语言

• 由二进制代码构成
• 计算机硬件可以识别
• 可以表示简单的操作
• 例如：加法、减法、数据移动等等

汇编语言

• 将机器指令映射为助记符
• 如ADD、SUB、mov等；
• 抽象层次低，需要考虑机器细节。

高级语言

• 关键字、语句容易理解；
• 有含义的数据命名和算式；
• 抽象层次较高；
• 例如，算式：a+b+c/d
• 屏蔽了机器的细节；

例如，这样显示计算结果：cout<<a+b+c/d

C++语言

• 是高级语言
• 支持面向对象的观点和方法
• 将客观事物看做对象
• 对象间通过消息传送进行沟通
• 支持分类和抽象

面向过程的程序设计方法：

• 机器语言、汇编语言、高级语言都支持；
• 最初的目的：用于数学计算；
• 主要工作：设计求解问题的过程。
• 大型复杂的软件难以用面向过程的方式编写

面向对象的程序设计方法：

• 由面向对象的高级语言支持；
• 一个系统由对象构成；
• 对象之间通过消息进行通信。

 

面向对象的基本概念

对象

• 一般意义上的对象：现实世界中实际存在的事物。
• 面向对象方法中的对象：程序中用来描述客观事物的实体。

抽象与分类

• 分类依据的原则——抽象；
• 抽象出同一类对象的共同属性和行为形成类；
• 类与对象是类型与实例的关系。

封装

• 隐蔽对象的内部细节；
• 对外形成一个边界；
• 只保留有限的对外接口；
• 使用方便、安全性好。

继承

• 意义在于软件复用；
• 改造、扩展已有类形成新的类。

多态

• 同样的消息作用在不同对象上，可以引起不同的行为。

 

程序的开发过程

程序

• 源程序：
• 用源语言写的，有待翻译的程序；
• 目标程序：
• 源程序通过翻译程序加工以后生成的机器语言程序；
• 可执行程序：
• 连接目标程序以及库中的某些文件，生成的一个可执行文件；
• 例如：Windows系统平台上的.EXE文件。

三种不同类型的翻译程序

• 汇编程序：
• 将汇编语言源程序翻译成目标程序；
• 编译程序：
• 将高级语言源程序翻译成目标程序；
• 解释程序：
• 将高级语言源程序翻译成机器指令，边翻译边执行。

C++程序的开发过程

• 算法与数据结构设计；
• 源程序编辑；
• 编译；
• 连接；
• 测试；
• 调试。

 

计算机中的信息与存储单位

计算机的基本功能

• 算术运算；
• 逻辑运算。

计算机中信息：

• 控制信息——指挥计算机操作；
• 数据信息——计算机程序加工的对象。

 

 

信息的存储单位

• 位(bit，b)：数据的最小单位，表示一位二进制信息；
• 字节(byte，B)：八位二进制数字组成(1 byte = 8 bit)；
• 千字节    1 KB = 1024 B；
• 兆字节    1 MB = 1024 K；
• 吉字节    1 GB = 1024 M。

 

 

 

计算机的数字系统

计算机的数字系统

• 二进制系统；
• 基本符号：0、1。

程序中常用的数制：

 

R 进制转换为十进制：

• 各位数字与它的权相乘，其积相加，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

十进制整数转换为R 进制整数：

• “除以R取余”法。

 所以 68₁₀＝1000100₂

十进制小数→ R 进制小数：

• “乘 以R 取整”法。

 所以 0.3125₁₀  = 0.0101₂ 

二、八、十六进制的相互转换

• 1位八进制数相当于3位二进制数；
• 1位十六进制数相当于4位二进制数，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

 

数据在计算机中的编码表示

二进制数的编码表示

• 需要解决的问题：负数如何表示？
• 最容易想到的方案：

0：表示“+”号；

1：表示“-”号。

• 原码
• "符号──绝对值"表示的编码

例如：

 

• 原码的缺点：
• 零的表示不惟一

[+0]_原 =000...0 

[-0]_原 =100...0

• 进行四则运算时，符号位须单独处理，运算规则复杂。
• 补码
• 符号位可作为数值参加运算；
• 减法运算可转换为加法运算；
• 0的表示唯一。
• 补码的原理
• 模数：

n位二进制整数的模数为 2ⁿ ；

n位二进制小数的模数为 2。

• 补数：
• 一个数减去另一个数（加一个负数），等于第一个数加第二个数的补数，例（时钟指针）： 8+(-2)=8+10 ( mod  12 )=6；
• 一个二进制负数可用其模数与真值做加法 (模减去该数的绝对值) 求得其补码，例（时钟指针）：-2+12=10。
• 补码的计算
• 借助于“反码”作为中间码；
• 负数的反码与原码有如下关系：

符号位不变(仍用1表示)，其余各位取反(0变1，1变0)，例如：
X=-1100110    [X]_原 =1 1100110    [X]_反 =1 0011001

• 正数的反码与原码表示相同，正数的补码与原码相同；
• 反码只是求补码时的中间码；
• 负数的补码由该数反码的末位加 1 求得。
• 对补码再求补即得到原码。
• 补码的优点：
• 0的表示唯一；
• 符号位可作为数值参加运算；
• 补码运算的结果仍为补码。

实数的浮点表示

• 计算机中通常采用浮点方式表示小数；
• 实数 N 用浮点形式可表示为： N=M×2^E 

E：2的幂，N：阶码；

M：N的尾数。

字符在计算机中的表示

• 字符在计算机中是通过编码表示的；
• 例如：

ASCII码是一种常用的西文字符编码：用7位二进制数表示一个字符，最多可以表示2⁷=128个字符；

• 《GB 18030-2005 信息技术 中文编码字符集》是中国国家标准。