第01章C和C++概述

1、第1章 C/C+概述 計(jì)算機(jī)組成：軟件+硬件 計(jì)算機(jī)語言：機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言 程序設(shè)計(jì)方法：面向過程POP、面向?qū)ο驩OP C/C+歷史 C/C+開發(fā)步驟 VC 6.0集成環(huán)境介紹 第一個(gè)C語言程序1.1 了解計(jì)算機(jī)通俗地講，計(jì)算機(jī)是個(gè)“超級(jí)工具”，是個(gè)能執(zhí)行命令的電子設(shè)備。幾乎所有的計(jì)算機(jī)都遵循馮諾伊曼的“存儲(chǔ)運(yùn)行”結(jié)構(gòu)，有以下基本功能：輸入、輸出、存儲(chǔ)、執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)主要由硬件和軟件兩大部分組成，首先看一下什么是硬件。馮.諾依曼結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器主機(jī)：I/O設(shè)備：鍵盤、顯示器等中央處理器CPU1.1.1 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)的硬件主要有中央處理器（CPU, C

2、entral Processing Unit）、內(nèi)存（或稱主存、隨機(jī)處理器、RAMRandom Access Memory）、輸入/輸出設(shè)備（Input/Output Devices）和外部存儲(chǔ)設(shè)備（Secondary Storage，多數(shù)為具備海量存儲(chǔ)能力的硬盤）下圖說明了計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。1.1.2 計(jì)算機(jī)軟件軟件是能完成特定功能的程序，軟件大體上可以分為兩類： （1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是用來控制計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)上的資源，使計(jì)算機(jī)的硬件有效起作用的。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)裝載入內(nèi)存的程序集合稱為操作系統(tǒng)，沒有操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)什么也干不了，操作系統(tǒng)除了進(jìn)行內(nèi)存管理、文件管理和輸入輸出管理外，一般都提供

3、了很多系統(tǒng)級(jí)的服務(wù)供用戶調(diào)用。但不要認(rèn)為操作系統(tǒng)程序是多么的高深莫測(cè)，從本質(zhì)上所，它也是用程序設(shè)計(jì)語言寫出來的。只要你掌握了程序設(shè)計(jì)的原理和硬件系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，你甚至可以寫出自己的操作系統(tǒng)。除了操作系統(tǒng)外，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和其他一些管理工具也可以歸入系統(tǒng)軟件的范疇。DOS,WINDOWS,UNIX,LINUX（2）應(yīng)用軟件盡管系統(tǒng)軟件雖然能有效處理計(jì)算機(jī)的內(nèi)部功能，協(xié)助計(jì)算機(jī)使用外圍設(shè)備，但卻沒有把計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化成可以寫報(bào)告，練打字，看電影等多用途的機(jī)器，想要實(shí)現(xiàn)這些功能，需要安裝應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件程序面向特定的應(yīng)用，如WORD用來處理文字，EXCEL用來記錄數(shù)據(jù)，還有供娛樂的游戲程序等等。1.2 程

4、序設(shè)計(jì)語言語言在人類的交流中的作用無可取代，要想交流通暢，有共同的語言是首要條件，打個(gè)比方，一個(gè)中國人想和一個(gè)英國人聊天，光靠比劃手勢(shì)是不行的，有兩條路可以選，要么學(xué)習(xí)英語，要么找一個(gè)翻譯。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)同樣如此，計(jì)算機(jī)是無生命無知覺的機(jī)器，不懂人類的語言，不管是漢語還是英語，計(jì)算機(jī)都不會(huì)接受，人類要想和其交流，讓計(jì)算機(jī)完成特定的任務(wù)，必須解決“語言”的問題。同樣，人類和計(jì)算機(jī)交流同樣有兩條路：要么學(xué)習(xí)機(jī)器語言，要么找一個(gè)“翻譯”。機(jī)器語言是什么，“翻譯”又是什么，下面將給出解答。機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言（又分為：面向過程、面向?qū)ο?編程語言編程語言表示形式表示形式特點(diǎn)特點(diǎn)高級(jí)語言(C語言)a

5、=b+1簡(jiǎn)潔，易懂，易記匯編語言mov 0 x0804a01c,eaxadd 0 x01,eaxmov eax,0 x0804a018機(jī)器語言a1 1c a0 04 0883 c0 01a3 18 a0 04 08晦澀，難懂，難記1.2.1 機(jī)器語言 計(jì)算機(jī)是一種電子設(shè)備，計(jì)算機(jī)處理的是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)采用0和1記錄信息，那么計(jì)算機(jī)的語言，稱為機(jī)器語言（Machine Language），自然也就是0和1序列。數(shù)字0和1稱為二進(jìn)制數(shù)據(jù)（Binary Digit），或者稱為位（Bit），這種0和1的序列就稱為二進(jìn)制代碼。 即便是完成相近的功能，不同的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者也可能會(huì)采用不同的二進(jìn)制代碼集

6、來表示程序指令，換句話說，不同的計(jì)算機(jī)使用的機(jī)器語言并不一定相同，不過可以肯定的是，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是以二進(jìn)制代碼的形式存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的。1.2.2 匯編語言 匯編語言（Assembly Language）的出現(xiàn)簡(jiǎn)化了程序員的工作，在匯編語言中，用便于記憶的方法定義程序指令，表1給出了匯編語言指令機(jī)器語言指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 1.2.3 高級(jí)語言既然機(jī)器語言和匯編語言都是計(jì)算機(jī)可以理解的語言，用其可以完全控制計(jì)算機(jī)的行為，那么為什么人們還要?jiǎng)?chuàng)造并使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言呢？因?yàn)闄C(jī)器語言和匯編語言都是低級(jí)語言，是面向機(jī)器的，與具體的計(jì)算機(jī)相關(guān)。學(xué)習(xí)起來困難，編程效率也低，可讀性、可維護(hù)性也差。還是舉個(gè)例子，

7、一個(gè)說普通話的北京人想要去歐洲旅行，可是他不懂任何一門歐洲語言；恰好，一個(gè)說粵語的廣東人也去歐洲旅行，而且，他懂得德語、英語、法語、西班牙語等所有歐洲語言，他們結(jié)伴同行。北京人想要同歐洲人交流，有兩種方式：一是學(xué)習(xí)各種歐洲語言，然后同各個(gè)國家的人直接交流；二是讓廣東人當(dāng)翻譯，將自己的意思講給歐洲人聽，并將歐洲人的回答反饋給自己。如果您是那個(gè)北京人，您選擇哪種方式？我想答案是確定的，肯定要請(qǐng)廣東人當(dāng)翻譯。雖然普通話和粵語也有一定的差異，但是比起同歐洲語言的差異來，這種差異小了很多。況且，如果直接同歐洲人交流，需要學(xué)習(xí)多少門語言？高級(jí)語言和計(jì)算機(jī)的關(guān)系，與北京人的語言和歐洲人的關(guān)系相似。高級(jí)語言編

8、寫的程序借助于編譯器就可以在特定的機(jī)器上運(yùn)行，不同的歐洲人相當(dāng)于不同的計(jì)算機(jī)，廣東人相當(dāng)于編譯器，粵語相當(dāng)于計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。1.2.4 程序要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法 計(jì)算機(jī)程序規(guī)定了計(jì)算機(jī)要執(zhí)行哪些動(dòng)作及這些動(dòng)作應(yīng)當(dāng)按什么順序來執(zhí)行，如同菜譜規(guī)定了廚師做菜的材料和步驟。一個(gè)程序主要有以下兩個(gè)要素： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式，程序用到的信息。 算法：操作步驟，對(duì)操作的描述，程序用什么方法解決問題。 著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Nikiklaus Wirth提出了一個(gè)公式： 程序 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 算法。1.2.5 面向過程的程序設(shè)計(jì)（POP）在60年代計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)和編程是少數(shù)聰明人的玩具，程序員可以根據(jù)

9、自己的喜好隨心所欲地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，大多數(shù)程序代碼組織混亂，可以說只有作者本人可以看懂，被稱為“意大利面條式編程”，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和程序規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一大堆的問題凸現(xiàn)出來：程序質(zhì)量低下，進(jìn)度延誤，預(yù)算嚴(yán)重超支，這就是“軟件危機(jī)”。為此，人們提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，探討了面向過程編程的3種基本結(jié)構(gòu)，即順序、分支和循環(huán)，大大提高了程序的清晰度和可靠性，在一定程度上緩解了“軟件危機(jī)”。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法建立在Bohm、Jacopini證明的結(jié)構(gòu)定理的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)定理指出：任何程序邏輯都可以用順序、選擇和循環(huán)等3種基本結(jié)構(gòu)來表示，如所示。1.2.6 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)（OOP）面向?qū)ο蟮某绦蚺c結(jié)構(gòu)

10、化的程序不同，由C+編寫的結(jié)構(gòu)化的程序是由一個(gè)個(gè)的函數(shù)組成的，而由C+編寫的面向?qū)ο蟮某绦蚴怯梢粋€(gè)個(gè)的對(duì)象組成的，對(duì)象之間通過消息而相互作用。在結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)中，我們要解決某一個(gè)問題，就是要確定這個(gè)問題能夠分解為哪些函數(shù)，數(shù)據(jù)能夠分解為哪些基本的類型，如int、double等。也就是說，思考方式是面向機(jī)器結(jié)構(gòu)的，不是面向問題的結(jié)構(gòu)，需要在問題結(jié)構(gòu)和機(jī)器結(jié)構(gòu)之間建立聯(lián)系。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的思考方式是面向問題的結(jié)構(gòu)，它認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界是由對(duì)象組成的。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法解決某個(gè)問題，要確定這個(gè)問題是由哪些對(duì)象組成的，對(duì)象間的相互關(guān)系是什么。1.3 C/C+概述 C語言是1972年貝爾實(shí)驗(yàn)室為

11、寫unix操作系統(tǒng)在B語言的基礎(chǔ)上編寫的 1978年發(fā)布C Program Language 1989年ANSI組織發(fā)布 C89標(biāo)準(zhǔn) 1999年發(fā)布C99標(biāo)準(zhǔn) C+語言是貝爾實(shí)驗(yàn)室在C語言的基礎(chǔ)上，借鑒simula語言面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，于80年代初開發(fā)出來的一種過程性和對(duì)象性結(jié)合的程序設(shè)計(jì)語言，最初稱為“帶類的C”，1983年更名為“C+”1.3.1 C+語言發(fā)展歷程最初，Stroustrup使用了一個(gè)C+到C的編譯器程序，將C+源代碼翻譯成C代碼，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的C編譯器將其轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制代碼，隨著C+的日漸普及，才出現(xiàn)了獨(dú)立的C+編譯器，直接將C+代碼編譯成目標(biāo)代碼，這種方式，突出了C+“由C語

12、言而來，卻不同于C語言”的獨(dú)立地位。C+靈活而強(qiáng)大的功能，很快就受到了計(jì)算機(jī)軟件廠商的青睞，并不斷對(duì)C+進(jìn)行細(xì)化，促進(jìn)了C+的發(fā)展。雖然多數(shù)公司和科研單位都希望自己的C+版本能和其他版本兼容，但如果沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，這將很難做到。為此，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局在1990年設(shè)立了一個(gè)委員會(huì)（ANSI X3J16），專門負(fù)責(zé)C+標(biāo)準(zhǔn)的制定。ANSI/ISO C+國際標(biāo)準(zhǔn)第一版于1998年正式發(fā)布，2003年又發(fā)布了C+國際標(biāo)準(zhǔn)第二版，新的標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)第一版的整理修訂錯(cuò)誤，減少歧義等，并沒有改變語言特性，本書所有介紹和實(shí)例代碼都是基于新的C+國際標(biāo)準(zhǔn)的。1.3.2 C+語言特點(diǎn) C+語言是以C語言為基礎(chǔ)擴(kuò)充、發(fā)

13、展起來的一種優(yōu)秀的通用程序設(shè)計(jì)語言，它保存了C語言的緊湊、靈活、高效和移植性好的特點(diǎn)，又吸收了其他程序設(shè)計(jì)語言的優(yōu)秀特性，從simula中吸收了類的機(jī)制，從Algol中吸收了運(yùn)算符重載、引用和在局部的任何地方聲明變量，綜合了Ada的類屬和異常處理機(jī)制。 C+語言是C語言的一個(gè)超集，它是一門混合型的語言，既支持傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，又支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，這是C+語言成功流行的一個(gè)重要原因。1.3.3 C/C+程序開發(fā)基本過程1.編輯（Edit）：使用文本編輯工具錄入程序代碼,生成源程序*.c，*.cpp；2.編譯（Compile）：語法分析查錯(cuò)，翻譯生成目標(biāo)程序*.obj；3.鏈接（Link

14、）：與其它目標(biāo)程序或庫鏈接裝配,生成可執(zhí)行程序*.exe；4.執(zhí)行(Run)：運(yùn)行最終的可執(zhí)行文件。如：cl.exe a.c f.c注：cl.exe位于C:Program FilesMicrosoft Visual StudioVC98Bin 目錄下1.4 C+開發(fā)環(huán)境的搭建 C+的流行使得許多軟件廠商都提供了自己的C+集成開發(fā)環(huán)境，稱為C+ IDE。著名的有Borland公司的C+ Builder（BCB），Microsoft公司的Visual C+（VC）等等。所謂集成開發(fā)環(huán)境，在同一個(gè)環(huán)境下，能夠完成C+源程序的編寫、連編、運(yùn)行和調(diào)試。 對(duì)初學(xué)者而言，不要被VC、BCB、BC（Borla

15、nd C+）、MC（Microsoft C+）、TC（Turbo C+）等詞匯所迷惑他們都是集成開發(fā)環(huán)境，而我們要學(xué)的是一門語言。 本文以Windows操作系統(tǒng)下流行的C+集成開發(fā)環(huán)境Visual C+ 6（VC6）+sp6為示例開發(fā)環(huán)境，所有示例代碼都在（Windows XP+VC6/Windows 2000+VC6）下編譯通過。 1.4.1 Visual C+ 6開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 Visual C+ 6集成開發(fā)環(huán)境，被劃分成4個(gè)主要區(qū)域：菜單和工具欄、工作區(qū)窗口、代碼編輯窗口和輸出窗口，如圖1.4所示。1.4.2 開發(fā)步驟1.創(chuàng)建工程：打開VC6.0FileNewProjects然后按照左圖進(jìn)

16、行選擇An empty project(空項(xiàng)目)。2.創(chuàng)建文件：FileNewFiles然后按照右圖進(jìn)行。1.5 第一個(gè)C程序第一個(gè)程序：在屏幕上顯示Hello World按照1.4節(jié)的介紹建立工程，添加源代碼文件HelloWorld.cpp，見代碼1 1： /1-1/*文件名：example101.cpp功 能：輸出Hello,World*/#include /編譯預(yù)處理：頭文件int main()/主函數(shù)printf(Hello,Worldn); /輸出Hello,World并換行return 0;/返回1.6 小結(jié)本章主要講述計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的基本概念、方法，并簡(jiǎn)單介紹了C+語言的特點(diǎn)以及Visual C+集成開發(fā)環(huán)境的使用。面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是兩種主要的程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)主張只采用順