計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-精講多練CC++-第3章

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)_精講多練CC++_第3章匯報(bào)人：AA2024-01-14contents目錄程序設(shè)計(jì)基本概念C/C語(yǔ)言基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)文件操作與異常處理面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)綜合案例分析與實(shí)戰(zhàn)演練01程序設(shè)計(jì)基本概念是一組按照特定語(yǔ)法規(guī)則編寫的、能夠被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令序列，用于解決特定問(wèn)題或完成特定任務(wù)。是解決特定問(wèn)題或完成特定任務(wù)的一種明確、有限、有效的計(jì)算步驟或方法。算法是程序設(shè)計(jì)的核心，直接影響程序的效率和質(zhì)量。程序與算法算法程序是編程語(yǔ)言中用于定義數(shù)據(jù)種類的一種抽象概念，它規(guī)定了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式、取值范圍以及可以進(jìn)行的操作等。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類型包括整型、浮點(diǎn)型、字符型、布爾型等。數(shù)據(jù)類型是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種標(biāo)識(shí)符，它代表了內(nèi)存中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。在程序中，可以通過(guò)變量名來(lái)訪問(wèn)和操作該存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。變量數(shù)據(jù)類型與變量運(yùn)算符是用于進(jìn)行各種運(yùn)算的符號(hào)，如算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符等。不同的運(yùn)算符具有不同的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性，需要按照相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行使用。表達(dá)式是由常量、變量、運(yùn)算符和括號(hào)等組成的具有計(jì)算功能的語(yǔ)句。表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果可以賦值給變量，也可以作為其他操作的參數(shù)。運(yùn)算符與表達(dá)式程序設(shè)計(jì)風(fēng)格是指程序員在編寫程序時(shí)所采用的書(shū)寫習(xí)慣和排版方式，包括縮進(jìn)、空格、注釋等。良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格可以提高程序的可讀性和可維護(hù)性。程序設(shè)計(jì)規(guī)范是指在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的一些基本原則和約定，如命名規(guī)范、函數(shù)設(shè)計(jì)原則、錯(cuò)誤處理機(jī)制等。遵循這些規(guī)范可以提高程序的質(zhì)量和可重用性。程序設(shè)計(jì)風(fēng)格與規(guī)范02C/C語(yǔ)言基礎(chǔ)C/C語(yǔ)言的歷史與發(fā)展C語(yǔ)言起源于1970年代，由DennisRitchie開(kāi)發(fā)，用于編寫UNIX操作系統(tǒng)。C是C語(yǔ)言的擴(kuò)展，由BjarneStroustrup于1980年代開(kāi)發(fā)，增加了面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴/C語(yǔ)言的特點(diǎn)C/C語(yǔ)言具有高效、靈活、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。它們可以直接訪問(wèn)內(nèi)存，支持指針操作，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，C還支持面向?qū)ο缶幊蹋梢愿奖愕亟M織和管理代碼。C/C語(yǔ)言的應(yīng)用領(lǐng)域C/C語(yǔ)言廣泛應(yīng)用于操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、游戲開(kāi)發(fā)、圖形圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。C/C語(yǔ)言概述標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)C/C語(yǔ)言提供了標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)，包括printf、scanf、cout、cin等函數(shù)和對(duì)象，用于實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)輸入輸出功能。文件輸入輸出C/C語(yǔ)言支持文件輸入輸出操作，可以使用fopen、fclose、fread、fwrite等函數(shù)進(jìn)行文件的打開(kāi)、關(guān)閉、讀取和寫入。錯(cuò)誤處理在進(jìn)行輸入輸出操作時(shí)，需要注意錯(cuò)誤處理，例如檢查文件是否成功打開(kāi)、讀取數(shù)據(jù)是否成功等?；据斎胼敵龊瘮?shù)順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的控制結(jié)構(gòu)，按照代碼的先后順序依次執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷的結(jié)果選擇不同的執(zhí)行路徑，包括if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句。選擇結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足某個(gè)條件為止。C/C語(yǔ)言提供了for循環(huán)、while循環(huán)和do-while循環(huán)三種循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)可以嵌套使用，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的程序邏輯?？刂平Y(jié)構(gòu)的嵌套控制結(jié)構(gòu)函數(shù)與模塊化設(shè)計(jì)函數(shù)定義與調(diào)用函數(shù)是一段可重用的代碼塊，用于實(shí)現(xiàn)特定的功能。在C/C語(yǔ)言中，可以使用函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)代碼的模塊化。函數(shù)參數(shù)與返回值函數(shù)可以接受參數(shù)并返回結(jié)果。通過(guò)函數(shù)參數(shù)和返回值，可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。局部變量與全局變量在函數(shù)中定義的變量稱為局部變量，只在函數(shù)內(nèi)部有效。在函數(shù)外部定義的變量稱為全局變量，可以在整個(gè)程序中訪問(wèn)。模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)模塊化設(shè)計(jì)可以提高代碼的可讀性、可維護(hù)性和可重用性。通過(guò)將功能劃分為不同的模塊，可以降低代碼的復(fù)雜性，提高開(kāi)發(fā)效率。03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)數(shù)組是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)相同類型的元素。在C中，可以通過(guò)指定元素類型和數(shù)組大小來(lái)定義數(shù)組，并進(jìn)行初始化。數(shù)組定義與初始化字符串是一種特殊的數(shù)組，用于存儲(chǔ)字符序列。C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了豐富的字符串操作函數(shù)，如連接、比較、查找、替換等。字符串操作常見(jiàn)的字符串處理算法包括KMP算法、Boyer-Moore算法等，用于實(shí)現(xiàn)高效的字符串匹配和搜索。字符串處理算法數(shù)組與字符串指針概念與操作引用概念與使用指針與數(shù)組關(guān)系指針與引用指針是一種特殊的變量，用于存儲(chǔ)內(nèi)存地址。通過(guò)指針可以間接訪問(wèn)和操作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。C中提供了指針的聲明、賦值、解引用等操作。引用是已存在變量的別名，與原變量共享同一塊內(nèi)存地址。使用引用可以避免數(shù)據(jù)的拷貝，提高程序效率。指針與數(shù)組密切相關(guān)，數(shù)組名可以隱式轉(zhuǎn)換為指向數(shù)組首元素的指針。通過(guò)指針可以遍歷和操作數(shù)組中的元素。結(jié)構(gòu)體是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，可以包含多個(gè)不同類型的成員變量。在C中，可以通過(guò)struct關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)體，并進(jìn)行初始化。結(jié)構(gòu)體定義與初始化聯(lián)合體是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，允許在相同的內(nèi)存位置存儲(chǔ)不同的數(shù)據(jù)類型。使用聯(lián)合體可以節(jié)省內(nèi)存空間，但需要注意數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換和訪問(wèn)。聯(lián)合體概念與使用結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的主要區(qū)別在于內(nèi)存分配方式。結(jié)構(gòu)體為每個(gè)成員變量分配獨(dú)立的內(nèi)存空間，而聯(lián)合體則共享同一塊內(nèi)存空間。結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體的區(qū)別結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體排序算法常見(jiàn)的排序算法包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、快速排序等。這些算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度各不相同，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的算法。查找算法查找算法用于在數(shù)據(jù)集合中查找指定元素。常見(jiàn)的查找算法包括線性查找、二分查找等。線性查找適用于無(wú)序集合，而二分查找適用于有序集合。圖論算法圖論算法是解決圖相關(guān)問(wèn)題的有效方法。常見(jiàn)的圖論算法包括深度優(yōu)先搜索（DFS）、廣度優(yōu)先搜索（BFS）、最短路徑算法（如Dijkstra算法）等。這些算法可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)路由、社交網(wǎng)絡(luò)分析等領(lǐng)域。010203常用算法及實(shí)現(xiàn)04文件操作與異常處理文件操作概念文件操作是指通過(guò)編程語(yǔ)言對(duì)計(jì)算機(jī)中的文件進(jìn)行創(chuàng)建、打開(kāi)、讀寫、關(guān)閉等操作。文件類型根據(jù)數(shù)據(jù)的組織形式，文件可分為文本文件和二進(jìn)制文件。文件指針文件指針是一個(gè)指向文件的指針變量，通過(guò)文件指針可以訪問(wèn)文件中的數(shù)據(jù)。文件操作概述在讀寫文件之前，需要先打開(kāi)文件，可以使用編程語(yǔ)言提供的文件操作函數(shù)或類來(lái)打開(kāi)文件。打開(kāi)文件讀取文件寫入文件關(guān)閉文件讀取文件是指從文件中讀取數(shù)據(jù)，可以使用相應(yīng)的讀取函數(shù)或操作符來(lái)實(shí)現(xiàn)。寫入文件是指向文件中寫入數(shù)據(jù)，可以使用相應(yīng)的寫入函數(shù)或操作符來(lái)實(shí)現(xiàn)。在完成對(duì)文件的讀寫操作后，需要關(guān)閉文件以釋放資源。文件讀寫操作異常處理異常處理是指當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，程序能夠捕獲異常并執(zhí)行相應(yīng)的處理代碼，以保證程序的穩(wěn)定性和可靠性。異常類型根據(jù)異常的性質(zhì)和來(lái)源，異?？煞譃橄到y(tǒng)異常、自定義異常等。異常概念異常是指在程序運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的非正常事件，如除以零、數(shù)組越界等。異常處理機(jī)制錯(cuò)誤預(yù)防錯(cuò)誤檢測(cè)錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤恢復(fù)錯(cuò)誤處理策略通過(guò)編程規(guī)范、代碼審查等手段預(yù)防錯(cuò)誤的發(fā)生。通過(guò)異常處理機(jī)制、日志記錄等手段處理錯(cuò)誤，保證程序的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)單元測(cè)試、集成測(cè)試等手段檢測(cè)錯(cuò)誤的存在。通過(guò)備份恢復(fù)、容錯(cuò)機(jī)制等手段恢復(fù)程序運(yùn)行，減少錯(cuò)誤對(duì)程序的影響。05面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Object-OrientedProgramming，OOP）是一種編程范式或編程風(fēng)格，它以類或?qū)ο鬄樵O(shè)計(jì)核心，將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的方法結(jié)合在一起，以提高軟件的可重用性、靈活性和可維護(hù)性。OOP的主要概念包括類、對(duì)象、封裝、繼承、多態(tài)等。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概述類與對(duì)象定義及訪問(wèn)控制類（Class）是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，用于描述具有相同屬性和方法的對(duì)象的集合。類定義了對(duì)象的結(jié)構(gòu)和行為。02對(duì)象（Object）是類的實(shí)例，它具有類所描述的屬性和方法。對(duì)象是程序運(yùn)行時(shí)的實(shí)體，可以與其他對(duì)象進(jìn)行交互。03訪問(wèn)控制（AccessControl）是指對(duì)類中的屬性和方法進(jìn)行訪問(wèn)權(quán)限的控制，包括公有（public）、私有（private）、保護(hù)（protected）等訪問(wèn)級(jí)別。01繼承（Inheritance）是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的一個(gè)重要特性，它允許一個(gè)新類繼承已有類的屬性和方法，從而實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用和擴(kuò)展。多態(tài)（Polymorphism）是指允許使用父類類型的指針或引用來(lái)引用子類的對(duì)象，并在運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際對(duì)象的類型來(lái)調(diào)用相應(yīng)的方法。多態(tài)是實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)靈活性的關(guān)鍵。封裝（Encapsulation）是指將對(duì)象的屬性和方法封裝在類中，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只對(duì)外提供必要的接口。封裝可以提高軟件的可維護(hù)性和安全性。繼承、多態(tài)和封裝等特性介紹設(shè)計(jì)模式（DesignPattern）是在軟件設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題的解決方案。它描述了在特定環(huán)境下如何設(shè)計(jì)優(yōu)雅的解決方案。常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式包括單例模式、工廠模式、觀察者模式、策略模式等。使用設(shè)計(jì)模式可以提高軟件的可重用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，降低軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度。常用設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介06綜合案例分析與實(shí)戰(zhàn)演練案例一：簡(jiǎn)單計(jì)算器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)確定計(jì)算器應(yīng)具備的基本功能，如加、減、乘、除等。采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，定義計(jì)算器類，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)算方法。編寫代碼實(shí)現(xiàn)計(jì)算器類及其方法，創(chuàng)建對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。增加高級(jí)運(yùn)算功能，如求平方、開(kāi)方、階乘等。需求分析設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)過(guò)程拓展功能確定系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，如添加、刪除、修改、查詢學(xué)生信息等。需求分析采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，定義學(xué)生類和管理系統(tǒng)類，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作方法。設(shè)計(jì)思路編寫代碼實(shí)現(xiàn)學(xué)生類和管理系統(tǒng)類及其方法，創(chuàng)建對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。實(shí)現(xiàn)過(guò)程增加排序、統(tǒng)計(jì)等高級(jí)功能，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。拓展功能案例二：學(xué)生信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)需求分析確定游戲的基本規(guī)則，如蛇的移動(dòng)、食物的生成、游戲結(jié)束條件等。設(shè)計(jì)思路采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，定義蛇類、食物類和游戲類，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯處理。實(shí)現(xiàn)過(guò)程編寫代碼