C++程序設(shè)計(jì)教程第2章過程組織和管理教學(xué)研究

1/1C++程序設(shè)計(jì)教程第2章過程組織和管理-教學(xué)研究

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

第2章過程的組織和管理

2.1函數(shù)

2.1.1函數(shù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)定義

一個(gè)大型的程序一般可以分成一系列“單一功能模塊”的集合。在C++中，單一功能模塊通常設(shè)計(jì)成一個(gè)函數(shù)。因而C++程序可以設(shè)計(jì)成一系列函數(shù)的組合，這是面對(duì)過程程序設(shè)計(jì)的一般方法。一個(gè)完整的C++程序一般包含一個(gè)主函數(shù)和若干個(gè)子函數(shù)，主函數(shù)可以調(diào)用子函數(shù)，子函數(shù)也可以調(diào)用其它的子函數(shù)。利用函數(shù)可以大大降低程序設(shè)計(jì)的工作量，使程序更加清楚牢靠。許多編譯系統(tǒng)本身就帶有許多預(yù)定義的函數(shù)，并把它們以庫函數(shù)的形式供應(yīng)給用戶，這大大便利了程序設(shè)計(jì)人員。函數(shù)定義的一般形式如下：類型標(biāo)識(shí)符函數(shù)名（形參列表）

{

函數(shù)體；

}

類型標(biāo)識(shí)符為函數(shù)的返回類型，可以是整型、浮點(diǎn)型等C++的合法類型，也可以是無值型（void型）。

函數(shù)名是函數(shù)的標(biāo)識(shí)，可以是一個(gè)有效的C++標(biāo)識(shí)符。

形參列表是括在圓括號(hào)內(nèi)的0個(gè)或多個(gè)以逗號(hào)分隔的形式參數(shù)。它定義了函數(shù)將從調(diào)用函數(shù)中接收幾個(gè)數(shù)據(jù)及它們的類型，所以稱為形式參數(shù)。所謂形式參數(shù)的含義是指僅當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)才為其安排存儲(chǔ)空間。與之相應(yīng)，主調(diào)程序傳遞過來的參數(shù)稱之為實(shí)在參數(shù)。通常，形式參數(shù)和實(shí)在參數(shù)簡稱為形參和實(shí)參。

函數(shù)的返回值由返回語句return來實(shí)現(xiàn)。

例2.1.1

//filename:ex211.cpp

//推斷一個(gè)數(shù)是否素?cái)?shù)

#includeiostream.h

charprime(unsignedintnumber);

intmain

{

}

{

intm;coutTheprimersfrom3-100are:endl;for(m=3;m=100;m++)if(prime(m)==1)coutm,;return0;charprime(unsignedintnumber)charf=1;

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

}unsignedintn;for(n=2;n=number/2;n++)if(number%n==0){f=0;break;}returnf;

2.1.2函數(shù)名重載

函數(shù)名重載就是多個(gè)函數(shù)使用同一個(gè)函數(shù)名。

例2.1.2

//filename:ex212.cpp

//推斷兩數(shù)較大者

#includeiostream.h

intmax(intx,inty);

doublemax(doublex,doubley);

intmain

{

coutmax(10,20)endl;coutmax(1.23,4.56)endl;

return0;

}

intmax(intx,inty)

{

}returnxy?x:y;

doublemax(doublex,doubley)

{

returnxy?x:y;

}

函數(shù)重載的好處是主調(diào)函數(shù)會(huì)依據(jù)參數(shù)自動(dòng)選擇正確的子函數(shù)，這大大提高了程序的通用性和可讀性。

2.1.3內(nèi)嵌函數(shù)

程序在執(zhí)行過程中，每調(diào)用一次函數(shù)，就要在調(diào)用與返回過程中付出肯定的時(shí)間和空間代價(jià)用于處理現(xiàn)場，通常是用堆棧進(jìn)行愛護(hù)，返回時(shí)退棧恢復(fù)現(xiàn)場。但當(dāng)函數(shù)較小，又反復(fù)使用時(shí)，處理現(xiàn)場的開銷會(huì)急劇增大。若把函數(shù)嵌入函數(shù)調(diào)用處，便可以大大提高運(yùn)行速度。這當(dāng)然是以犧牲存儲(chǔ)空間作為代價(jià)的。內(nèi)嵌函數(shù)在程序編譯時(shí)直接將代碼嵌入到調(diào)用處，這增加了代碼的長度，但運(yùn)行速度大大加快。

例2.1.3

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

///filename:ex213.cpp

//推斷兩數(shù)較大者

#includeiostream.h

inlinedoublemax(doublex,doubley);

intmain

{

inti;doublea,b;for(i=1;i3;i++){coutEntertworeal:;

cinab;

}coutmax(a,b)endl;}return0;

doublemax(doublex,doubley)

{

returnxy?x:y;

}

內(nèi)嵌函數(shù)有如下限制：

(1)內(nèi)嵌函數(shù)中不能有循環(huán)結(jié)構(gòu)或switch結(jié)構(gòu)及goto語句；

(2)內(nèi)嵌函數(shù)中不能含有任何靜態(tài)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)聲明。

由于有以上限制，使用起來不是太便利。因此，除非必要，一般盡量不使用內(nèi)嵌函數(shù)。

2.1.4遞歸函數(shù)

一個(gè)函數(shù)直接或間接調(diào)用自身，便構(gòu)成了函數(shù)的遞歸調(diào)用。遞歸在程序設(shè)計(jì)中常常用到，它可以大大簡化程序的設(shè)計(jì)。

例2.1.4遞歸計(jì)算n!的函數(shù)。

intrfact(intn)

{

if(n0){cout“Negativeargument.”endl;exit(-1);}elseif(n==1)return1;elsereturnn*rfact(n-1);

}

遞歸過程不應(yīng)無限制地進(jìn)行下去，應(yīng)當(dāng)能在調(diào)用有限次以后，就到達(dá)遞歸調(diào)用的中點(diǎn)得到一個(gè)確定值，然后進(jìn)行回代?；卮倪^程是從一個(gè)已知推出下一個(gè)值的過程。任何有意義

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

的遞歸總是由兩部分組成，遞歸形式與遞歸終止條件。本例的算法就是基于如下的遞歸數(shù)學(xué)模型：

非法

fact(n)1

n*fact(n1)(n1)(n1)(n1)

例漢諾塔問題(TowerofHanoi)。

//filename:hanio.cpp

//TowerofHanoi

#includeiostream.h

inthanoi(intnumber,chara,charb,charc);

intmain

{

intnumber;

coutPleaseenterthenumberofdiskstobemoved:;

coutendl;

cinnumber;

hanoi(number,PileA,PileB,PileC);

return0;

}

inthanoi(intnumber,chara,charb,charc)

{

if(number0){

hanoi(number-1,a,c,b);

coutMovediscnumberfromatobendl;

}}hanoi(number-1,c,b,a);return0;

2.1.5C++庫函數(shù)

C++語言的核心部分很小，其外殼卻非常豐富。這個(gè)外殼中供應(yīng)豐富的庫函數(shù)。程序員使用庫函數(shù)無須再自行定義，只要留意以下三點(diǎn)便可：

(1)了解函數(shù)的功能

(2)了解函數(shù)的原型

(3)庫函數(shù)按功能分為不同的庫，每個(gè)庫都有相應(yīng)的頭文件，給出了該庫中各個(gè)函數(shù)的原型聲明等有關(guān)信息。程序員使用庫函數(shù)之前只需在程序中使用#include指令嵌入相應(yīng)的頭文件而不必再進(jìn)行函數(shù)的原型說明。

//filename:ex215.cpp

#includeiostream.h

#includemath.h

intmain

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

{

floatf;

cout“Enterarealnumber:”;

cinf;

cout“Thesquarerootof”f“is:”sqrt(f)endl;

}return0;

庫函數(shù)是一些被驗(yàn)證的、高效率的函數(shù)，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用庫函數(shù)。VisualC++供應(yīng)了大量的庫函數(shù)和宏，在程序中可以調(diào)用它們來執(zhí)行各種各樣的任務(wù)。它們包含有低級(jí)及高級(jí)的I/O、串及文件的操作、存儲(chǔ)安排、進(jìn)程掌握、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)運(yùn)算等等。VisualC++的庫函數(shù)和宏包含在Lib子名目和Include子名目中。我們知道，調(diào)用函數(shù)前需要函數(shù)定義與函數(shù)聲明。全部VisualC++庫例程的原型在一個(gè)或多個(gè)庫文件中聲明。使用庫函數(shù)時(shí)，用#include命令包含其相應(yīng)的頭文件就包含了其原型聲明。使用頭文件比直接寫聲明語句的一個(gè)好處是可以保證其正確性。系統(tǒng)頭文件在Include子名目中，系統(tǒng)函數(shù)定義在Lib子名目中，連接時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)依據(jù)原型到相應(yīng)的庫文件中連接相應(yīng)的庫例程，一般用戶不必關(guān)懷。VisualC++常用的庫函數(shù)有以下一些：

字符分類函數(shù)

轉(zhuǎn)換函數(shù)

名目管理函數(shù)

圖形函數(shù)

輸入輸出函數(shù)ctype.hctype.hdir.h

graphics.hiostream.h、io.h、stdio.h、conio.hdos.hmem.h、string.hmath.h、complex.h、bcd.h、float.h、stdlib.halloc.h、dos.hstdlib.h、dos.h、locate.hprocess.h、signal.h接口函數(shù)串和內(nèi)存操作函數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)內(nèi)存安排函數(shù)雜類函數(shù)進(jìn)程掌握函數(shù)

文本窗口顯示函數(shù)

時(shí)間、日期函數(shù)

其它c(diǎn)onio.htime.h、dos.h

2.2程序?qū)嶓w及其存儲(chǔ)類

程序?qū)嶓w也稱程序?qū)ο螅瑢?duì)應(yīng)著程序中的一塊內(nèi)存空間。每個(gè)程序?qū)嶓w都有一個(gè)標(biāo)識(shí)符，用以保存程序中用到的各種變量、標(biāo)號(hào)、參數(shù)和函數(shù)等等。每個(gè)程序?qū)嶓w都有肯定的作用域和生存期，這反映了它的存儲(chǔ)屬性。

2.2.1程序?qū)嶓w的生存期和作用域

每個(gè)程序?qū)嶓w在程序執(zhí)行中都有從創(chuàng)建到被撤消的一段時(shí)間，這段時(shí)間就稱為該程序?qū)嶓w的生存期。在生存期內(nèi)程序?qū)嶓w的標(biāo)識(shí)符與它的存儲(chǔ)區(qū)相關(guān)聯(lián)。因此，程序?qū)嶓w的生存期由系統(tǒng)為其安排的內(nèi)存方式所打算。C++為程序?qū)嶓w供應(yīng)了四種內(nèi)存安排方式：靜態(tài)安排（編譯器預(yù)安排）、棧安排（自動(dòng)安排）、堆安排（動(dòng)態(tài)安排）、只讀安排。

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

(1)靜態(tài)安排

系統(tǒng)可以為每個(gè)程序開拓一個(gè)固定的靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)。存于這區(qū)域中的程序?qū)嶓w在編譯時(shí)即被預(yù)安排存儲(chǔ)空間，并且在程序開頭執(zhí)行時(shí)就被創(chuàng)建，始終到程序結(jié)束才被撤消，故稱為永久存儲(chǔ)。靜態(tài)安排的特點(diǎn)是與程序共存亡，具有靜態(tài)生存期。這種安排適合于那些在程序中用得不多，但要為多個(gè)函數(shù)共用的程序?qū)嶓w。

(2)棧安排

棧是系統(tǒng)為程序開拓的活動(dòng)存儲(chǔ)區(qū)，它是程序使用最頻繁的存儲(chǔ)區(qū)。一個(gè)實(shí)體，一旦在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部或一個(gè)塊內(nèi)部被聲明，系統(tǒng)便在棧中創(chuàng)建它們；該塊或函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，遂將其彈出撤消。這種程序?qū)嶓w具有局部生存期，即它與所在的塊共存亡。這種安排適合于那些在程序中使用頻繁的程序?qū)嶓w，隨建隨撤，節(jié)約空間。

(3)動(dòng)態(tài)安排

動(dòng)態(tài)安排將產(chǎn)生一種完全由程序員掌握生存的程序?qū)嶓w。在C++中，程序員可以利用特地的運(yùn)算符new和delete來創(chuàng)建和撤消程序?qū)嶓w。

(4)只讀安排

即用const聲明的程序?qū)嶓w，可以認(rèn)為是被創(chuàng)建在程序的只讀存儲(chǔ)區(qū)中。

作用域?qū)嶋H上就是程序?qū)嶓w的作用范圍，而在此范圍之外，該程序?qū)嶓w是不行見的。C++的這種特性使得在同一個(gè)程序中使用兩個(gè)名字相同的程序?qū)嶓w成為可能，只要這兩個(gè)程序?qū)嶓w的作用域不同就行。

2.2.2C++的存儲(chǔ)屬性

存儲(chǔ)屬性是對(duì)作用域和生存期的抽象。C++的存儲(chǔ)屬性有以下四種：

auto(自動(dòng))

register(寄存器)

extern(外部)

static(靜態(tài))

在聲明和定義程序?qū)嶓w時(shí)，可使用上述關(guān)鍵字來說明程序?qū)嶓w的存儲(chǔ)屬性。其格式為：

存儲(chǔ)屬性類型標(biāo)識(shí)符=初始化表達(dá)式；

1.auto型

屬于auto型的程序?qū)嶓w，稱為自動(dòng)程序?qū)嶓w，它采納的是棧安排存儲(chǔ)模式。在C++中，auto可以不寫，即程序?qū)嶓w的默認(rèn)方式為auto。如：

autointa;//等價(jià)于inta

在C++中，以自動(dòng)型變量用得最多，它的作用域具有局部屬性，即從定義點(diǎn)開頭至本函數(shù)（或塊）結(jié)束。其生存期自然也隨函數(shù)（或塊）的銷毀而銷毀。因而通常稱其為局部變量，具有動(dòng)態(tài)生存期。

2.register型

register型程序?qū)嶓w和auto型程序?qū)嶓w的作用相同，只不過其采納的是寄存器存儲(chǔ)模式，執(zhí)行速度較快。當(dāng)寄存器全部被占用后，余下的register型程序?qū)嶓w自動(dòng)成為auto型的。只有整型程序變量可以成為真正的register型變量。

3.extern型

用extern聲明的程序?qū)嶓w稱為外部程序?qū)嶓w。它是為協(xié)作全局變量的使用而定義的。所謂外部變量，就是在塊外保持不變，并不因塊內(nèi)發(fā)生變化而影響到塊外。例如：

//filename:ex221.cpp

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

#includeiostream.h

inta=7;//定義全局變量

intmain

{

externinta;//聲明a引用的是全局變量，a=7

}coutaendl;{}externinta;coutaendl;//a=7return0;inta=3;//屏蔽了全局變量acoutaendl;//a=3

由于使用外部變量簡單造成程序員的混淆，故現(xiàn)在很少使用。在面對(duì)對(duì)象的程序設(shè)計(jì)語言中，更是不允許使用外部變量。

4.static型

用static聲明的程序?qū)嶓w稱為靜態(tài)程序?qū)嶓w，它們有如下特點(diǎn)：

(1)靜態(tài)程序?qū)嶓w是永久存儲(chǔ)，其生存期是靜態(tài)的。它的初始化是在編譯時(shí)進(jìn)行的，在

整個(gè)程序運(yùn)行期間，它都存在。

(2)靜態(tài)程序?qū)嶓w的生存期雖然是永久的，但其作用域卻可以是局部的，當(dāng)然也可以是

全局的。

//filename:ex222.cpp

#includeiostream.h

voidincrement;

intmain

{

}increment;increment;increment;return0;

voidincrement

{

}

表2.1C++的存儲(chǔ)屬性

staticinti;//永久生存期，局部作用域i++;coutiendl;

C++是在C語言的基礎(chǔ)之上進(jìn)展起來的。它既適合于編寫面對(duì)過程的程序,也適合于編寫面對(duì)對(duì)象的程序。在C語言推出之前,操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依靠于計(jì)算機(jī)硬件,因此程序的可移植性和可讀性就較差。但匯編語言也有它的好處,它能對(duì)硬件直接進(jìn)行操作,速度快,效率高,一般高級(jí)語言沒有這種功能。于是,1973年,貝爾試驗(yàn)室的Thompson和Ritchie開發(fā)了C語言,并用它重寫了UNIX的大部分代碼。C語言

2.3編譯預(yù)處理

C++語言允許在程序中用預(yù)處理命令寫一些命令行。這些預(yù)處理行都以“#”打頭，末尾不加分號(hào)以區(qū)分于語句行。它們可以消失在程序中的任何位置，但一般寫在程序的頭部。C++編譯器在進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的編譯前，先要用它們的預(yù)處理程序?qū)@些預(yù)處理命令行進(jìn)行處理。C++供應(yīng)的預(yù)處理命令有：

宏定義指令#define

文件包含指令#include

條件編譯指令

行掌握指令

其它#if...#else...#endif#line如#pragma,#error

1.宏定義

宏定義也稱宏代換，實(shí)際就是用一個(gè)宏名字來命名一個(gè)字符串，其形式為：#define宏名宏體

下面是宏定義的一些例子：

#defineEOF-1//定義文件結(jié)束符

#defineMAXIM2147483647//定義4字節(jié)最大值

#d