C++程序开发：第一章

第一章 软件设计概论
第五章 类与对象
第四章 函数
第三章 结构化程序设计
第二章 C++基础知识
第十章 异常处理
第九章 输入 /输出流类库
第八章 继承与多态
第七章 动态内存分配
第六章 指针与数组
第十一章 标准模板类库 (STL)
附 录
目 录
第一章 软件设计概述
软件设计 是一个将 人类思维 物化为 计算机思维 的
过程，通过这个过程计算机获得一定程度的独立
加工甚至思维的能力，从而将人类思维推向更高
层次。关于软件设计的概念和方法的研究是随着
计算机应用的深入和所处理问题的复杂化而不断
加深的。本章将就软件设计的相关 概念 和程序设
计方法的 演化发展 作一简要介绍。
1.1 软件和软件工程
1.2 程序设计方法 1.4 一个简单的 C++程序
1.3 C语言和面向对象的 C++
第一章 软件设计概述
1.1 软件和软件工程
软件工程的提出和软件的定义
软件 是程序、方法、规则、相关文档以及在计算机上运行
所必需的数据的集合。而 软件工程 是开发、运行、维护软件
的系统方法。
软件生命期
软件生命期指从开始研制到废弃不用的整个期间，可划分
为五个阶段,需求分析, 设计, 编程, 测试 和 运行维护 。
软件的质量标准
正确性 健壮性 可维护性
可用性 可重用性 效率等
1.1 软件和软件工程
正确性
软件的正确性指的是软件系统在 正常
条件下 能够正确工作，完成规定功能。
这是软件的首要指标。
例如，要求设计程序，输入一批数据，
计算它们的累加和。在这里，正确性就
是正确能正确计算累加和。
1.1 软件和软件工程
健壮性
软件的健壮性指的是 在意外情况下 （ 如输入数据不合理或
某些硬件故障 ）, 软件系统仍能适当地工作, 并对意外情况
进行适当处理, 而不致于导致错误结果甚至系统的瘫痪或死
机 。
例如, 要求设计程序, 根据输入的三边 a,b,c的长度判别
三角形类型 。 现有如下设计思想：若 a,b,c中只有两个量相
等, 则为等腰三角形, 若三个量均相等, 则为等边三角形,
否则为一般三角形 。 如果输入为 （ -2,-2,-2） 时, 程序输
出为：等边三角形 。 这个结果显然是错误的 。 这是由于程序
对不合理数据不能进行适当处理, 我们就说这个程序的健壮
性不好 。
1.1 软件和软件工程
可维护性
软件的维护包括 发现并改正软件的错误,以
及由于软件运行环境发生变化或软件功能扩充
而 对软件进行的改动 。
软件的可维护性指的是软件容易维护的程度。
一般地说，软件的可读性好，容易理解，维护
起来也就比较容易。因此可读性是可维护性的
基础。
1.2 程序设计方法
1.2.1 传统的结构化程序设计
SP(Structured Programming)
1.2.2 面向对象的程序设计
OOP(Object Oriented Programming)
1.2.1 传统的结构化程序设计
传统的程序设计方法可以归结为, 程序 =
算法 +数据结构,,将程序定义为处理数据
的一系列过程。这种设计方法的着眼点是 面
向过程 的,特点是数据与程序分离，即 数据
与数据处理分离 。
结构化程序设计的基本思想是采用 自顶向
下, 逐步细化 的设计方法和 单入单出 的控制
结构。
1.2.1 传统的结构化程序设计
模块 2
2.1 2.2
模块 1
1.21.1 1.3
1.3.1 1.3.2 1.3.3
模块 3
3.1 3.2
3.1.1 3.1.2
程 序
1.2.1 传统的结构化程序设计
举一个简单的例子, 要求读入一组整数, 统计其中
正整数和负整数的个数 。
该任务的模块结构及细化过程如下：
1.读入数据
2.统计正数、负数
的个数 ;
3,输出结果
2.1 如数大于 0，正整数个数加 1
2.2 如数小于 0，负整数个数加 1
2.3,取下一个整数
正整数个数为 0；负整数个数 0
取第一个整数
重复
至统
计完
1.2.1 传统的结构化程序设计
结构化程序设计 为处理复杂问题提供了有力
手段，但到 80年代末，这种设计方法逐渐暴
露出以下 缺陷,
（ 1）难以适应大型软件的设计。
（ 2）程序可重用性差。
1.2.2 面向对象的程序设计
为什么要引入面向对象的设计
方法
面向对象的设计方法与面向过
程的设计方法有什么关系
1.2.2 面向对象的程序设计
面向过程程序设计缺点的根源在于 数据与数据处理
分离 。
面向对象程序设计模拟自然界认识和处理事物的方
法，将 数据 和 对数据的操作方法 放在一起，形成一个相
对独立的整体 —— 对象（ object）,同类对象还可抽象
出 共性,形成 类（ class ） 。一个类中的数据通常只能
通过本类提供的方法进行处理，这些方法成为该类与外
部的 接口 。对象之间通过 消息（ message） 进行通讯。
1.2.2 面向对象的程序设计
1 基 本 概 念
3,面向对象”程序设计的特点
2 面向对象的软件开发方法
1 基 本 概 念
对 象（ object）
类（ class）
消 息（ message）
1 基 本 概 念
属性
行为
表针
旋钮
其他机械机构
调节旋钮
对 象
1 基 本 概 念
是一个抽象的概念，用来描述某一类对象所共
有的、本质的属性和类行为。
类
类的一个具体实现，称为实例
手表 一块手表
类 对象
描述这类对象共有的、本质的属性和行为
手表共有的属性（表针、旋钮、内部结构）
和行为（调节旋钮）
具体到一只圆形的或方形的手表
1 基 本 概 念
我们把对象之间产生 相互作用 所传递的 信息 称做消息。
消 息
启 动
发送消息 接收并响应消息
转 向
2 面向对象的软件开发方法
面向对象软件开发的根本 合理性 在于它符
合客观世界的组成方式和大脑的思维方式 。
在大型程序开发过程中, 编码只是其中很
小一部分, 应当采用工程化的方法, 并将面
向对象的思想贯穿于软件开发全过程, 这就
是 面向对象的软件工程 。
面相对象的软件工程同样遵循 分层抽象,
逐步细化 的原则 。 软件开发过程包括以下五
个阶段：
2 面向对象的软件开发方法
测试的任务在于发现并改正程序中的错误。
面向对象的分析 (OOA)
面向对象的设计 (OOD)
面向对象的编程 (OOP)
面向对象的测试 (OOT)
分析阶段的主要任务是按照面向对象的概念和方法，从问题中 识
别 出有意义的 对象,以及对象的 属性, 行为 和对象间的 通信,进而
抽象 出类结构，最终将它们描述出来，形成一个 需求模型 。
设计阶段从需求模型出发，分别进行类的设计和应用程序的设计。
编程阶段实现由设计表示到面向对象程序设计语言描述的转换。
面向对象的维护 (OOSM)
3,面向对象”程序设计的特点
(1)封装性
(2) 继承与派生性
(3) 多态性
3,面向对象”程序设计的特点
封装性
内 外
机
械
零
件
动
作
调
节
旋
钮
读
表
盘
对象是一个 封装体,在其中封装了该
对象的属性和操作。通过限制对属性和操
作的访问权限，可以将属性“隐藏”在对
象内部，对外提供一定的 接口,在对象之
外只能通过接口对对象进行操作。
C++通过建立数据类型 ——类 来支持封
装和数据隐藏。封装性增加了 对象的独
立性,从而保证了 数据的可靠性 。一个
定义完好的类可以作为 独立模块 使用。
汽车
客车 货车
小轿车 大客车
载货载人
小，速度快 大，速度慢
3,面向对象”程序设计的特点
继承与派生
以汽车为例看客观世界描述事物的方式：
当定义了一个类后，又需定义
一个新类，这个新类与原来的类
相比，只是增加或修改了部分属
性和操作，这时可以用原来的类
派生 出新类，新类中只需描述自
己所特有的属性和操作。
面向对象程序设计提供了类似的机制：
继承性大大简化了对问题的描述，大大提高了程序的可重
用性，从而提高了程序设计、修改、扩充的效率。
新类称为 子类 或 派生类,原来的类称为 基类 。派生可以一直
进行下去，形成一个派生树。
3,面向对象”程序设计的特点
语文、数学、英语、政治、
物理、化学、生物
多态性
多态性指，同一个 消息 被 不同对象 接收时，
产生 不同结果,即实现 同一接口，不同方法 。
高中生计 算
平均成绩
大学生 高数、英语、计算机、线
性代数
3,面向对象”程序设计的特点
继承 和 多态 性组合，可以生成很多相
似但又独一无二的对象。 继承 性使得这
些对象可以共享许多相似特性，而 多态
又使同一个操作对不同对象产生不同表
现形式。这样不仅提高了程序设计的灵
活性，而且减轻了分别设计的负担。
1.3 C语言与面向对象的 C＋＋
C 语 言 是 七 十 年 代 初 贝 尔 实 验 室 的 Dennis
Richie 等人在 B语言基础上开发出来的 。 C最初是作
为 UNIX操作系统的开发语言为人们所认识 。 七十年
代末, 随着微型计算机的发展, C语言开始移植到非
UNIX环境中, 并逐步脱离 UNIX系统成为一种独立的
程序设计语言 。 C 语言版本很多, 为了让开发出来
的代码能够在多种平台上运行, 1988年美国国家标
准协会 ANSI对 C语言进行了标准化, 产生了 ANSI C。
1.3 C语言与面向对象的 C＋＋
（ 1） C语言既具备高级语言的结构和编程环境, 又提供类似于汇
编语言那样的系统资源操纵能力及程序执行效率 。 适合解决有实时要
求的问题 。
C语言的主要特点：
（ 2） 有丰富的运算符和数据类型, 表达式类型多样化, 可以方
便地实现在其他语言中较难实现的运算, 对各种不同类型的程序设
计都有良好的适应性 。
（ 3） 以函数为基础实现程序的结构化设计, 支持大型程序的多
文件构成及单个文件独立编译, 适合大型复杂程序的设计 。
（ 4） 语言简洁, 紧凑, 使用方便, 灵活, 书写形式自由 。
（ 5） 可移植性好 。
1.3 C语言与面向对象的 C＋＋
C++是由 C发展成为的以面向对象为主要特征的语
言 。 作为 C语言的超集, C++继承了 C的所有优点, 又
对数据类型做了扩充, 使得编译系统可以检查出更多
类型错误 。
C++支持 面向对象程序设计,通过类和对象的概念
把数据和对数据的操作封装在一起，通过派生、继承、
重载和多态性等特征实现了软件重用和程序自动生成，
使得大型复杂软件的构造和维护变得更加有效和容易。
此外，在 一致性（ Consistency）检查机制 方面也
作了加强，提高了软件开发的效率和质量。
1.3 C语言与面向对象的 C＋＋
C++与 C完全兼容, 很多用 C编写的库函数和应用
程序都可以为 C++所用 。
但正是由于与 C兼容, 使得 C++不是纯正的面向对
象的语言, 它既支持面向对象程序设计, 也支持面向
过程设计 。 但我们应当注意用面向对象的思想进行设
计, 以发挥出 C++的优势 。
C++有许多版本, 国内较为流行的有 Microsoft公
司的 Visual C++。
1.4 一个简单的 C++程序
# include <iostream.h>
max(int i,int j) { //A
if(i>=j) return i;
else return j;
}
void main(void){ //B
int i,j; //说明变量
cout<<“输入 i,j”; //显示提示信息
cin>>i>>j; //从键盘上输入变量值
cout<<“最大值是：” <<max(i,j)
<<endl; //输出提示和结果
}
【 例 1,8】 一个简单的 C++程序。
程序组成：
注释
编译预处理指令
程序体
由若干函数组成，
其中有且仅有一个主函
数 main（）,这是程
序的执行入口。在
Windows 编程中定义
为 winmain（） 。
下面进入 VC++ 运行