第2章面向对象程序设计和算法性能分析
陈家骏 程序设计教程 第4版
陈家骏程序设计教程第4版第一章：概述1. 计算机程序设计在今天的社会中扮演着越来越重要的角色。
程序设计不仅仅是编写一些代码，而是需要深入理解问题的本质，创造性地解决问题。
2. 本书是陈家骏教授的程序设计教程的第4版，旨在帮助读者系统地学习程序设计的基础知识，掌握编程思维和技能。
第二章：编程基础1. 程序设计的基础是编程语言，本书将着重介绍C++和Python两种常用的编程语言。
2. 学习编程语言需要从基本的语法规则开始，逐步深入理解变量、数据类型、运算符等概念。
3. 本章还将介绍控制流程、函数、数组和指针等编程基础知识，帮助读者建立起扎实的编程基础。
第三章：面向对象程序设计1. 面向对象程序设计是现代程序设计的重要范式，本书将详细介绍面向对象的思想和技术。
2. 读者将学习如何定义类和对象，理解封装、继承和多态等面向对象的核心概念。
3. 通过实例和练习，读者将掌握如何运用面向对象的程序设计方法解决实际问题。
第四章：数据结构与算法1. 数据结构是程序设计的基础，良好的数据结构能够提高程序的效率和可靠性。
2. 本章将介绍常见的数据结构，包括数组、链表、栈、队列、树等，以及它们的基本操作和算法。
3. 算法是程序设计的灵魂，我们将学习基本的排序算法、查找算法和图算法等，帮助读者提高解决问题的思维能力。
第五章：图形用户界面设计1. 图形用户界面是现代程序的重要组成部分，本书将介绍如何使用C++和Python编写简单的图形用户界面程序。
2. 读者将学习如何使用相关的库和工具进行界面设计、布局和事件处理，开发出美观、易用的界面程序。
第六章：程序设计实践1. 最后一章将通过一些具体的项目案例，帮助读者将前面所学的知识应用到实际的程序设计中。
2. 通过实践项目，读者将加深对程序设计的理解，并培养解决实际问题的能力。
结尾1. 本书将程序设计的基础知识与实际应用进行了有机的结合，帮助读者全面、系统地掌握程序设计的核心概念和技能。
面向对象的程序设计(C++)教学大纲
面向对象的程序设计（C++）教学大纲教学目的本课程为高级语言程序设计的入门课程，完全针对零起点的学生，可作为其他信息类相关课程的基础课。
目标是使学生通过本课程的学习，掌握面向对象程序设计的基本概念和方法、C++的基本语法和编程方法；学会使用集成开发环境；掌握程序调试方法；初步了解常用数据结构和非数值算法；初步了解C++标准模板库的使用方法。
教学任务完成《C++语言程序设计（第4版）》教材内容，及《C++语言程序设计（第4版）学生用书》中的实验内容，另有学生自主选题的大作业、选作的论文回报告。
学时：大课30、实验30、课外30、课外讨论10学时。
教学内容的结构课程由4个模块共12个教学单元组成，对应于《C++语言程序设计（第4版）》的十二章内容。
教学活动以及教学方法上的基本要求大课、实验、课外作业、自选题目的大作业、论文和报告结合，学时大课30、实验30、课外30。
另有课外讨论环节。
通过大课讲解基本原理和方法；通过实验课巩固大课内容，并在助教辅导下完成基础实验，当堂由助教验收；课外作业由学生独立完成，并提交清橙考试系统进行评分。
自选题目的大作业要在期中提交选题报告，逐一批改并给出评语，期末提交全部文档及程序并且逐一答辩。
答辩形式为：学生演示5分钟，教师提问5分钟，当即给出成绩。
论文和报告属于加分因素。
课外讨论安排在每次大课之后，加1学时，自愿参加，每人每学期至少参加一次。
内容为：教师对难点进行复习、讲解补充例题，学生提问和讨论。
模块及单元教学目标与任务模块1：程序设计基础单元1 绪论要点：●面向对象程序设计语言的产生和特点，面向对象方法的由来及其基本概念，面向对象的软件工程简介；●信息在计算机中的表示和存储，程序的开发过程。
教学任务：1.1计算机程序设计语言的发展1.2面向对象的方法1.3面向对象的软件开发1.4信息的表示与存储1.5程序的开发过程作业及实验：作业1、实验一单元2 C++简单程序设计要点：●C++语言的发展历史及其特点；●构成C++语句的基本部分—字符集、关键字、标识符、操作等；●C++的基本数据类型和自定义数据类型；●顺序、选择和循环结构。
C++面向对象程序设计_实验指导书
1．完成实验指导书《C++面向对象程序设计教程（第3版）——习题解答与上机指导》的实验1；
2．做好实验记录；
3．按照实验报告格式（附件1）要求填写实验内容，并提交实验报告。
九、其它说明
每次实验前，实验指导书都会预先发放，请提前预习实验，特别是实验涉及的原理。实验要求及时完成并上交实验报告，鼓励提前完成必做实验，并尽量多做实验题目。
【要求】：采用C++编程风格。
【运行结果截图】：
三、实验原理、方法和手段
1．重载函数：a)函数名称相同；b)函数的形参个数不同；函数的形参类型不同；或两者兼有；c)函数的返回值不构成判别标准。
2．了解“传址调用”与“传值调用”的区别；
3．“引用”不额外申请内存。
四、实验组织运行要求
本实验采用“以集中授课，学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
putchar(c3);
}
【运行结果是】：
【分析运行结果】：
6．输入并运行下面的程序，分析格式控制对输出的影响。
#include<stdio.h>
void main()
{
int a=-1,b=98;
double x=152.6752445;
printf("a=%d,%ld,%u,%o,%x\n",a,a,a,a,a);
i=8;
j=10;
printf("%d,%d \n", i,j);
printf("%d,%d \n",i++,j--);
printf("%d,%d \n", i,j);
printf("%d,%d \n", ++ i,-- j);
程序设计基础
第二章程序设计基础2.1程序设计方法与风格程序设计是一门艺术，需要相应的理论、技术、方法和工具来支持。
就程序设计方法和技术的发展而言，主要经过了结构化程序设计和面向对象程序设计阶段。
除了好的程序设计方法和技术外，程序设计风格也是很重要的。
因为程序设计风格会深刻地影响软件的质量和可维护性，良好的程序设计风格可以使程序结构清晰合理，使程序代码便于维护，因此程序设计风格对保证程序的质量是很重要的。
一般来说，程序设计风格是指编写程序时所表现出的特点、习惯和逻辑思路。
程序是由人来编写的，为了测试和维护程序，往往还要阅读和跟踪程序，因此程序设计的风格总体而言应该强调简单和清晰，程序必须是可理解的。
可以认为，著名的“清晰第一，效率第二”的论点已成为当今主导程序设计风格。
要形成良好的程序设计风格，主要应注重和考虑下述一些因素。
1、源程序文档化源程序文档化应考虑如下几点：(1)符号名的命名：符号名的命名应具有一定实际意义，以便于对程序功能的理解。
(2)程序注释：正确的注释能够帮助读者理解程序。
注释一般包括序言性注释和功能性注释。
序言性注释通常位于每个程序的开头部分，它给出程序的整体说明，主要描述内容包括：程序标题、程序功能说明、主要算法、接口说明、程序位置、开发简历、程序设计者、复审者、复审日期、修改日期等。
功能性注释的位置一般嵌在源程序体之中，主要描述其后的语句或程序做什么。
(3)视觉组织：为使程序的结构一目了然，可以在程序中利用空格、空行、缩进等技巧使程序层次清晰。
2、数据说明的方法在编写程序时，需要注意数据说明的风格，以便使程序中的数据说明更易于理解和维护。
一般应注意以下几点：(1)数据说明的次序规范化。
鉴于程序理解、阅读和维护的需要，使数据说明次序固定，可以使数据的属性容易查找，也有利于测试、排错和维护。
(2)说明语句中变量安排有序化。
当一个说明语句说明多个变量时，变量按字母顺序排列为好。
(3)使用注释来说明复杂数据的结构。
软件学院软件工程专业培养方案-中国科学技术大学教务处
课 号：SW02003 课程名称（中文）：面向对象的程序设计 课程名称（英文）：Object-Oriented Programming 学 时：60/40 学 分：4 开课学期：春 预修课程：CS01002C 语言程序设计 适用对象和学科方向：信息科学 主要内容：本课程将介绍 C++的语法和面向对象的程序设计的基本概念，并讨论了利用 C++语言提供的
计
春
课程名称
软件工程 人工智能原理 Internet 程序设计（Java、XML、 JSP、ASP） *信息安全 *嵌入式系统及应用 *商务智能 软件建模原理 计算机图形学 人机界面设计 *CMM 讲座 文化素质类课程
（ 2+9* ）门课
学 学时
分 40/40 3 60/20 3.5
80/40 5
40/40 3
489
学 分：4.5 开课学期：春 预修课程：CS01002C 语言程序设计/SW02003 面向对象程序设计（含 C++） 适用对象和学科方向：信息科学 主要内容：数据结构和算法是计算机软件的灵魂，这两者的学习乃是计算机科学与工程的基础，数据结
构与算法课程系统地讨论各种常用的数据结构、基本算法，并介绍了几种常用算法设计方法， 以便培养学生数据抽象，算法时、空复杂性的分析能力以及通过设计计算机程序来解决实际 问题的能力。
484
四、主要课程关系结构图
计算机 组成原理
Ｃ语言程序 设计
面向对象技术与UML
继承性举例
继承传递:大学生可以继承“人”和“学生”的特
征 父类 多重继承: 在职研究生既可以继承“学生”的特 征，又可以继承“教师”的特征 人
工人 学生 教师 农民
中学生 大学生 研究生 派生类
助教
讲师
具有继承关系的对象的特性
对象类间具有共享特征（包括数据和程序代
码的共享） 对象类间具有细微的差别或新增部分（包括 非共享的程序代码和数据） 对象类间具有层次结构。 继承所具有的作用有两个方面：
第二节 面向对象分析
本节要求了解面向对象分析的基本过程和基本原则 OOA: Object-oriented Analysis . 指利用面向对象的概念和方法构建软 件模型。 面向对象分析的基本过程 理解 表达
验证
对理解和表达进 行校验，以达到 理想效果。
需求
建立模型
在面向对象分析中，主要建立对象模型，动态模型和功能模型。 对象模型是最基本最重要的模型。
3) 可重用性好 有两种方法可以重复使用一个对象类：一种方法是创 建该类的实例，从而直接使用它；另一种方法是从它 派生出一个满足当前需要的新类。 4)较易开发大型软件产品 5)可维护性好
2.1.2 喷泉模型
“喷泉”这个词体现了面向对象软 件开发过程迭代和无缝的特性。 图中代表不同阶段的圆圈相互重 叠，这明确表示两个活动之间存 在交迭；而面向对象方法在概念 和表示方法上的一致性，保证了 在各项开发活动之间的无缝过渡， 事实上，用面向对象方法开发软 件时，在分析、设计和编码等项 开发活动之间并不存在明显的边 界。图中在一个阶段内的向下箭 头代表该阶段内的迭代（或求 精）。图中较小的圆圈代表维护， 圆圈较小象征着采用了面向对象 范型之后维护时间缩短了。
面向对象程序设计(谭浩强版)
一、面向过程与面向对象程序设计
面向过程程序设计 面向对象程序设计
P5 P6 P4 P3 P2 P1
O5 O4 O3 O2 O1
一、面向过程与面向对象程序设计
面向过程程序设计 面向对象程序设计
O5 O4 O3 O2 O1
二、抽象在面向对象中的作用
Ⅰ、抽象的概念 抽象代表着一个对象的本质特征，这个特征将 这个对象与所有其他种类的对象区别开来； 抽象是通过从特定的实例中抽取共同的性质以 形成一般化的概念的过程； 抽象具有层次；
在计算机语言发展史上具有划时代的意义， 引入了许多程序设计概念。如变量、数组、循环、 分支等。
20世纪50年代中期，Algol语言 提出块(Begin…End)思想，对数据进行保护， 是一种初级封装。
1.1 从Ｃ到Ｃ＋＋
20世纪60年代中期，Simula 67语言 面向对象语言的鼻祖，提出了对象、类的概 念，并支持类的继承。 20世纪70年代中期，Ada语言
1.2 最简单的C++程序
例1.3：输入两个数x和y,求两数中的大者。
#include<iostream> using namespace std; 函数声明 int main() { int max(int x,int y); int a,b,c; cin>>a>>b; c=max(a,b);//函数调用 cout<<"max="<<c<<endl; return 0; } int max(int x,int y) {int z; if(x>y) z=x; else
注意其两面性
1.1先研究事物，而后才能研究过程。必须 先知道一个事物是什么，而后才能觉察这个事物 中所发生的变化。 《路德维希· 费尔巴哈和德国古典文学的终结》
第2章 面向对象技术与UML-郭
在结构化方法中，现实世界被映射为功能（函数）的集合。
结构化方法的特点： 结构化程序设计：程序 = 算法 + 数据结构 从算法的角度进行建模，大量精力都集中在控制流程和 算法的分解上（功能分解）。 缺点：需求变动、维护困难
2.1 面向对象技术概述
面向对象方 法的引入： 软件复杂性 的增长， 使软件开发 越来越困难。 面向对象的 方法按照人 类的自然思 维的方式， 面对客观世 界建立软件 模型。
对象的标识（名字）
每一个对象都有一个唯一的标识, 即使其状态有可 能与其它对象一样。
no1 no2 no3
对象的状态（数据属性）
一个对象的状态是它反映于现实世界的一系列 属性：
基本描述 载客人数 它与其它对象的关系 任一时刻的历史状态
飞机类型 飞机驾驶员 所属的航空公司
可能的状态： 停泊 班机 747 飞行 着陆
继承的描述
子类可以继承父类的全部属性与操作，并 可以添加或重新定义所继承的方法。 如果是重新定义，称为覆盖。
注意：覆盖和重载是不同的。
覆盖的例子
重载的例子
public class A{ String name; public String getValues(){ return “Name is”+name; } } public class B extends A{ String address; public String getValues(){ return “address is”+address; } }
6. 多态性
定义：同一操作作用于不同的对象，可以有 不同的解释，产生不同的执行结果。 例子： 动物叫
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元素可能与多个其他数据元素发生联系，非线性结构
有二叉树、树、堆、集合、图等。
2.1.2 数据类型
类型是一组值的集合。 数据类型（DataType）是指一个类型和定义在该类型上 的操作集合。
2.1.3 抽象数据类型
抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）是用户 在数据类型基础上自己定义和实现的数据类型。类似 于在计算机机器语言的位、字节和字的基础上引入整 数、浮点数、双精度数、字符等数据类型的思想方法， 高级程序设计语言使用者可以在高级程序设计语言整 数、浮点数、双精度数、字符等数据类型的基础上引 入各种新的数据类型提供给自己或他人使用，从而使 自己或他人的程序编制达到更高一级的数据抽象。这 种由用户自己定义和实现的新的数据类型称为抽象数 据类型。
因此我们说，抽象数据类型是用户在数据类型基
础上自己定义和实现的数据类型。一种抽象数据类型 定义了一种新的数据元素集合和数据元素集合上所允 许的操作集合。抽象数据类型是用户通过更高一级抽 象得到的新的数据类型。抽象数据类型在更高一级的 抽象程度上实现了信息的隐藏和封装。
Class SeqList { private: Datatype data［MaxListSize］; int size;// public: SeqList(void); ~SeqList(void); int ListSize(void)const; // // //返回元素的个数size
度数、字符等高级程序设计语言中的数据类型一样重
复使用。
2 信息隐藏
抽象数据类型封装了数据元素的具体存储方法和 各种操作的具体实现方法，抽象数据类型的使用者只 需根据调用界面调用它们，无需了解抽象数据类型数 据元素存储方法和各种操作实现方法的具体细节，从 而像程序设计语言中的数据类型一样实现了信息隐藏。
3 可靠性提高
基于模块的软件开发可以大大降低软件的复杂度， 所以可以提高软件的可靠性。 4 便于软件调试和维护 由于抽象数据类型具有信息隐藏的优点，软件设
计只需考虑高一级的程序结构，无需考虑封装在抽象
数据类型中的实现细节，所以基于抽象数据类型的软 件设计便于调试和维护。
2.2 面向对象程序设计和类
逻辑结构（Logical Structure）是数据元素的逻辑
表示方式。如图2―1就是一组数据元素的逻辑结构。
图2―1 学生登记数据元素
存储结构（Store Structure）是数据元素在计算机
中的存储方式。数据元素可以有多种存储形式，如图 2―1 所示的学生登记中的数据元素既可用一个足够大
的数组存储，也可用一个如图 2―2 所示的单链表存储。
面向对象程序设计（Oriented ObjectProgramming）是以类设计为核心的一种新的程 序设计方法，它是基于抽象数据类型程序设计方法的 进一步发展。
类（ Class ）是面向对象程序设计中相同对象的抽
象描述。类包括数据成员和方法两部分。数据成员是
数据结构（DataStructure）表示数据元素间的逻辑 结构和存储结构以及这个数据元素集合上的操作集合 的总称。如上述学生登记问题中数据元素集合和数据 元素集合上的操作集合就构成一种称为线性表的数据 结构。
数据结构课程研究程序设计中常用的各种数据结
构的数据元素间的逻辑关系和这些数据元素集合上的 操作集合，它们的不同的存储结构（或称存储方法）， 以及不同存储结构下各种操作的实现方法。 依据数据元素之间的关系，数据结构可分为线性 结构和非线性结构两大类。线性结构中各个数据元素 依次排列在一个线性序列中。线性结构有线性表、堆 栈、队列、字符串、数组等；非线性结构中各个数据
数据元素（DataElement）是计算机中描述数据的 基本单位。在大多数情况下，一个数据元素由若干个 数据项组成，数据项是数据不可分割的最小单位。如 对学生登记问题中，每个数据元素就可包括学号、姓 名、班级等，学号、姓名、班级等就称作该数据元素 的数据项。学生登记问题的数据结构是最简单的线性 表结构。
//在位置pos插入元素item
Datatype Delete(constintpos); void ClearList(void); }; //删除位置pos的元素并返回 //
2.1.5 模块化软件设计的特点
抽象数据类型是软件设计中的模块化方法，而模 块化的软件设计方法有以下特点： 1 代码可重用 所设计的抽象数据类型能像整数、浮点数、双精
非常广泛，可以认为它是描述客观事物的数字、字符、
图形、图像、声音等所有能输入到计算机中并能为计 算机接受的电子信号的集合。
它们依靠多媒体(多种传输信息媒体)的支持，能为
计算机所存储、处理和传输。在本书中所说的数据仅 指常规媒体所支持的数字、字符等信号，不包括其他
媒体所支持的声音、图形、图像等信号。
7 1 0 0 பைடு நூலகம் 1
王 兵 计 9 7 1
7 1 0 0 0 2
李 方 计 9 7 1
7 1 0 0 0 3
王 力 计 9 7 2
图2―2 单链表存储
操作集合不同的问题要求实现的操作集合将不同，
一个数据元素集合上允许（或要求）的所有操作构成 了该数据元素的操作集合。如上述学生登记问题就可
能要求实现插入、删除、打印等操作。
第2章 面向对象程序设计和算法性能分析
2.1 抽象数据类型 2.2 面向对象程序设计和类 2.3 对 象 2.4 算法、算法设计目标和算法性能分析
2.1 抽象数据类型
2.1.1 数据结构 计算机是对各种各样的数据进行处理的机器。在 计算机中如何组织数据，如何处理数据，从而如何更 好地利用数据是计算机学科的基本研究内容。 数据（ Data ）这个术语在计算机数据处理中含义
int ListEmpty(void)const;
//表空返回1；否则返回0
//返回元素item //返回位置pos
int Find(Datatype&item)const; DatatypeGetData(intpos)const;
voidInsert(const Datatype& item,int pos);