C++语言程序设计（第3版）清华大学

第1章 绪论第2章 C++简单程序设计第3章 函数第4章 类与对象第5章 C++程序的结构第6章 数组、指针与字符串第7章 继承与派生第8章 多态性第9章 群体类和群体数据的组织第10章 泛型程序设计与C++标准模板库第11章 流类库与输入/输出第12章 异常处理第13章 MFC库与Windows程序开发改善清华大学计算机基础教育课程系列教材c++语言程序设计第3版郑莉董渊张瑞丰编著清华大学出版社北京内容简介本书将C++语言作为大学生学习程序设计的入门语言,不仅详细介绍了语言本身,而且介绍了常用的数据结构和算法。全书以面向对象的程序设计方法贯穿始终,每一章都首先阐述面向对象的程序设计思想和方法,然后引出必要的语法知识,在讲解语法时着重从程序设计方法学的角度讲述其意义和用途,力求使读者在掌握C++语言的同时,能够对现实世界中较简单的问题及其解决方法用计算机语言进行描述。针对初学者和自学读者的特点,书中以结合实例讲解基本概念和方法为主,力求将复杂的概念用简洁浅显的语言来描述,做到深入浅出。在原第2版的基础上增加了对UML建模语言的介绍和SIL及泛型程序设计的内容。本书语言表达严谨流畅实例丰富同时配有大量习题,适合作为大专院校程序设计课程的入门教材。与本书配套的《C++语言程序设计(第3版)学生用书》和《C++语言程序设计(第3版)教师用书》(电子版)由清华大学出版社出版。版权所有翻印必究。本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签,无标签者不得销售。图书在版编目(CP)数据C++语言程序设计/郑莉,董渊,张瑞丰编著.-3版一北京:清华大学出版社,2004(清华大学计算机基础教育课程系列教材)ISBN7-302084564Ⅰ.C…Ⅱ.①郑…②董…③张…Ⅲ.C语言-程序设计一高等学校一教材ⅣN.TP312中国版本图书馆CIP数据核字(2004)第030721号出版者:清华大学出版社地址:北京清华大学学研大厦http://www.tup.com.cn邮编:100084杜总机:01062770175客户服务:01062775969责任编辑:王敏稚印刷者:北京国马印刷厂装订者:北京市密云县京文制本装订厂发行者:新华书店总店北京发行所开本:185×260甲张:27.25字数:624千字版次:2003年12月第3版2003年12月第1次印刷书号:ISBN7-3024084564/TP·6076印数:1~8000定价:34.00元本书如存在文字不清漏印以及缺页倒页脱页等印装质量问题,请与清华大学出版社出版部联系调换。联系电话:(010)627701753103或(010)62795704清华大学计算机基础教育课程系列教材序计算机科学技术的发展不仅极大地促进了整个科学技术的发展,而且明显地加快了经济信息化和社会信息化的进程。因此,计算机教育在各国备受重视,计算机知识与能力已成为21世纪人才素质的基本要素之清华大学自1990年开始将计算机教学纳入基础课的范畴作为校重点课程进行建设和管理,并按照¨“计算机文化基础”、“计算机技术基础”和“计算机应用基础”三个层次的课程体系组织教学:第一层次“计算机文化基础”的教学目的是培养学生掌握在未来信息化社会里更好地学习、工作和生活所必须具备的计算机基础知识和基本操作技能,并进行计算机文化道德规范教育。笫二层次“计算机技术基础”是讲授计算机软硬件的基础知识、基本技术与方法,从而为学生进一步学习计算机的后续课程,并利用计算机解决本专业及相关领域中的问题打下必要的基础。第…层次“计算机应用基础”则是讲解计算机应用中带有基础性、普遍性的知识,讲解计算机应用与开发中的基本技术、工具与环境以上述课程体系为依据,设计了计算杋基础教育系列课程。随着计算机技术的飞速发展,计算机教学的内容与方法也在不断更新。近几年来,清华大学不断丰富和完善教学内容,在有关课程中先后引入了面向对象技术、多媒体技术、 nternet与互联网技术等。与此同时、在教材与CAI课件建设、网络化的教学环境建设等方面也正在大力开展工作,并积极探索适应21世纪人才培养的教学模式。为进一步加强计算机基础教学工作,适应高校正在开展的课程体系与教学内容的改革,及时反映清华大学计算机基础教学的成果,加强与兄弟院校的交流,清华大学在原有工作的基础上,重新规划了“清华大学计算机基础教育课程系列教材”。该系列教材有如下几个特色:1.自成体系:该系列教材覆盖了计算机基础教学三个层次的教学内容。其中既包括所有大学生都必须掌握的计算机文化基础,也包括适用于各专业的软硬件基础知识;既包括基本概念、方法与规范,也包括计算机应用开发的工具与环境。2.内容先进:该系列教材注重将计算机技术的最新发展适当地引入教学中,保持教学内容的先进性。例如,系列教材中包括了面向对象与可视化编程、多媒体技术与应用、internet与互联网技术、大型数据库技术等。ⅡC++语言程序设计3.适应面广:该系列教材照顾了理、工、文等各种类型专业的教学要求。4.立体配套:为适应教学模式、教学方法和手段的改革,该系列教材中多数都配有习题集和实验指导、多媒体电子教案,有的还配有CAI课件以及相应的网络教学资源。本系列教材源于清华大学计算机基础教育的教学实践,凝聚了工作在第一线的任课教师的教学经验与科研成果。我希望本系列教材不断完善,不断更新,为我国高校计算机基础教育做出新的贡献。注:周远清曾任教育部副部长,原清华大学剧校长计算机专业教授前言1.版次说明本书第1版于1999年出版,第2版于2001年出版。第3版是在前两版的基础上,广泛听取了读者和同行的建议,参考了最新的资料,并根据作者本人在授课过程中的经验而形成的。2.本书的编写背景C++是从C语言发展演变而来的一种面向对象的程序设计语言。C++语言的主要特点表现在两个方面,一是全面兼容C,二是支持面向对象的方法。面向对象的程序设计方法将数据及对数据的操作方法封装在一起,作为一个相互依存、不可分离的整体——对象。对同类型对象抽象出其共性,形成类。类中的大多数数据,只能用本类的方法进行处理。类通过一个简单的外部接口,与外界发生关系,对象与对象之间通过消息进行通信。这样,程序模块间的关系简单,程序模块的独立性数据的安全性具有良好的保障。同时,通过继承与多态性,使程序具有很高的可重用性,使得软件的开发和维护都更为方便。由于面向对象方法的突出优点,目前它已经成为开发大型软件采用的主要方法,而C++语言是应用最广泛的面向对象的程序设计语言之一。长期以来,C++语言被认为是较难使用的专业开发语言,很少被作为入门语言来讲授。那么C++语言与面向对象的程序设计方法是否真的是比较高深难以掌握的技术呢?答案是否定的。其实,C语言产生的初期,也只被少数专业开发人员使用。但随着计算机科学的发展,计算机技术已渗透到各学科的研究和应用之中,C语言已经被各专业的工程技术人员广泛应用于本专业的科研开发,也被很多学校作为第一门程序设计语言来讲授。C++全面兼容了C,同时提供了比C更严格、更安全的语法。从这个意义上讲,C++首先是一个更好的C。C++语言是一个面向对象的编程语言,而面向对象的编程方法(OP)一度被看作是门比较高深的技术。这是因为在面向对象的系统分析(00A)和面向对象的系统设计(OOD)理论出现之前,程序员要写一个好的面向对象的程序,首先要学会运用面向对象的方法来认识问题和描述问题。现在,OOP的工作比较简单了,认识问题域与设计系统成分的工作已经在系统分析和设计阶段完成,OOP工作就是用一种面向对象的编程语言把OOD模型中的每个成分书写出来。面向对象方法的出现,实际上是程序设计方法发展的一个返璞归真过程。从本质上讲,软件开发就是对软件所要处理的问题域进行正确的认识,并把这种认识正确地描述出C++语言程序设计来。面向对象方法所强调的基本原则,就是直接面对客观存在的事物来进行软件开发,将人们在日常生活中习惯的思维方式和表达方式应用在软件开发中,使软件开发从过分专业化的方法规则和技巧中回到客观世界,回到人们通常的思维那么,学习C++语言是否应该首先学习C语言呢?不是的。虽然C++语言是从C语言发展而来的,但是C++本身是一个完整的程序设计语言,而且它与C语言的程序设计思想是完全不同的。我们学习的进程不必严格遵循科学技术的发展进程,只有尽快地掌握最新的理论和技术,才能站到巨人的肩膀上。因此我们认为,C++语言是可以作为程序设计的入门语言来学习的。3.本书的特色本书的特色是内容全面深入浅出、立体配套。本书是一本面向广大初学者的人门教材,自199年第1版出版以来,已经在清华大学等数十所大学的不同专业中使用,取得了良好的教学效果。本书将C++语言作为大学生的计算机编程入门语言,不仅详细介绍语言本身,而且介绍常用的数据结构和算法、面向对象的设计思想和编程方法以及UML建模语言。全书以面向对象的程序设计方法贯穿始终,每一章都是首先阐述面向对象的程序设计思想和方法由实际问题入手,然后引出必要的语法知识,在讲解语法时着重从程序设计方法学的角度讲述其意义和用途。本书的宗旨是不仅要使读者掌握C++语言本身,而且要能够对现实世界中较简单的问题及其解决方法用计算机语言进行描述。当然,要达到能够描述较复杂的问题域还需要学习面向对象的软件工程课等其他课程。针对初学者和自学读者的特点,本书力求做到深人浅出,将复杂的概念用简洁浅显的语言娓娓道来。读者还可以通过配套的《C++语言程序设计(第3版)学生用书》,在实践中达到对内容的深人理解和熟练掌握。而且,作者将自己在清华大学的教学资源,向中国国内读者免费开放,读者只要通过访问清华大学网络学堂中郑莉的“C++语言程序设计”课程网页,便可以与清华大学的学生同步享受网上教学资源,如下载电子教案(PDF文件)和源代码参与师生讨论等。这样读者使用本套教材,可以轻松地入门,循序渐进地提高。访问网上资源的方法稍后详述。为了方便教师备课,本书配有电子版《C++语言程序设计(第3版)教师用书》,包括电子教案(P文件)、教学要点和考试样题等。4.内容摘要第1章绪论:从发展的角度概要介绍了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和主要的基本概念,并简单介绍了什么是面向对象的软件工程。最后,介绍了信息在计算机中的表示和存储以及程序的开发过程。第2章C+简单程序设计:讲述C十+程序设计的基础知识。首先简要介绍C++语言的发展历史及其特点,接着讨论构成C++语句的基本部分,如字符集、关键字标识符和操作符等。此外,还介绍了C++的基本数据类型和自定义数据类型,以及算法的三种主要控制结构—顺序、选择和循环结构。第3章函数:讲述C++语言的函数。在面向对象的程序设计中,函数是模块划分前言的基本单位,是对处理问题过程的基本抽象单元,是对功能的抽象。同时,使用函数也为代码的重用提供了技术上的支持。本章主要从应用的角度讲述各种函数的定义和使用方法特别是系统函数的使用方法。第4章类与对象:首先介绍面向对象程序设计的基本思想及其主要特点—抽象、封装、继承和多态。接着围绕数据封装这一特点,着重讲解面向对象设计方法的核心概念——类,包括类的定义、实现以及如何利用类来解决具体问题。最后,简单介绍了如何用UML语言描述类的特性,在后续章节中,始终以UML语言描述类和对象之间的关系。第5章C++程序的结构:讲述标识符的作用域和可见性及变量、对象的生存期,使用局部变量、全局变量类的数据成员、类的静态成员和友元来实现数据共享,共享数据的保护,以及使用多文件结构来组织和编写程序解决较为复杂的问题。第6章数组、指针与字符串:讨论数组、指针与字符串。数组和指针是C++语言中最常用的复合(构造)类型数据,是数据和对象组织、表示的最主要手段,也是组织运算的有力工具。本章首先介绍数组、指针的基本概念及动态存储分配问题。接着围绕数据和对象组织这一问题,着重讲解如何通过使用数组和指针解决数据、函数以及对象之间的联系和协调。对于字符串及其处理,本章介绍了两种方法—使用字符数组和使用 string类。第7章继承与派生:讲述类的继承特性。围绕派生过程,着重讨论不同继承方式下的基类成员的访问控制问题添加构造函数和析构函数;接着讨论在较为复杂的继承关系中,类成员的惟一标识和访问问题;最后给出类的继承实例—“全选主元高斯消去法求解线性方程组”和一个“小型公司的人员信息管理系统”。第8章多态性:讲述类的另一个重要特性—多态性。多态是指同样的消息被不同类型的对象接收时导致完全不同的行为,是对类的特定成员函数的再抽象。C++支持的多态有多种类型重载(包括函数重载和运算符重载)和虚函数是其中主要的方式,也是学习的重点。最后给出类的多态实例“变步长梯形积分算法”和“对一个小型公司的人员信息管理系统程序的改进”。第9章群体类和群体数据的组织:群体是指由多个数据元素组成的集合体。群体可以分为两个大类—线性群体和非线性群体。本章介绍几种常用的群体类模板。群体的组织问题指的是对数组元素的排序与查找方法。排序( sorting)又称分类或整理,是将一个无序序列调整为有序的过程。查找( searching)是在一个序列中,按照某种方式找出需要的特定数据元素的过程。第10章泛型程序设计与C++标准模板库:泛型程序设计就是要将程序写得尽可能通用,同时并不损失效率。本章简单介绍C++标准模板库(ST)中涉及的一些概念、术语,以及它的结构、主要组件的使用方法。重点介绍容器迭代器、算法和函数对象的基本应用。目的是使读者对SIL与泛型程序设计方法有一个概要性的了解。第11章流类库与输入/输出:讲述流的概念,然后介绍流类库的结构和使用。就像C语言一样,C++语言中也没有输入/输出语句,但C++编译系统带有一个面向对象ⅥC++语言程序设计的LO软件包,它就是LO流类库。第12章异常处理:讲述异常处理问题。异常是一种程序定义的错误,在C++中异常处理是对所能预料的运行错误进行处理的一套实现机制。try、 throw和 catch语句就是C++语言中用于实现异常处理的机制。有了C++异常处理,程序可以向更高的执行上下文传递意想不到的事件,这样程序能更好地从这些异常事件中恢复过来。第13章MFC库与 Windows程序开发概述:讲述 Windows程序设计的基本思想和MFC库的基本组成5.使用指南及相关资源作者本人使用本书授课时的讲课学时数为32学时,实验学时数为32学时,课外上机学时数为32学时,课内外共9学时,每学时45分钟。建议讲课学时数分配如下:第l章2学时第2章4学时第3章2学时,第4章3学时第5章2学时,第6章4学时,第7章3学时,第8章2学时,第9章4学时,第10章2学时,第11章1学时,第12章1学时,第13章2学时。实验学时数的分配请参考配套的《C++语言程序设计(第3版)学生用书》。与本书配套的教材有:《C++语言程序设计(第3版)教师用书》(电子版)和《C++语言程序设计(第3版)学生用书》。《C++语言程序设计(第3版)学生用书》包含每章的学习指南和习题解答,还设计了与本书各章配套的实验,以帮助读者加深对本书内容的理解,并达到熟练掌握《C++语言程序设计(第3版)教师用书》为电子版,包含教学建议、讲课重点、电子教案( PowerPoint文件)。作者郑莉在清华大学授课的教学资源位于“清华大学网络学堂”,网址是:hte;learn. tsinghua. edu,cn/。读者请在“本学期课程”栏目中查找郑莉的“C++语言程序设计”(如果首页未列出,请点击“更多”),找到后点击课程名,然后以用户名“ GUEST”、密码“ guest”登录,即可阅读、下载教学资源。在作者不授课的学期,读者可以查找以往课程,下载学习资源。本书第1~3、9、11、12章由郑莉编写,第4~8章由董渊、郑莉、张瑞丰共同编写,第10、13章由张瑞丰、郑莉共同编写。傅仕星、田荣牌、孟鸿利、孟威、张文举、杨兴朋、王绚参加了部分编写工作。另外,特别感谢谭浩强教授和王行言教授审阅了本书第2版,并提出了许多宝贵建议。感谢读者选择使用本书,欢迎您对本书内容提出批评和修改建议,我们将不胜感激。如需回函请务必写明您的电子邮件地址,作者的联系地址如下:电子邮件地址:zhli@cic,tsinghua.edu.cn通信地址:北京清华大学计算机与信息管理中心郑莉邮政编码:100084作者2003年12月于清华大学