第五讲  程序组织与软件开发方法  

一  库与接口

1  库与程序文件

• 程序文件：源文件（.cpp）、头文件（.h、 *.hpp、 *）

• 库：源文件与头文件

2  接 口

• 通过接口使用库：包括指定库的头文件与源文件

• 优势：不需了解库的实现细节，只需了解库的使用方法  

3  标准库

• C标准库 标准输入输出库、工具与辅助函数库、字符串库

• C++标准库 输入输出流库、字符串库、标准模板库  

4  数学库

• 数学库 头文件： math.h/cmath

  库文件： libm 链接方式： g++ -lm main.cpp  （linux系统下）

5  标准辅助函数库

• 工具与辅助函数 头文件： stdlib.h/cstdlib

• 常用函数 void exit( int status ); void free( void * p ); void * malloc( size_t size ); int rand(); void srand( unsigned int seed );

二  随机数库

1  随机数的生成

 #include <iostream>
 #include <cstdlib>
 #include <ctime>
 using namespace std;
 int main()
 {
 int i;
 cout << "On this computer, the RAND_MAX is " << RAND_MAX << ".\n";
 cout << "Five numbers the rand function generates as follows:\n";
 srand( (int)time(0) );
 for( i = 0; i < 5; i++ )
 cout << rand() << "; ";
 cout << "\n";
 return 0;
 }

2  库的设计原则

• 用途一致 接口中所有函数都属于同一类问题

• 操作简单 函数调用方便，最大限度隐藏操作细节

• 功能充足 满足不同潜在用户的需要

• 性能稳定 经过严格测试，不存在程序缺陷  

3  随机数库接口

 void Randomize();
 int GenerateRandomNumber( int low, int high );
 double GenerateRandomReal( double low, double high );

4  随机数库实现

 #include <iostream>
 #include <cstdlib>
 #include <ctime>
 #include "random.h"
 using namespace std;
 void Randomize()
 {
 srand( (int)time(NULL) );
 }
 int GenerateRandomNumber( int low, int high )
 {
 double _d;
 if( low > high )
 {
 cout << "GenerateRandomNumber: Make sure low <= high.\n";
 exit( 1 );
 }
 _d = (double)rand() / ((double)RAND_MAX + 1.0);
 return (low + (int)(_d * (high - low + 1)));
 }
 double GenerateRandomReal( double low, double high )
 {
 double _d;
 if( low > high )
 {
 cout << "GenerateRandomReal: Make sure low <= high.\n";
 exit( 2 );
 }
 _d = (double)rand() / (double)RAND_MAX;
 return (low + _d * (high - low));
 }

5  随机数库测试  

• 单独测试库的所有函数 合法参数时返回结果是否正确 非法参数时返回结果是否正确，即容错功能是否正常

• 联合测试 多次运行程序，查看生成的数据是否随机 测试整数与浮点数随机数是否均能正确工作  

三  作用域与生存期

1  量的作用域与可见性

• 作用域与可见性 作用域：标识符的有效范围 可见性：程序中某个位置是否可以使用某个标识符 标识符仅在其作用域内可见 位于作用域内的标识符不一定可见

• 局部数据对象 定义于函数或复合语句块内部的数据对象（包括变量、常量与函数形式参数等） 局部数据对象具有块作用域，仅在定义它的块内有效 有效性从定义处开始直到该块结束 多个函数定义同名的数据对象是允许的

• 全局数据对象 定义于函数或复合语句块之外的数据对象 全局数据对象具有文件（全局）作用域，有效性从定义处开始直到 本文件结束，其后函数都可直接使用 若包含全局数据对象定义的文件被其他文件包含，则其作用域扩展 到宿主文件中， 这可能会导致问题 不要在头文件中定义全局数据对象

• 函数原型作用域 定义在函数原型中的参数具有函数原型作用域，其有效性仅延续到 此函数原型结束 函数原型中参数名称可以与函数实现中的不同，也可以省略  

2  量的存储类与生存期

• 生存期：量在程序中存在的时间范围 C/C++ 使用存储类表示生存期 作用域表达量的空间特性，存储类表达量的时间特性

• 静态（全局）生存期 全局数据对象具有静态（全局）生存期 生死仅与程序是否执行有关

• 自动（局部）生存期 局部数据对象具有自动（局部）生存期 生死仅与程序流程是否位于该块中有关 程序每次进入该块时就为该对象分配内存，退出该块时释放内存； 两次进入该块时使用的不是同一个数据  

• static 关键字

  修饰局部变量：静态局部变量 使局部变量具有静态生存期 程序退出该块时局部变量仍存在，并且下次进入该块时使用上一次 的数据值 静态局部变量必须进行初始化 不改变量的作用域，仍具有块作用域，即只能在该块中访问， 其他 代码段不可见 修饰全局变量 使其作用域仅限定于本文件内部，其他文件不可见  

3  函数的作用域与生存期

• 所有函数具有文件作用域与静态生存期 在程序每次执行时都存在，并且可以在函数原型或函数定义之后的 任意位置调用

• 内部函数与外部函数 外部函数：可以被其他文件中的函数所调用 内部函数：不可以被其他文件中的函数所调用 函数缺省时均为外部函数 内部函数定义：使用 static 关键字 内部函数示例： static int Transform( int x ); 内部函数示例： static int Transform( int x ){ … }  

4  声明与定义  

• 声明不是定义 定义在程序产生一个新实体 声明仅仅在程序中引入一个实体

• 函数的声明与定义 声明是给出函数原型，定义是给出函数实现代码

• 类型的声明与定义 产生新类型就是定义 类型定义示例： typedef enum __BOOL { FALSE, TRUE } BOOL; 不产生新类型就不是定义，而仅仅是声明 类型声明示例： enum BOOL;

5  全局变量的作用域扩展  

全局变量的定义不能出现在头文件中，只有其声明才可以出现 在头文件中 声明格式：使用 extern 关键字

 /* 库的头文件 */
 /* 此处仅引入变量 a，其定义位于对应源文件中 */
 extern int a; /* 变量 a 可导出，其他文件可用 */
 /* 库的源文件 */
 /* 定义变量 a */
 int a;

四  典型软件开发流程  

略

第六讲  复合数据类型

一  字 符

1  字符类型、字符文字与量

• 定义格式： char ch; const char cch = 'C';

• 字符文字使用单引号对

• 实际存储时字符类型量存储字符的对应 ASCII 值

• 可使用 signed 与 unsigned 修饰字符类型

2  字符表示的等价性

char a = 'A'; char a = 65; char a = 0101; char a = 0x41;  

3  ASCII 码  

• 回车与换行 Windows： \n\r Linux： \n Mac： \r

二  数 组

1  数组的意义与性质

• 数组的定义 定义格式： 元素类型 数组名称[常数表达式]; 示例： int a[8]; /* 定义包含 8 个整数元素的数组 */

• 特别说明 常数表达式必须是常数和常量，不允许为变量 错误示例： int count = 8; int c[count]; 数组元素编号从 0 开始计数，元素访问格式为 a[0]、 a[1]、 …… 不允许对数组进行整体赋值操作，只能使用循环逐一复制元素 错误示例三： int a[8], b[8]; a = b;

• 意义与性质 将相同性质的数据元素组织成整体，构成单一维度上的数据序列  

2  数组的存储表示

• 数组的地址 数组的基地址：数组开始存储的物理位置 数组首元素的基地址：数组首个元素开始存储的物理地址， 数值上总是与数组基地址相同 “&” 操作符：&a 获得数组的基地址；&a[0] 获得数组首元素的基地址

3  数组元素的访问

4  数组与函数

• 数组元素作为函数实际参数 int Add( int x, int y ){ return( x + y ); } int a[2] = { 1, 2 }, sum; sum = Add( a[0], a[1] );

• 数组整体作为函数形式参数 基本格式： 返回值类型 函数名称( 元素类型 数组名称[], 元素 个数类型 元素个数 ) 示例： void GenerateIntegers( int a[], unsigned int n ); 特别说明：作为函数形式参数时，数组名称后的中括号内不需 列写元素个数，必须使用单独的参数传递元素个数信息  

5  多维数组  

• 多维数组的定义 定义格式： 元素类型 数组名称[常数表达式1] [常数表达式2]…; 示例一： int a[2][2]; /* 2×2 个整数元素的二维数组 */ 示例二： int b[2][3][4]; /* 2×3×4 个整数元素数组 */ 特别说明：同单维数组

• 多维数组的初始化 与一维数组类似： int a[2][3] = {1, 2, 3, 4, 5, 6}; 单独初始化每一维： int a[2][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6} };  （建议用这种，调整格式写出矩阵形式）

三  结构体  

1  结构体的意义与性质

• 结构体的意义 与数组的最大差别：不同类型数据对象构成的集合 当然也可以为相同类型的但具体意义或解释不同的数据对象集合

• 结构体类型的定义 `struct 结构体名称 { 成员类型 1 成员名称 1; 成员类型 2 成员名称 2; …… 成员类型 n 成员名称 n; };`  

2  结构体的存储表示

3  结构体数据对象的访问

• 结构体类型的变量与常量：按普通量格式定义 示例一： DATE date; 示例二： STUDENT zhang_san; 示例三： STUDENT students[8];

• 结构体量的初始化 示例四： DATE date = { 2008, 8, 8 };

• 结构体量的赋值 与数组不同，结构体量可直接赋值，拷贝过程为逐成员一一复制 示例五： DATE new_date; new_date = date;  

• 结构体量成员的访问 使用点号操作符“.” 解析结构体量的某个特定成员 示例一： DATE date; date.year = 2008; date.month = 8; date.day = 8;

• 嵌套结构体成员的访问 可以连续使用点号逐层解析 示例二： struct FRIEND{ int id; STRING name; DATE birthday; }; FRIEND friend; friend.birthday.year = 1988;

• 复杂结构体成员的访问 严格按照语法规范进行

  
  

4  结构体与函数  

例：编写一函数，使用结构体类型存储日期，并返回该日在该年的第几天信息，具体天数从 1 开始计数，例如 2016 年 1 月 20 日返回 20，2 月 1 日返回 32

unsigned int GetDateCount( DATE date )

{

static unsigned int days_of_months[13] =

{ 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };

unsigned int i, date_id = 0;

for( i = 1; i < date.month; i++ )

date_id += days_of_months[i];

date_id += date.day;

if( date.month > 2 && IsLeap(date.year) )

date_id++;

return date_id;

}