《C++程序设计》（第二版）教学指导书
——供任课教师使用
通常认为C++是一个非纯粹的面向对象的程序设计语言，因为它是从面向过程的C发展而来的，对它有种种诟病。然而编者认为符合ISO14882标准的C++语言是一种先进的面向对象与参数化程序设计语言。因而本教材从面向对象和参数化程序设计两个方面来展开C++程序设计的教学，这在编者所见过的教材中是仅见的（其他的教材是从面向过程和面向对象两个方面来展开教学），这也是本教材的教学体系先进所在。
本教材的出发点是：与时俱进和实事求是。与时俱进是指教学内容要跟上计算机技术的最新发展；实事求是是指教学要切合当今大学生的实际情况，切合本课程在大一同时开设的课程中的地位。
现有的C++的教材的教学体系大致可分两类：
第一类是经典的，按语法顺序讲授基本知识、面向过程的程序设计、基于对象的程序设计和面向对象的程序设计。
第二类是尽早进入面向对象的程序设计的讲授。侧重于面向对象。 本教材可属于第二类，但对教学体系做了全面的改革，力求建立全新的面向对象与参数化程序设计的C++教学体系。将最新发展的知识传授给学生，教学内容的选定以ISO14882 C++语言标准为基础。抛弃传统的C++教学面向对象内容以语法为主的教学模式，突出面向对象和参数化程序设计关键技术的教学，让学生获得面向对象C++程序设计的真实本领。这一全新的教学体系经过4年大范围的教学实践已经成熟。
本教材是通用教材，可以用于对计算机知识要求相当深入的专业，包括电类、机电一体化、计算机专业等等。尽管随后续课程组织不同，教学侧重有些不同，但本教材均可适用。
课程特色
第一，突出面向对象与参数化程序设计关键技术的教学：
强调类对象个性实现的关键技术——多态，包括重载（编译时的多态，包括函数与运算符重载）、层次结构中的同名覆盖与超载（运行时的多态）。在介绍函数时就引入函数重载，在教学刚涉及类对象时就引入运算符的重载。引入的越早应用的机会越多。普遍使用这些技术是面向对象的C++的标志。
强调参数化程序设计，突出模板相关内容的教学。不是将模板作为一种语法现象，而是作为一个有力的工具用于本教材所涉及的全部数据结构基本知识，包括顺序表、链表、栈、队、二叉树（可选）以及查找排序算法。同时介绍标准模板库的简单使用方法。
提倡完善的类对象封装，不仅封装数据和对数据的操作，而且封装资源（尤其是内存）的动态分配与释放，形成一个完备的子系统。在一个有层次
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结构的类体系中内存的动态分配与释放最好封装在成员对象（聚合）中，如同使用标准的string字符串类那样。
介绍怎样在面向对象的程序设计中使用异常处理技术来处理一些很难查找甚至是无法避免的运行时错误和异常。
总之，不是泛泛介绍面向对象的C++的语法和框架，而是突出实用技术，包括完善的封装、派生、多态和模板，在构造函数中动态分配资源、在析构函数中释放资源和异常处理，这是面向对象的C++程序设计的精髓。
本教材要求学生能熟练应用多态（重载和超载），熟练应用模板，熟练应用派生。习惯在构造函数中动态分配资源、在析构函数中释放资源和异常处理的方式。
第二，强调算法，注意介绍有关于任何特定编程语言的算法概念和结构，即突出程序设计而不是语法。强调算法，不是忽视语法，而是不要繁琐的钻牛角尖的语法，我们要的是基本的常用的语法，但更多的是模仿。不是知道的语法越多，程序编得越好，而是自己动手编程越多，程序编得越好。
第三，培养面向对象程序设计能力。掌握怎样从客观事物中抽象出类来的方法。基础教学与实践教学相结合。在基础教学中采用Windows平台下的控制台方式（命令行方式）以突出编程能力的培养。在实践部分比较全面地学习标准的Windows图形界面编程。采用研究型学习进行课程设计。
本教材第二版做了大幅改动。首先例题和习题解答主体按三个熟练应用和一个习惯的要求，进行改编与重组，更加突出了面向对象C++程序设计的实用技术；采用统一的规范的编程模式，不再体现编程的多样性，降低了学习难度。其次是调整章节安排与精简教学内容。第三，为了更好地配合精讲多练，安排了二十九个（其中两个选做）与教学内容紧密相关的同步实验。第四，更新部分不完全符合ISO14882 C++语言标准的内容。
性质与任务
程序设计课程与数学、物理、外语等一样，是大学生的通识教育课程，也是从技术角度学习计算机的主要基础课，包括面向对象程序设计及最基本的数据结构和软件工程的知识。其任务是培养学生的面向对象的编程能力，也锻炼大学生的逻辑思维能力（计算机思维方式）。
学时安排
本教程建议授课时数48学时，习题课8学时，上机实验56学时（含课外上机）。另有课程设计（小型软件设计的实践环节），16学时加上机实验32学时（含课外上机）。
课堂教学内容
分四部分，共十二章。
第一部分，包括第一到第三章，是基础部分。介绍C++程序的基本组成和编写方法，函数的递归以及最简单的常用算法。这一阶段代码的编写方法，应该是课堂教学的重点。
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第二部分，包括第四到第五章，是面向对象的入门部分。介绍类对象的组成，构造函数和析构函数的编写，运算符的重载，还有数组与指针的概念和两者之间的对应关系。本阶段逐步过渡到以算法为重点，逐渐淡化代码的编写细节。
第三部分，包括第六到第八章，是核心部分。介绍通用算法的编写方法，特别是数据结构的基本算法，和软件的再利用。第六第七两章采用模板技术，第八章采用继承与派生。一般来讲，本阶段以算法为重点，不再细讲代码的编写。
第四部分，包括第九到第十一章（标准模板库选读），是扩展部分。包括：输入输出重载、在构造函数中动态分配资源、在析构函数中释放资源和异常处理、以及标准模板库。本阶段主要学习面向对象的C++程序框架构造知识。
考虑到各专业相关课程配置不同，生源不同，授课内容可有筛选。选读内容，可以作为学有余力的同学的自学内容，做到因材施教。其实讲哪些内容，不讲哪些内容，教师完全可以自主掌握，关键是要学生掌握课程特色中所言的三个熟练应用和一个习惯。。
教学方法
现实情况是：第一，在大一的基础课程中，大学生将程序设计排在数学、外语和物理之后，不可能投入过多的精力，大学生如果要放弃某门课以保证集中精力通过其他课时，最不熟悉的本课程列在首位；第二，大学生对这门课学习的期望值很高，但对学习时可能遇到的困难估计不足；第三，本科生总学时数下降，尽管计算机课程重要性上升，但总学时不可能增加；第四，大学生上机实践的条件大大改善，特别有利于贯彻先进的精讲多练的教学思想。所以在学时有限和学生所投精力有限的条件下，围绕课程特色中提到的面向对象关键技术进行精讲多练是第一条。为此安排了29个同步实验。
一年级大学生认为应试教育天经地义，大学应延续中学的应试教育，不懂得主动学习。要培养大学生的自学能力。预习是本课程对学生的基本要求。
整个教学强调过程，知识积累的过程，能力培养的过程，使学生能快乐地学习。（但绝不是自学，实践经验指出，自学出来的学生实际应用时编出来的程序往往效率低，错误百出，而且别人看不懂，无法交流，原因就在不会规范化地编程。）一定要避免应试教育。教学要求高于考试要求，必须给学生真本事。考试可以多样化，面要广，难度要适中。切忌题目过偏过难，切忌出弯弯绕的语法题，要考学生编程的实际能力，这是大学的第一门计算机课，不要把多数学生的自信心毁了。
授课时要采用案例教学法，从实例引出语法，尽管书中多数地方为了阅读方便是将语法条文单列，甚至放在前面，但上课时不要顺序往下讲。
现在提供的电子教案只是参考，修改和重编的过程也是熟悉教学内容和发现问题的过程。要求每位老师自己做有自己个性的教案。
面向对象程序设计的原代码通常比较庞大，原因是数据与数据的操作封装在一起，原则上包含的操作要全面，正是众多的成员函数使学生认为自己面对的是一个庞然大物，吓也吓蒙了。教师应该指出成员函数是一个个的操作，每一个成员函数都是简单的。可以给学生讲讲庖丁解牛的故事，要
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求学生做到目无全牛，也就是面向对象的程序要一个一个函数来编。
习题与实验都是学生的实践机会，具体指导和讲评是必要的。特别是在学生尚未入门时具体指导尤其重要，最好是在实验室里配大屏幕显示，学生与教师演示同步操作，或用同步操作的教学软件。如无此条件，至少教师在第二章和第三章课堂教学时多做控制台应用程序设计全过程演示。在辅导实验时只可能解决少数学生的少数问题，提倡上机时学生互相讨论互相帮助。做习题，也提倡较难的题可以同学之间先讨论再完成。也可以把部分习题的参先发给学生作为参考，毕竟我们要求规范化编程，主要是灵活应用通用算法，不是创造别人看不懂的算法，初级阶段主要是模仿，见多识广后就能编出好的程序。
讲评是在学生做完习题和实验之后，针对学生实际发生的最常见的错误进行的，也可以介绍一些同学的好作业，这是一个总结提高的过程。
面向对象C++程序设计的习题基本是在一个C++的类或类模板定义中添加一些成员函数。建议可以给学生提供完整的类定义和需添加的成员函数的声明，以及检测其功能的主函数代码，同时给出需添加的成员函数的思路或提示，仅让学生编写需添加的成员函数，可能效果会更好。建议将给教师使用的习题参，删去要求编写的函数，添加所需的说明，再发给同学去做习题，这样即降低了难度也突出了重点，便于学生调通程序，同时提高了学生的信心和学习的效率。
实验也可做类似的考虑。
该教学体系培养的学生所编的程序给人的第一影响应该是：这是规范的面向对象的程序。
对于需要计算机知识较多的专业，程序设计课程应考虑后续课程的需要。尤其是电气电子信息类专业的学生的后续课程中需要大量的面向过程的程序设计的基础知识，包括汇编语言的编程，单片机、嵌入式系统和DSP的C语言编程。面向对象的程序设计其实与面向过程的程序设计是密不可分的。在本课程中，算法的描述实际上是面向过程的，而面向对象是一种包装，它使程序的整体组织更合理，使用起来更方便。教学中应该合理地将两个方面有机地结合起来，即细节上算法的编程和程序总体上的把握并重。
在前三章的教学中对算法的描述，必须侧重于采用C++语言编程的细节的讲解，即培养学生对算法的编程能力。要求学生学会先分析算法，再画UML的活动图或普通的流程图，最后进行编程。特别是在“基本控制结构程序设计”和“函数”这两章的教学中要严格贯彻这一要求。
“类与对象”和“数组与指针”两章是过渡阶段，对编程的细节的讲授随教学推进而逐渐淡化，对程序的整体掌握的要求逐渐加强，使学生的编程能力上一个台阶。
从第六章起，算法表述的细节基本留给学生自己看，教师重点讲解脱离具体C++语言的算法本身的描述和程序整体的构造。一方面提高学生的自学能力，另一方面引导学生的编程的大局观。
要引导学生，不要做学生的尾巴，片面地降低要求。
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目录
第一章 C++基础知识
第二章 基本控制结构程序设计 第三章 函数
第四章 类与对象 第五章 数组与指针 第六章 模板与数据结构
第七章 动态内存分配与数据结构 第八章 类的继承与派生 第九章 输入/输出流类库 第十章 异常处理
第十一章 标准模板库 (选读) 同步实验部分 课程设计部分 UML活动图 UML类图
疑难问题解答索引
C++类的构造函数的作用的讨论 const引用
forward与向后移动
if语句和switch语句的对应关系 Node类和List类的复制构造函数讨论 this指针的应用 try块应用
VC++的随机数
VC++与标准名字空间 编程中附加条件的安排 标准流文件结束符的使用 迟缓错误检测
重载提取和插入运算符 初学编程常见错误
传统运行库和新的标准库中的输入输出流的差异 传值调用与引用调用讨论 递归算法的讨论 调用树的使用 动态分配的讨论
数组与多级指针 构造函数与虚函数 关键字索引
函数返回值与返回引用
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基类中protected成员的使用 静态变量
聚合的复制构造函数 矩形类讨论
类模板的插入和提取运算符的重载 类模板的派生的讨论 类型的转换
流类库中的控制枚举常量的定义 模板编译模式
模板与派生在实现通用性上的对比 默认参数函数 默认的构造函数 内存分配图 派生常见错误
派生类的插入和提取运算符的重载 使用多态完成定积分的通用性 矢量类的边界
输出运算符（插入运算符<<）的讨论 数字与数字串
顺序队列转化为循环队列的算法讨论 图解法阅读程序
图解法分析算法——Fibonacci级数 文件中的数据格式 下标运算符重载 前向引用声明
循环控制变量使用要点 虚函数、同名覆盖与重载 异常处理匹配原则
一个流文件一次只能与一个磁盘文件建立联系 引用的讨论 优先级与结合性
约瑟夫问题求解过程
状态字state及其使用技巧 指向类成员的指针 指针与数组的差异
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第一章 C++基础知识
教学目的
使大学生了解C++数据和运算的表述方法，简单的输入输出流类，引入广义的数据类型的概念。
建议学时安排
授课5学时
初识C++程序，关键字与标识符，数据类型，变量与常量。2学时。 运算符、表达式和语句，数组。2学时。 简单的C++输入输出。1学时。
教学方法提示
从形式上看本章与面向过程的教材差异不大，但教学上要从面向对象的思维方式出发：数据类型总是与相关的算法封装在一起。不要说成算法是的。某种算法可以用于那些数据，这是面向过程的说法，并不切合实际。实际上不同数据类型是重载了运算符。例如加法，对于整型数，执行的是定点运算；而浮点数，首先要对阶。再如除法，对于整型数，执行的是整除，商为整数，另有求余数的运算；而浮点数，商为浮点数，没有求余数的运算。从不同数据有不同算法出发，很容易理解为什么要将函数附属于数据类型。这样考虑问题，学生易于接受面向对象的思想。
在本章中，存储方式的概念要建立起来，每一个变量总是在内存中分配有一块内存单元，不仅本章中的左值、表达式、字面常量和sizeof()与之有关，后面的算法的分析、函数的传值等等全与之有关。介绍数据的存储方式，并在教学的过程中经常利用它们，也是本书的教学特点之一。
基本数据类型，相关的算术、关系和逻辑运算，是本章最基本的知识点。 有关运算符的结合性是决定同一优先级的运算符组合在一起时的运算次序，同一优先级的运算符有相同的结合性。如+、-的结合性是从左到右（左结合），则a+b+c-d的运算次序为：
((a+b)+c)-d //先算a+b，再加c,最后减d
赋值号=的结合性是从右到左（右结合），则a=b=c+d的运算次序为：
a=(b=(c+d)) //算出c+d的和，赋给b，再将b赋给a
又如前++和单目负-的结合性是从右到左（右结合），则-++a的运算次序为：
-(++a) //先做++a，再取相反数（加负号）
这对算法描述是必须的，每一步做什么必须确定。
运算符++，学生往往没有真正理解，普通+的结果放在暂存器（累加器）中，而++的值要返回给变量，变量的值变了。画一个演示图应该好一些。要讲清楚a++与a+1的不同。在第五章的运算符重载教学中，++无返回值，+=有返回值，前者友元方式时参数要使用引用，学生不理解，说看不懂，细问发现不懂在++的运算过程。
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简单的数组概念的建立对算法的描述是很重要的，所以提前在这里引入。强调3点：第一，数组下标从0开始，这与简化大量的算法有关，不从0开始，相关的典型算法往往是错的；第二，数组不能作为整体处理，只能按元素处理；第三，数组的初始化方法。
字符数组与字符串现在是要求能用，因为它的应用实在太广了。本章中只能讲清组织方式。特别是串结束符，有了它，串的处理方式与数组大为不同。教师必须在这里给学生点明，输出串是输出串内容，输出数组是输出数组首地址。
输入输出方式简介，强调会用。
输入方面：第一，提醒学生字符输入容易出错，特别是数字与字符混合输入时，回车符的吸收问题要交待清楚。第二要讲清cin和cin.get()的差异，cin会自动跳过所有空白符（包括空格、制表、回车等等与格式有关的符号），cin.get()不会。第三，输入一系列数字时，用空格或回车分隔，不可以用逗号分隔。第四，输入字符串使用cin.getline()的方法，提醒同学：它提取回车符但不保存回车符，而是加一个串结束符。
其他错误解答请参考本指导书第9章。
输出方面：格式控制演示交代清楚，学生就会理解。字符输出要提醒同学，左值输出的才是字符，表达式输出的是ASCII码值，因为在表达式中已转为整数。
第二版中，C++程序改用标准库头文件，无后缀.h，并加using namespace std。教师应作简单说明。
注意新标准要求main()函数必须返回int型，0为正常，否则返回其他整数。这样可以取代exit()等函数（exit()库函数通常在程序出错时用来退回到操作系统，详细见教材4.3.2节）。一般函数返回为int的也不可省略，否则编译器发出警告。
疑难解答
优先级与结合性
优先级高的运算先做怎样理解？请参见下式： a*b+(-d) &&++c 等效为：
(a*b+(-d))&&(++c) 完全按优先级，先做(-d)，第2步做(++c)，第3步作a*b，第4步做(a*b+(-d))，第5步做(a*b+(-d))&&(++c)。这是人工的做法。
计算机是从最低优先级开始，先处理最低优先级的“与”运算符左边的（因为与运算符的结合性是左→右）操作数(a*b+(-d))，括号内先做a*b，再做(-d),然后将两项相加；其次处理“与”运算符右边的操作数(++c)；最后完成“与”操作。如果“与”操作符的左操作数为0，则直接完成与操作。即第1步做a*b，第2步做(-d)，第3步做(a*b+(-d))，第4步做(++c)，第5步做(a*b+(-d))&&(++c)。如果第3步结果为0，则第4步不做。 只要交换律成立，这两种处理方法是等效的。计算机处理表达式的优先级和结合性是借用操作数栈和运算符栈来完成的，参见教材 栈的应用。最后的运算次序就是首先将最低优先级运算符各操作数项按该优先级的结合
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性依次处理，如果某操作数项为表达式，可同样按上面的规律处理。
设有表达式：a+++b，等效于(a++)+b还是a+(++b)?应该是前者，因为编译器在解释运算符时优先取尽可能长的符号。
而a++b是错误的表达式，改为a+(+b)才是正确的。
++a++，后++优先级高，等效于++(a++)，是错的，因为(a++)后++未做，不是左值，不能进行前++。
而(++a)++是正确的，(++a)前++已完成，是左值，后++可以进行。 同样++++a是正确的，而a++++是错误的。
++-a是错的，因为第3优先级结合性是左→右，先做++，但-a不是左值。++(-a)也是错的，尽管(-a)优先级高，但结果是右值。
-++a，等效-(++a)，是对的。---a，等效--(-a)是错的。而+++a，等效++(+a)，表面是错的，但至少VC++中单目正被忽略，所以是对的。
(-a)++是错的，因为(-a)先做，(-a)不是左值。但-a++是对的，后++优先级高先做，a是左值。
既然后++是在表达式运算结束后做++，那么该运算符的优先级有何意义？并且比前++高一级？从前面的例子可见优先级是有意义的，而且前++优先级定为第3级是合理的，由于后++结合性是左→右，与前++不同，不可同列第3级，列第4级或单列一个级别也不合适，所以归入第2级。
VC++的随机数
VC++输出的随机数，并非随机数，而是特定值，如整型数，为0xcccccccc (-8593460)，float型为-1.07374e+008，duoble型为-9.25596e+061。
关键字索引
and 运算符 代替&&； and_eq 运算符 代替&=； asm 运算符 用于标识混编的C++源程序中的汇编语言代码； auto 说明符 说明变量为自动变量，见主教材（下同）P.84； bitand 运算符 代替&； bitor 运算符 代替 |； bool 说明符 用于说明布尔型变量，见P.7； break 语句 结束循环语句或开关语句的执行，见P.50； case 标号 用于开关语句，见P.40； catch 语句 用于异常处理中捕获异常子句，见P.343； char 说明符 用于说明字符型变量，见P.6； class 说明符 用于说明类类型，见P.106； compl 运算符 代替~； const 、136、165、193和200； const_cast 运算符 常量强制类型转换运算符，详见后文； continue 语句 用于循环语句，结束本次循环，见P.52； default 标号 用于开关语句，表示其他情况，见P.40； delete 运算符 用于回收动态存储空间，见P.220； do 语句 用于循环语句，实现直到型循环，见P.44； double 说明符 用于说明双精度实
dynamic_cast else enum explicit export extern false float for friend goto if inline int； long ； mutable namespace； new not not_eq operator or or_eq private 267；protected public register reinterpret_cast return sizeof short； signed static static_cast struct switch template this throw true； try typedef typeid typename
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运算符
动态强制类型转换运算符，详见后文；； 语句 用于组成双分支结构条件语句，见P.34； 说明符 用于说明枚举类型，见P.59；
说明符 取消构造函数隐式数据类型转换的功能，见P.357； 说明符 用于模板分离编译模式，见本指导书第六章模板； 说明符 说明变量为外部变量，见P.84； 逻辑值 对应0，表示逻辑假，见P.7；
语句 用于一种当型循环语句，见P.46；
说明符 用于说明友元函数和友元类，见P.135和139； 语句 用于无条件转移程序执行次序，见P.52； 语句 用于组成双分支结构条件语句，见P.34； 说明符
用于说明内联函数，见P.96和110；
说明符 使const对象和成员函数的数据成员可修改，见后文； 运算符 用于分配动态存储空间，见P.220； 运算符 代替 !； 运算符 代替 !=；
说明符 用于定义运算符重载函数的函数名，见P.130； 运算符 代替 ||； 运算符 代替 |=；
说明符 访问限定或派生方式和267； 说明符 访问限定或派生方式和267；
说明符 说明变量为寄存器变量，见P.84；
运算符 重解释强制类型转换运算符，详见后文； 语句 作为函数返回语句，见P.2和69；
运算符 计算类型或变量占用内存的字节数，见P.19； 说明符 用于说明有符号整型变量，见P.7； 说明符 说明静态变量或类的静态成员和139； 运算符 静态强制类型转换运算符，详见后文； 说明符 用于说明结构类型，见P.142；
语句 用于组成多分支结构开关语句，见P.40； 说明符 用于参数化程序设计的模板构成，见P.186； 说明符 指向具体类对象本身的指针，见P.166； 说明符 用于异常处理中抛出异常，见P.342； 语句 用于异常处理测试程序块，见P.342； 说明符 用于类型定义，见P.173；
运算符 运行时类型信息运算符，详见后文；
说明符
用于模板定义时类型参数的说明，见P.186；
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union unsigned using virtual void volatile wchar_t while xor xor_eq 说明符 说明符 说明符 说明符 说明符 说明符 说明符 语句 运算符 运算符 用于说明联合类型，见P.144； 用于说明无符号整型变量，见P.7；
用于using声明或using指示符，见P.145； 用于说明虚基类或虚函数，见P.278或2； 用于说明无值类型，见P.7；
修饰函数，表示表示该函数不做编译优化，见P.356； 宽字符类型，见P.6；
用于循环语句，见P.43和44； 代替 ^； 代替 ^=；
强制类型转换及其他运算符说明如下： static_cast 静态强制数据类型转换。格式如下：
double a;
int k;
k=static_cast 特别注意a本身的类型不变，仍是双精度，所有转换都是数值而非变量的转换。允许在两种类型之间进行标准转换（如void*转换为char*，int转换为float等等），包括允许基类指针到派生类指针的向下类型转换。但不能在const类型和非const类型转换之间转换，不能在非公有派生的基类和派生类的指针（引用）间转换，不能转换为无相应构造函数或转换运算符的类型。 const_cast 专用于转换const或volatile类型。格式如下： char *string_copy(char*); const char *p_str; …… char *pc=string_copy(const_cast 注意：const_cast不能用于强制转换常变量的常量性。 mutable 在const对象和成员函数中，用mutable修饰的数据成员也 可以被修改。使用格式如下： class student{ int id; mutable string name;//使name可以被修改 public: void setname(string Name)const{name=Name;};//合法 …… }; int main(){ const student stu1; …… } 《C++程序设计》教学指导书 12 reinterpret_cast C++利用重解释转换进行非标准转换（void*转换为int*、int* 转换为char*等等）。重解释转换不可用于标准转换，如duoble到int的转换。该转换可能导致严重的运行时错误。 dynamic_cast 动态强制类型转换运算符用于运行时多态，也就是说用于派 生体系，而且基类至少包含一个虚函数。它可以沿继承树向上（向基类）或向下（向派生类）进行类型转换，改变指针（引用）的类型。使用时包含 protected: int b; base(int x=0){b=x;} virtual void vertFunc(){} void show(){cout<<\"基类：b=\"< base* pb; derv* pd=new derv(23,29); pb=dynamic_cast pb->show();//输出 基类：b=23 转换遵从赋值兼容规则 pb=new derv(31,37); pd=dynamic_cast return 0;//输出 派生类：b=31,d=37 } 它可以将指向某派生类对象的基类指针转换为该派生类指针，如类型有误，返回NULL，可进而判断对象属于哪一种派生类。 在VC++中需要使用运行时类型识别（RTTI）必须选择Project|setting项，单击标签C/C++，在Category列表框中选择C++ Language，选中“Enable Run-Time Type Information”，单击OK。 typeid 作为运行时类型信息运算符可获得未知对象类型的信息。这 些信息放在type_info类中（其确切定义与编译器有关）： class type_info{ type_info(const type_info&);//不再有默认构造函数 type_info& operator=(const type_info&); public: virtual ~type_info(); 《C++程序设计》教学指导书 13 } type_info& operator==(const type_info&) const; type_info& operator!=(const type_info&) const; const char* name()const;//返回type_info对象所表示类型的名字 用户不能在自己的程序中定义type_info对象。在程序中创建type_info对象的唯一途径是使用typeid运算符。如： employee *pe=new manager; cout< 第二章 基本控制结构程序设计 教学目的 使大学生掌握基本控制结构程序设计的C++语言实现和常用算法（递推、迭代、穷举、筛选等）。 建议学时安排 授课6学时，习题课2学时 分支结构程序设计：if 语句，条件运算符“?:”，switch语句。2学时。 循环结构程序设计：while语句，do…while语句，for语句，循环的嵌套；转向语句。2学时。 常用算法应用实例。枚举类型定义，输入输出文件简介。2学时。 教学方法提示 本章是用C++语言来描述程序的3种基本结构和介绍常用算法，这是学生编程的入门，也是重点。必须给学生指明，算法就是对数据的操作方法，让学生始终处于面向对象程序设计的氛围中。 在本章教学中要求学生养成先分析算法，再画流程图或UML的活动图，最后进行编程的良好习惯。在本章和下一章的教学中要严格贯彻这一要求。现在不严格要求，形成随意直接编程的坏习惯，要改也难了。 不要指望在本章中让学生入门，他们还是在门口徘徊，要有几个反复。到第4章学完，站得高了，回过头来看，才能比较深刻地理解，才会初步入门。千万不要在这里堆砌过多的学时，学生总会说不懂，要跟他说大胆的往前走。实际上后面的教学内容不断反复使用3种基本结构，在这个过程中学生会逐步熟练起来的。 教师在第二章和第三章课堂教学时应多做控制台应用程序设计全过程演示。学生调试程序的能力主要在这时培养，不仅是C++，而且以后“微机系统”等后续课程用Debug调试各种程序（汇编，C51，DSP的C语言编程）的基本功都是在这里打下的。辅导上机，主要指导学生怎样跟踪程序的运行，怎样设置被监视的变量，怎样设置断点，怎样单步运行，怎样使用Debug 《C++程序设计》教学指导书 14 工具。授之以鱼，不如授之以渔。帮同学调通一个程序，不如教会同学怎样去调程序。 讲解3种基本结构时不要按书上的顺序一个一个地讲，建议把相关的语句对比起来讲解。比如3种循环语句对比起来讲，效率和效果都要好得多。这样学时是绰绰有余。而有关switch语句，后讲不加break的例2.9。 注意不要按C语言的习惯，在for语句括号表达式中定义控制变量。教师首先不要那样做。理由在下一章介绍。 本章的例题非常多，并不是要题题全讲，那样学时是不够的，能讲70%就很多了。编书的出发点是多给学生一些各种编程类型的样板。 学习编程与算法有些象外语，模仿是重要的第一步。有同学特别希望有编程题的标准答案，这是错误的，标准答案是不存在的。但有一个规范化编程样板，对初学者却是非常重要的。大学生往往忽视了这一点，教师应该时时提醒。比如实验四中的约瑟夫算法，由于学生不愿模仿，把数组0号元素放弃，从1号开始，结果书上提供的算法就全错了，陷入死循环。学生不善于模仿，不要去批评他，碰了钉子，学生才有更深的印象。例题源程序有主教材例题和同步实验范例两类，课堂教学完全可以任意选择。非精讲的程序要求学生一定要自己读懂，见多识广，水平才能提高；正如外语只抠精讲部分，不看泛读，考试能对付，水平肯定高不了。 本教材强调算法，不是忽视语法，而是不要繁琐的转牛角尖的语法，不要让这种语法把学生的时间占光了，我们要的是基本的常用的语法，更多的是要模仿。 不是知道的语法越多，程序编得越好，而是自己动手编程越多，程序编得越好。从本章起，开始有大量的实验，一定要抓紧。 为了突出算法，本书主要采用命令行程序设计，教师在本章和下一章课堂教学时应多做控制台应用程序设计全过程演示，否则学生做实验时会卡在工程文件的建立上，而且错误是五花八门不胜枚举，使学生信心大减。 输入输出文件简介，放在这儿是一个创新。就是让学生先用起来，知道文件可以保存数据，并依样使用文件。文件输入输出用两个例子分别对同一个文件进行写入和读取，让同学切实体会到程序退出后信息确实没有丢失。 注意：教师认为文件引入很自然，但学生还没这个概念，认为屏显示与文件保存没什么两样，“数据丢失，大不了再算一遍”，请教师务必讲清楚。 疑难解答 初学编程常见错误 最常见的初级错误有：赋值号（=）与比较运算的相等号（==）混淆，循环语句中两个分号误为逗号，使用了数学符号而不是运算符等等。 在条件语句和循环语句中最常见的错误之一是不会使用复合语句。如： if(a<=b) temp=a;a=b;b=temp; 其目的是当a<=b时，交换a、b两变量，学生误认为将实现交换的三条语句放在同一行就可以了。但if语句后面跟的仅是一条语句，必须将三条语句用花括号括起来。而且学生发现的错误是有时输出的b是随机数，他始终想 《C++程序设计》教学指导书 15 不到是错在未用复合语句。 再如，被改为： int i=0; ifstream baiji; baiji.open(\"baiji.txt\"); do{ baiji.get(a[i]); i++; }while(a[i]!='\\n'); 其原意是从baiji文件中读取一行文字。当读完一行，a[i]中放了换行符，但随后i++，判断循环条件时，比较的是数组的下一个元素，陷入死循环。而原例题判断是在i++之前。学生不认为这里会错，而奇怪我的步骤没错，怎么文件读不出来？ 常用算法应用实例是一个总结提高，有利于开拓学生的思路、提高编程的能力。这几道题都是经典的。 注意：文本文件阅读可以用的程序很多，常见的有，记事本、写字板、Word、Explorer、Visual Sdutio等文本编辑器，其中记事本对程序生成的没有回车的文本往往无法读出。学生往往只用记事本读程序生成的文本文件，有时发现只有黑方块，但用自编的程序读出却完全正确，于是用了大量时间去查错，不知是记事本的要求不同。 注意：当文本文件中既有文字又有数字时，请在文字后加回车（或endl），否则用自编程序读文件时可能会出错，因为文本文件中数字是用数字串存储的，提取数据时系统自动将串转换为数，有回车时从哪里开始转换十分清楚。 if语句和switch语句的对应关系 if语句和switch语句有一个呼应关系。if语句的嵌套方式对应于有break的switch语句，它实现互不相干的分段，每次仅处理一个分段；而并列的if语句对应没有break的switch语句，它依次处理各个分段，但各分段的方法不同。前者例子很多，后者见书上例2.9和习题2.4。 习题 编程计算个人所得税。个人所得税率表如下：月收入1200元起征，超过起征点500元以内部分税率5%，超过500元到2,000元部分税率10%，超过2,000元到5,000元部分税率15%，超过5,000元到20,000元部分税率20%，超过20,000元到40,000元部分税率25%，超过40,000元到60,000元部分税率30%，超过60,000元到80,000元部分税率35%，超过80,000元到100,000元部分税率40%，超过100,000元部分税率45%。 #include } return 0; } else income-=1200; if(income>20000){//收入超过起征点20000以上各段，使用不包含break的switch语句 k=income/20000; switch(k){ default: tax+=(income-100000)*0.45;income=100000; case 4: tax+=(income-80000)*0.40;income=80000; case 3: tax+=(income-60000)*0.35;income=60000; case 2: tax+=(income-40000)*0.30;income=40000; case 1: tax+=(income-20000)*0.25;income=20000; } } if(income>5000){ //收入超过起征点20000以下各段，使用并列的if语句 tax+=(income-5000)*0.20; income=5000; } if(income>2000){ tax+=(income-2000)*0.15; income=2000; } if(income>500){ tax+=(income-500)*0.10; income=500; } tax+=income*0.05; cout<<\"应征所得税：\"< 循环控制变量使用要点 循环语句中的循环控制变量最好不要参加运算，即使参加也只能参加不改变其本身值的运算，如习题2.11求完全数解答中的求某数的因子的运算不会改变原数的值。这是规范的做法。除前面常见错误小节中举的读文件的例子外，下面再看同步实验练习5.2求水仙花数学生的解法： #include 《C++程序设计》教学指导书 17 } for(j=0;j<=2;j++){ //将该数分解为各位数字，并求各位数字的立方和 a[j]=i%10; i=i/10; k=k+a[j]*a[j]*a[j]; } if(i==k) cout< 成了死循环，原因是循环变量参加的运算改变了循环变量本身的值。应该添加一个变量m来代替i参加将该数分解为各位数字的运算。 #include 学生在初学编程时，对题目提出的各种条件应如何实现心中无数，必须多加指点。如穷举法采用循环，对须剔除的情况，应在循环体内用条件语句实现，并使用continue语句，不可用break。有同学将附加条件放在循环条件中，当然出错。例如：0到4五个数字，组成五位数，每个数字用一次，但十位和百位不能为3（当然万位不能为0），输出所有可能的五位数。 #include n=i*10000+j*1000+k*100+l*10+m; cout< 《C++程序设计》教学指导书 18 } } } } return 0; } 学生往往会把排除条件放在循环条件中，不知道应放在循环体中，并用continue跳过，不再输出。如（为了简单，不考虑每个数只用一次）： int main(){ int i,j,k,l,m,n,count=0; for(i=1;i<=4;i++) for(j=0;j<=4;j++) for(k=0;k<=4&&k<>3;k++) //k到3循环就停止，4没做 for(l=0;l<=4&&l<>3,l++) //同上 for(m=0;m<=4,m++){ n=i*10000+j*1000+k*100+l*10+m; cout< 标准流文件结束符的使用 例2.13采用函数 int cin.get()，当键盘输入Ctrl+z时它可以返回文件结束符EOF，即-1，其后输入的内容全部忽略。但是Ctrl+z必须在的一行的开头输入，否则Ctrl+z被忽略。而函数cin.get(字符变量)中的字符变量（实参）不能取得文件结束符，并发生输入流出错，以后跳过该语句，进入死循环（参见第9章）。但可以如下使用： cout<<\"输入一段文本（无空行）：\"< 函数cin.get(字符变量)的返回值是该输入流对象cin的引用（参见第九章），该函数作为循环条件放在while语句中，实际是以函数的返回值流对象cin的引用作为循环条件，当键盘输入Ctrl_z后，标准输入流结束，循环条件为假，循环结束。详见本指导书第九章的解释。 实践教材实验四范例2也可同样处理： while(cin.get(c)){ //c必须为字符型 switch (c){ case '0': case '1': case '2' :case '3' :case '4': case '5': case '6': case '7' :case '8': case '9': 《C++程序设计》教学指导书 19 } } nDigit++; break; case ' ': case '\\n': case '\': nWhite++; break; default: nOther++; break; 这两题的源代码在教学资源例题源代码Ex_2_13_1和同步实验范例源 代码Exp_4_2_1中。 图解法阅读程序 程序设计能力的培养包括两个方面：编写程序能力和阅读程序能力。图解法在读懂程序方面可以带来很大方便，跟踪程序执行，实际上是填写变量表格完成的。参照的解答。 图解法分析算法——Fibonacci级数 是已知Fibonacci级数的公式来编程的，如果不知道，可以用图解法。安排四个变量：兔子总数s，成年兔数a，一月兔数b，初生兔数c；则由下图可以得到具体算法。下图每一个变量的内存图中列出的数据从右到左按月变化，绘制时也可以从左到右按月变化，比变量表格方便。 321100a:成年兔211010b:一月兔321101c:初生兔853211d:兔子总数a=a+b;//本月成年兔为上月一月兔与成年兔之和b=c; //本月一月兔数量为上月初生兔c=a; //本月初生兔数量为本月成年兔（每对生一对）s=a+b+c; //本月兔总数代入初值：a=0; b=0; c=1; 就可以进行递推。 第二种考虑，安排三个变量：本月兔子总数i，上个月兔子总数j，前个月兔子总数k，前个月兔子总数恰好是本月可生育兔子的数量，即本月新生兔子数量，所以本月兔子数等于上月兔子数加前月兔子数之和。列出递推算法，即： k:前月总数321100j:上月总数532110i:本月总数853211 k=j; //新的一个月来临，应将原前个月的兔子总数更新为原上个月的总数 《C++程序设计》教学指导书 20 j=i; //原上个月的兔子总数更新为原本月的总数 i=j+k; //新的一个月最终兔子总数为上月兔子数加前月兔子数之和 与Fibonacci级数的公式一样。 第二种考虑方式，也可以安排两个变量：本月兔子总数m，上个月兔子总数n。进入新的一月，新本月兔子数等于原本月兔子数m加原上月（可生育）兔子数n之和，新本月兔子总数放入临时变量temp，更替上月兔子数为原本月兔子数，再用temp更新本月兔子数。列出递推算法，即： temp=m+n;n=m;m=temp; 以上3种方式，列在前面的更加易读易懂。 数字与数字串 例2.23为什么要用字符输入二进制序列，不用数字，学生不理解。教师应加说明，对应数字，cin输入数字串是自动转换为数字的，也就是本例题的算法已经包含在cin对象中。 也可以输入数字，变成字符保存，参见下例：请输入一组数字，它们是一字符串的ASCII码，将它们转换为字符串保存。 #include 约瑟夫问题求解过程 n 个人围坐成一圈，从 1 开始顺序编号；游戏开始，从第一个人开始由 1 到 m 循环报数，报到 m 的人退出圈外，问最后留下的那个人原来的序号。 《C++程序设计》教学指导书 21 1Jose[8]1数组元素值为1代表在局182以数组取代11环形队列11731011数组下标取115代序列编号111i=(i+1)%800出局 参见上图，本题首先要定义一个数组，其元素个数为n（n定义为常变量，以便定义数组）。数组下标代表参加者编号，由0开始。数组元素的值标识该人是否出局，1在圈内，0出局。值为0的元素不参加报数。 数组是线性排列的，而人是围成圈的，用数组表示要有一种从数组尾部跳到其头部的技巧，即下标加1除以n求余数。 可用一个整型数k做计数器，采用倒计数，记录留下的人数。 上图n=8，m=4，i为数组下标，代表参加者编号。数组右二图表示2人出局，左图3人出局，注意下标i加到8因求余运算自动回到0。 #include } else i=(i+1)%n; //否则仅下标加1，寻找下一个有效数组元素 } } k--; } cout<<\"最后留下的是第\"< while(1){ if(jose[i]==1)//元素值为1，该员在局 if(j==m){//报数到m，元素清0，退出 jose[i]=0; cout< for(k=n;k>=1;k--){ j=0; while(1){ if(jose[i]==1){ j++; if(j==m){ jose[i]=0; cout< 教学目的 函数是作为C++程序的基本模块出现，使大学生具备有关函数较全面的知识，对变量的作用域和存储方式有深刻理解，重点与难点是递归算法。了解和使用多文件组织、工程文件及运行库函数。 《C++程序设计》教学指导书 23 建议学时安排 授课5学时，习题1学时 函数定义与调用，函数的参数传递，返回值及函数声明，全局变量与局部变量，函数调用机制。2学时。 函数的递归调用。2学时。 函数重载，默认变元，内联函数。1学时。 作用域，变量的存贮类型，生命期与可见性。1学时。 教学方法提示 要求讲出面向对象的特色，即对数据的操作总是封装在函数中，一个函数描述一种操作。不要完全按模块思想讲。也是让学生处于面向对象程序设计的氛围中。这样第4章的教学会顺利一些。 本章有两个重点：函数的基本使用方法和函数的递归调用。 函数的基本使用方法要求熟练掌握，特别是传值、在函数中重新分配内存的思想，一定要讲透彻。教材中画了不少堆栈内存分配图，就是为了帮助学生理解。这个思想有了，局部变量，生命期等等非常重要的思想都很容易理解。当然在教学中，后者也进一步帮助学生理解在栈中重新分配内存的思想，相辅相成。 其实在面向对象的程序设计中对函数参数的传递的要求大大降低，绝大多数情况下，直接访问数据，如同在第2章main()函数中描述算法。 全局变量与局部变量、作用域与存储类型是对函数的深入理解，这些知识对函数的安全应用是关键的，对第4章封装性的理解也是重要的基础。 关于块域有一点需要说明：在VC++中，只认花括号，for语句括号表达式中定义的变量在for语句之外仍有效，如在for语句外加花括号，则只在for语句之内有效。所以不要按C语言的习惯，在for语句括号表达式中定义控制变量。 递归调用是一个难点，学生学习起来会有困难。其表述则非常简单，写出来的程序易读易懂。但学生自己编就会错误百出，还是不善于模仿，授课时要让同学多模仿。有错不怕，只有遇到挫折，解决了，才会有成就感，就会信心大增。有些问题用递归设计算法非常简单，用其他方法则十分困难甚至现在编不出来。但也要指出递归消耗了大量的内存空间和运行时间，可用Fibonacii例演示，把它改成计算前40项，就非常明显，耗时按指数上升。并与第二章的递推法Fibonacii例运行相比较。要指出：递归法中循环是隐式的，递推法中循环是显式的。 函数的一些高级议题是为第4章服务的，仅选用了与之相关的内容。 函数重载与第4章中的运算符重载是面向对象程序设计的关键技术之一。在教学次序上现在是尽可能前移，原因之一是模板（参数化程序设计）教学已经大大前移，而模板必须使用重载。 《C++程序设计》教学指导书 24 默认变元（参数）在构造函数中应用非常频繁，其他方面也是常用的。一个参数只能在一个文件被指定一次默认实参，习惯上，默认参数在公共头文件包含的函数声明中指定，否则默认实参只能用于包含该函数定义的文件中的函数调用。 内联函数的本意是：在源程序中原地扩展。在普通的面向过程程序设计中原地扩展是调用处有一份副本，好像宏一样；在第4章类对象定义处可看作原来使用指针指向共享的一份成员函数，现在是原地扩展，自己有一份的副本。但内联只是一个建议，编译器有权决定是否这样做。 头文件与多文件结构可简单地讲一下，学生自学为主，称为泛读。应用是很多的，主要是在后面的应用中掌握。 本书中有两个呼应，课堂教学与实验呼应，实验滞后一些，同时起复习巩固作用；另一个就是课本中前后内容呼应，不指望学习一次完成。这样对学生效果要好一些，教师要辛苦一些。 疑难解答 静态变量 静态局部变量何时建立的是一个有趣的问题。实际上在生命期的教学内容中已经指出：静态生命期（Static extent或Static storage duration）指的是标识符从程序开始运行时就存在，具有内存空间，到程序运行结束时消亡，释放内存空间。所以与全局变量一样是程序开始运行时建立，如有显式初始化，则在第一次进入该静态局部变量所在局部域时进行唯一的一次初始化。 内存分配图 使用内存分配图来分析函数调用的结果是很有效的，参见下面的例子： .6 设有函数说明如下： int f(int x, int y){ return x%y+1; } 假定a=10,b=4,c=5,下列语句的执行结果分别是 （1） 和 （2） 。 (1) cout< amain()域:10xf(a,b)域：10xf(a,c)域：10bc5f(a,b)返回值3f(a,c)返回值14y4return x%y+1;y5return x%y+1; （2）答案：5 《C++程序设计》教学指导书 25 amain()域:10bc5xf(f(a+c,b),f(b,c))返回值：5yreturn x%y+1;54f(f(a+c,b),f(b,c))域：xf(a+c,b)域：xf(b,c)域：415y44return x%y+1;y5return x%y+1; .7下列程序的输出结果分别为 （1） 和 （2） 。 (1) #include void f(int j){ static int i=a; //注意静态局部变量 int m,n; m=i+j; i++; j++; n=i*j; a++; cout<<\"i=\"< 《C++程序设计》教学指导书 26 a全局域:main()域:jf(b)域：jf(a)域：232123bi静态f()域：1232mni*j=2*3=6ni*j=3*3=9 3i+j=1+2=3mi+j=2+2=4 答案： i=2 j=3 m=3 n=6 (f(b)域和静态f()域：对应蓝色) i=3 j=3 m=4 n=9 (f(a)域和静态f()域：对应绿色) a=3 b=2 (2) #include float sqr(float a){return a*a;} float p(float x,int n){ cout<<\"in-process:\"<<\"x=\"< 《C++程序设计》教学指导书 27 main()域:p(2.0,13)8192x*sqr(p(x,n/2)第1层()域：n13x2.0p(2.0,6)sqr(p(x,n/2)第2层()域：n6x2.0p(2.0,3)x*sqr(p(x,n/2)第3层()域：n3x2.0p(2.0,1)x*sqr(p(x,n/2)第4层()域：n1x2.0p(2.0,0)128第5层()域：n0x2.0 答案： in-process:x=2 n=13 in-process:x=2 n=6 in-process:x=2 n=3 in-process:x=2 n=1 in-process:x=2 n=0 8192 调用树的使用 用递归法求解Fibonacii数列。递归调用过程用内存分配图表示是困难的，因为这使用了两分支的调用，如下图，随层数的递增，内存分配在翻倍。画到Fib(4)已经很困难。 fib4域：fib:2+1=3n:4fib3域：fib:1+1=2fib2域：fib:1+0=1fib:1fib1n:1n:2fib:0fib0n:0n:3fib1域：fib:1n:1fib2域：fib:1+0=1fib1域：fib:1n:1n:2fib0域：fib:0n:0 《C++程序设计》教学指导书 28 而教材中采用调用树描述则明了得多。这里画到了fib(5)。 fib(1) 1 0 fib(0)fib(2) 1 1 fib(1)fib(1) 1 1 0 fib(0)fib(1) 1 0 fib(0) 2 fib(3)fib(2)fib(2) 1 1 fib(1)fib(4) 3 2 fib(3) 5 fib(5) 图中的带箭头的曲线表示程序运行的过程，向上是调用（递推），向下是返回（回归），函数名旁标的数字是函数返回值，填写时从树的末端开始，那里的值是确定的，不再调用自己（递归终止），逐步向根部填写，即数值是在返回时产生。 ，那里的加圈的数字表示打印的次序，排序是由带箭头的曲线，即程序运行的过程决定的： 3.15 下面递归函数执行结果是什么？ 1) void p1(int w){ int i; if(w>0){ for(i=0;i 答：用调用树来解答，如下图，注意打印是在递归调用之前： P1(0)按照打印语句： for(i=0;i 2) void p2(int w){ 3P1(2)2P1(3)1P1(4)《C++程序设计》教学指导书 29 int i; if(w>0){ p2(w-1); for(i=0;i 答：用调用树来解答，如下图，注意打印是在两次递归调用之间： P2(0)1P2(0)P2(1)2P2(0)3P2(0)P2(1)P2(0)5P2(0)P2(1)6P2(0)7P2(0)P2(1)P2(0)9P2(0)P2(1)10P2(0)11P2(0)P2(0)13P2(0)P2(0)15P2(0)P2(1)P2(2)P2(1)14P2(1)P2(2)P2(2)P2(2)412P2(3)P2(3)8P2(4) 按照次序和打印语句，可得输出为： ① 1 ② 2 2 ③ 1 ④ 3 3 3 ⑤ 1 ⑥ 2 2 ⑦ 1 ⑧ 4 4 4 4 ⑨ 1 ⑩ 2 2 ⑾ 1 ⑿ 3 3 3 ⒀ 1 ⒁ 2 2 ⒂ 1 3) void p3(int w){ int i; if(w>0){ for(i=0;i } cout< 答：用调用树来解答，如下图，注意打印是在两次递归调用之前： P3(0)4P3(1)3P3(2)P3(-1)P3(0)P3(0)5P3(1)P3(-1)P3(0)7P3(1)P3(-1)P3(0)2P3(3)6P3(2)1P3(4) 按照次序和打印语句，可得输出为： ① 4 4 4 4 ② 3 3 3 ③ 2 2 ④ 1 ⑤ 1 ⑥ 2 2 ⑦ 1 4) void p4(int w){ int i; if(w>0){ for(i=0;i 答：如下图用调用树解答，注意打印是在递归调用之前和之后各一次： 1P4(4)8 按照次序和打印语句，可得输出为： 《C++程序设计》教学指导书 31 ① 4 4 4 4 ② 3 3 3 ③ 2 2 ④ 1 ⑤ 1 ⑥ 2 2 ⑦ 3 3 3 ⑧ 4 4 4 4 输出运算符（插入运算符<<）的讨论 参见教材例3.12： cout<<”\\n4!=”< 4 3 2 4！=24 1 1 2 6 24 为什么“4！=”后出现？ 插入运算符是左移运算符重载而来，是左结合。插入运算符可以连续使用是因为其返回的是输出流本身。虽然输出时是从左往右依次输出，但内部的计算次序是另一回事。编译时确定从最左边开始调用和计算，全部算完，再输出。执行时是先算函数值，然后再从左到右输出各表达式的值。所以例4.12是先算阶乘，后输出“4！=24”。 但不能分成两句： cout<<”\\n4!=”； cout< 计算是先右后左。请看下一条输出语句： cout<<”\\n4!=”< 3 2 1 4 3 2 4！=24 3！=6 1 1 2 1 6 2 6 24 或者说，先从右到左的次序把表达式算出来，放到待输出的位置上，再从左到右依次输出。参看下例： int main(){ int a=5; cout<<++a<<’\’< 为什么第一次a已变为6，第2次却还是5？ 该例子先安置a（计算a，a也是表达式），后计算++a；如果++a与a换位， 《C++程序设计》教学指导书 32 似乎应是输出：5 6 6，实际是：6 6 6。 再参看一例： int a=2,b=3,c=4; a=b=c=5; 结果a,b,c全为5，而不是a为3，b为4，c为5。道理是一样的：从右开始计算。 默认参数函数 一个参数只能在一个文件中被指定一次默认实参，习惯上，默认参数在公共头文件包含的函数声明中指定，否则默认实参只能用于包含该函数定义的文件中的函数调用。 注意，默认实参可以在定义中，也可以在声明中制定： #include for (; loops>0; loops--); } int main(){ delay(100); cout<<\"延时100个时间单位\"< #include void delay(int loops=1000){ //延时函数,默认延时1000个时间单位 for (; loops>0; loops--); } int main(){ delay(100); cout<<\"延时100个时间单位\"< 默认实参可以分数次完成，但一个参数也只能指定一次默认实参，并且 《C++程序设计》教学指导书 33 是从右向左添加： int fun2 (int, int , int =20); ……//A域，使用fun2()含一个默认实参 int fun2 (int, int =10, int); ……//B域，使用fun2()含两个默认实参 int fun2 (int=5, int , int); ……//C域，使用fun2()含三个默认实参 默认实参并不一定是常量表达式，可以是任意表达式，甚至可以通过函数调用给出。如果默认实参是任意表达式，则函数每次被调用时该表达式被重新求值。但表达式必须有意义；如： int k=8; //k的值后面可以改变 float fun1(int); …… void fun2(float x=fun1(k)); 每次默认调用fun2()时，都会调用fun1()，为x取得一个值。 第四章 类与对象 教学目的 建立类与对象的概念，建立函数也可以是数据成员之一的思想，从封装不易有副作用（易读易懂易维护）和软件的可再利用两方面使学生了解建立类与对象的必要性。逐步培养学生从实际问题抽象出类的能力。 建议学时安排 授课7学时，习题1学时 类与对象，构造函数和析构函数。2学时。 引用与复制构造函数，成员对象与构造函数。2学时。 运算符的重载，友元。2学时。 结构、静态数据成员，面向对象程序组织与WINDOWS实现。1学时。 教学方法提示 如果说前面是铺垫，那么现在是全面进入面向对象程序设计的教学，前面学的东西在这里应用和深化。本章主体内容分两部分：定义和概念，应用。 定义和概念这部分看起来没有难点，但内容多，大量概念堆砌，讲透不容易。实际上课程中安排了三个环节来完成教学。第一步是教材中的类和对象的基本概念，构造函数与析构函数，讲解时先给结论，道理作为补充说明。第二步是引用和复制构造函数，以及成员对象与构造函数（直接给出构造函数的固定格式，必须用此格式）。第三步是运算符重载，也就是在应用中加深理解，包括引用、复制构造函数、复制赋值运算符，都在应用中理解。 以上内容都是格式的讲解，只需学生照样去做。 《C++程序设计》教学指导书 34 在本章中复制构造函数与复制赋值运算符是属于按成员语义定义的，可以默认产生，并不困难。特别要求学生掌握的是在什么情况下调用复制构造函数。除了在复制定义（复制方式初始化）对象时使用外，更多使用在函数参数按值传递和函数按值返回时，书上已有说明，这里强调的是：如果按引用传递和返回，则不使用复制构造函数。 聚合（aggregation），也就是使用成员对象的编程方法，在面向对象程序设计中是很重要的，而且使用起来非常方便。比起派生的复杂性，聚合的最大优势是无难点，所以在本教材中是用得多，说得少，可以说是篇幅与重要性并不相符。 在本章中提出了逻辑上和物理上两个概念，希望能帮助学生理解。逻辑上的东西对编程者是直接的，应该讲按这个概念来理解面向对象就可以了。物理上的是进一步的，锦上添花，对希望知之更深一些的同学是不可少的。对象的存储方式讲的是物理上的概念，从本书有关存储的内容安排，应不难理解。在复数运算符重载中，参数为同类的对象时可直接用点号访问私有数据，而不用公有函数，有物理上的存储概念就容易解释。静态函数却是纯逻辑概念，物理上一样，逻辑上不同。对学生而言，逻辑上的概念更重要。 本章中有大量的格式，格式是没商量的，只有照做。千万不要创造。如习题9类型强制转换，有同学认为不合理，不愿模仿，改了一下，结果当然错了。 从本章起凡是规范的面向对象的例题看上去都很庞大，但新内容或关键部分只是其中几个函数，讲解时只重点讲这几个函数。一个庞大的环境留在那里可以让同学始终处于面向对象的氛围中，让他们潜移默化——面向对象就是这样编程，教师千万不可也批评太繁复。 复数运算符重载是本章的重点，这是学生第一次接触C++核心技术，绝不能因学生中学未学复数（如江苏高中教学大纲要求，但高考不考）而降低要求。这里应是全章讲得最细的地方，包括成员函数方式和友元函数方式。 运算符重载是面向对象C++程序设计所特有的（面向过程的C程序设计无此功能），本书用复数类为第一个实用的例子，就是它显示了面向对象的优势：可以用象实数运算一样的算式来进行复数运算。这一点C语言是做不到的。 所谓用友元函数来重载运算符，实际上是用的与特定类无关的函数来重载运算符，采用友元是为了可以直接访问类的私有成员，更方便一些。也就是说重载运算符的两种方法是：成员函数和非成员函数。 采用友元函数还有两个原因。第一，应用方便，运算符具有交换性（这在自定义的复数中已很清楚）。第二，不需要修改原定义该运算符的类，如插入（<<）和提取（>>）运算符重载是不允许修改标准输入输出流类库中的定义的，也就是不可添加成员函数，必须用友元函数。 但是并非所有运算符都可以用友元函数表示，除了教材上所指出的赋值运算符=外，函数调用运算符()、下标运算符[]、成员访问运算符->也必须使用成员函数。 《C++程序设计》教学指导书 35 最后必须指出：只能重载已有的运算符，不能创造新的运算符！否则系统给出语法错。 单目运算符后“++”的成员函数重载方式如下： Complex Complex::operator++(int){ return Complex(Real ++, Image++); } 采用友元方式则必须使用引用，因为被施加“++”运算的是一个参数。仍以友元函数重载后置“++”为例： friend Complex operator++(Complex & c , int) { //注意友元方式与前者的区别 return Complex(c.Real++ , c.Image++) ; } 采用引用类型，后“++”是直接施加于实参。否则施加于副本，而实参不变。 必须指出在返回值Complex(Real ++, Image++)中，构造函数是用++前的值来建立无名对象，所以在表达式中参加运算的是原来的值。 到本章学习后，学生对数据，操作（函数），就会有进一步的理解。“会当凌绝顶，一览众山小”，这时学生的信心会提高。 教学的难点就在前面的这4章，学生如果进了门，后面按部就班地学习，一般问题不会太大。就怕前4章卡壳，后面积重难返。 Windows操作系统是面向对象的，C++的事件驱动消息传递是由操作系统实现的。请教师讲清楚。 疑难解答 默认的构造函数 只要定义了一个构造函数，系统不会再生成默认的构造函数，需自己定义。另外类对象数组只能定义时按元素调用默认的构造函数建立。学生都容易疏忽。这些是规定，规定是没商量的，计算机只认规定不讲道理，要提醒同学。 对于指定了全部默认实参的默认的构造函数，必须在类定义中指定默认值，否则认为是普通的构造函数。如例4.2的类定义中有： Rectangle(int l=0, int t=0, int r=0, int b=0); //构造函数，带默认参数，默认值为全0 即使把该例的三个组成文件合并，也必须在类定义中指定默认值。但把主函数中的 Rectangle rect; //调用默认的构造函数 改为： Rectangle rect(10); // 调用普通的构造函数 就可以在类外说明构造函数时指定。但系统不认为是默认的构造函数，并且最多用到3个默认值。 聚合的复制构造函数 教材例4.6的复制构造函数如下： student(student& stu):id(stu.id){ e< } 注意：参数总表只有一个同类对象的引用作为参数，而冒号后成员对象的参数名表也只有一个实参，是总表参数对象的对应成员对象。 在教材中指出构造函数冒号后的部分是属于函数体的，所以那里是调用成员对象的构造函数，参数是实参。但学生往往疏忽，要多提示几次。到派生类的构造函数，也有同样的表达方式。 C++类的构造函数的作用的讨论 在各种参考书中，C++类的构造函数的作用大致可以分为两种说法： 1．当对象建立好之后，对对象进行初始化。 2．创建一个对象，并进行初始化。 那末究竟哪一种说法正确？当定义一个对象的时候，系统究竟是先为对象分配存储空间，然后再调用构造函数，还是直接调用构造函数，然后在执行构造函数语句初始化对象之前为对象分配内存空间？简单地说，就是为对象分配存储空间究竟是在构造函数的外部实现还是在内部实现？ 从物理上讲，对于对象中没有动态分配的资源，第一种说法是正确的。系统按语义给各数据成员分配内存空间，构造函数对这些数据成员进行初始化。 构造函数的引入首先就是为了解决类对象的私有数据初始化问题，采用构造函数进行初始化是C++的标准方法。同时因为C++是由C发展而来的，为了与C语言兼容，当类对象的数据成员全部为公有时也可以不用构造函数做具体的初始化，方法是在对象名后加“=”加“{}”，在花括号中顺序填入全体数据成员的初始值（与C语言结构的初始化相同），但建议不要用这种方法。 按C++的标准方法，建立一个对象总是要调用构造函数，哪怕该构造函数是由系统生成的，任何工作都没有做。从语法上（逻辑上）可以讲，调用构造函数创建一个对象，并进行初始化。这样在教学上解释起来可能比较方便。如在4.5节例4.8中： return Complex(Real+d , Image) ; 这里调用Complex类的构造函数，物理上是建立一个无名对象并用该构造函数进行初始化。如果教学时从语法上讲调用Complex类的构造函数，建立一个无名对象，可能更简洁。从语法上讲只要调用一次构造函数，就建立一个对象，对象可以没有名字，生命期结束时自动析构，但不代表物理过程。 定义对象初始化时也可以把构造函数显式表示出来，如教材中的例子： CGoods Car1= CGoods(“夏利2000”,30,98000.0); 教学时从语法上讲调用CGoods 类的构造函数建立了Car1，同样很简洁。 更进一步，构造函数不仅完成数据成员的初始化，它还应该进行类对象所需的动态资源的分配等等，在语法上也可以认为构造函数最终建立了一个完整的类对象。 在第10章异常处理中抛出异常对象，也是在异常类后加“()”表示该类的无名对象，语法上讲就是调用构造函数建立一个对象 所以，第二种说法是从语法层面出发的，从语法上讲是正确的，但并不代表计算机运行的物理过程。本教材第二版在涉及物理过程时，采用第一种说法。在与语法相关的教学中采用第二种说法。不过，作为高级语言程序设 《C++程序设计》教学指导书 37 计的教学，过于追究此问题，就失之穿凿了。 类型的转换 将其他类型的变量或对象转换为本类型的对象是由相应的构造函数完成的，前提是对应的构造函数必须存在，如要将实数转换为复数，必须有一个参数为实数的构造函数。特别指出，在参数类型不完全匹配时，赋值兼容是由系统自动调用相应的构造函数实现的。因为转换总是在参数中完成，即使是赋值，例如实数赋值给复数也是作为赋值运算符的参数，所以将其他类型的变量或对象转换为本类型的对象总是由系统自动调用相应的构造函数隐式完成的。而且只有传值调用复制副本才会进行转换。无需转换时调用复制构造函数，需要转换时调用对应的构造函数。当然const引用调用同样会进行转换。 本类型的对象转换为其他类型的变量或对象，必须定义一个类型转换成员函数，这个转换是不会自动完成的，必须显式调用。如第4章习题9将人民币类转换为浮点数。 函数返回值时也会转换。不转换时调用复制构造函数制作副本。如果已经已经显式调用某一构造函数，则使用该构造函数，不会再调用复制构造函数。如是返回引用，则不会转换。 引用的讨论 在面向对象的C++程序设计中要淡化指针的应用，最终指针仅用作纯地址，本章的引用就是替代指针的方法之一。引用的教学中有一些问题解答如下： 不存在引用的引用，请见下式： int a,&b=a,&c=b; 并非b是a的引用，c是b的引用，而是b和c都是a的引用；以上定义仅仅是表达传递过程，而不是定义引用的引用，不存在引用的引用。 &作为说明符表示引用，仅用于变量和函数的形式参数与返回值类型说明。&符号还用作运算符（取地址&，按位与&和与运算&&）。如下有变量和函数说明： double a, b; void swap(double &d1,double &d2); 调用时必须写：swap(a,b); 不可写：swap(&a,&b); 因为后者的实参不是a,b的引用，而是a,b的地址。 正因为不存在引用的引用，我们才能定义多种意义的&来说明引用，否则必须定义一个专用的引用说明符。 函数返回值类型为引用时，被引用的量不能是该函数内定义的局部量。参见下例： int a; int & fun(){return ++a;} //A int & fun(){return a++;} //B 表面上看A，B两行都返回表达式，都是错的。但A行正确，因为++a是先++，a的内容先加1，返回的是全局变量a。B行错误，因为a++是在一份临 《C++程序设计》教学指导书 38 时变量中，表达式完成后，再修改a，返回时运算没有结束，返回的是临时变量。 因为数组的引用不存在，所以实参为数组时，不能用引用。但这并没有什么可遗憾的，因为下一章指出，数组名传递的是数组存储的首地址，并没有在函数中建立一个新的数组。要是有数组引用的定义存在，反而重复了。 const引用 引用在内部存放的是被引用对象（或变量）的地址，不可寻址的值（包括字面常量）是不能引用的；当引用作为形参时，实参也不能使用不可寻址的值，更不可能进行类型转换（如：实数转换为整数）。但是const引用不同，它是只读的，为了绝对保证不会发生误改，编译器实现引用时，生成一个临时对象，引用实际上指向该临时对象，但用户不能访问它。所以const引用可以实现不可寻址的值（包括字面常量）的引用，例如： const int &ri=1024; 是正确的，没有const是错误的。再如下例完成了类型转换： double dval=1024; const int &ri=dval; 是正确的，编译器将其转换为： double dval=1024; int temp=dval; const int &ri=temp; 因有临时对象，引用和类型转换都实现了。 当const引用作为形参时，产生了实参的一个副本，并能进行类型转换（如例4_8后的说明和例4_8_1：调用构造函数将实数转换为复数）。有类型转换时与传值调用一样是调用对应的构造函数完成类型转换的。必须提醒，当类型完全匹配时，尽管这里有副本，与不加const的引用一样，都不调用复制构造函数。换句话说，这里建立副本是用的其他技术。 这里所谓的用其他技术实现的只能是按语义复制，也就是第七章中的浅复制，编译器不可能知道具体的形参类型有何特殊复制要求。但是这一点不必过分担心，因为加const编译器发现修改形参就认为出错，编译通不过，制作副本是双保险，第七章中指出的浅复制的问题不会出现。 const引用作为形参，形参类对象是const对象（见），不能访问非const的成员函数，不能通过那些成员函数修改对象的属性（成员数据）。如果那样做，编译器会指出：不能把this指针（见第五章）从指向const对象转换为指向普通的对象引用。但是如果成员数据是公有的，直接用非成员函数修改成员数据，编译器在编译时是不会发现错误的。或者成员数据是私有的，但用友元函数去修改成员数据，编译器同样不会发现错误。所以良好的封装对面向对象的程序设计是重要的。 函数返回值与返回引用 注意：这里与通常的提法不一样。通常的提法是“函数可以有返回值”和“引用可以作为返回值”，该提法不严格，引用与值是两个不同概念。这里采用与函数调用完全对应的提法。 通常函数可以返回一个值，格式为：return 表达式； 《C++程序设计》教学指导书 39 与函数的传值调用类似，既然是一个值，返回时就必须为它设置一个变量承载该值，该变量建立在调用该函数的表达式域中，是一个无名的临时变量，它对编程者是透明的，所以不需要名字。如果返回的是类对象的值，则必须调用复制构造函数，以该类对象的数据成员为初始值，建立一个无名临时对象。参见下例： Complex Complex::operator+(Complex c){ Complex Temp(Real+c.Real , Image+c.Image) ; return Temp; } //显式说明局部对象 隐式调用复制构造函数建立无名临时对象。但并非所有情况都调用复制构造函数，参见下两例： Complex Complex::operator+(Complex c){ mage) ; //显式说明局部对象 return Complex(Temp.Real,Temp.Image) ; } 调用构造函数建立无名临时对象。 Complex Complex::operator+(Complex c){ return Complex(Real+c.Real , Image+c.Image) ; } 同样调用构造函数建立无名临时对象。只要已经显式给出调用那一个重载的构造函数，那就使用那个最匹配的构造函数。 表达式域是局部域的一种。实际上表达式中每一步运算产生的中间结果都放在无名临时局部变量中以参加下一步运算。可参见节例7.9简单的算术表达式的运算。 函数也可以返回引用。直接由引用变量参加调用该函数的表达式的运算，不再使用那个无名临时变量过渡。该方式在技术处理上，与引用调用类似，仍保留无名临时变量，但其中中放的是temp的地址。不产生副本，效率提高了。 在采用引用返回方式时，返回的变量必须在主调函数域中有效，所以不能用被调函数中的局部变量，如用了，通常编译器会给出一个警告，这个警告是不可忽视的。引用返回最常用变量的是由引用参数传递过来的变量（见例4.5），其次是全局变量，这样返回的变量地址是有效的。 返回引用是常用的，但不是所有情况都可以用。例如复数中+运算符的重载，返回值的生命期必须在调用的表达式中，返回对象本身，产生一个符合要求的临时对象。而返回对象的引用，因为参加运算的对象本身不变，变化的是局部的中间变量，而该中间变量的生命期仅在函数中，不合引用返回的要求。其实所有类中，+、-、*、/等有类似要求的运算符重载都不适用于引用返回。 引用返回是C++高级语言层次上的概念，或者说逻辑上的概念。在底层实现或物理上，它与返回一个指针是等效的。返回指针的值，即返回地址。返回引用也是返回一个地址，从这个意义上说，返回引用是返回值的特例。 传值调用与引用调用讨论 传值调用永远是主流，因为它的隔离作用，可以避免副作用，实参不会 《C++程序设计》教学指导书 40 被误修改。引用调用，可以修改实参的值，除非要修改实参的值，或必须在原变量上而不是在副本上进行操作（如两数据交换、赋值操作符的重载、在二叉树上添加新结点）。即使必须使用引用，也要小心副作用，尤其是那些仅在特殊情况下出现的副作用。 在实验十~十二中分数类的私有成员函数——通分函数是一个很好的例子。那里有三个不同的通分函数，下面做一个比较。 第一个是实验十第2题中的，通分实现的是本分数类对象与由形参分数类对象b传递实参分数类对象的通分，必须返回通分后的形参b。 fraction fraction::makeCommond(fraction b){ int temp; reduction();//约分本对象 b.reduction();//约分形参对象 above*=b.below; b.above*=below; temp=below*b.below; below=b.below=temp; return b;//返回通分后的形参 } 调用方式参见下列加法函数： fraction fraction::add(fraction b){ fraction temp; b=makeCommond(b); //通分 temp.above=above+b.above; temp.below=below; temp.reduction(); //约分 return temp; } 除使用时不太顺眼，还要加一个赋值运算外，是完美的，无副作用。 第二个是实验十一第4题中的，所有成员函数全部采用引用调用。 void fraction::makeCommond(fraction& b){ int temp,t1,t2; reduction(); b.reduction(); t1=above*b.below; t2=b.above*below; /*这里必须用t1和t2过渡，否则当分数对象a与自己通分时会出问题，如求f1==*/ temp=below*b.below; below=b.below=temp; above=t1; b.above=t2; } 该通分函数应该是最规范的，其调用也最简单，但是编写时必须十分小心，因为潜在的副作用仅在分数对象与自己通分时发生，很难想到要用t1和t2过渡。调用方式如下： 《C++程序设计》教学指导书 41 fraction fraction::add(fraction& b){ //如果参数采用(const fraction& b)，通分函数不必用t1、t2过渡 fraction temp; makeCommond(b); //通分 temp.above=above+b.above; temp.below=below; temp.reduction(); //约分 return temp; } 第三个是实验十二第5题中的， void fraction::makeCommond(fraction& b){ int temp; reduction(); b.reduction(); above*=b.below;//与实验十一第4题相比，未用t1和t2过渡 b.above*=below;//但使用t1和t2过渡更好 temp=below*b.below; below=b.below=temp; } 因为分数类的所有接口函数全部用传值调用，未用t1和t2过渡，但欠规范。调用方式如下： fraction fraction::operator +(fraction b){ fraction temp; makeCommond(b); //通分 temp.above=above+b.above; temp.below=below; temp.reduction(); //约分 return temp; } 矩形类讨论 在同步实验十二 3．阅读与理解 中有一个定义： typedef struct tagRECT { LONG left; LONG top; LONG right; LONG bottom; } RECT; 这是C语言定义结构的老格式，这种方式定义的结构类型名tagRECT 和RECT意义是完全一样的，互为别名。Windows开始定义RECT结构时使用的还是C语言。 CRect类的成员函数operator+和operator- 有多个重载函数，如参数是CPoint或CSize类型，则移动矩形；如是CRect类型，则扩展（缩小）矩形。对加法，扩展时是被加数矩形的左上角坐标与加数矩形的左上角坐标相减， 《C++程序设计》教学指导书 42 而被加数矩形的右下角坐标与加数矩形的右下角坐标相加，即在两个方向上扩展。如要取得同步实验十二 2．范例+和+=的结果，必须定义加数矩形的左上角坐标为(0,0)。 要理解，第一，学生必须亲自使用这些函数，即实践出真知，这一条原则在整个C++学习中都是最基本的。第二，要按座标位置画这些矩形的变化。 VC++与标准名字空间 对标准名字空间的支持是不完备的，对于C++标准库中新的头文件、