数据结构.docx

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数据结构

Ch1GotoC++

1.1CharacteristicsofC++

Structuredprogramming（language）

BASIC,PASCAL,C,etc

Pocedure-orientedprogramming（language）

Object-orientedprogramminglauguage:

VB,VC,C++,Java,

Delphi,PowerBuilder,etc.

改变

现实世界中，任何事物都可以从属性和行为两方面加以描述。

摸仿

计算机世界类=数据+函数

成员成员

修改

类：

class一组对象，或对象（具体事物的集合）集合。

数据（成员）：

datamember事物属性的模拟。

函数（成员）：

functionmember事物行为的模拟，也称为方法。

事物的属性通过行为来改变。

C++是目前最流行的一种具有OOP思想的OOP语言，主要有三个特点：

（1）Encapsulation

封装性：

通过类的定义，将数据和函数结合起来，以保护数据，封装将数据隐藏起来，只有几个关键函数可以存取数据。

（2）Inheritance

继承性：

可以在既有类（baseclass基类）的基础上定义新类（derivedclass派生/导出类），而不需要把既有类的内容重新写一遍。

新类中可以重新定义基类中的函数成员，也可以加进新的数据成员和函数。

（3）Ploymorphism

多态性：

类等级中同一方法的多种形态。

不同的对象接受同一消息，调用同一函数的不同版本，一个函数多个版本。

如：

overloadedfunction,templatefunction,virtualfunction.

/*为了学好C++，必须要改变多年来一直认为是标准程序设计的思维方法，改变那种读取数据，适当处理，输出结果即可完成编程目的的结构化程序设计思想*/

1.2TransformingfromCtoC++

除少量例外，C++是C的超集。

C++程序以.Cpp或.cxx作为extensionname.

1.2.1IdentifiersandKeywords

（1）标识符以字母或下划线打头，长度不限。

（2）Borland/TurboC++只能识别前32个（文件名为8个）字符。

（3）C++对大小写字母有区别。

Xyz,Xyz,XYZ是三个不同的标识符。

（4）C++中新增关键字：

Catch,class,const,delete,friend,inline,new,operator,private,protected,public,template,this,throw,try,virtual

以上单词在C中可以作为标识符，但在C++中是关键字。

（5）因C++标准库常使用下划线开始的标识符，尽量要避免使用下划线开始命名标识符。

1.2.2DeclarrationStatements

C++中声明语句可放在任何位置，只要在变量引用前即可，而C中，一定要在程序或函数的前面声明所有变量。

Voidmain（）

{

inti,number;

i=10;

number=100;

intnumber=9;

do{

……

}while（num<0）;

For（unsignedintn=2;n<=number/2;n++）

{

floatx,y;

……

}

}

C++中，一个块声明的变量仅在本块内有效。

1.2.3Operators

{C的全部运算符}U{：

：

，new,delete}U{overloadedoperators}

用户自定义运算符

1.2.4PeculiarInput/OutputStatements

C中printf（“…%d…”，…，A，…）；//C++中也有效

Scanf（“%d”,&A）;//C++中也有效若A为实数，则须将%d改为%f

C++增加的输入输出操作称为streaminput（流输入）和streamoutput（流输出）。

相应的operqtors是cin和cout，使用时程序中必须有语句：

#include

注：

cin和提取运算符>>配合使用，cout和输入运算符<<配合使用。

#include

Voidmain（）

{

Inta=4,b=9;

Floatx=3.14,y=2.0;

Charc;

Cout<<”pleaseinputacharacter:

”;

Cin>>c;

Cout<<”a=”<

Cout<<”x=”<

}

运行pleaseinputacharacter:

k

a=4b=9

x=6.28

107

另C++中还可实现对串操作的整体操作

Chars[];

Cin>>s;

Cout<

1.2.5PrototypeandDeclarationsofFunction

C++中，必须在调用函数之前对函数进行原型声明，除非定义在调用之前。

其形式为：

函数类型函数名（参数类型1，…，函数类型n）;

Voidmain

{

……

Intsqr（int）;//函数原型声明

……

}

intsqr（intm）

intsqr（m）

{

intm;//在C中正确但在C++中不允许

……

{

……

}

}

注：

C中，下列三种情况下，可以不事先作函数声明

（1）函数值是整型或字符型；

（2）定义在调用之前；（3）在文件开头，所有函数的外部说明了被调用函数的原型。

1.2.6StructuredTypes

在C语言中，enum、struct、union所定义的变量类型可以和同一作用域类的typedef可定义的变量名相同，因在C中，枚举、结构、联合在使用时要加上前缀enum、struct、union。

Typedefintptra;//此程序段在c中正确，而在C++中错误

Stuctptra

{

inta;

Flaotb;

Charc;

};

Ptrax;//在C中创造一个int类型稍作改动

Typedefintptra;

Voidmian（）

{

Structptra

{

Inta;

Floatb;

Charc;

};

Ptrax;//在C中x是int型，在C++中x是ptra结构

……

}

1.2.7sizeofOperator

Sizeof运算符的返回值在C和C++中有所不同。

在C中，Sizeof（c）等价于Sizeof（int）

Charc=’y’;

在C++中，Sizeof（c）等价于Sizeof（char）

在C中等价于sizeof（int）

EnumHAO{A,B,C};sizeof（A）

在C++中等价于sizeof（HAO）

综上所述，C与C++存在好多不兼容的地方。

1.3NewFeaturesofC++

1.3.1Remarks

C++中有两种注释：

（1）/*注释*/注释多于一行时好用，C中就是这样

（2）//注释只有一行注释时好用

1.3.2ConstantType

Const类型标识符=表达式；

ConstfloatPI=3.1416;//类似于C中#definePI3.1416

ConstintN=0;

Intp=9;

Constintpl=p*2;

一个变量一旦被const夹声明，其值就不能被修改。

intn1=N;√

N=8;╳

N++;╳

1.3.3ExplicitTypeConversions

（类型）操作数//C中方式

C++中类型转换有两种方式

类型（操作数）//C++的另一种方式

转换原则与C语言相同。

Char,short→int

int→unsigned→long→unsignedlong→double

flaot→double*/

1.3.4ScopeResolutionOperator

Externalvariables将被同名的internalvariables屏蔽。

访问被屏蔽的外部变量，可以使用作用域分辨符“：

：

”

#include

Intx=0;

Voidmain（）

{

Cout<<”x1=”<

Intx=8,y=9;

Cout<<”x2=”<

Cout<<”x3=”<<:

:

x<

:

:

y=3;//出错

}

注：

作用域分辨符仅可访问全局变量。

1.3.5InlineFunctionsandMacro

传统的函数调用

函数A

调用函数A；

调用函数A；

当函数很小又反复使用时，传统调用处理现场（调用、返回）开销会很大、为克服此缺点，C++使用内联函数，格式如下：

Inline函数类型函数名（参数列表）

{

函数体；

}

注：

（1）调用内联函数的地方以函数体取代。

函数A;

函数A;

内存

（3）内联函数须定义在调用之前。

#include

Inlineintfax（inti）

{

Return++I;

}

Voidmain（）

{

Inta=0,b=7;

a+=fax（b）;

cout<

}

（3）带参数的宏和内联函数和红相似

#defineabs（n）（（n）<0?

-（n）:

n）

Inlineintabs（intn）{returnn<0?

-n:

n}//ternaryoperator

但二者有区别：

调用内联函数由编译器处理（compile）；

调用宏由预处理器（preprocessor）做扩展。

1.3.6ParameterDefault

C++中可为函数参数设初值。

若有语句：

Floatpow（intn,floatm,doublex=-1,inty=0）;

则以下调用语句等价

Pow（3,2,3,-1,0）

Pow（3,2,3,-1）

Pow（3,2,3）

注：

（1）编译器按从左到右的顺序将实参与形参结合。

（2）参数缺省按从左向右顺序进行。

Voidfonc（intx,charc=’a’,floatm）//错误

#include

Voidmain（）

{

doublex=2.4;

doubleabc（doublef,intn=2）;//隐含计算fn=f2;

cout<

Cout<

}

Doubleabc（doublef,intn）

{

Doubletemp=t;

For（inti=2;i<=n;i++）

Temp*=f;

Returntemp;

Passbyaddress传址（按地址传送）

Passbyvalue传值（按值传递）

注：

C++中参数传递方式

Passbyname传名（按名传递）

Passbyreference引用传递

1.3.7ReferenceType

引用类型的声明：

类型&引用名=变量名；//&引用运算符

如：

intx=b;

Int&px1=x;//px1本是不是一个变量，只是变量X的一个别名

//px1和x代表同一个内存单元

Int&px2=px1//变量X的另一个别名，而不是px1的别名

对上述说明，若有：

Px1=5则x=5,px1=5,px2=5

Px2=7则x=7,px1=7,px2=7

X=6则x=6,px1=6,px2=6

注：

（1）引用类型的实质

Intnum=0;

Int&fnum=num;//&引用运算符

Int*pnum=#//&取地址运算符

//&逻辑位与，|逻辑位或，^逻辑异或

0xff4

（num的地址）

0xff4

Int*pnum=#

pnum

Int&fnum=num;

fnum

0

Intnum=0;

num

名内存单元

（2）引入引用的主要目的是建立各种不占有实际空间的虚实体，它作为函数参数时，

保证把实体的地址而不是实体本身传给函数，使人觉得直接而实在（和指针—地址相比）。

#include

Voidmain（）

{

Intx=0;

Intf1（int*）;//指针作为参数

Intf2（int&）;//引用作为参数

Cout<<”x=”<

f1（&x）;//passbyaddress

Cout<<”x=”<

f2（x）//passbyreference

cout<<”x=”<

}

Intf1（int*px）

{

*px+=10;

}

Intf2（int&xx）

{

xx+=10；

}

输出结果：

x=0

x=10

x=20

1.3.8PointersandconstMondifer

1.Nowritingpointers

禁写指针/指针常量/长指针=恒指向某一地址时指针

格式如下：

数据类型*const指针变量名；

若有：

intr=6,b=2;

int*constpr=&r;

则：

*pr=10;√//r的值为10，指针被禁写，但其间接引用未被禁写

pr=&b;╳

2.Nowritingindirectreference//禁写实体

const数据类型*指针变量名；//指向常数的指针

若有：

intx=5,y=9;

constint*px;

px=&x;//合法，此时*px==5

px=&y;//合法，此时*px==9

*px==10;//非法

3.Nowritingbothofpointersandindirectreferences

const数据类型*const指针变量名；

constint*constpx=&x;

//px是一常指针，它指向—禁写实体，并且指针本身也被禁写

px=&变量名；//非法

*px=……//也非法

…

x

…

Px

x

x

1.3.9FunctionOverloading

函数重载是C++实现多态性的一种机制（还有函数模板，类模板两种）。

C++中可有如下函数定义：

//求两个数的最大值

intmain（intx,inty）//version1

{

returnx

y:

x;

}

floatmax（floatx,floaty）//version2

{

returnx

y:

x;

}

doublemax（doublex,doubley）//version3

{

returnx

y:

x;

}

以上三个函数在同一作用域时，就是函数重载（C中肯定会错）。

若有：

floatm1=4.3,m2=2.6;

则max（m1,m2）指调用version2

注：

使用重载函数必须要求：

（1）函数名相同；

（2）参数个数不同或至少一个参数类型不同。

doublecount（intn）;

doublecount（intn,charc）;

1.3.10TypeParameterizing

实现多态性的另一种方法是使用genericity（类属—类型参数化）。

C++将类属实现为模板。

template//函数模板，写代码比函数重载简单

typemax（typex,typey）

{

return（x

y:

x）;

}

为使用函数，须将模板参数实例化。

将模板参数实例化的函数称为模板函数（templatefunctiong）

显示模板函数隐式模板函数

template

typemax（typex,typey）

{

return（x

y:

x）;

}

floatmax（float,float）;

voidmain（）

{

max（2.6,3.0）;//解释为double

max（1.5,2）;//错误实例化具有三义性

max（4,3）;//解释为int

}

template

typemax（typex,typey）

{

return（x

y:

x）;

}

floatmax（float,float）;

voidmain（）

{

max（2.6,3.0）;

max（1.5,2）;

max（3,4）;

……

}

隐式模板函数的类型参数只有在调用时才能确定，且按最先遇到的实参类型隐含地生成以一个模板函数。

例：

求若干个数的和

#include

#include

template

Tsum（T*array,intsize=0）

{

Ttotal=0;

for（inti=0;i

total+=array[i];

returntotal;

}

intintarr[]={1,2,3,4,5};

doubledouarr[]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5};

voidmain（）

{

inttotal=sum（intarr,5）;

doubledtotal=sum（douarr,5）;

cout<

cout<

}

注：

对inttotal=sum（intarr,5）首先用intarr去初始化T类型。

intarr为整形数组，是一个指向int类型的指针，因而将原型解释为：

intsum（int*array,intsize=0）;

即将T解释为int，而不是int*。

△函数模板适用于：

函数名相同，算法相同，参数个数也相同的问题

函数重载适用于：

函数名相同，算法相同，但参数个数或类型不相同的问题。

1.3.11DynamicMemoryAllocation

calloc（）//calloc（n个，字节数）

C语言进行动态分配的三个函数malloc（）//malloc（字节数）

free（）//free（指针名）

C++提供new和delete运算符动态创建和撤消存储对象。

C++提供new和delete运算符动态创建和撤消存储对象

1.newOperator

new有三种用法：

（1）new类型//分配系统定义的基本类型实体

（2）new类型（表达式）//动态分配的同时进行初始化

（3）new类型【表达式】//动态分配数组（连续的若干个单元空问）

int*ptr1;

char*ptr2;

float*ptr3;

ptr1=newint;

ptr2=newchar;

ptr3=newfloat（2,0）;

*ptr1=7;

*ptr2=’a’;

int*p=newint[8];

inti=2;

int*p1=newint[i][3][4]//为多维数组分配空间时，每一维的界值都不能省略

structcode

{

intn;

code*next;

};

code*pcode;

pcode=newcode;

pode→n=1;

pcode→next=NULL;

2.deleteOperator

单目运算符，其作用是释放new分配的存储空间，格式为：

delete指针名；//deleteptr3;deletepcode;

delate[]p;//释放P所指向的数组存储区

delete[大小]p;//释放p所指向的制定个数的连续单元

作业：

阅读有关C和C++书籍，理解本章所讲内容。

上机实验：

验证本章所讲内容。

ch2ClassesandObjects

本章介绍C++中最基础、最重要的概念，他们是OOP的实质和精华之一。

2.1DefiningaClass

改变

现实世界中，任何事物都可以从属性和行为两方面加以描述。

摸仿

计算机世界类=数据+函数

成员成员

修改

客观世界中的事物都可以从属性与行为两个方面来认识：

class是对客观世界中事物的模仿；

class是对一组具有相同属性和行为的对象的描述；

class可以说是一种类型；

object是类型的实例，object是一个变量。

2.1.1DefinitionofaClass

C++中，用datamembers来描述事物的properties/attributes,用functionmembers来描述事物的behaviors/methods.将两者encapsulate在一起就是一种abstractdatastructure—class，其定义格式如下：

class类型名

{

private:

私有成员声明//只有本类中的成员函数才可以访问

Public：

公有成员声明//外界的非成员函数也可以访问

}；

x

函数y（）

private：

私有成员

public：

f（）

……

例：

定义一个统计某厂产品情况的类product，其特征为：

属性：

产品名称，产品型号，产品数量；

方法：

输出一个产品的特征（属性）。

classproduct

{

private:

//可以省略

char*pname;

char*pnod;

public:

voidpdput（）;

};

注：

（1）类成员的隐含访问权限（Accessauthority）是私有的；

（2）private和public出现的顺序不固定；

（3）关键字class可用struct代替，代替后的类称为结构体，C++中结构体也可以有成员函数（特殊的类），与class类型的