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第0章 作为一种职业途径的计算机科学 1

概述 2

0.1 为什么计算机科学或许是适合你的正确领域 2

0.1.1 选择计算机科学专业的理由 2

0.1.2 计算机科学家的特质 3

0.2 大学经验：可选择的计算机学科和专业 4

0.2.1 计算机科学 4

0.2.2 计算机工程 5

0.2.2 信息系统 5

0.2.3 信息技术 5

0.2.4 软件工程 6

0.2.5 多学科专业 6

0.3 工作机会 7

0.3.1 在美国和世界上的需求 8

0.3.2 对代表性不足群体的需求 8

0.3.3 依然在地平线上的新职业 8

第1章 计算机、问题求解和编程引论 10

1.1 计算机概述 11

1.1.1 早期的计算机 11

1.1.2 计算机分类 12

1.1.3 共享计算机资源 12

本节练习 13

1.2 计算机硬件 13

1.2.1 存储器 14

1.2.2 主存储器 15

1.2.3 辅助存储器 15

1.2.4 中央处理器 16

1.2.5 输入／输出设备 17

1.2.6 计算机网络 17

1.2.7 万维网 18

本节练习 19

1.3 计算机软件 19

1.3.1 操作系统 19

1.3.2 应用软件 21

1.3.3 编程语言 21

1.3.4 面向对象编程 22

本节练习 23

1.4 处理高级语言程序 24

1.4.1 执行程序 25

本节练习 26

1.5 软件开发方法 26

本节练习 28

1.6 应用软件开发方法 28

案例研究——将英里转换为千米 28

本节练习 31

1.7 计算机程序员的职业道德 31

1.7.1 隐私与数据滥用 31

1.7.2 计算机黑客 31

1.7.3 抄袭和盗版软件 32

1.7.4 计算机资源的滥用 32

本节练习 32

本章复习 33

快速自测练习 33

复习题 34

快速自测练习答案 35

第2章 C＋＋概述 36

2.1 C＋＋语言元素 37

2.1.1 注释 37

2.1.2 编译器指令：＃include 38

2.1.3 名称空间std 39

2.1.4 函数main 39

2.1.5 声明语句 40

2.1.6 可运行语句 40

本节练习 41

2.2 保留字和标识符 42

2.2.1 保留字 42

2.2.2 标识符 42

2.2.3 大写和小写字母 43

本节练习 44

2.3 数据类型和声明 44

2.3.1 数据类型 44

2.3.2 string类 46

2.3.3 数据类型的目的 47

2.3.4 声明 47

2.3.5 常量声明 48

本节练习 49

2.4 可运行语句 50

2.4.1 内存中的程序 50

2.4.2 赋值语句 50

2.4.3 输入／输出操作 51

2.4.5 输入语句 52

2.4.6 程序提示 53

2.4.7 return语句 55

本节练习 55

2.5 C＋＋程序的通用格式 56

2.5.1 程序中的注释 57

本节练习 58

2.6 算术表达式 58

2.6.1 操作符／和％ 59

2.6.2 混合类型表达式的数据类型 60

2.6.3 混合类型赋值语句 61

2.6.4 使用多个操作符的表达式 61

2.6.5 在C＋＋中编写数学公式 64

案例研究——超市硬币处理器 64

本节练习 67

2.7 交互模式、批模式和数据文件 69

2.7.1 输入重定向 69

2.7.2 输出重定向 70

本节练习 71

2.8 常见编程错误 71

2.8.1 语法错误 72

2.8.2 运行时错误 73

2.8.3 未检测到的错误 73

2.8.4 逻辑错误 74

本章复习 74

快速自测练习 76

复习题 76

编程项目 77

快速自测练习答案 80

第3章 使用函数和类做自顶向下设计 81

3.1 依据现有信息构造程序 82

案例研究——计算圆的面积和周长 83

案例研究——计算一批平面垫圈的重量 85

本节练习 88

3.2 库函数 89

C＋＋库函数 90

展望未来 92

本节练习 92

3.3 自顶向下设计和结构图 93

案例研究——画简单图形 93

本节练习 94

3.4 无参数函数 94

3.4.1 函数原型 95

3.4.2 函数定义 96

3.4.3 程序中函数的位置 97

3.4.4 函数执行顺序 97

3.4.5 使用函数子程序的优点 99

本节练习 100

3.5 带输入参数的函数 101

3.5.1 带输入参数的无返回值函数 102

3.5.2 带输入参数和单返回值的函数 103

3.5.3 带有多个参数的函数 106

3.5.4 参数／参量列表对应关系 107

3.5.5 函数数据区 107

3.5.6 使用驱动模块测试函数 108

本节练习 108

3.6 名称的作用域 109

本节练习 110

3.7 借助类扩展C＋＋：使用类string 111

3.7.1 string类 111

3.7.2 声明string对象 112

3.7.3 读取和显示string对象 112

3.7.4 字符串赋值和拼接 113

3.7.5 操作符重载 113

3.7.6 点表示法：调用函数length和at 113

3.7.7 用于单词处理操作的成员函数 114

3.7.8 将子字符串赋值给string对象 114

本节练习 115

3.8 计算机图形简介（选读） 116

3.8.1 窗口的组成 116

3.8.2 绘制矩形 119

3.8.3 绘制圆、椭圆和弧线 120

3.8.4 饼图和填充椭圆 124

3.8.5 在绘图上添加文本 126

本节练习 127

3.9 常见编程错误 127

分别测试函数子程序 129

本章复习 129

快速自测练习 131

复习题 131

编程项目 132

快速自测练习答案 135

第4章 选择结构：if和switch语句 137

4.1 控制结构 138

4.2 逻辑表达式 138

4.2.1 使用关系和相等操作符的逻辑表达式 139

4.2.2 使用逻辑操作符的逻辑表达式 140

4.2.3 操作符优先级 141

4.2.4 在C＋＋中编写条件 143

4.2.5 比较字符和字符串 144

4.2.6 布尔赋值 144

4.2.7 书写bool值 145

4.2.8 使用整数表示逻辑值 145

本节练习 146

4.3 if控制语句简介 147

4.3.1 带有两个备选方案的if语句 147

4.3.2 带有从属语句的if语句 147

4.3.3 使用字符和字符串的if语句条件 148

4.3.4 if语句的格式 149

本节练习 150

4.4 使用复合备选语句的if语句 151

4.4.1 跟踪if语句 152

本节练习 153

4.5 算法中的决策步骤 154

案例研究——使用函数解决工资发放问题 154

4.5.1 有关标识符作用域的提醒 160

4.5.2 在结构图中添加数据流信息 160

4.5.3 述评——软件开发方法 160

本节练习 161

4.6 检查算法的正确性 161

本节练习 162

4.7 嵌套if语句和多项备选抉择 162

4.7.1 嵌套if语句和一系列if语句的比较 163

4.7.2 编写嵌套if作为多个备选抉择 164

4.7.3 条件的顺序 165

4.7.4 逻辑表达式的短路计算 167

本节练习 168

4.8 switch控制语句 169

4.8.1 适宜地使用break 171

4.8.2 嵌套if语句与switch语句的比较 171

4.8.3 使用switch语句选择备选函数 171

本节练习 172

4.9 常见编程错误 173

本章复习 174

快速自测练习 176

复习题 177

编程项目 178

快速自测练习答案 182

第5章 重复和循环语句 184

5.1 计数循环和while语句 185

5.1.1 while语句 186

5.1.2 while语句语法 187

本节练习 188

5.2 使用循环累加和与乘积 189

5.2.1 数字连乘 191

5.2.2 复合赋值运算符 192

本节练习 192

5.3 for语句 193

5.3.1 增量和减量操作符 195

5.3.2 异于一的增量和减量 197

5.3.3 显示值表 198

本节练习 198

5.4 条件循环 200

5.4.1 使用减量控制变量的循环 200

案例研究——监视石油供应 201

5.4.2 零迭代循环 203

5.4.3 更通用的条件循环 204

本节练习 205

5.5 循环设计和循环模式 205

5.5.1 哨兵控制循环 206

5.5.2 计算平均值 209

5.5.3 标志控制循环 209

本节练习 210

5.6 do-while语句 211

本节练习 214

5.7 while、for、do-while循环复习 215

本节练习 216

5.8 嵌套循环 217

本节练习 218

5.9 调试和测试程序 220

5.9.1 使用调试器 221

5.9.2 无调试器的调试 221

5.9.3 差一错误 222

5.9.4 测试 222

本节练习 222

5.10 图形程序中的循环（选读） 223

5.10.1 动画 224

本节练习 227

5.11 常见编程错误 227

本章复习 229

快速自测练习 232

复习题 233

编程项目 234

快速自测练习答案 239

第6章 模块化编程 240

6.1 值参和引用参数 241

6.1.1 传值调用和引用调用参数 243

6.1.2 void函数能够返回结果 244

6.1.3 什么时候使用引用参数或值参 244

6.1.4 值参与引用参数的对比 245

6.1.5 值参提供的保护 245

6.1.6 再谈参量／参数列表的对应关系 245

本节练习 247

6.2 使用输出和输入参数的函数 248

本节练习 253

6.3 函数的逐步设计 254

案例研究——通用和与平均值问题 254

6.3.1 程序中标识符的多次声明 260

本节练习 261

6.4 与函数一起使用对象 261

本节练习 263

6.5 调试和测试程序系统 263

6.5.1 自顶向下测试和桩模块 263

6.5.2 自底向上测试和驱动程序 263

6.5.3 程序系统调试技巧 264

6.5.4 标识符作用域和观察窗口变量 265

6.5.5 黑盒与白盒测试 265

本节练习 266

6.6 递归函数（选读） 266

本节练习 268

6.7 常见编程错误 269

本章复习 269

快速自测练习 270

复习题 271

编程项目 272

快速自测练习答案 278

第7章 简单数据类型 279

7.1 常量再探讨 280

7.1.1 ＃define编译器指令 280

本节练习 281

7.2 数值数据类型的内部表示 281

7.2.1 定点和浮点数据类型 281

7.2.2 整数类型 282

7.2.3 浮点类型 282

7.2.4 数值文字量的类型 282

7.2.5 整数类型和浮点类型的取值范围 282

7.2.6 数值的不精确性 283

7.2.7 混合类型：提升 284

7.2.8 类型转换 284

7.2.9 类型强制转换 284

本节练习 285

7.3 字符数据和函数 286

7.3.1 一些有用的字符函数 287

本节练习 289

7.4 bool类型数据和逻辑表达式 289

7.4.1 求逻辑表达式的反 289

7.4.2 bool类型函数 290

7.4.3 bool类型数据的输入和输出 291

本节练习 292

7.5 枚举类型 293

7.5.1 字符与枚举成员值 294

7.5.2 包含枚举类型的比较 294

7.5.3 整数类型之间的区别 295

7.5.4 读和写枚举类型值 295

7.5.5 枚举类型声明的位置 297

7.5.6 作为强制转换操作符的枚举类型 297

本节练习 298

7.6 迭代逼近 299

7.6.1 函数参数 299

案例研究——求解根的二分法 300

本节练习 304

7.7 使用char类型数据控制图形程序（选读） 305

7.7.1 生成随机数 307

7.7.2 为随机数生成器提供种子 307

本节练习 308

7.8 常见编程错误 308

本章复习 310

快速自测练习 310

复习题 311

编程项目 312

快速自测练习答案 318

第8章 流和文件 319

8.1 标准输入／输出流 320

8.1.1 一次读取一个字符 325

本节练习 325

8.2 外部文件 326

8.2.1 交互式处理与批处理 326

8.2.2 外部文件的目录名称 326

8.2.3 将流附加到外部文件上 327

8.2.4 函数copyLine 329

8.2.5 换行字符细解 329

8.2.6 在文件流中使用getline 330

本节练习 331

8.3 将外部文件用于程序间的通信 332

案例研究——准备工资单文件 332

本节练习 336

8.4 深入探讨读取字符串数据 336

8.4.1 使用ignore跳过换行字符 337

本节练习 338

8.5 输入／输出操作算子 339

本节练习 340

8.6 常见编程错误 341

本章复习 342

快速自测练习 343

复习题 343

编程项目 344

快速自测练习答案 349

第9章 数据结构：数组和结构 350

9.1 数组数据类型 351

9.1.1 数组声明 351

9.1.2 数组初始化 353

9.1.3 数组下标 354

本节练习 356

9.2 顺序访问数组元素 356

9.2.1 字符串和字符数组 359

本节练习 360

9.3 数组参数 361

9.3.1 数组元素作参数 361

9.3.2 传递数组参数 362

本节练习 364

9.4 读取部分数组 365

本节练习 367

9.5 搜索和排序数组 367

9.5.1 找到数组中的最小值 367

9.5.2 数组搜索 369

9.5.3 以升序排序数组 370

本节练习 371

9.6 分析算法：大O表示法 372

9.6.1 搜索算法分析 373

9.6.2 排序算法分析 373

本节练习 374

9.7 多维数组 374

9.7.1 声明二维数组 375

9.7.2 初始化二维数组 376

9.7.3 处理二维数组的嵌套循环 376

9.7.4 二维数组用作函数参数 376

9.7.5 拥有多个维的数组 377

本节练习 378

9.8 结构数据类型 379

9.8.1 声明结构类型和结构类型变量 379

9.8.2 访问结构成员 380

本节练习 381

9.9 作操作数和参数使用的结构 382

9.9.1 结构复制或赋值 382

9.9.2 作为参数传递结构 382

9.9.3 读取结构 383

9.9.4 结构用作函数结果 384

9.9.5 引用参数的效率 384

本节练习 384

9.10 结构数组 385

本节练习 387

9.11 作为字符数组的字符串（选读） 388

9.11.1 声明和初始化字符数组 388

9.11.2 读取和写入字符数组 388

9.11.3 用于字符数组的一些有用函数 389

本节练习 390

9.12 使用数组的图形程序（选读） 390

9.12.1 绘制多边形 390

9.12.2 绘制网格 392

本节练习 395

9.13 常见编程错误 396

本章复习 397

快速自测练习 398

复习题 399

编程项目 401

快速自测练习答案 405

第10章 用户自定义类 408

10.1 类定义和使用 409

10.1.1 counter类 409

10.1.2 counter类的类定义 410

10.1.3 文件counter.h中的编译器指令 412

10.1.4 使用counter类 412

10.1.5 文件CounterTest.cpp中的编译器指令 413

本节练习 414

10.2 类的实现 415

10.2.1 构造函数 416

10.2.2 访问器和修改器函数 416

10.2.3 文件counter.cpp中的编译器指令 417

本节练习 417

10.3 类和对象使用规则小结 418

10.3.1 对象是类的实例 418

10.3.2 公有与私有访问的对比 418

10.3.3 类和成员函数定义语法 418

10.3.4 结构和类的比较 420

10.3.5 项目文件和单独编译 420

10.3.6 数据、结构和类的结合 421

10.3.7 函数重载和多态 421

本节练习 421

10.4 类用作操作数和参数 422

本节练习 423

10.5 分数类 424

10.5.1 fraction类的设计 424

10.5.2 使用类fraction 425

10.5.3 类fraction的实现文件 426

本节练习 428

10.6 circle类 429

10.6.1 设计circle类 429

10.6.2 使用circle类 431

10.6.3 类circle的实现文件 431

本节练习 433

10.7 一个简单的字符串类 433

10.7.1 类simpleString的设计 433

10.7.2 类simpleString的定义 434

10.7.3 测试类simpleString的成员函数 435

10.7.4 类simpleString的实现文件 436

本节练习 438

10.8 一个存款账户类 439

案例研究——使用存款账户类 439

本节练习 444

10.9 常见编程错误 444

本章复习 446

快速自测练习 447

习题 447

编程项目 448

快速自测练习答案 451

第11章 数据抽象与面向对象设计 452

11.1 模版类 453

11.1.1 模版类的定义 453

11.1.2 模版类的实现 456

11.1.3 支持单独编译的编译器指令 458

本节练习 458

11.2 索引列表 458

11.2.1 索引列表类的需要 458

11.2.2 索引列表类的分析与设计 459

11.2.3 使用indexList类 461

本节练习 463

11.3 实现索引列表类 464

本节练习 468

11.4 面向对象设计 469

11.4.1 面向对象设计方法论 469

案例研究——E-mail提供商的地址簿 469

本节练习 480

11.5 操作符重载与友元 481

11.5.1 操作符重载 481

11.5.2 友元 482

本节练习 483

11.6 vector类 484

11.6.1 向量与数组 485

11.6.2 向量函数 485

11.6.3 通过迭代器访问向量 486

11.6.4 标准算法 487

11.6.5 在E-mail地址簿案例中使用向量 487

本节练习 490

11.7 常见编程错误 491

本章复习 492

快速自测练习 492

复习题 493

编程项目 494

快速自测练习答案 497

第12章 递归 499

12.1 递归的本质 500

12.1.1 递归问题与解答的性质 501

本节练习 501

12.2 跟踪递归函数 502

12.2.1 跟踪一个递归函数 502

12.2.2 以反序显示字符 503

12.2.3 用于函数调用的栈 505

12.2.4 C＋＋中的参数栈实现 507

本节练习 507

12.3 递归的数学函数 507

本节练习 511

12.4 以数组为参数的递归函数 512

案例研究——二叉搜索 513

本节练习 516

12.5 问题的递归求解 516

案例研究——汉诺塔 516

12.5.1 迭代函数与递归函数的比较 520

本节练习 521

12.6 常见编程错误 521

本章复习 522

快速自测练习 522

复习题 522

编程项目 523

快速自测练习答案 524

第13章 指针与动态数据结构 526

13.1 指针与new操作符 527

13.1.1 用指针来访问数据 528

13.1.2 指针操作 529

13.1.3 数组指针 529

13.1.4 指向结构体的指针 530

本节练习 532

13.2 操纵堆 532

13.2.1 作用于堆上的new操纵结果 532

13.2.2 把内存单元返回给堆 533

本节练习 534

13.3 链表与list类 534

13.3.1 结点声明 534

13.3.2 结点连接 535

13.3.3 在链表中插入结点 535

13.3.4 在链表头插头结点 536

13.3.5 在链表尾插入结点 537

13.3.6 删除结点 537

13.3.7 遍历链表 537

13.3.8 环形链表与双向链表（可选） 539

13.3.9 list类 539

本节练习 541

13.4 抽象数据类型——栈 542

13.4.1 C＋＋的stack类 542

13.4.2 实现stack模版类 544

13.4.3 实现栈操作 546

13.4.4 测试栈 547

本节练习 548

13.5 抽象数据类型——队列 548

13.5.1 C＋＋的queue类 549

13.5.2 实现队列 549

本节练习 553

13.6 二叉树 553

13.6.1 二叉搜索树 554

13.6.2 搜索二叉搜索树 554

13.6.3 构建二叉搜索树 555

13.6.4 显示二叉搜索树 556

本节练习 557

13.7 二叉搜索树抽象数据结构 557

13.7.1 二叉树类的设计 557

13.7.2 二叉树类的实现 559

本节练习 562

13.8 二叉搜索树的效率 563

本节练习 564

13.9 常见编程错误 564

本章复习 565

快速自测练习 565

复习题 567

编程项目 568

快速自测练习答案 570

第14章 使用进程和线程的多处理 572

14.1 多任务处理 573

14.1.1 线性与并行编程 573

14.1.2 共享时间的多任务处理 574

14.1.3 抢占多任务处理 574

14.1.4 时间片与并行性 575

14.1.5 并发编程 576

本节练习 576

14.2 进程 576

14.2.1 创建一个进程 577

14.2.2 等待进程 579

14.2.3 从一个进程中运行另一个程序 579

本节练习 581

14.3 进程间通信与管道 581

14.3.1 管道 581

14.3.2 使用管道 582

14.3.3 使用标准输入进行进程间通信 583

14.3.4 演示父进程与子进程之间的通信 584

本节练习 587

14.4 线程 587

14.4.1 创建一个线程 587

14.4.2 线程同步化 589

14.4.3 互斥锁 590

14.4.4 死锁 593

本节练习 595

案例研究——线程演示 595

14.5 常见编程错误 604

本章复习 605

快速自测练习 606

复习题 607

编程项目 607

快速自测练习答案 608