Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Алгоритмизация и программирование на языке С++. Ч.1. Учебник
.pdf
№ 4700
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИКОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ ИВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
Университет науки итехнологий МИСИС
Кафедра инженерной кибернетики
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ
ИПРОГРАММИРОВАНИЕ
НАЯЗЫКЕ С++
Учебник
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2023
УДК 004.438
А65
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. кафедры моделирования
в экономике и управлении С.В. Никифоров (РГГУ);
канд. техн. наук, доц. НИТУ МИСИС С.В. Громов
Андреева, Ольга Владимировна.
А65 Алгоритмизация и программирование на языке С++.
Часть 1 : учебник / О.В. Андреева, А.И. Широков. – Москва : Издательский Дом НИТУ МИСИС, 2023. – 219 с.
ISBN 978-5-907560-77-2
Содержит материал для изучения основ алгоритмизации и начального знакомства с программированием на языке С++ в рамках курса «Алгоритмизация и программирование». Многочисленные примеры в учебнике написаны и отлажены в трех средах
разработки С++.
Предназначен для студентов 1-го курса института ИТКН, а также для самостоятельного изучения студентами других специальностей.
ISBN 978-5-907560-77-2
УДК 004.438
Андреева О.В.,
Широков А.И., 2023
НИТУ МИСИС, 2023
Введение ......................................................................5
1. История и стандарты С++ ..........................................6
2. Среды разработки С++ и написание первой
программы ...................................................................9
2.1. Начало разработки программ в среде Dev C++ ....... 11
2.2. Начало разработки программ в среде
Visual Studio 2022 ....................................................15
2.3. Начало разработки программ в среде OnlineGDB ... 26
3. Переменные и типы данных ..................................... 29
3.1. О понятии «переменная» .................................... 29
3.2. Основные типы данных С++ ............................... 31
3.3. Литералы ......................................................... 42
4. Операции (выражения) ............................................ 47
5. Ввод-вывод данных ................................................. 54
5.1. Ввод-вывод с использованием потоков STL ........... 54
5.2. Ввод-вывод с использованием функций в стиле С ... 60
6. Инструкции выбора ................................................ 63
7. Циклы .................................................................. 76
8. Массивы .............................................................. 102
8.1. Указатели, ссылки и массивы ........................... 102
8.2. Алгоритмы обработки одномерных массивов ...... 106
8.3. Обработка двухмерных массивов ....................... 125
8.3.1. Ввод-вывод двумерных массивов ................. 125
8.3.2. Типовые алгоритмы двухмерного массива..... 129
9. Функции ............................................................. 154
Задания для самостоятельного выполнения .................. 168
Заключение ............................................................. 184
Библиографический список ........................................ 185
4
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ИПРОГРАММИРОВАНИЕ НАЯЗЫКЕ С++
Приложение 1. Директивы препроцессора .................. 189
Приложение 2. Типизация языков программирования ... 198
Приложение 3. Приоритет и ассоциативность
операций С++ ........................................................... 209
Приложение 4. Использование функции вычисления
степени и сравнение алгоритмов по эффективности
(времени выполнения) ............................................... 212
Развитие общества сегодня определяется внедрением компьютерных технологий в разнообразных областях деятельности человека. Навыки использования таких технологий
обеспечивают конкурентоспособность специалистов самых
разных специальностей. Знакомство с современными технологиями разработки и реализации программно-алгоритмического обеспечения делают более осознанным участие в реализации компьютерных систем на всех этапах жизненного
чикла. Очевидно, что у специалистов, непосредственно занятых в разработке и внедрении компьютерных технологий,
навыки программирования и алгоритмизации должны быть
освоены на высоком уровне.
Настоящий учебник содержит описание методов и средств
языка программирования С++, являющегося сегодня одним
из самых применяемых при разработке приложений широкой
направленности. Материал учебника ориентирован на обучающихся в области компьютерных технологий и, желательно,
уже имеющих хотя бы начальные навыки программирования
на алгоритмических языках.
В учебнике приведено описание базовых конструкций
языка С++ (без претензий на полное освещение вопроса). Но
в учебниках по языкам программирования, например в [1],
часто содержится такая мысль: «Язык программирования
нельзя изучать «линейно», то есть от аксиом к теоремам, задачам, выводам». Исходя из этого, многие конструкции будут введены сначала в примерах, а затем приведено их строгое формальное описание.
Примеры, содержащиеся в учебнике, написаны и отлажены в трех средах разработки С++: Visual Studio 2022, Dev C++
и OnlineGDB.
С++
От каких языков произошел С++? Конечно, прежде всего
от С. Вот что пишет об этом Б. Страуструп, создатель С++, в
одной из своих книг: «С++ – язык общего назначения и задуман для того, чтобы настоящие программисты получили
удовольствие от самого процесса программирования. За исключением второстепенных деталей он содержит язык С как
подмножество» [2]. Далее он добавляет, что С++ дополнен
расширением, связанным, прежде всего, с появлением новых типов. Первый из них – класс, являющийся, по словам
Б. Страуструпа, «ключевым понятием». Среди добавлений в
С++ он в упомянутой книге называет еще и такие: «… символические константы, функции-подстановки, стандартные
значения параметров функций, перегрузка имен функций,
операции управления свободной памятью и ссылочный тип».
Следует добавить, что автор языка работал над его совершенствованием не один десяток лет, и эта работа продолжается.
Язык программирования С, «предшественник» рассматриваемого здесь С++, был разработан в 1969–1973 годах сотрудником Bell Labs Деннисом Ритчи. Первым стандартом
этого языка является книга Б. Кернигана и Д. Ритчи [3]. Вот
что еще пишет Б. Страуструп об идее построения С++ на основе С: «В С существуют свои проблемы, но в языке, разрабатываемом «с нуля», они появились бы тоже, а проблемы С,
по крайней мере, хорошо известны. Более важно то, что ориентация на С позволила использовать язык «С с классами»
как полезный (хотя и не очень удобный) инструмент в течение первых месяцев раздумий о введении в С классов в стиле
Симулы [4]». В этой же книге приводятся и другие языки,
идеи которых использованы при создании С++. Это, в частности, такие как:
• Алгол 68 [5] (перегрузка операций и свобода размеще-
ния операций всюду);
• Ада [6];
• CLU [7] (механизм обработки особых ситуаций).
1. История истандарты С++
О названии языка С++ ее автор говорит следующее: «Название C++ было придумано Риком Маскитти (Rick Mascitti)
летом 1983 года. Имя отражает природу изменений в языке
по сравнению с C. «++» – это оператор инкремента в C» [8].
На странице Википедии [9] приводится схема, названная
«Генеалогия и взаимовлияние версий C и C++». На рис. 1.1
эта схема дополнена версиями С++03 и С++20.
7
Рис. 1.1. Генеалогия и взаимовлияние версий C и C++
Приведем выдержки из главы «История и совместимость»
книги автора С++ [10], один из разделов которой называет-
ся «Временная диаграмма развития». Вот кратко несколько
фрагментов оттуда.
8
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ИПРОГРАММИРОВАНИЕ НАЯЗЫКЕ С++
1979 год. Начата работа над «С с классами».
1984 год. «С с классами» переименован в С++.
1985 год. Первый коммерческий выпуск С++ (14 октября).
1998 год. Стандарт ISO С++.
2011 год. Стандарт ISO С++11.
2013 год. Первая полная реализация С++11.
2014 год. Стандарт ISO С++14.
2020 год. Стандарт ISO С++20.
Здесь видно, как развитие языка С++ сопровождалось и
продолжает сопровождаться выпуском стандартов, в которых учитывается мнение множества специалистов. Это делает
его отвечающим современным требованиям. Все подробности
можно получить от автора в упомянутой книге, и, конечно,
изучая стандарты, начиная от первого (1998) и включая последний (2022). Но совершенствование языка продолжается.
Сейчас анонсирован стандарт 2023.
Там же Страуструп пишет: «Я изобрел С++, написал его
первые определения и создал его первую реализацию.
Я выбрал и сформулировал критерии проектирования
для С++, разработал основные языковые функции, разработал или помогал разрабатывать многие ранние библиотеки и
в течение 25 лет отвечал за обработку предложений по расширению в комитете по стандартам С++».
Из этих слов становится понятно, что этот язык программирования, созданный более 30 лет назад, постоянно совершенствуется, приобретая новые возможности, диктуемые потребностями современного состояния компьютерных технологий.
Многие годы язык программирования С++ занимает места
в первой пятерке рейтингов популярности языков программирования. Это делает важным изучение этого языка для специалистов в области компьютерных технологий.
Переходим к описанию инструментов, позволяющих изучать методы и средства разработки программ на С++. Таких
инструментов множество, но в учебнике используется только три.
С++
Для написания и отладки программы на языке программирования (реализации алгоритма решения задачи) необходимы программные средства. Прежде всего, это тестовый
редактор. Он используется для подготовки исходного текста.
Далее потребуется транслятор (для формирования программы
в терминах машинных команд). И на последнем этапе в действие вступает средство формирования программы в виде исполнимого файла (готовой для выполнения программы). На
последнем этапе к программе подключаются библиотечные
модули (это заранее созданные часто используемые алгоритмы, например, выполняющие операции ввода-вывода). Эти
средства (редактор, транслятор) могут существовать отдельно (так часто бывает при работе в Unix-подобных операционных системах) или объединяться в единый программный
комплекс, называемый интегрированной средой разработки
(IDE – Integrated Development Environment). Такие программы появились давно. Первая была создана в Дартмутском
колледже в мае 1964 года [11]. Ее создали два профессора
Дартмутского колледжа Джон Г. Кемени и Томас Э. Курц –
авторы языка программирования BASIC. Она обеспечивала
интерактивную разработку программ для версии Dartmouth
BASIC.
В процессе своего развития IDE приобрели множество новых возможностей. Первой из таких возможностей являются
средства, помогающие при отладке программы. Но сегодня
такие комплексы включают «… также средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического
интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов
и диаграмму иерархии классов – для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. IDE обычно предназначены для нескольких языков программирования …» [12].
10
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ИПРОГРАММИРОВАНИЕ НАЯЗЫКЕ С++
Например, Visual Studio 2020 обеспечивает написание программ на таких языках, как С++, C#, F#, Python, JavaScript,
TypeScript, Visual Basic [13]. Но эта среда также содержит множество встроенных инструментов, например редактор пользовательских форм для создания графического интерфейса, дизайнер классов, дизайнер схемы базы данных и др.
Существует множество сред разработки для С++. Информация о некоторых из них приведена в табл. 2.1 [14].
Таблица 2.1
Сравнение средств разработки для С++
Visual
Studio Code
Microsoft
Visual C++
Xcode Тип: IDE Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
g++ Тип: ком-
Dev C++ Тип: IDE Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
Intel C++ Тип: ком-
Mingw-w64 Тип: ком-
Clang C++ Тип: ком-
Clion Тип: IDE Стоимость:
Тип: IDE Цена: бесплатно Поддерживаемые плат-
формы: Windows, Linux,
macOS
Тип: IDE Стоимость: сommunity-
версия распространяется бесплатно
Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
пилятор
Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
пилятор
Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
пилятор
Стоимость: бесплатно Поддерживаемые плат-
пилятор
от 14 100 руб.
Поддерживаемые платформы: Windows
формы: macOS
формы: Linux, macOS
формы: Windows
формы: Windows, Linux
формы: Windows
формы: macOS, Linux,
FreeBSD
Поддерживаемые платформы: A cross-platform
IDE for C and C++
Следует сказать, что представленный список далеко не
исчерпывает возможности разработки программ на С++.
В настоящем пособии приводятся примеры реализации
алгоритмов в трех IDE: Dev C++ (v. 5.11 и v. 6.3), Visual Stu-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]