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1.內(nèi)容提要

    本書以程序設(shè)計方法為主線，介紹其構(gòu)建原理、基本應(yīng)用和蘊含的計算思維。全書分為基礎(chǔ)、方法和應(yīng)用三篇，其中，基礎(chǔ)篇包括第1-3章，主要解析程序的兩個基因——數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)處理，為方法的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)；方法篇包括第4-9章，主要解析目前主流的兩種程序設(shè)計基本方法的構(gòu)建原理及各種支持機制；應(yīng)用篇包括第10-18章，主要解析兩種程序設(shè)計基本方法的具體應(yīng)用。應(yīng)用篇又細(xì)分為面向C++的內(nèi)向應(yīng)用（第10-14章）和面向?qū)嶋H應(yīng)用的外向應(yīng)用（第15-18章）兩個單元，對于外向應(yīng)用進(jìn)一步細(xì)化為基于演繹思維（第15-16章）和基于歸納思維（第17-18章）的兩個層次，實現(xiàn)知識和方法的學(xué)習(xí)到實際應(yīng)用的思維平滑過渡和遷移。

本書可以作為普通高校程序設(shè)計課程的教材，也適合已有一定基礎(chǔ)、需要進(jìn)一步系統(tǒng)化提高思維能力的廣大程序設(shè)計人員自學(xué)。本書可以作為各個層次程序設(shè)計課程相關(guān)教師的教學(xué)指導(dǎo)用書。

2.前言

    隨著泛計算社會的到來，程序及程序設(shè)計成為一種生活和工作習(xí)慣。然而，鑒于計算機學(xué)科的多維特征，程序設(shè)計具有顯著的多維形態(tài)，主要表現(xiàn)為其同時涉及計算機語言、計算機環(huán)境、計算機應(yīng)用和程序構(gòu)造基本模型及方法幾個方面。因此，如何協(xié)調(diào)好各個維度，成為程序設(shè)計課程教學(xué)必須考慮的核心。另一方面，計算機學(xué)科的多維特征形成了其自身獨有的計算思維，程序設(shè)計顯然也滿足計算思維特征，或者說程序設(shè)計是計算思維的典型應(yīng)用。因此，基于計算思維并同步多個維度來構(gòu)建程序設(shè)計課程的知識體系并由此驅(qū)動教學(xué)設(shè)計和應(yīng)用，有利于從根本上培養(yǎng)程序設(shè)計的能力。

多年來，作者一直從事計算思維原理及應(yīng)用的研究與實踐，并將其與認(rèn)知科學(xué)相關(guān)理論融合，取得較好的教學(xué)效果。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了本書的體系結(jié)構(gòu)，嘗試新的教學(xué)思路和策略。本書的主要特色如下：1）將計算思維原理隱式地貫穿在全書體系、各個章節(jié)、各個維度、各個程序設(shè)計知識的解析之中；2）正確梳理了計算機語言、計算機環(huán)境、計算機應(yīng)用和程序構(gòu)造基本模型及方法幾個方面的同步關(guān)系，并以計算思維原理耦合各個方面；3）以程序構(gòu)造基本方法及其演化為主線，將計算機語言機制巧妙地作為基本方法的支持而展開；4）從演化角度，系統(tǒng)地解析了兩種主流程序設(shè)計方法的內(nèi)在思維聯(lián)系；5） 對C++語言機制及其對程序設(shè)計基本方法的支持與拓展給予詳細(xì)的解析。

本書的出版，期望引起各界同行對普通高校程序設(shè)計課程教學(xué)思路和改革方向的思考與討論，并且，面向泛計算社會，為從根本上提高程序設(shè)計應(yīng)用能力，構(gòu)筑必要的思維基礎(chǔ)。

本書的出版，我的學(xué)生們付出了大量的工作。孫竹山、周曉和崔效偉參與了案例設(shè)計并調(diào)試了大部分案例程序，徐旻昱、沈軒、張勇、黃亞彭、丁德林、袁明明、萬逸、任杰完成了全書圖表整理和制作工作。在此，對他（她）們付出的辛勤工作表示衷心感謝！

本書的出版得到江蘇省教育廳（江蘇省“十三五”高等學(xué)校重點教材立項）、東南大學(xué)（中央高校建設(shè)一流大學(xué)/學(xué)科經(jīng)費）等組織機構(gòu)和單位的支持，在此表示衷心致謝。

本書的出版得到了東南大學(xué)出版社的支持，在此表示衷心感謝！特別感謝張煦編輯的大力支持。

本書中的觀點都是基于作者個人的認(rèn)識、理解和感悟，難免存在錯誤和不妥之處，希望讀者來信批評與指正。作者懇切盼望各位同仁來信切磋，作者的Email是junshen@seu.edu.cn。

                                                                     作者
                                                             2018年春于古都金陵

3.目錄

 
    第一篇基礎(chǔ)

    第1章走進(jìn)程序設(shè)計

1.1程序與程序設(shè)計

1.1.1程序

1.1.2程序設(shè)計

1.2程序設(shè)計四要素

1.2.1方法

1.2.2語言

1.2.3環(huán)境

1.2.4應(yīng)用

1.2.5程序設(shè)計四要素的關(guān)系

1.3程序設(shè)計的思維特征

1.4程序設(shè)計的基本學(xué)習(xí)策略及其C++映射

1.5本章小結(jié)

    第2章 數(shù)據(jù)組織基礎(chǔ)

2.1數(shù)據(jù)類型

2.2單個數(shù)據(jù)的組織

2.3堆疊、關(guān)聯(lián)與綁定

2.3.1堆疊

2.3.2關(guān)聯(lián)

2.3.3綁定

2.4數(shù)據(jù)組織中的計算思維

2.5常用基本數(shù)據(jù)組織形態(tài)

2.5.1線性數(shù)據(jù)組織

2.5.2層次數(shù)據(jù)組織

2.5.3網(wǎng)狀數(shù)據(jù)組織

2.5.4C++語言常用基本數(shù)據(jù)組織方法及其描述

2.6本章小結(jié)

    第3章數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)

3.1表達(dá)式

3.2基本語句

3.2.1基本處理語句

3.2.2流程控制語句

3.3堆疊與嵌套

3.4數(shù)據(jù)處理中的計算思維

3.4.1表達(dá)式嵌套

3.4.2語句堆疊與嵌套

3.5常用基本數(shù)據(jù)處理方法

3.6本章小結(jié)

第二篇方法

    第4章程序設(shè)計方法概述

4.1方法與模型

4.2程序構(gòu)造方法的認(rèn)識視圖

4.3程序構(gòu)造方法建立的基本原理

4.4兩種主流的程序設(shè)計方法及其思維聯(lián)系

4.4.1面向功能方法概述

4.4.2面向?qū)ο蠓椒ǜ攀?/p>

4.4.3兩者的思維聯(lián)系

4.5程序構(gòu)造方法的進(jìn)一步認(rèn)識

4.5.1數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)處理的關(guān)系

4.5.2程序構(gòu)造方法的計算思維特征

4.5.3C++語言對數(shù)據(jù)組織和數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)一

4.6本章小結(jié)

    第5章面向功能方法：函數(shù)

5.1基本功能模塊的構(gòu)造機制及其描述

5.1.1基本功能模塊構(gòu)造機制的抽象

5.1.2C++語言對基本功能模塊構(gòu)造機制的支持及描述

5.2常用基本數(shù)據(jù)處理方法的C++語言函數(shù)定義及解析

5.3基本功能模塊構(gòu)造機制對數(shù)據(jù)組織方法應(yīng)用的具體規(guī)則

5.3.1基本功能模塊構(gòu)造機制中數(shù)據(jù)組織方法的應(yīng)用規(guī)則

5.3.2C++語言對基本功能模塊中數(shù)據(jù)組織方法的拓展

5.4C++語言對基本功能模塊表達(dá)模型的進(jìn)一步拓展

5.4.1空返回值

5.4.2空函數(shù)與無參函數(shù)

5.4.3默認(rèn)參數(shù)與可變參數(shù)

5.4.4多重返回

5.4.5系統(tǒng)庫函數(shù)

5.5本章小結(jié)

    第6章面向功能方法：函數(shù)關(guān)系

6.1函數(shù)之間的耦合

6.1.1函數(shù)之間交互關(guān)系的實現(xiàn)機制

6.1.2函數(shù)的調(diào)用

6.1.3函數(shù)的返回

6.1.4C++語言中函數(shù)調(diào)用與返回的描述

6.2函數(shù)的一種特殊耦合關(guān)系——遞歸

6.3C++語言對函數(shù)耦合關(guān)系的拓展

6.3.1表達(dá)式參數(shù)與表達(dá)式返回

6.3.2函數(shù)重載

6.3.3函數(shù)模板

6.3.4高階函數(shù)

6.4C++語言中面向功能方法的程序基本結(jié)構(gòu)

6.4.1多文件結(jié)構(gòu)概述

6.4.2編譯預(yù)處理

6.5深入認(rèn)識面向功能方法

6.5.1模型化方法的建立

6.5.2存在的弊端

6.5.3多維思維特征

6.6本章小結(jié)

    第7章面向?qū)ο蠓椒ǎ簩ο?/p>

7.1概述

7.1.1數(shù)據(jù)類型的重要性

7.1.2運用面向功能方法拓展新的數(shù)據(jù)類型——抽象數(shù)據(jù)類型（對象）
    7.1.3C++語言對抽象數(shù)據(jù)類型的支持機制及其拓展

7.2數(shù)據(jù)類型拓展后帶來的問題及其處理

7.2.1實例的構(gòu)造和銷毀

7.2.2默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)與復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

7.2.3初始化參數(shù)列表

7.2.4同一種對象多個實例之間的數(shù)據(jù)共享

7.2.5實例訪問與this指針

7.2.6如何實現(xiàn)新類型的基本運算

7.2.7如何解決類型不一致問題

7.2.8如何實現(xiàn)新類型的輸入和輸出（可流類）

7.3讓對象生活在面向功能方法時代

7.3.1基于抽象數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)組織方法

7.3.2基于抽象數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)處理方法

7.3.3支持抽象數(shù)據(jù)類型的面向功能方法的程序構(gòu)造

7.4深入認(rèn)識數(shù)據(jù)類型

7.5本章小結(jié)

    第8章面向?qū)ο蠓椒ǎ簩ο箨P(guān)系

8.1對象關(guān)系概述

8.2對象嵌套關(guān)系

8.2.1對象嵌套時的實例構(gòu)造與析構(gòu)

8.2.2宿主對象的使用

8.3同族對象之間的關(guān)系

8.3.1繼承（或普通遺傳）

8.3.2多態(tài)（或遺傳變異）

8.3.3C++語言對繼承和多態(tài)的拓展

8.3.4對同族關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識

8.4抽象數(shù)據(jù)類型的進(jìn)一步抽象與拓展

8.4.1類模板

8.4.2類模板特化

8.4.3類模板與繼承

8.4.4泛型編程

8.5C++語言中面向?qū)ο蠓椒ǖ某绦蚧窘Y(jié)構(gòu)

8.6深入認(rèn)識面向?qū)ο蟮姆椒?/p>

8.7本章小結(jié)

    第9章共享、安全與性能

9.1共享

9.1.1函數(shù)內(nèi)的共享

9.1.2抽象數(shù)據(jù)類型內(nèi)的共享

9.1.3單文件程序內(nèi)的共享

9.1.4多文件程序內(nèi)的共享

9.1.5共享帶來的問題

9.2安全

9.2.1引用

9.2.2const限定

9.2.3異?？刂?/p>

9.2.4動態(tài)類型檢查

9.3性能

9.3.1inline函數(shù)

9.3.2類的友元

9.3.3類數(shù)據(jù)成員的mutable限定

9.3.4臨時變量

9.3.5初始化參數(shù)列表

9.4對共享、安全與性能的綜合認(rèn)識

9.5本章小結(jié)

第三篇應(yīng)用

    第10章程序設(shè)計應(yīng)用概述

10.1什么是應(yīng)用

10.2應(yīng)用的思維特征及其C++映射

10.2.1應(yīng)用的思維特征

10.2.2應(yīng)用思維特征的C++映射

10.3學(xué)習(xí)應(yīng)用的基本策略

10.4本章小結(jié)

    第11章I/O流

11.1什么是I/O流

11.2C++ I/O流機制的實現(xiàn)概述

11.3C++標(biāo)準(zhǔn)I/O流

11.3.1標(biāo)準(zhǔn)輸入流類型及其使用

11.3.2標(biāo)準(zhǔn)輸出流類型及其使用

11.3.3對標(biāo)準(zhǔn)I/O流的深入認(rèn)識

11.4標(biāo)準(zhǔn)I/O流的狀態(tài)管理和格式控制

11.5文件I/O流

11.5.1操作系統(tǒng)文件處理的一般原理

11.5.2如何創(chuàng)建文件輸入流對象實例

11.5.3如何創(chuàng)建文件輸出流對象實例

11.5.4如何關(guān)閉文件I/O流

11.5.5如何訪問文件

11.5.6文件流應(yīng)用示例及解析

11.6對I/O流的深入認(rèn)識

11.6.1I/O流概念的認(rèn)知層次

11.6.2I/O流概念的通用性

11.6.3I/O流機制的安全性

11.6.4I/O流概念的遞歸性

11.6.5I/O流的模板化（模板化I/O流）

11.6.6標(biāo)準(zhǔn)I/O流體系的可擴展性

11.7本章小結(jié)

    第12章字符串

12.1字符串的傳統(tǒng)處理方法

12.1.1通過字符數(shù)組處理符號串

12.1.2通過字符型指針處理符號串

12.1.3傳統(tǒng)處理方法存在的問題

12.2自己構(gòu)建字符串?dāng)?shù)據(jù)類型String

12.3C++標(biāo)準(zhǔn)庫的字符串?dāng)?shù)據(jù)類型string

12.4字符串流

12.5進(jìn)一步認(rèn)識字符串

12.6本章小結(jié)

    第13章異常

13.1什么是異常

13.2如何處理異常

13.3C++異常處理機制

13.3.1異常處理框架及其描述

13.3.2C++異常機制使用的基本規(guī)則

13.3.3異常處理時的對象實例析構(gòu)

13.4深入認(rèn)識異常

13.5本章小結(jié)

    第14章標(biāo)準(zhǔn)模板庫及其應(yīng)用

14.1泛型程序設(shè)計及其思維本質(zhì)

14.1.1泛型程序設(shè)計

14.1.2泛型程序設(shè)計的思維本質(zhì)

14.2C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫STL

14.2.1STL的基本原理及其體系結(jié)構(gòu)

14.2.2對類型通用化的處理

14.2.3實例解析

14.2.4STL的基本應(yīng)用

14.2.5深入認(rèn)識STL

14.3本章小結(jié)

    第15章基于框架的程序設(shè)計

15.1基于框架的程序設(shè)計基本思維

15.2MFC框架的基本原理

15.2.1Windows操作系統(tǒng)定義的基本程序模型

15.2.2MFC對Windows基本程序模型的包裝

15.2.3MFC與Visual C++的關(guān)系

15.3MFC框架的基本應(yīng)用

15.3.1MFC框架編程概述

15.3.2MFC框架編程的基本步驟

15.3.3應(yīng)用示例及解析

15.3.4從Visual C++到Visual Studio

15.4深入認(rèn)識基于框架的程序設(shè)計

15.4.1框架式程序設(shè)計方法的必要性

15.4.2MFC框架的高級應(yīng)用

15.5本章小結(jié)

    第16章應(yīng)用模式及其建構(gòu)

16.1基本應(yīng)用模式及其建構(gòu)

16.1.1基本慣用法及其建構(gòu)

16.1.2數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)中的基本應(yīng)用模式及其建構(gòu)

16.1.3數(shù)據(jù)處理算法中的基本應(yīng)用模式及其建構(gòu)

16.2設(shè)計模式及其建構(gòu)

16.2.1MVC模式及其建構(gòu)

16.2.2工廠方法模式及其建構(gòu)

16.2.3適配器模式及其建構(gòu)

16.3模式及其建構(gòu)應(yīng)用中的計算思維

16.4本章小結(jié)

    第17章廣譜隱式應(yīng)用

17.1什么是廣譜隱式應(yīng)用

17.2廣譜隱式應(yīng)用的核心與關(guān)鍵

17.3應(yīng)用示例

17.4深入認(rèn)識廣譜隱式應(yīng)用

17.5本章小結(jié)

    第18章應(yīng)用之道

18.1應(yīng)用的進(jìn)化之道

18.2應(yīng)用的思維之道

18.3應(yīng)用之大道

18.4本章小結(jié)

    附錄AASCII字符集

    附錄BC++語言定義的運算符

    附錄C標(biāo)準(zhǔn)庫cstring的函數(shù)定義（基于面向功能方法的字符串處理函數(shù)）

    附錄D標(biāo)準(zhǔn)庫string類的定義

    附錄E典型風(fēng)格MFC程序描述

    附錄FMFC程序去框架特征的回歸

    附錄GC++開發(fā)環(huán)境簡介

    附錄H程序設(shè)計之計算思維準(zhǔn)則

    參考文獻(xiàn)