计算思维之程序设计（c++描述）

第一篇基础

第1章走进程序设计

1.1程序与程序设计

1.1.1程序

1.1.2程序设计

1.2程序设计四要素

1.2.1方法·

1.2.2语言

1.2.3环境

1.2.4应用

1.2.5程序设计四要素的关系

1.3程序设计的思维特征

1.4程序设计的基本学习策略及其C++映射

1.4.1基本学习策略

1.4.2基本学习策略的C++映射

1.4.3Baby程序及其C++描述

1.5本章小结·

习题

第2章数据组织基础

2.1数据类型

2.2单个数据的组织

2.3数据之间关系的组织

2.3.1堆叠

2.3.2绑定

2.3.3关联

2.4数据组织中的计算思维

2.5常用基本数据组织结构

2.5.1线性数据组织

2.5.2层次数据组织

2.5.3网状数据组织

2.5.4数据组织基础方法的综合应用及思维解析

2.6本章小结

习题

第3章数据处理基础

3.1预定义基本运算与表达式

3.2基本处理语句

3.3基本处理语句的一阶组合关系：流程控制语句

3.4基本处理语句的二阶组合关系：堆叠与嵌套

3.5数据处理中的计算思维

3.5.1表达式嵌套

3.5.2语句堆叠与嵌套

3.6常用数据处理方法

3.7本章小结

习题

第二篇方法

第4章程序设计方法概述

4.1方法与模型

4.2程序构造方法的认识视图

4.3程序构造方法构建的基本原理

4.4两种主流程序设计方法及其思维联系

4.4.1面向功能方法概述

4.4.2面向对象方法概述

4.4.3两者的思维联系

4.5程序构造方法的进一步认识

4.5.1数据组织与数据处理的关系

4.5.2程序构造方法的计算思维应用特征

4.5.3C++语言对数据组织和数据处理的统一

4.6本章小结

习题

第5章 面向功能方法：函数

5.1基本功能模块的构造机制及其描述

5.1.1基本功能模块构造机制的抽象

5.1.2C++语言对基本功能模块构造机制的支持及描述

5.2 常用基本数据处理方法的C++语言函数定义及解析

……

16.1.3算法中的基本应用模式及其建构·16.2设计模式及其建构16.2.1MVC模式及其建构16.2.2工厂方法模式及其建构…16.2.3适配器模式及其建构16.3模式及其建构(应用）中的计算思维16.4本章小结习题第17章广谱隐式应用17.1什么是广谱隐式应用17.2广谱隐式应用的核心与关键17.3应用示例17.4深入认识广谱隐式应用17.5本章小结习题第18章应用之道18.1应用的进化之道18.2应用的思维之道18.3应用之大道18.4本章小结习题…附录AASCII字符集附录B C++语言定义的运算符附录C 标准库cstring的函数定义（基于面向功能方法的字符串处理函数）附录D 标准库string类的定义附录E典型风格MFC程序描述附录FMFC程序去框架特征的回归附录GC++开发环境简介附录H程序设计之计算思维准则参考文献

人类发明工具的目的是为了延伸和拓展自身功能器官的能力，例如：汽车、飞机等延伸和拓展了人类双腿的能力，望远镜延伸和拓展了人类眼睛的能力……计算机则是延伸和拓展了人类自身最高级器官——大脑的能力。计算机工具的特殊结构及其带来的工作原理，决定了程序设计的必要性。为了有效地使用计算机工具，我们必须学会程序设计。另一方面，随着社会发展进程进入信息化时代，由0和1组成的信息空气分子包围着我们，我们的生活、学习和工作等都需要与信息打交道！由于信息处理的核心工具就是计算机，因此，为了适应信息社会的生存需要，我们也必须懂得程序设计及其带来的基本思维方式和行为习惯。

1.1程序与程序设计

1.1.1程序

所谓“程序”(program)，广义地讲是指某件事情进行的过程安排，它取“程”字的本义“（一段）过程”(例如：一段时间、一段距离或一件事情的开始到结束等）和“序”字的本义“次序、顺序”合并而成。引申而言，“程”表示我们需要处理的问题，该问题的处理一般需要涉及多个阶段或步骤，为了高效地处理该问题，需要给出这些阶段或步骤的顺序安排，也就是它们的“序”。可见，“程序”作为一个名词，它给出了某件事情进行过程先后次序的既定安排。狭义地讲，在计算机世界中，“程序”是特指为了使用计算机工具处理某种问题，人们用计算机语言给出符合计算机环境特点的某种问题处理步骤的既定安排、定义或描述。因此，从认识论的角度，计算机世界中的“程序”是通用“程序”概念在计算机世界中的具体应用，是通用“程序”概念对计算机世界的直接投影。

两种“程序”概念构成普遍性与特殊性的辩证关系。图1-1所示给出了这种关系的解析。

显然，本书讨论的“程序”，实际上是对通用“程序”概念施加了一个限制条件和约束，即计算机工具。正是这个限制条件和约束，缩小了“程序”概念的范畴（或定义域），扩大了其内涵，从而建立起一个崭新的信息世界，使人类文明经历农耕文明、工业文明，走向信息文明。

1.1.2程序设计

根据“程序”概念的解析，显而易见，某件事情进行过程的次序安排存在多种方案，每种方案都有利有弊，人们需要根据给定的约束和限制条件来进行权衡，以便为某件事情的进行及完成最终确定一种最佳方案。这个权衡的过程就是“程序设计”(Programming，在通用世界的概念范畴中，更通俗地称为“安排”“计划”等）。因此，在计算机世界中，人们为了使用计算机工具处理某种问题，用计算机语言给出符合计算机特点的某种问题处理步骤安排、定义或描述的过程，称为“程序设计”（如不做特殊说明，本书以后的“程序”和“程序设计”都是指计算机世界中的概念）。由此可见，“程序”是指面向计算机的工作指令及其执行顺序的一种安排，是一种结果，是静态的；而“程序设计”则是指“程序”的形成和产生过程，是动态的。正是这种动态属性，给予了人们思维能力表现的空间和舞台，呈现了由不同人类思维所带来的色彩缤纷的信息世界美丽画卷及其魅力！进而，也形成了信息世界独有的思维——计算思维(ComputationalThinking）。因此，“程序设计”的内涵要比“程序”的内涵丰富。一方面，“程序设计”涉及较多的内容和方面；另一方面，“程序设计”过程呈现了人类智慧的火花。

1.2程序设计四要素

依据“程序设计”概念的解析，程序设计涉及计算机语言（简称语言，用以描述程序）、计算机环境(简称环境，用以给出程序构造和运行的基础）、计算机应用（简称应用，用以给出符合计算机特点的某种问题处理方法及步骤安排)和程序构造基本方法（简称方法，用以给出程序的基本结构定义，包括基本构成元素及其相互关系)四个方面，称为程序设计四要素。其中，方法是程序设计的内因，语言、环境和应用都是程序设计的外因。

1.2.1 方法

程序设计方法的认识分为多个逻辑层次，一般包括面向数据组织和数据处理的基础方法、面向程序模型及结构定义的基本方法和面向应用的应用方法。基本方法是对基础方法的应用，应用方法是对基本方法的应用。本质上，基础方法和基本方法属于原理性层次，应用方法则属于原理的具体应用层次。

本书以程序设计方法为主线，介绍其构建原理、基本应用和蕴含的计算思维。全书分为基础、方法和应用三篇，其中，基础篇包括第1-3章，主要解析程序的两个基因——数据组织和数据处理的基础方法构建原理及各种支持机制，为基本方法的构建奠定基础；方法篇包括第4-9章，主要解析目前主流的两种程序设计基本方法构建原理及各种支持机制；应用篇包括第10-18章，主要解析两种程序设计基本方法的具体应用。应用篇又细分为面向C++的内向应用(第10-14章)和面向实际应用的外向应用(第15-18章)两个单元，对于外向应用进一步细化为基于演绎思维(第15和16章)和基于归纳思维(第17和18章)的两个层次，实现知识和方法学习到实际应用的思维平滑过渡。全书三篇都基于计算思维原理进行解析，各种机制与案例采用c++语言描述。