C++面向对象程序设计实验指导手册.docx

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C++面向对象程序设计实验指导手册

C++面向对象程序设计

实验指导手册

班级：

_______________

学号：

_______________

姓名：

_______________

电子与信息工程学院计算机科学系

第一部分上机实验的指导思想和要求

一、上机实验的目的

学习C++程序设计不能满足于“懂得了”，满足于了解了语法和能看懂书上的程序，而应当掌握程序设计的全过程，即能独立编写出源程序，独立上机调试程序，独立运行程序和分析结果。

设计C++的初衷是为方便开发大型程序，虽然在学校中初学C++时还没有机会接触到大型程序，更不可能编写出能供实际应用的大型程序，而只能接触到比较简单的程序。

但是应当通过学习C++课程，对C++有比较全面的、然而是初步的认识，为今后进一步学习和应用C++打下良好的基础。

程序设计是一门实践性很强的课程，必须十分重视实践环节。

许多实际的知识不是靠听课和看书学到手的，而是通过长时间的实践积累的。

要提倡通过实践去掌握知识的方法。

必须保证有足够的上机实验时间，学习本课程应该至少有30小时的上机时间，最好能做到与授课时间之比为1：

1。

除了学校规定的上机实验以外，应当提倡学生自己课余抽时间多上机实践。

上机实验的目的，绝不仅是为了验证教材和讲课的内容，或者验证自己所编的程序正确与否。

学习程序设计，上机实验的目的是：

（1）加深对讲授内容的理解，尤其是一些语法规定，光靠课堂讲授，既枯燥无味又难以记住，但它们是很重要的，初学者的程序出错往往错在语法上。

通过多次上机，就能自然地、熟练地掌握。

通过上机来掌握语法规则是行之有效的方法。

（2）熟悉所用的计算机系统的操作方法，也就是了解和熟悉C++程序开发的环境。

一个程序必须在一定的外部环境下才能运行，所谓“环境”，就是指所用的计算机系统的硬件和软件条件，或者说是工作平台。

使用者应该了解为了运行一个C++程序需要哪些必要的外部条件（例如硬件配置、软件配置），可以利用哪些系统的功能来帮助自己开发程序。

每一种计算机系统的功能和操作方法不完全相同，但只要熟练掌握一两种计算机系统的使用，再遇到其他系统时便会触类旁通，很快地学会。

（3）学会上机调试程序。

也就是善于发现程序中的错误，并且能很快地排除这些错误，使程序能正确运行。

经验丰富的人，在编译连接过程中出现“出错信息”时，一般能很快地判断出错误所在，并改正之。

而缺乏经验的人即使在明确的“出错提示”下也往往找不出错误而求助于别人。

要真正掌握计算机应用技术，就不仅应当了解和熟悉有关理论和方法，还要求自己动手实现。

对程序设计来说，则要求会编程序并上机调试通过。

因此调试程序不仅是得到正确程序的一种手段，而且它本身就是程序设计课程的一个重要的内容和基本要求，应给予充分的重视。

调试程序固然可以借鉴他人的现成经验，但更重要的是通过自己的直接实践来累积经验，而且有些经验是只能“会意”难以“言传”。

别人的经验不能代替自己的经验。

调试程序的能力是每个程序设计人员应当掌握的一项基本功。

因此，在做实验时千万不要在程序通过后就认为万事大吉、完成任务了，而应当在己通过的程序基础上作一些改动（例如修改一些参数、增加程序一些功能、改变某些语句等），再进行编译、连接和运行。

甚至于“自设障碍”，即把正确的程序改为有错的（例如语句漏写分号；比较符“==”错写为赋值号“=”；使数组下标出界；使整数溢出等），观察和分析所出现的情况。

这样的学习才会有真正的收获，是灵活主动的学习而不是呆板被动的学习。

二、上机实验前的准备工作

在上机实验前应事先做好准备工作，以提高上机实验的效率，准备工作至少应包括：

（1）了解所用的计算机系统（包括C++编译系统和工作平台）的性能和使用方法；

（2）复习和掌握与本实验有关的教学内容；

（3）准备好上机所需的程序。

手编程序应书写整齐，并经人工检查无误后才能上机，以提高上机效率。

初学者切忌不编程序或抄别人程序去上机，应从一开始就养成严谨的科学作风；

（4）对运行中可能出现的问题事先作出估计，对程序中自己有疑问的地方，应作出记号，以便在上机时给予注意；

（5）准备好调试和运行时所需的数据。

三、上机实验的步骤

上机实验时应该一人一组，独立上机。

上机过程中出现的问题，除了是系统的问题以外，一般应自己独立处理，不要轻易举手问教师。

尤其对“出错信息”，应善于自己分析判断。

这是学习调试程序的良好机会。

上机实验一般应包括以下几个步骤：

（1）进入C++工作环境（例如VisualC++6.0）。

（2）输入自己所编好的程序。

（3）检查一遍已输入的程序是否有错（包括输入时打错的和编程中的错误），如发现有错，及时改正。

（4）进行编译和连接。

如果在编译和连接过程中发现错误，屏幕上会出现“出错信息”，根据提示找到出错位置和原因，加以改正。

再进行编译……，如此反复直到顺利通过编译和连接为止。

（5）运行程序并分析运行结果是否合理和正确。

在运行时要注意当输入不同数据时所得到的结果是否正确。

（6）输出程序清单和运行结果。

四、实验报告

实验后，应整理出实验报告，实验报告应包括以下内容：

（1）题目；

（2）程序清单（计算机打印出的程序清单）；

（3）运行结果（必须是上面程序清单所对应打印输出的结果）；

（4）对运行情况所作的分析以及本次调试程序所取得的经验。

如果程序末能通过，应分析其原因。

第二部分关于程序的调试和测试

一、程序错误的类型

为了帮助各位同学调试程序和分析程序，下面简单介绍程序出错的种类。

（1）语法错误

即不符合C++语言的语法规定，例如将main错写为naim，括号不匹配，语句最后漏了分号等，这些都会在编译时被发现并指出。

这些都属于“致命错误”，不改正是不能通过编译的。

对一些在语法上有轻微毛病但不影响程序运行的错误（如定义了变量但始终未使用），编译时会发出“警告”，虽然程序能通过编译，但不应当使程序“带病工作”，应该将程序中所有导致“错误（error）”和“警告（warning）”的因素都消除，再使程序投入运行。

（2）逻辑错误

这是指程序无语法错误，也能正常运行，但是结果不对。

例如求s=l+2+3+…+100，有人写出以下语句：

for（s=0,i=1;i<100;i++）

s=s+i；

语法没有错，但求出的结果是l+2+3+…+99之和，而不是l+2+3+…+100之和，原因是少执行了一次循环。

这类错误可能是设计算法时的错误，也可能是算法正确而在编写程序时出现疏忽所致。

这种错误计算机是无法检查出来的。

如果是算法有错，则应先修改算法，再改程序。

如果是算法正确而程序写得不对，则直接修改程序。

（3）运行错误

有时程序既无语法错误，又无逻辑错误，但程序不能正常运行或结果不对。

多数情况是数据不对，包括数据木身不合适以及数据类型不匹配。

如有以下程序：

intmain（）

{inta,b,c;

cin>>a>>b;

c=a/b;

cout<

return0;

}

当输入的b为非零值时，运行无问题。

当输入的b为零时，运行时出现“溢出（overflow）”的错误。

如果在执行上面的cin语句时输入456.7834.56，则输出c的值为2，显然是不对的。

这是由一于输入的数据类型与输入格式符不匹配而引起的。

二、程序的测试

程序调试的任务是排除程序中的错误，使程序能顺利地运行并得到预期的效果。

程序的调试阶段不仅要发现和消除语法上的错误，还要发现和消除逻辑错误和运行错误。

除了可以利用编译时提示的“出错信息”来发现和改正语法错误外，还可以通过程序的测试来发现逻辑错误和运行错误。

程序测试的任务是尽力寻找程序中可能存在的错误。

在测试时要设想到程序运行时的各种情况，测试在各种情况下的运行结果是否正确。

程序测试是程序调试的一个组成部分。

有时程序在某些情况下能正常运行，而在另外一些情况下不能正常运行或得不到正确的结果，因此，一个程序即使通过编译并正常运行而且结果正确，还不能认为程序没有问题了。

要考虑是否在任何情况下都能正常运行并且得到正确的结果。

测试的任务就是要找出那些不能正常运行的情况和原因。

下而通过一个典型的和容易理解的例子来说明测试的概念。

求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。

有人根据求根公式x1,2=（-b±sqrt（b2-4ac））/2a编写出以下程序：

#include

#include

usingnamespacestd;

intmain（）

{floata,b,c,disc,x1,x2;

cin>>a>>b>>c;

disc=b*b-4*a*c;

x1=（-b+sqrt（disc））/（2*a）;

x2=（-b-sqrt（disc））/（2*a）;

cout<<”x1=”<

return0;

}

当输入a，b，c的值为1，-2，-15时，输出xl的值为5，x2的值为-3。

结果是正确无误的。

但是若输入a，b，c的值为3，2，4时，屏幕上出现了出错信息，程序停止运行，原因是此时b2-4ac小于0，出现了对负数求平方根的运算，故出错。

因此，此程序只适用b2-4ac≥0的情况。

我们不能说上面的程序是错的，而只能说程序对可能出现的情况“考虑不周”，所以不能保证在任何情况下都是正确的。

使用这个程序必须满足一定的前提（b2-4ac≥0），这样，就给使用程序的人带来不便。

人们在输入数据前，必须先算一下，看b2-4ac是否大于或等于0。

一个程序应能适应各种不同的情况，并且都能正常运行并得到相应的结果。

下面分析一下求方程ax2+bx+c=0的根，有几种情况：

（1）a≠0时

①b2-4ac>0有两个不等的实根：

x1,2=（-b±sqrt（b2-4ac））/2a

②b2-4ac=0有两个相等的实根：

x1=x2=-b/2a

③b2-4ac<0有两个不等的共轭复根：

x1,2=（-b±sqrt（b2-4ac）i）/2a

（2）a=0时，方程就变成一元一次的线性方程：

bx+c=0

①当b≠0时，x=-c/b

②当b=0时，方程变为0x+c=0

当c=0时，x可以为任何值；

当c≠0时，x无解。

综合起来，共有6种情况：

①a≠0，b2-4ac>0

②a≠0，b2-4ac=0

③a≠0，b2-4ac<0

④a=0，b≠0

⑤a=0，b=0，c=0

⑥a=0，b=0，c≠0

应当分别测试程序在以上6种情况下的运行情况，观察它们是否符合要求。

为此，应准备6组数据。

用这6组数据去测试程序的“健壮性”。

在使用上面这个程序时，显然只有满足①②情况的数据才能使程序正确运行，而输入满足③~⑥情况的数据时，程序出错。

这说明程序不“健壮”。

为此，应当修改程序，使之能适应以上6种情况。

可将程序改为：

#include

#include

usingnamespacestd;

intmain（）

{floata,b,c,disc,x1,x2,p,q;

cout<<"inputa,b,c:

";

cin>>a>>b>>c;

if（a==0）

if（b==0）

if（c==0）

cout<<"Itistrivial."<

else

cout<<"Itisimpossible.""<

else

{cout<<"Ithasonesolution:

"<

cout<<"x="<<-c/b<

}

else

{disc=b*b-4*a*c;

if（disc>=0）

if（disc>0）

{cout<<"Ithastworealsolutions:

"<

x1=（-b+sqrt（disc））/（2*a）;

x2=（-b-sqrt（disc））/（2*a）;

cout<<"x1="<

}

else

{cout<<"Ithastwosamerealsolutions:

"<

cout<<"x1=x2="<<-b/（2*a）<

}

else

{cout<<"Ithastwocomplexsolutions:

"<

p=-b/（2*a）;

q=sqrt（-disc）/（2*a）;

cout<<"x1="<

}

}

return0;

}

为了测试程序的“健壮性”，我们准备了6组数据：

①3，4，1②1，2，1③4，2，1④0，3，4⑤0，0，0⑥0，0，5

分别用这6组数据作为输入的a，b，c的值，得到以下的运行结果：

①inputa,b,c:

341

Ithastworealsolutions:

x1=-0.33,x2=-1

②inputa,b,c:

121

Ithastwosamerealsolutions:

x1=x2=-1

③inputa,b,c:

421

Ithastwocomplexsolutions:

x1=-0.25+0.43i,x2=-0.25-0.43i

④inputa,b,c:

034

Ithasonesolutions:

x1=-1.33

⑤inputa,b,c:

000

Itistrivial.

⑥inputa,b,c:

005

Itisimpossible.

经过测试，可以看到程序对任何输入的数据都能正常运行并得到正确的结果。

以上是根据数学知识知道输入数据有6种方案。

但在有些情况下，并没有现成的数学公式作为依据，例如一个商品管理程序，要求对各种不同的检索作出相应的反应。

如果程序包含多条路径（如由if语句形成的分支），则应当设计多组测试数据，使程序中每一条路径都有机会执行，观察其运行是否正常。

以上就是程序测试的初步知识。

测试的关键是正确地准备测试数据。

如果只准备4组测试数据，程序都能正常运行，仍然不能认为此程序己无问题。

只有将程序运行时所有的可能情况都作过测试，才能作出判断。

测试的目的是检查程序有无“漏洞”。

对于一个简单的程序，要找出其运行时全部可能执行到的路径，并正确地准备数据并不困难。

但是如果需要测试一个复杂的大程序，要找到全部可能的路径并准备出所需的测试数据并非易事。

例如：

有两个非嵌套的if语句，每个if语句有两个分支，它们所形成的路径数目为2×2＝4。

如果一个程序包含100个if语句，则可能的路径数目为2100＝1.267651×1030，要测试每一条路径儿乎是不可能的。

实际上进行测试的只是其中一部分（执行几率最高的部分）。

因此，经过测试的程序一般还不能轻易宣布为“没有问题”，只能说“经过测试的部分无问题”。

正如检查身体一样，经过内科、外科、眼科、五官科……各科例行检查后，不能宣布被检查者“没有任何病症”，他有可能有隐蔽的、不易查出的病症。

所以医院的诊断书一般写为“未发现异常”，而不能写“此人身体无任何问题”。

我们应当了解测试的目的，学会组织测试数据，并根据测试的结果修改完善程序。

第三部分实验内容与安排

实验一C++程序的运行环境和运行C++程序的方法

1．实验目的

（1）了解所用的计算机系统的基本操作方法，学会独立使用该系统。

（2）了解在该系统上如何编辑、编译、连接和运行一个C++程序。

（3）通过运行简单的C++程序，初步了解C++源程序的结构和特点。

应学会在一种以上的编译环境下运行C++程序，建议学习并掌握VisualC++6.0的使用方法。

2．实验内容和步骤

（1）检查所用的计算机系统是否己安装了VisualC++6.0编译系统

（2）在VisualC++6.0环境下编译和运行C++程序

在第一次上机时，按以下步骤建立和运行C++程序：

①先进入VisualC++6.0环境。

②在自己指定的子目录中建立一个名为test.cpp的新文件（此时尚未向文件输入内容）。

③从键盘输入以下程序（第l章第8题）：

intmain（）;

{inta,b;

c=a+b;

cout>>“a+b=”>>a+b;

}

④选择Build→Compiletest.cpp命令，对此源程序进行编译。

观察和分析编译信息。

⑤根据编译信息指出的错误，修改程序。

再进行编译，如果还有错，再重复此过程，直到编译不出错为止。

⑥选择Build→Buildtest.exe命令，对程序进行连接，如果不出错，就会生成可执行程序test.exe。

⑦选择Build→Executetest.exe命令，执行可执行程序test..exe观察屏幕的变化。

在输出窗口应显示程序运行结果。

⑧分析结果是否正确，如果不正确或认为输出格式不理想，可以修改程序，然后重新执行以上④至⑧步骤。

此外，还可利用已有的源程序建立一个新程序。

由于刚才已建立了一个名为test.cpp的源程序，可以以它为基础建立一个新程序，这样更方便些。

按以下步骤：

①通过“资源管理器”或“我的电脑”，按文件路径找到已有源程序test.cpp。

②双击“test.cpp”图标，进入VisualC++集成环境，打开test.cpp。

③在test.cpp基础上将源程序修改为以下内容（第1章第9题）：

#include

usingnamespacestd;

intmain（）

{inta,b;

c=add（a,b）

cout<<"a+b="<

return0;

}

intadd（intx,inty）;

{z=x+y;

return（z）;

}

④选择File→Saveas命令，用新的文件名other.cpp保存。

此时，other.cpp与test.cpp在同一子目录下。

⑤对新文件other.cpp进行编译、连接和运行。

步骤与前相同。

3．预习内容

《C++面向对象程序设计》第1章。

这是第一个实验，写得比较详细。

希望大家能在实验中多思考，多给自己提问题，多设想几种可能性。

做实验时不要满足于验证书本知识。

在以后的实验中，请大家自己设计具体的实验步骤，尽可能自己补充增加一些内容，以提高自己的实践能力。

实验二C++对C的扩充

1．实验目的

（1）了解在面向过程程序设计中C++对C功能的扩充与增强，并善于在编写程序过程中应用这些新的功能。

（2）进一步熟悉在所用的系统上编辑、编译、连接和运行C++程序的方法。

（3）进一步熟悉C++程序的结构和编程方法。

2．实验内容和步骤

要求事先编好解决下面问题的程序，然后上机输入程序并调试运行。

（1）输入以下程序，进行编译，观察编译情况，如果有错误，请修改程序，再进行编译，直到没有错误，然后进行连接和运行，分析运行结果（本题是《C++面向对象程序设计》第1章习题第9题）。

#include

usingnamespacestd;

intmain（）

{inta,b;

c=add（a,b）

cout<<"a+b="<

return0;

}

intadd（intx,inty）;

{z=x+y;

return（z）;

}

（2）编一个程序，用来求2个或3个正整数中的最大数。

①用不带默认参数的函数实现。

②用带有默认参数的函数实现。

（本题是《C++面向对象程序设计》第1章习题第11题）

对比两种方法，分析用带有默认参数的函数的优点和应用的场合。

总结如何选择默认参数的值。

请分析本题中默认参数的值应该在什么范围。

（3）输入两个整数，将它们按由大到小的顺序输出（本题是《C++面向对象程序设

计》第1章习题第12题）。

①使用指针方法。

②使用变量的引用。

比较这两种方法的特点和使用方法。

（4）对3个变量按由小到大顺序排序，要求使用变量的引用（本题是《C++面向对象程序设计》第1章习题第13题）。

①使用指针方法。

②使用变量的引用。

请总结使用引用时要注意什么问题。

（5）有5个字符串，要求对它们按由小到大顺序排列，用string方法（本题是《C++面向对象程序设计》第1章习题第16题）。

（6）编一个程序，用同一个函数名对n个数据进行从小到大排序，数据类型可以是整型、单精度型、双精度型（本题是《C++面向对象程序设计》第1章习题第17题和18题）。

①用重载函数实现。

②用函数模板实现。

比较这两种方法各有什么特点，什么情况下可以用函数模板代替重载函数？

什么情况下不可以用函数模板代替重载函数？

3．预习内容

《C++面向对象程序设计》第l章。

实验三类和对象

（一）

1．实验目的

（1）掌握声明类的方法，类和类的成员的概念以及定义对象的方法。

（2）初步掌握用类和对象编制基于对象的程序。

（3）学习检查和调试基于对象的程序。

2．实验内容

（1）有以下程序：

#include

usingnamespacestd;

classTime//定义Time类

{public：

//数据成员为公用的

inthour;

intminute;

intsec;

};

intmain（）

{Timetl;//定义t1为Time类对象

cin>>tl.hour;//输入设定的时间

cin>>tl.minute;

cin>>tl.sec;

cout<

”<

return0;

}

改写程序，要求：

①将数据成员改为私有的；

②将输入和输出的功能改为由成员函数实现；

③在类体内定义成员函数。

然后编译和运行程序。

请分析什么成员应指定为公用的？

什么成员应指定为私有的？

什么函数最好放在类中定义？

什么函数最好在类外定义？

本题是《C++面向对象程序设计》第2章第2题。

（2）分别给出如下的3个文件：

①含类定义的头文件student.h。

//student.h（这是头文件，在此文件中进行类的声明）

classStudent//类声明

{public:

voiddisplay（）;//公用成员函数原型声明

private:

intnum;

charname[20];

charsex;

};

②包含成员函数定义的源文件student.cpp。

//student.cpp（在此文件中进行函数的定义）

#include

#