1、C++编程概述

面向对象编程语言把事物看成是具有属性和行为的对象，然后通过抽象找出属于同一类的事物的属性和行为，就形成了类。通过类得继承和多态可以很好的实现代码复用，提高软件开发效率。
结构化程序设计方法，它的设计思路是，自上而下，逐步细化，将程序结构按功能分成多个模块，每个模块可能又会分成多个模块，这样就形成了一个模块的树状结构，各个模块间的关系尽可能简单，功能上相对独立。每个模块都是由顺序、选择和循环三种基本结构组成。这种方法就将一个复杂的程序设计问题分成很多简单细化的子问题，更便于开发维护。但是这种方法的缺点是数据和处理数据的方法各自独立，如果数据结构改变，所有相关的方法都要改变。
面对对象设计方法，它将数据和方法放到一个整体里，这个整体就叫对象，同类型对象抽象成类，类中大部分数据只能用本类中的方法处理，类通过简单的外部接口与外界发生关系，而内部的各种关系对外部是透明的。

一、基本概念

1. 对象
   每个对象都是描述客观存在事物的一个实体，都是由数据和方法（也可以叫属性和行为）构成。属性是描述事物特征的数据，行为描述对对象属性的一些操作。
2. 类
   类是具有相同属性和行为的一些对象的集合，它为所有属于这个类的对象提供抽象的描述，比如麻雀和杜鹃都可以看作是对象，而鸟就可以看作类。
3. 封装
   封装就是把对象的所有属性和行为结合成一个独立的单位，对外隐藏对象的内部细节，只保留有几个接口与外界联系。
4. 继承
   一个类（叫做子类）可以通过继承另一个类（叫做父类）来拥有另一个类的所有属性和行为。比如车和汽车，汽车从车继承，车的所有属性和行为都继承到了汽车上。
5. 多态性
   多态性就是说父类中的属性和行为被子类继承后，子类可以有自己不同于父类的属性或行为。比如定义一个类“动物”，它具有“吃”这个行为，但是具体怎么吃吃什么，不知道，因为不知道到底是个什么“动物”，如果从这个类继承出子类“羊”和“老虎”，“吃”就成了具体的行为，怎么吃吃什么就都知道了。

二、数据的表示及运算

计算机中数据表示

计算机内部，数值、文字、声音、图形图像等各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理。编码就是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，来表示大量复杂多样的信息，

进制间相互转化

1. 十进制与二进制相互转化
   将十进制转换魏二进制时，整数部分和小数部分分别转换，然后合并。十进制整数转换为二进制整数的方法是“除2取余”，先出低位最后得高位；十进制小数转换为二进制小数的方法是“乘2取整”，先得高位再得低位。
   如:$$175.71875_{10}$$转换为二进制为$$10101111.10111_2$$
   在熟悉2的整数幂次情况下，可将十进制数写成按二进制数权的大小展开的多项式，按权值从高到低依次取各项的系数就可得到相应的二进制数。
   $$175.71875_{10}=2^7+2^7+2^5+2^3+2^2+2^1+2^0+2^{-1}+2^{-3}+2^{-4}=10101111.10111_2$$
   二进制转换为十进制的方法：将二进制数的每一位数乘以它的权，然后相加，即可得到相对应的十进制。
2. 八进制计数法与十进制、二进制计数法的相互转换
   十进制转八进制：对于十进制整数部分采用“除8取余”的方法转换为八进制整数；对于十进制小数则采用“乘8取整”的方法转换为八进制小数。
   二进制数据转换成八进制数的方法是：从小数点起，每三位二进制位分成一组（不足3位时，在小数点左边时左边补0，在小数点右边时右边补0），然后写出每一组的等值八进制数。顺序排列起来就得到所要求的八进制数。
   八进制转二进制：将一位8进制用三位二进制数表示，就可以直接将八进制数转换成二进制。
   
3. 十六进制计数法与十进制、二进制计数法的相互转换
   十进制转十六进制：十进制数的整数部分“除16取余”，十进制数的小数部分“乘16取整”。
   二进制转十六进制：4位二进制对应1位16进制。
   $$10101111.10111_2=AF.B{8}_{16}$$

二进制计算规则

• 加法：二进制加法的进位规则是“逢二进一”
• 减法：二进制减法的借位规则是“借一当二”
• 乘法
  $$0\times 0=0$$ $$1\times 0=0$$ $$0\times 1=0$$ $$1\times 1=1$$

三、计算机数据的存储单位

1. 位
   这是数据的最小单位，表示一位二进制数据。
2. 字节
   由八位二进制数据组成。字节是数据存储中最常用的基本单位。我们常说内存有2G，这里的单位就是字节。1K等于1024字节，1M等于1024K，1G等于1024M。
3. 字
   位的组合，作为一个独立的信息单位处理。取决于机器的类型、字长及使用者的要求。常用的固定字长有8位、16位、32位等。
4. 机器字长
   讨论信息单位时，有个与机器硬件指标有关的单位就是机器字长，一般指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数，它代表了机器的精度，如32位、64位等。就是我们常说的32位机器还是64位机器。

四、机器数和码制

对于带符号数，机器数的最高位是表示正、负的符号位，其余则表示数值。若约定小数点的位置在机器数的最低数值位之后，则是纯整数；若小数点的位置在机器数的最高数值位之前（符号位之后），则是纯小数。无符号数是指全部二进制位均代表数值，没有符号位。
带符号的机器数可以采用原码、反码和补码、移码等不同得编码方式。

1. 原码表示
   数值X得原码记为$$[X{]}_{原}$$如果机器字长为n，则最高位是符号位，0表示正好，1表示负号，其余的n-1位表示数值的绝对值。数值零的原码表示有两种形式：$$[+0{]}_{原}=00000000，[-0{]}_{原}=10000000$$
2. 反码表示
   数值X的反码记为$$[X{]}_{反}$$如果机器字长为n，则最高位是符号位，0表示正好，1表示负号，其余的n-1位表示数值。
   正数的反码与原码相同，负数的反码则是其绝对值按位求反。
   数值零的反码表示有两种形式：$$[+0{]}_{反}=00000000，[-0{]}_{反}=11111111$$
3. 补码表示
   数值X的补码记为$$[X{]}_{补}$$如果机器字长为n，则最高位是符号位，0表示正好，1表示负号，其余的n-1位表示数值。
   正数的补码与其反码和原码相同，负数的补码则等于其反码的末尾加1。
   在补码表示中，0有唯一的编码：$$[+0{]}_{补}=00000000，[-0{]}_{补}=00000000$$
   相对于原码和反码表示，n位补码表示法有一个例外，当符号位为1而数值位全部为0时，它表示整数$$2^{n-1}$$，即此时符号位的1即表示负数又表示数值。
4. 移码表示
   移码表示法是在数X上增加一个偏移量来定义的，常用于表示浮点数中的阶码。是基于补码来进行计算。
   如果机器字长为n，在偏移量为2^(n-1)时，只要将补码的符号位取反即可获得相应的移码表示。

五、机器数运算

机器数的加减运算

在计算机中，可以只设置加法器，而将减法器运算转换为加法运算来实现。

1. 原码加减法
   先确定符号位，符号位相同则加数值为进行运算；符号位不同则比较数值位绝对值，取绝对值大的符号位，然后用绝对值大的减去绝对值小的。
   在计算机中很少使用原码计算。
2. 补码加减法
   补码加法：$$[X+Y{]}_{补}=[X{]}_{补}+[Y{]}_{补}$$
   补码的减法：差的补码等于被减数的补码加上减数取负后的补码，即：$$[X-Y{]}_{补}=[X{]}_{补}+[-Y{]}_{补}$$
   由[X]_补求[-X]_补的方法是：[X]_补的各位取反（包括符号位），末尾加1。

补码加减运算的规则如下：

• 参加运算的操作数用补码表示。
• 符号位参加运算。
• 若进行相加运算，则两个数的补码直接相加；若进行相减运算，则将减数连同其符号位一起变反后加1后于被减数相加。
• 运算结果用补码表示。

机器数的乘除运算

1. 纯软件方案。
2. 在现有的能够完成加减运算的算数逻辑单元ALU的基础上，通过增加少量的实现左、右移动的逻辑电路，来实现乘除运算。
3. 设置专门的硬件阵列乘法器（或除法器），完成乘（除）法运算。

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