程序設(shè)計是大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育和計算機專業(yè)基礎(chǔ)的核心課程，它既為其他技術(shù)課程奠定程序開發(fā)基礎(chǔ)，又是其他專業(yè)課程或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的軟件工具，因此成為各類專業(yè)的必修課程。程序設(shè)計覆蓋面廣、影響大，是卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的通識教育基礎(chǔ)，同時也是大學(xué)生參加課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新實驗、科技制作和學(xué)科競賽等活動的重要平臺。
　　C++是國內(nèi)外廣泛使用的計算機程序設(shè)計語言。其功能強大、面向?qū)ο�、�?shù)據(jù)表示豐富、代碼運行效率高、可移植性好，適合編寫系統(tǒng)軟件和各類應(yīng)用程序。世界上大多數(shù)軟件都是由C語言和C++語言開發(fā)的，在TIOBE編程語言排行榜上，C語言、C++及其衍生發(fā)展起來的Java語言多年來始終處在前三位。學(xué)習(xí)程序設(shè)計從C++入手，對于培養(yǎng)算法設(shè)計與分析能力、抽象數(shù)據(jù)描述與表示能力以及利用計算機求解現(xiàn)實問題的計算思維能力具有其他語言無法比擬的優(yōu)點。而且在完全掌握了C語言、C++之后，再學(xué)習(xí)其他程序語言就會輕車熟路。
　　然而，C++的學(xué)習(xí)難度也是很大的。很多學(xué)生往往是“考完即忘”，學(xué)了后面的忘了前面的，低年級時學(xué)習(xí)的程序設(shè)計到了高年級即處于猶如從未學(xué)過的狀態(tài)，更談不上利用程序設(shè)計解決實際應(yīng)用問題。而且面對龐大、復(fù)雜的C++知識系統(tǒng)，不少學(xué)生甚至教師在教與學(xué)的過程中始終感覺“只見樹木，不見森林”，對學(xué)過的程序思路不甚了解、數(shù)據(jù)描述不清楚、算法設(shè)計不到位，最后連最基本的語言知識也掌握不住，最基本的開發(fā)環(huán)境也不會使用。缺少以技能為目標(biāo)的程序設(shè)計教材是造成這一局面的重要原因之一。
　　現(xiàn)有的C語言和C++程序設(shè)計類的教材多偏重語言知識，羅列語法多、千篇一律、大同小異，在如何應(yīng)用程序解決實際問題方面下的工夫少；程序設(shè)計方法與語言結(jié)合少，缺少推動學(xué)生計算思維的訓(xùn)練；生硬的例子與實際應(yīng)用脫節(jié)，缺少應(yīng)用編程技術(shù)的展開。教學(xué)中盡管有諸如“案例教學(xué)”、“項目驅(qū)動”的做法，但由于缺少成熟的教學(xué)平臺和系統(tǒng)化、規(guī)范化的教學(xué)資源，難以培養(yǎng)和提高學(xué)生應(yīng)用程序設(shè)計解決實際問題的技能。
　　需要知道，人類學(xué)自然語言時，學(xué)的不僅是聽還有說；學(xué)字時，學(xué)的不僅是讀還有寫。隨著人們向一個越來越數(shù)字化的信息世界邁進，不僅應(yīng)該學(xué)會如何使用程序，還要學(xué)會如何編寫程序。當(dāng)語言知識轉(zhuǎn)化為編程技能時，就沒有知識會遺忘了，應(yīng)用程序設(shè)計解決實際問題的計算能力如同學(xué)習(xí)語言時的聽、說、讀、寫一般。
為此，我們在多年程序設(shè)計課程的一線教學(xué)經(jīng)驗和軟件開發(fā)科研工作基礎(chǔ)上，結(jié)合自主研發(fā)的程序設(shè)計綜合訓(xùn)練平臺和系列教育軟件，推出以語言知識為工具、以技能培養(yǎng)為目標(biāo)、以編程技術(shù)為核心的系列程序設(shè)計教材。
　　本教材遵循我們多年提倡的“精講多練、注重技能、開拓設(shè)計”教學(xué)理念編寫。在程序語言知識體系的選取與深度的把握上，在算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計的結(jié)合上精心設(shè)計，力圖適合高等院校和專業(yè)計算機培訓(xùn)的教學(xué)目標(biāo)與知識結(jié)構(gòu)的要求，體現(xiàn)了以下7個特色。
(1) 首創(chuàng)雙線索的程序設(shè)計知識體系。
任何一本程序設(shè)計教材必然是以程序語言為背景的，本書也不例外。然而C++具有龐大的語言知識內(nèi)容，因此以語言知識為教學(xué)線索必然是整體感凌亂。表現(xiàn)為教學(xué)學(xué)時始終處在不夠的“高壓狀態(tài)”，學(xué)生學(xué)習(xí)始終抓不住主次。
　　本教材的雙線索程序設(shè)計知識體系以“數(shù)據(jù)表示”和“程序?qū)崿F(xiàn)”作為教學(xué)上的兩條主線索，螺旋上升、交叉推進，如圖0.1所示。
　　圖0.1 雙螺旋線索C++知識體系示意
　　首先，教材通過簡單程序引出程序基本結(jié)構(gòu)，以編程為目標(biāo)給出兩條線索: 數(shù)據(jù)表示和程序?qū)崿F(xiàn)。其次，從引入簡單數(shù)據(jù)開始，逐步解決運算和程序組織，進而上升到程序模塊化的實現(xiàn)。再次，從基本類型提高到復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，上升到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層面的數(shù)據(jù)表示，程序模塊進階到算法實現(xiàn)。最后，兩條線索交匯到高級編程技術(shù)應(yīng)用專題，揭示程序設(shè)計與應(yīng)用軟件開發(fā)的一般規(guī)律。
　　實際教學(xué)效果表明，雙線索程序語言知識體系突出了程序設(shè)計方法學(xué)，使程序語言成為服務(wù)于編程的工具而不是目標(biāo)，學(xué)習(xí)者既能獲取語言知識，又能掌握編程技能。
(2) 優(yōu)化程序設(shè)計知識安排。
多數(shù)現(xiàn)有教材中的知識安排導(dǎo)致以技能為目標(biāo)的程序設(shè)計難于實現(xiàn)，出現(xiàn)教學(xué)瓶頸。表現(xiàn)在語言階段冗長，使得以函數(shù)、自定義類型等內(nèi)容為教學(xué)中心的編程階段在實際教學(xué)中接近課程末期，從而讓應(yīng)用程序設(shè)計教學(xué)目標(biāo)落空。
　　本教材在程序語言知識方面采用了“快節(jié)奏”，在程序設(shè)計方法和編程技術(shù)方面采用了“慢節(jié)奏”，解決了多年來程序設(shè)計教與學(xué)的難題和瓶頸問題�！翱旃�(jié)奏”體現(xiàn)為語言基礎(chǔ)知識學(xué)時被大幅度壓縮， 從一開始即以簡單程序框架展開程序知識，直接進入以程序模塊化為主的教與學(xué)環(huán)境。方便教師精講知識，學(xué)生早早練習(xí)進而多練，教材不在語言細節(jié)、小片段程序上反復(fù)循環(huán)�！奥�節(jié)奏”體現(xiàn)為以（較難的）編程技術(shù)為研究專題展開（費時的）編程方法教學(xué)，方便教師組織技能訓(xùn)練，學(xué)生獲取編程技巧。本教材將軟件開發(fā)中的結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο蟆⒔M件模型和敏捷思想融入到每個章節(jié)，讓學(xué)習(xí)者接受專業(yè)化訓(xùn)練。
　　如圖0.2所示是本教材的知識安排，與傳統(tǒng)的C++教學(xué)相比，增加了“設(shè)計階段”的教學(xué)。顯然，優(yōu)化的知識體系使教師在教學(xué)時能夠“抓大”（設(shè)計方法）“放小”（語言知識），學(xué)生學(xué)習(xí)時能夠得到最大化的“飽滿感”編程訓(xùn)練。
圖0.2 優(yōu)化的C語言程序知識安排
(3) 首創(chuàng)高級編程技術(shù)教學(xué)新思想。
由于沒有更高層次的應(yīng)用程序開發(fā)內(nèi)容，許多教材的實際教學(xué)效果就是教師和學(xué)生都集中在做題上面。如數(shù)學(xué)一般，將程序設(shè)計演變成“程序語言+計算方法”, C++成了數(shù)學(xué)工具。殊不知計算方法（數(shù)值計算、非數(shù)值計算）僅是程序設(shè)計方法的一種，程序方法學(xué)中還有諸如操作系統(tǒng)、人機界面、圖形圖像、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫、硬件接口等技術(shù)領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都有獨特的編程技術(shù)和精巧的解決方法。
　　衡量程序設(shè)計教學(xué)效果有兩個重要指標(biāo): 編程累計行數(shù)（TLOC）和單個程序行數(shù)（SLOC) 。以解題為主的編程訓(xùn)練能提高TLOC，但卻止步于SLOC。即使將習(xí)題做上百題，雖然TLOC指標(biāo)上去了，但SLOC卻不見長。一般地，在專業(yè)的軟件開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，SLOC小于300行時很難讓人體會到應(yīng)用開發(fā)的“感覺”.
　　高級編程技術(shù)是本教材主要的創(chuàng)新成果之一。通過研究型專題的技術(shù)教學(xué)，拓寬了學(xué)生的知識面，使其充分認識到程序是如何解決應(yīng)用問題的，有極大的興趣展開研究型學(xué)習(xí)。在這樣的教與學(xué)環(huán)境下，才能從根本上提高SLOC，提升技能訓(xùn)練層次。
(4) 注重程序設(shè)計和算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合。
程序設(shè)計與算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實際上是一個統(tǒng)一體，不應(yīng)該也不可能將它們對立與分割。我國計算機基礎(chǔ)教育的實際情況是，不少非計算機專業(yè)在程序設(shè)計課程后不再涉及算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。即使是計算機專業(yè)開設(shè)有專門的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，也是“自說自話”，并不是站在軟件系統(tǒng)開發(fā)（SSD）的角度使之有機地聯(lián)系在一起。
算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計的理論升華，是培養(yǎng)學(xué)生向應(yīng)用程序開發(fā)轉(zhuǎn)型的主要工具。本教材給出算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初步知識，克服了簡單羅列算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容和算法與程序設(shè)計脫節(jié)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序數(shù)據(jù)表示脫節(jié)的問題。在講述每一種常用算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本思路與設(shè)計步驟的基礎(chǔ)上，落實到每一個案例求解，從案例的提出到算法設(shè)計與數(shù)據(jù)描述、從程序?qū)崿F(xiàn)到案例結(jié)果的討論與分析，環(huán)環(huán)相扣，融為一體，力求理論與實際相結(jié)合，數(shù)據(jù)描述與數(shù)據(jù)表示、算法與程序?qū)崿F(xiàn)相統(tǒng)一，切實提高對所學(xué)算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和掌握。
(5) 注重典型案例的精選與提煉。
培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不是一兩句空洞說教所能奏效的，必須通過一些有價值的實際案例來引導(dǎo)。本教材設(shè)計了初等難度語言示范型、中等難度算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用型、較高難度綜合設(shè)計型三種梯度的案例。這些案例的精選與提煉，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣，有利于學(xué)生在計算機現(xiàn)實問題求解上開闊視野，使之在程序設(shè)計方法和思路的開拓與編程技巧的應(yīng)用上有一個深層次的鍛煉與提高。其中難度較大的高級編程技術(shù)綜合設(shè)計案例可作為課程設(shè)計、大作業(yè)與課后專題研究選用。
算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計都不是一成不變的，可以實施多層次多方位的變通，變通出效果，變通長能力。本教材的部分示例給出了算法改進與程序優(yōu)化的過程，既是提高案例求解效率的過程，也是算法設(shè)計能力培養(yǎng)與提高的過程，更是優(yōu)化意識與創(chuàng)新能力增強的過程。
(6) 注重編程風(fēng)格。
本書使用ISO/IEC 14882-2003 C++語言標(biāo)準(zhǔn)（簡稱C++03標(biāo)準(zhǔn)），充分體現(xiàn)了程序語言的最新進展和當(dāng)前業(yè)界的最佳實踐。
書中廣泛采納各專業(yè)軟件公司編程規(guī)范的優(yōu)點，無論語法語義、書寫形式、示例代碼等，均采用專業(yè)編程風(fēng)格編寫，潛移默化地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者與專業(yè)化接軌。
書中所有程序均在Visual C++ 6.0和GCC 4.x (Code: : Blocks）上調(diào)試通過。同時，教材中的所有源程序與各章習(xí)題的完整代碼均可在清華大學(xué)出版社網(wǎng)站下載。
(7) 配套程序設(shè)計教學(xué)平臺、系列教育軟件和教學(xué)資源。
學(xué)習(xí)程序設(shè)計，上機實驗是重要的環(huán)節(jié)。而實驗環(huán)節(jié)重要的是什么呢？是性能優(yōu)越的計算機或者環(huán)境良好的機房嗎？答案不是。那種在實驗課上做題、講題的教學(xué)模式是很難培養(yǎng)程序設(shè)計技能的，本質(zhì)上這種模式一開始就是奔期末考試（等級考試）去的。
　　程序設(shè)計實驗環(huán)節(jié)最重要的是要有優(yōu)秀的教學(xué)平臺、教育軟件和完整的教學(xué)資源。以技能培養(yǎng)為目標(biāo)、以編程技術(shù)為核心的教學(xué)模式不是傳統(tǒng)實驗手段自發(fā)實現(xiàn)的，而是通過高集成度的程序設(shè)計綜合訓(xùn)練平臺，全程自動化輔助教學(xué)和教學(xué)管理來實現(xiàn)的。
　　自2001年以來，基于專業(yè)的軟件開發(fā)科研優(yōu)勢，結(jié)合一線教學(xué)和課程改革的經(jīng)驗，圍繞課堂、實驗、作業(yè)、設(shè)計、考核5個教學(xué)環(huán)節(jié)，我們開發(fā)了系列教育軟件。例如，“程序設(shè)計在線評測系統(tǒng)INPOJ”采用計算機系統(tǒng)使學(xué)生通過大量習(xí)題的訓(xùn)練提高解題速度（POJ訓(xùn)練）以解決TLOC; “軟件設(shè)計協(xié)同開發(fā)平臺DevForge”按專業(yè)軟件開發(fā)方式引導(dǎo)、跟蹤、自動評閱學(xué)生課程設(shè)計程序和報告以解決SLOC; “遠程網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)inTest”實現(xiàn)技能測試和實踐考核，等等。這些教學(xué)平臺的使用，使得實驗機房變成了學(xué)生討論、思考、相互教授的研究場所，形成數(shù)字化課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)、電子教室、智能答疑、綜合訓(xùn)練等立體化教學(xué)環(huán)境，為落實教學(xué)理念和教學(xué)目標(biāo)提供了先進工具。
使用本教材的高等院校和培訓(xùn)機構(gòu)想要進一步了解有關(guān)程序設(shè)計綜合訓(xùn)練平臺和系列教育軟件更多的信息，請與作者（jxf@nwpu.edu.cn）聯(lián)系。
由于C++兼容C語言，因此本書第1～8章主要是C語言的知識內(nèi)容，不妨稱為“C語言的”，其中帶號的章節(jié)是C++對C語言的擴展。第9～14章完全是C++的知識內(nèi)容，稱為“C++的”. C語言部分以結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計為主要方法，C++部分將逐步上升到面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法。之所以如此涇渭分明，是因為C語言是C++的基礎(chǔ)，C語言的即C++的，結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的起步環(huán)節(jié)。
本書有兩本配套的教學(xué)參考書:
(1) 《C++程序設(shè)計實驗教程》。該書分為四部分。前兩部分詳細介紹了Visual C++和GCC開發(fā)工具的使用方法和程序調(diào)試技術(shù)；第三部分是與教材知識體系相對應(yīng)的實驗內(nèi)容，分為驗證型實驗和設(shè)計型實驗，主要突出綜合性實驗，并結(jié)合算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識設(shè)計了一些有難度的實驗題目；第四部分是課程設(shè)計專題研究實驗內(nèi)容，其目的是使讀者能夠訓(xùn)練應(yīng)用程序開發(fā)，獲取設(shè)計C++程序項目的初步知識和工程經(jīng)驗，掌握高級編程技術(shù)。
(2) 《C++程序設(shè)計習(xí)題與解析》。該書主要包括3個方面的內(nèi)容: 知識點與考點提煉、經(jīng)典例題解析、典型習(xí)題與解答。內(nèi)容緊扣課程教材和實驗教材，對課程的講授、學(xué)習(xí)以及考查起到積極的指導(dǎo)和輔助作用，其目的是使讀者加強程序語言知識的掌握。
此外，向使用本書的教師提供講課的電子演示文稿和素材，以節(jié)省教師的備課時間。向使用本書的高校和培訓(xùn)機構(gòu)提供“程序設(shè)計課程教學(xué)指南”，方便組織教學(xué)、實施課程管理。
　　本書第1～8章和第15、16章由姜學(xué)鋒編寫，第9章和第10章由周果清、姜學(xué)鋒共同編寫，第11～14章由劉君瑞編寫，全書由姜學(xué)鋒主編并統(tǒng)稿。在書稿的編著過程中，得到了多位專家的關(guān)心和熱情支持，西北工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院的同事們提出了許多寶貴的意見和建議，清華大學(xué)出版社對本書的出版十分重視并做了周到的安排。在此，對所有鼓勵、支持和幫助過本書編寫工作的領(lǐng)導(dǎo)、專家、同事和廣大讀者表示真摯的謝意！
　　由于時間緊迫以及作者水平有限，書中難免有錯誤、疏漏之處，懇請讀者批評指正。

姜學(xué)鋒2011年7月于西北工業(yè)大學(xué)