Ch ơng trình là gì?
Bản chất của chương trình máy tính là một tập hợp các lệnh được thực hiện theo thứ tự Chương trình, như "Microsoft Word", cho phép người dùng tương tác với máy tính để thực hiện các tác vụ cụ thể Khi bạn khởi động một chương trình và yêu cầu máy tính thực hiện các lệnh của nó, bạn đang chạy chương trình đó.
L p trình là gì?
M c cao c l p v i máy tính
M c cao c l p v i máy tính th ng "c chia thành ba b c chính là: xác nh v n , thi t k thu t toán và l p trình
Xác định vấn đề là bước đầu tiên trong việc giải quyết bài toán, bao gồm việc nhận diện dữ liệu đầu vào, các ràng buộc và yêu cầu cần giải quyết để đạt được kết quả mong muốn Bước này thường sử dụng bút/giấy và ngôn ngữ, thường là tiếng Anh hoặc tiếng Việt, để mô tả và xác định vấn đề cần giải quyết.
Thuật toán là một chuỗi các bước dẫn đến việc giải quyết một bài toán Các bước này cần được trình bày một cách hoàn chỉnh và chính xác để mọi người có thể hiểu và thực hiện theo Thuật toán thường được mô tả dưới dạng mã giả (pseudocode), cho phép sử dụng giấy bút và không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình cụ thể Ví dụ, thuật toán "tìm ước chung lớn nhất (UCLN) của hai số x và y" có thể được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên.
• B c 1: N u x>y thì thay x b ng ph n d c a phép chia x/y
• B c 2: N u không, thay y b ng ph n d c a phép chia y/x
• B c 3: N u trong hai s x và y có m t s b ng 0 thì k t lu n UCLN là s còn l i
• B c 4: N u không, quay l i B c 1 ho c b ng mã gi : repeat if x > y then x := x mod y else y := y mod x until x = 0 or y = 0 if x = 0 then UCLN := y else UCLN := x
Lập trình là quá trình chuyển đổi thuật toán thành một ngôn ngữ lập trình, trong đó các ngôn ngữ lập trình bậc cao như C++ và Java được sử dụng phổ biến Qua đó, lập trình viên có thể phát triển các chương trình phần mềm theo yêu cầu cụ thể.
M c th p ph thu c vào máy tính
Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như C, C++, Java, Visual Basic và C# cho phép lập trình viên thiết kế các ứng dụng phức tạp Tuy nhiên, máy tính không thể hiểu trực tiếp các ngôn ngữ này Trước khi một chương trình được thực thi, nó cần phải được biên dịch sang ngôn ngữ máy, hay còn gọi là mã máy, mà máy tính có thể hiểu và thực hiện Quá trình chuyển đổi này được thực hiện bởi một chương trình gọi là trình biên dịch.
Ngôn ng l p trình và ch ơng trình d ch
Quá trình giải quyết một bài toán thông qua các bước khác nhau chuyển đổi ngôn ngữ tự nhiên thành ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu và thực hiện Ngôn ngữ lập trình đóng vai trò quan trọng trong việc này.
"c chia ra thành hai lo i: ngôn ng l p trình b c th p và ngôn ng l p trình b c cao
Ngôn ngữ lập trình bậc thấp như hợp ng (assembly language) và mã máy là những ngôn ngữ gần gũi với ngôn ngữ máy mà máy tính có thể hiểu được Điểm chính của các ngôn ngữ này là chúng liên quan chặt chẽ đến cấu trúc phần cứng của máy tính Các hệ máy tính khác nhau sử dụng các ngôn ngữ khác nhau, cho phép lập trình viên viết chương trình mà không cần qua chương trình dịch Mặc dù ngôn ngữ bậc thấp có thể được sử dụng để viết những chương trình cần tối ưu hóa vật lý, nhưng chúng thường khó hiểu đối với con người và không thuận tiện cho việc lập trình.
Ngôn ng l p trình b c cao nh Pascal, Ada, C, C++, Java, Visual Basic,
Python là một ngôn ngữ lập trình bậc cao, cho phép lập trình viên phát triển ứng dụng một cách dễ dàng và nhanh chóng Việc sử dụng các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Python mang lại nhiều lợi ích so với ngôn ngữ lập trình bậc thấp, bao gồm khả năng chạy trên nhiều loại máy tính khác nhau.
Các ch ơng trình vi t b ng m t ngôn ng b c cao mu n ch y "c thì ph i
Chương trình dịch ngôn ngữ máy có thể được chia thành hai loại chính: trình biên dịch và trình thông dịch Trình biên dịch chuyển đổi mã nguồn thành mã máy trước khi thực thi, trong khi trình thông dịch thực hiện mã nguồn trực tiếp mà không cần biên dịch trước.
Các ngôn ngữ lập trình cao cấp như C và C++ yêu cầu một trình biên dịch (compiler) để chuyển đổi mã nguồn thành mã máy Một trong những trình biên dịch phổ biến là gcc/g++ trong bộ GNU Compiler Collection (GCC), thường được sử dụng trong các môi trường Unix/Linux cũng như Windows Ngoài ra, Microsoft Visual C++ cũng là một trình biên dịch C++ phổ biến trên Windows Ngược lại, một số ngôn ngữ lập trình cao cấp khác như Perl và Python sử dụng trình thông dịch (interpreter), cho phép thực thi mã nguồn từng dòng một thay vì biên dịch toàn bộ chương trình trước khi chạy.
C++ là một trong những ngôn ngữ lập trình chuyên nghiệp phổ biến nhất trên thế giới Trong môn học này, C++ sẽ được giới thiệu với những kiến thức cơ bản và nhiều tính năng quan trọng Nội dung của môn học sẽ giúp người học nắm vững các khái niệm cốt lõi và ứng dụng thực tiễn của C++.
"c gi i thi u sơ qua Ng i h c nên ti p t c tìm hi u v ngôn ng C++, v "t ra ngoài gi i h n c a cu n sách này.
Môi tr ng l p trình b c cao
Để giải quyết một bài toán bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao, bạn cần trang bị những công cụ cơ bản như: trình soạn thảo, trình biên dịch cho ngôn ngữ sử dụng, các thư viện chuẩn của ngôn ngữ đó và chương trình gỡ lỗi (debugger).
Các b c cơ b n xây d!ng và th!c hi n m t ch ơng trình:
Mã nguồn chương trình C++ thường được lưu trữ trong các tệp có đuôi cpp, cxx, cc hoặc C (viết hoa) Người dùng có thể sử dụng các trình soạn thảo văn bản như Notepad trên Windows hoặc vi trên Unix/Linux để chỉnh sửa mã nguồn Ngoài ra, cũng có nhiều công cụ soạn thảo tích hợp giúp phát triển mã nguồn hiệu quả hơn.
Trình biên dịch D chuyển đổi mã nguồn chương trình thành mã máy riêng lẻ, gọi là "object code" Các trình biên dịch phổ biến cho C++ bao gồm vc.exe trong Microsoft Visual Studio và gcc trong GNU Compiler, với các tham số thích hợp để tạo ra tập tin thực thi.
Liên kết là một quá trình quan trọng trong việc tạo ra chương trình hoàn chỉnh từ mã nguồn Nó thường sử dụng để xử lý dữ liệu hoặc hàm "cần thiết" trong các tệp khác hoặc trong thư viện Trình liên kết (linker) kết nối các đoạn mã máy riêng lẻ với nhau và với các thư viện có sẵn, tạo ra một chương trình mã máy hoàn chỉnh có thể chạy được.
4 N p: Trình n p (loader) s n p ch ơng trình d i d ng mã máy vào b nh Các thành ph n b, sung t& th vi n c)ng "c n p vào b nh
5 Ch y: CPU nh n và th!c hi n l n l "t các l nh c a ch ơng trình, d li u và k t qu th ng "c ghi ra màn hình ho c , 'a
Trong quá trình phát triển phần mềm, không phải chương trình nào cũng chạy hoàn hảo ngay từ đầu Một số chương trình có thể gặp lỗi cú pháp, dẫn đến việc không thực thi đúng Trong những trường hợp như vậy, lập trình viên cần quay lại để sửa lỗi và thực hiện lại các bước đã thực hiện trước đó.
Hình 1.2 mô tả các bước cơ bản trong việc xây dựng một chương trình Để lập trình hiệu quả, các công cụ như soạn thảo, dịch, liên kết và chạy cần được sử dụng trong một môi trường lập trình tích hợp (IDE) Trong IDE, tất cả các công cụ này được kết hợp với nhau, giúp người dùng dễ dàng thực hiện các tính năng trong một phần mềm duy nhất IDE rất hữu ích cho các lập trình viên, đặc biệt là đối với những người mới học.
"c b n ch t các b c c a quá trình xây d!ng ch ơng trình, hi u "c b n ch t và c i m chung c a các IDE, tránh tình tr ng b ph thu c vào m t IDE c th
Microsoft Visual Studio là một IDE phổ biến cho môi trường lập trình trên Windows, trong khi Eclipse là phần mềm mã nguồn mở hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình và có phiên bản cho cả Windows và Unix/Linux.
C++ là một ngôn ngữ lập trình phổ biến với nhiều môi trường phát triển tích hợp (IDE) như Microsoft Visual Studio, Dev-C++, Code::Blocks và KDevelop Mỗi IDE đều hỗ trợ nhiều trình biên dịch khác nhau, trong đó Code::Blocks hỗ trợ cả GCC và MSVC, đáp ứng nhu cầu sử dụng của các phiên bản C++ khác nhau.
C++ có nhiều phiên bản khác nhau, trong đó phiên bản trước chuẩn C++ 1998 (ISO/IEC 14882) không hỗ trợ hoàn toàn các tính năng trong chuẩn ANSI/ISO 1998 Phiên bản C++ do Microsoft phát triển khác với phiên bản C++ của GNU Tuy nhiên, các trình biên dịch hiện đại đều hỗ trợ chuẩn C++, vì vậy người dùng nên chọn các phần mềm này Ngôn ngữ C++ được sử dụng trong cuốn sách này tuân theo chuẩn ISO/IEC 14882, được gọi là "C++ thuần túy".
L i và tìm l i
Trong và sau quá trình l p trình, chúng ta ph i ti n hành ki m th và s a l i ch ơng trình Có ba lo i l i th ng g p: l i cú pháp, l i run-time và l i lô-gic
Lỗi cú pháp xảy ra khi lập trình viên viết sai các quy tắc cú pháp của ngôn ngữ lập trình, dẫn đến việc chương trình không thể biên dịch đúng Chương trình biên dịch sẽ phát hiện các lỗi cú pháp và cung cấp thông báo về vị trí mà nó cho là có lỗi.
Trình biên dịch là công cụ quan trọng giúp phát hiện lỗi cú pháp trong chương trình Tuy nhiên, không phải tất cả các lỗi đều được nhận diện, và đôi khi trình biên dịch có thể báo sai lỗi.
Lỗi runtime là lỗi xảy ra trong quá trình chương trình đang chạy, gây ra thông báo lỗi và ngừng chương trình Ví dụ, khi chương trình thực hiện hoạt động không như mong đợi, lỗi này có thể xuất hiện Lỗi logic là loại lỗi khó tìm ra nhất.
Chương trình cần được chạy với nhiều bộ dữ liệu khác nhau để so sánh kết quả mà chương trình tạo ra với kết quả mong đợi Nếu chương trình không phát sinh thông báo lỗi và cho ra kết quả phù hợp với một vài bộ dữ liệu test, điều đó không có nghĩa là chương trình hoàn toàn không có lỗi Việc kiểm tra tính chính xác của chương trình là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất của nó.
L ch s C và C++
Ngôn ng l p trình C "c t o ra b i Dennis Ritchie (phòng thí nghi m Bell) và
Ngôn ngữ lập trình C đã phát triển mạnh mẽ trong hệ điều hành UNIX, nổi bật với khả năng tương thích cao (portable) Điều này có nghĩa là chương trình viết bằng ngôn ngữ C có thể chạy trên nhiều loại máy tính và hệ điều hành khác nhau Kể từ năm 1983, ngôn ngữ C đã trở thành một trong những công cụ quan trọng trong lĩnh vực lập trình.
"c chu-n hóa và "c g i là ANSI C b i Vi n chu-n hóa qu c gia Hoa K/
(American National Standards Institute) Hi n nay ANSI C v n là ngôn ng l p trình chuyên nghi p và "c s d ng r ng rãi phát tri n các h th ng tính toán hi u n(ng cao
Ngôn ngữ lập trình C++ được phát triển bởi Bjarne Stroustrup tại phòng thí nghiệm Bell, dựa trên ngôn ngữ C và có ảnh hưởng từ Simula67 So với C, C++ an toàn hơn, có khả năng mở rộng tốt hơn và ít bị lỗi hơn Ngoài những tính năng kế thừa từ C, C++ hỗ trợ lập trình hướng đối tượng và lập trình tổng quát, giúp xây dựng các hệ thống phức tạp một cách dễ dàng hơn.
Ngôn ngữ lập trình C++ ra đời vào năm 1979 với tên gọi "C with Classes", phát triển từ ngôn ngữ C Đến năm 1983, tên gọi "C++" chính thức được sử dụng, mang theo nhiều tính năng mới như hàm ảo, hàm trùng tên và toán tử quá tải Năm 1989, C++ đã được bổ sung thêm lớp trừu tượng, hàm thành viên tĩnh, hàm bạn hữu và thành viên kiểu protected Trong thập kỷ tiếp theo, ngôn ngữ này tiếp tục phát triển với các tính năng như khuôn mẫu, không gian tên, xử lý ngoại lệ, và các kiểu dữ liệu mới Năm 1998, C++ chính thức được chuẩn hóa bởi tổ chức ISO, dẫn đến tiêu chuẩn ISO/IEC 14882 Bên cạnh việc tích hợp với tiêu chuẩn C, C++ còn bổ sung thư viện I/O dòng, và thư viện STL (Standard Template Library) cung cấp các cấu trúc dữ liệu hữu ích như vector và danh sách, cùng với các thuật toán sắp xếp và tìm kiếm.
Hi n nay, C++ là m t trong các ngôn ng l p trình chuyên nghi p "c s d ng r ng rãi nh t.
Ch ơng trình C++ u tiên
Chương trình đơn giản trong Hình 1.3 hiển thị dòng chữ "Hello world!" Trong chương trình này, có những khái niệm quan trọng của C++ Chúng ta sẽ xem xét từng dòng mã một cách chi tiết.
Hình 1.3: Ch ơ ng trình C++ u tiên
Hai dòng chú thích trong lập trình được sử dụng để giải thích nội dung của chương trình mà không ảnh hưởng đến hoạt động của nó khi chạy Dòng chú thích đơn được ký hiệu bằng dấu "//", trong khi dòng chú thích đa dòng sử dụng ký hiệu "/*" để bắt đầu và "*/" để kết thúc Các lập trình viên thường dùng chú thích để làm rõ và cung cấp thông tin về mã nguồn của chương trình.
Dòng thứ ba, #include là một chỉ thị tiền xử lý (preprocessor directive) – chỉ định rằng một công việc mà trình biên dịch cần thực hiện trước khi dịch chương trình #include là khai báo và tham chiếu đến "cơ sở dữ liệu trong chương trình", trong trường hợp này là thư viện đầu vào ra dữ liệu iostream trong thư viện chuẩn C++.
Ti p theo là hàm main, ph n không th thi u c a m i ch ơng trình C++ Nó b$t u t& dòng khai báo header c a hàm: int main()
Chương trình C++ thường bao gồm nhiều hàm, trong đó có một hàm quan trọng mang tên main, đây là nơi chương trình bắt đầu thực hiện và kết thúc Bên trái hàm main là từ khóa int, có nghĩa là hàm main sẽ trả về một giá trị nguyên Chương 4 sẽ cung cấp thông tin chi tiết về khái niệm hàm và việc hàm trả về giá trị.
Hàm main là phần quan trọng trong chương trình, nơi bắt đầu và kết thúc quá trình thực thi Bên trong hàm main có một chuỗi các lệnh, mà khi chương trình chạy, chúng sẽ được thực hiện tuần tự từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng Trong ví dụ đang xét, hàm main chứa hai lệnh, trong đó lệnh kết thúc được biểu diễn bằng một dấu chấm phẩy, trong khi các nhánh khác không yêu cầu điều này.
Trong lập trình C++, lệnh `cout` kết hợp với toán tử ` 3) && (apples < 11); }` kiểm tra xem số lượng táo có nằm trong khoảng từ 4 đến 10 hay không Hàm `enough` trả về giá trị true nếu số táo nhiều hơn 3 và ít hơn 11, giúp xác định điều kiện số lượng táo hợp lệ.
u tiên c a các phép toán
Các phép toán n m trong c p d u ngo c ( ) có u tiên l n nh t Ví d :
Các phép toán /, /, +, - Trong ó /, / có u tiên nh nhau và cao hơn +, -.
Các phép toán so sánh , = Ví d :
Các phép toán lô-gic có th th t! u tiên nh sau: !, &&, || Ví d :
1 || 0 && 0 t ơng ơng v i 1 || (0 && 0) và cho k t qu 1
T ơng thích gi a các ki u
V cơ b n, giá tr gán cho m t bi n nên cùng ki u v i bi n ó Khi m t bi n
"c gán m t giá tr không úng v i ki u d li u c a bi n ó, thì giá tr ó s
"c chuy n ,i sang ki u c a bi n (type conversion) M t vài tr ng h"p th ng g p trong vi c chuy n ki u là:
Chuy n ,i gi a s th!c và s nguyên int x + 2.,; // x nh n giá tr 2 double y + 3.,; // y nh n giá tr 3,, x + y; // x nh n giá tr 3
Phép chia c a s nguyên int divisor + 4; int dividend + 6; int quo + dividend/divisor; // quo nh n giá tr 1
L u ý: Phép chia m t s nguyên cho m t s nguyên s cho k t qu là m t s nguyên Mu n k t qu là m t s th!c thì ít nh t m t trong hai s ph i là s th!c
1 Hãy vi t ch ơng trình tính di n tích c a m t hình tròn Bán kính là m t s th!c và "c nh p vào t& bàn phím Di n tích hình tròn "c hi n ra màn hình
2 Nh p t& bàn phím hai s nguyên là chi u cao c a Peter và Essen Hãy tính xem Peter cao g p bao nhiêu l n Essen Ví d , n u chi u cao c a Peter là 180, chi u cao c a Essen là 150, thì hi n ra màn hình dòng ch
“Peter is 1.2 times as tall as Essen”
3 Nh p t& bàn phím m t s nguyên là nhi t d i d ng F (Fahrenheit), hãy hi n ra màn hình nhi t d i d ng C (Celsius) Sinh viên t! tìm hi u công th c chuy n ,i
4 Vi t m t ch ơng trình trong ó có hai h ng s WIDTH v i giá tr b ng 3.17654, và h ng s L.0GTH v i giá tr b ng 10.03212 Tính và hi n ra màn hình di n tích c a hình ch nh t v i hai c nh là WIDTH và L.0GTH
5 Nh p t& bàn phím b n s nguyên a, b, c và d Hãy tính và hi n ra màn hình giá tr c a bi u th c:
6 Trình bày s! khác bi t gi a bi n a ph ơng và bi n toàn c c
7 Vi t m t ch ơng trình có ch a hai bi n: bi n a ph ơng bonus và bi n toàn c c score Nh p giá tr hai bi n t& bàn phím, tính và hi n ra màn hình t,ng c a score và bonus
8 Hãy tính giá tr c a bi u th c: 1 + 3 < 2 / 4 – 1 && 1
Ch ơng 3 Các c u trúc i u khi n
Chương trình máy tính là một tập hợp các lệnh được lập trình để thực hiện các tác vụ cụ thể Các chương trình thường được viết bằng ngôn ngữ lập trình cao cấp, trong đó có một hàm chính, ví dụ như hàm main trong C++, nơi mà chương trình bắt đầu thực hiện các lệnh đã được định nghĩa.
Trong ch ơng này chúng ta s tìm hi u th t! th!c hi n các l nh trong m t ch ơng trình.
Lu ng i u khi n
Luồng điều khiển của chương trình là thực tế, phản ánh các hành động mà chương trình thực hiện Trong chương này, chúng ta sẽ gặp thực tế đơn giản: thực thi tuần tự, nghĩa là các hành động được thực hiện theo thứ tự mà chúng được viết trong chương trình Ví dụ, Hình 3.1 là sơ minh họa mạch cấu trúc tuần tự, trong đó hai hành động và các mũi tên biểu diễn thực thi các hành động.
Hình 3.1: S ơ chuy n tr ng thái c a m t o n l nh có th t th c thi tu n t
Trong ch ơng này, ta s làm quen v i các lu ng i u khi n ph c t p hơn H u h t các ngôn ng l p trình, trong ó có C++, cung c p hai lo i l nh ki m soát lu ng i u khi n:
Các c u trúc r nhánh
L nh if-else
Câu lệnh if-else (hay còn gọi là lệnh if) cho phép phân nhánh bằng cách lựa chọn thực hiện một trong hai hành động Ví dụ, trong một chương trình xếp loại điểm, nếu điểm của sinh viên lớn hơn 60, sinh viên đó sẽ được coi là "đậu", còn nếu không thì sẽ "bị coi là rớt".
Thuật toán nhánh và rẽ nhánh được biểu diễn trong Hình 3.2 Hình vẽ này minh họa quá trình ra quyết định của chương trình, cho thấy hướng đi nào nên được theo đuổi Tại mỗi nhánh, có các mũi tên chỉ ra các lựa chọn, với mỗi mũi tên đi kèm theo một điều kiện cụ thể Luồng điều kiện sẽ được xác định dựa trên mũi tên mà điều kiện đó hướng tới.
C)ng có th trình bày thu t toán b ng mã gi nh sau:
If student’s score is less than 60 print “Failed” else print “Passed”
Th hi n thu t toán trên b ng m t l nh if-else c a C++, ta có o n mã: if (score < 61) cout