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前言

自1946年第一台电子计算机（以下简称“计算机”）诞生至今，已经过了半个多世纪。现在计算机已经融入人们的生活中，与人们的生活息息相关。不管是计算机硬件，还是计算机软件，都有了令人惊叹的发展。

计算机由两部分组成：硬件和软件。其中硬件就相当于人的躯体，而软件则相当于人的灵魂。计算机发展到今天，已经形成了一个庞大的体系，其中任何一个分支都足以耗尽一个人一生的精力。当然，今天运行在所有计算机设备上的软件，是全世界软件开发者共同的智慧结晶，不是微软一个人的功劳，更不是INTEL一个人的功劳，它是一个完整的体系，全世界共同耕耘几十年的成果，一步一个脚印，更是难以计数的金钱砸出来的。

本书主要介绍Windows操作系统下的软件程序开发，分为初、中、高级三部分。其中初级部分的课程安排如下：首先介绍计算机工作的原理，然后从控制台程序开始入门，熟悉和了解计算机编程中的一些流程，接着介绍基于SDK方式的图形界面程序编程，再接着介绍面向对象编程思想，最后进入VCL类库编程。

课程之所以这样安排，是有原因的。有很多半路出家的程序员，一开始就接触VCL，这种做法，对于入门的确很快，因为随便动动鼠标，拖几个控件，就能写出一个程序。问题在于，如果只是学会了使用VCL，那么将无法进一步提高水平，更加不用说理解其内在的本质了。其实，世界上所有的智慧都是相通的，虽然很多事情表面看属于不同范畴，但其实里面包含的道理都是一样的。比如说，生活中，相同的一个问题，甲处理起来总是比乙处理的好，这里除了可能甲的经验丰富外，他掌握关于该问题相关的信息和资源可能会比乙多很多，这就是所谓信息不对称原理。杜勒鲁奇说过：“从起源中理解事物，就是从本质理解事物。”，温斯顿.丘吉尔也说过：“你对以往知道的越多，对未来就看的愈远。”，而马基维里在《君王论》里面也说过：“人的本性千古不变，以前发生过的事情，以后也会发生”（所以读文科的人为什么一定要精通历史）。本书先从最早期的程序编写方式入手，然后一步一步走到当今的编程方式，让你知道所有事情的来龙去脉，使你“既知其然，亦知其所以然”。

当然，这种课程安排，刚开始会有一定的阵痛期。但是过了这个阶段，将迎来快感期，以后遇到问题会触类旁通，豁然开朗。当你熟悉这一切之后，再学其它语言，例如，C语言，或JAVA语言，一般地说，一个晚上即可入门，一个星期即可入手，一个月即可非常熟练。所以，这个做法也可以看作是“磨刀不误砍材工”。先练内功，等你内功深厚，其它具体的技术都是些花招而已。

第一章 计算机基础知识介绍

第一节、计算机是如何工作的

我们平时使用计算机上网、聊天、玩游戏等等，但是相信很少人想过它背后是如何工作的。本章主要介绍一下计算机工作的原理，为后面学习编写程序打下基础。这章介绍的知识只需要大概知道即可，不用死记硬背。编写程序理论上不需要对计算机的原理懂多少，但是可以想象一下，假设有甲、乙两个人，一起去学汽车修理，其中甲曾经在汽车生产车间工作过几年，对汽车的构造非常了解，而乙对汽车构造一无所知，虽然两个人同时去学习修理汽车，但是日后真的遇到问题，你觉得谁会更加容易解决？

知识点一：计算机软件工作的过程，实际上是数学运算的过程。

可能很多人都玩过“打飞机”的游戏：屏幕底部有一台飞机，玩家可以使用箭头键控制它前后左右飞行，点击空格键的时候，它会向正前方发射子弹。另外，屏幕顶端会随机出现敌人的飞机，它会不定时、不定向的发射子弹，如果玩家的飞机撞到敌机，或敌机的子弹，则玩家的飞机会爆炸。游戏的规则就是，玩家控制自己的飞机躲开敌机，同时发射子弹摧毁敌机。

让我们用数学来解释一下里面的工作原理。

在计算机世界，屏幕是有坐标系的，例如，分辨率800X600的屏幕，坐标系如下：

实际上，我们平时在电脑屏幕上面看到的一切，不管是文字还是图片，都是由“点”组成的。分辨率800X600的屏幕，实际上就是由800X600个不同或相同颜色的“点”构成，每个点都有自己的X、Y坐标。例如，在屏幕的中间显示一个红色的点，实际上就是在坐标（x=400，y=300）位置输出一个红色的象素。所以用户看到的飞机、子弹等等，都是这样绘制出来的。

假设飞机现在的坐标是（x=400，y=300），当用户按下右箭头键的时候，计算机会先把原来飞机坐标所占用区域象素清空，然后在坐标（x=401，y=301）的位置重新绘制，这样一来，就实现了飞机向右移动的操作（当然，为了显示流畅和不造成闪烁，也可能是先在内存里面绘制好，然后直接贴到新坐标，这个这里不作深入，因为不是本章的重点）。同理，飞机的其它方向的移动，其实也是坐标的加减而已。

玩家的子弹，也是这么个原理。如何知道子弹击中了物体呢？其实就是小学数学里面的坐标相交，两个坐标相交，说明两者碰到了，于是画爆炸画面。

至于游戏的音乐之类，其实是电脑控制声卡的端口，从而发出不同频率的声音，从而完成文件到声音的过程。具体往哪个端口输出哪个数字，从而决定了声卡发出多少频率的声音，这也是数学问题。

知识点二：计算机内部都是二进制的。

我们平时实际生活中，使用的都是十进制，也就是说，用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十个数字来表示，逢十进一。十进制的起源，可能是因为人类有十个手指，所以方便教学和演示。但计算机硬件因为是电子元件组成的，而两种稳定状态的元件很容易找到（例如电源的接通与断开、晶体管的导通和截止、继电器的接通和断开等等），所以计算机世界是使用二进制的，也就是说，使用0和1的不同组合来表示需要的数字，逢二进一。二进制的加法很简单：0加0等于0，1加0等于1，1加1等于10（注意：不是十，而是二进制的2）。

进制之间的不同转换，这里暂时不作介绍，我们使用Windows系统自带的“计算器”程序来演示一下。首先，我们打开“计算器”程序，界面如下（XP系统）：

我们选择“查看”===>“科学型”，得到如下界面：

现在我们用二进制来计算十进制的11+12，首先得到十进制数11对应的二进制：将进制切换到十进制，输入数字11：

然后将进制切换到二进制，得到相应的数字：  

也就是说，十进制的11转换成二进制就是1011。重复上面步骤，得到十进制数12的二进制数为1100。

1011

+ 1100

_________________

10111

再切换回“计算器”程序，可以知道，二进制的10111等于十进制的23。

经过上面的过程，我们可以知道，数字运算，不管使用什么进制，运算后结果都是一样的，只是表示的形式不一样而已。就好比中文的“你好”，英文的“Hello”，虽然字面不同，但表示的东西都是一样的。

知识点三：布尔代数与逻辑电路。

了解了上面两个知识点后，我们还不能制造出一台计算机。我们还必须先了解一下布尔代数。

布尔代数，又称为逻辑代数，是英国数学家乔治.布尔发现的。布尔代数在代数学（代数结构）、逻辑演算、集合论、拓扑空间理论、测度论、概率论、泛函分析等数学分支中均有应用；1967年后，在数理逻辑的分支之一的公理化集合论以及模型论的理论研究中，也起着一定的作用。近几十年来，布尔代数在自动化技术、电子计算机的逻辑设计等工程技术领域中有重要的应用。

布尔代数跟传统数学不同，它研究的更偏向于数学模型，把复杂的问题简化到逻辑的层面，例如集合、交集等等。我们这里只介绍简单的几个运算。

布尔代数的逻辑运算中，它只有两个值：真或假。其中二元素运算中，有如下逻辑：

“与”运算：又称为and 运算。规则如下：“真”与“真”进行与运算，结果为“真”；“真”与“假”运算，结果为假；“假”与“假”运算，结果为“假”。

也就是说，两个逻辑值运算，只有都满足“真”，结果才能为“真”，否则就为“假”。

我们用二进制来表示一下。布尔代数里面，只有“真”和“假”两个值，所以可以使用二进制来表示它：1表示“真”，0表示“假”。那么“与运算”可以这样表示：

数字1   数字2   结果

1         1         1

1         0         0

0         1         0

0         0         0

简单的说，And运算：两值同为真时，结果为真。

“或”运算：又称为or运算。规则如下：“真”与“真”进行与运算，结果为“真”；“真”与“假”运算，结果为真；“假”与“假”运算，结果为“假”。

数字1   数字2   结果

1         1         1

1         0         1

0         1         1

0         0         0

简单的说，Or运算：两值同为假时，结果为假。

“异或”运算：又称为 xor 运算。规则如下：“真”与“真”进行与运算，结果为“假”；“真”与“假”运算，结果为真；“假”与“假”运算，结果为“假”。

数字1   数字2   结果

1         1         0

1         0         1

0         1         1

0         0         0

简单的说，Xor运算：两值相同，结果为假。

除了上面三个运算外，还有一个一元运算用的也非常多：

“非”运算：又称为 not 运算。规定如下：“真”的非运算结果为“假”；“假”的非运算为真。

not 1=0;

not 0=1;

那么，布尔代数跟计算机有什么联系呢？让我们看一下二进制的加法规则：1+1=0；并进1位。

数字1   数字2   结果

1         1         0 （产生一个进位）

1         0         1

0         1         1

0         0         0

跟前面的布尔代数比较，我们可以发现，结果跟XOR运算是一样的（当然，聪明的读者可能会举一反三，说乘运算跟and运算的结果一样）。

到了这里，先让我们总结一下：计算机内部的一切运算，都是数学运算；计算机内部虽然都是二进制运算，但不同进制运算，结果都是一样的。二进制运算，可以用逻辑代数来表示。到了这里，离制作计算机只有一步之遥了：如果用电子电路来表示逻辑运算。

“与”运算的电子电路：

假如我们有以下一个电路：一个电池，两个开关，一根导线，一个灯泡。当两个开关都处于断开状态，这时候灯泡没亮：

我们只把开关1合上，如下图：

这时候，灯泡仍然是不会亮的。我们再把开关2也合上：

这时候，灯泡亮了。

我们假设开关断开用0表示，合上用1表示；灯泡熄灭用0表示，灯泡点亮用1表示，可以得到如下关系图：

开关1   开关2   灯泡

1         1         1

0         1         0

1         0         0

0         0         0

这个跟前面的“与”运算结果是一样的。

再来看“或”运算。同样，我们下面的电路拥有一个电池，两个开关，一根导线，一个灯泡，当两个开关都打开时，灯泡不亮：

如果我们只把开关1合上，那么灯泡会发亮：

同样，如果我们只把开关2合上，灯泡也会发亮：

如果我们把开关1和开关2都合上，那么灯泡仍然会发亮：

我们假设开关断开用0表示，合上用1表示；灯泡熄灭用0表示，灯泡点亮用1表示，可以得到如下关系图：

开关1   开关2   灯泡

1         1         1

0         1         1

1         0         1

0         0         0

这个跟前面的“或”运算结果是一样的。

上面就是计算机的大概制作过程，当然，我们只是简单的演示了“加法机”的大概过程，实际上，计算机内部只有加法运算，对于减法、乘法之类，它会先转换成加法然后再运行的。例如，对于减法，计算机会使用“反码”（就是上面说的Not运算）、补码等方法把它变成加法来运算。

实际上，数字逻辑电路是非常复杂的，例如，下面的电路图就能表达比较复杂的运算了：

对于运算的结果，我们仍然可以使用灯泡来表示，例如我们使用8个灯泡来表示结果，灯泡亮，表示1；灯炮没亮，表示0：

例如，下面这个图：

表示二进制的00100100，转换成十进制就是36。

第二节、计算机大概发展史

1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。

第二次世界大战期间，美国军方要求宾州大学莫奇来（Mauchly）博士和他的学生爱克特（Eckert） 设计以真空管取代继电器的”电子化”电脑–ENIACElectronic Numerical Integrator and Calculator）， 电子数字积分器与计算器）， 目的是用来计算炮弹弹道。 这部机器使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺， 占地1500平方英尺，重达30吨（大约是一间半的教室大，六只大象重）。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作了九年之久。由於吃电很凶， 据传ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。

另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：「只要那部机器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要拍手称庆了。

工作中的ENIAC

ENIAC使用的电子管

计算机的硬件近年来发展非常快，其中有一条著名的“摩尔定律”。“摩尔定律”是由英特尔（Intel）创始人之一戈登•摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

因为本教程只讲述软件程序设计，所以对于硬件的介绍就不再作深入。下面主要讲述软件的历史。

要想计算机按照使用者的要求工作（运算），那么必须给它输入指令和数据。每一种计算机，由于硬件设计和内部结构的不同，就需要用不同的电平脉冲来控制，使它工作。所以每一种计算机都有自己的机器指令集，也就是机器语言。

早期的程序设计均使用机器语言。程序员们将0、1数字编成的程序代码打在纸带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。

例如，使用8086CPU完成运算768+12288-1280，机器码如下：

101100000000000000000011

000001000000000000110000

001011010000000000000101

假如不小心将其中一个0写成1，那么将得到错误的结果。由于机器语言非常繁琐，给整个计算机产业发展带来障碍，所以后来人们发明了汇编语言。汇编语言更加接近人类的语言，例如，对于操作“将寄存器BX的内容送到AX”（寄存器是计算机CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器，AX是其中一个寄存器的代号，BX是另外一个寄存器的代号）：

机器指令：1000100111011000

汇编指令：mov ax,bx

由于使用汇编语言比机器语言更加方便，所以后来程序员都使用汇编语言来代替机器语言。但是，计算机只懂机器语言，怎么办？这时候，就需要一个能够将汇编指令转换成机器语言的程序，这样的程序称为编译器。程序员用汇编语言编写源代码，再用编译器将它翻译成机器码，由计算机最终执行。

注意：汇编语言跟机器语言一样，都是依赖机器的。例如，80X86汇编语言，编译的机器码，只能在符合80X86规范的机器上才能正确运行从而得到正确结果。

虽然汇编语言比机器语言使用起来方便了很多，但仍然需要记忆很多东西。例如，汇编指令、寄存器、段地址等等。由于汇编语言依赖于硬件体系，且助记符量大难记，于是人们又发明了更加易用的所谓高级语言。在这种语言下，其语法和结构更类似普通英文，且由于远离对硬件的直接操作，使得一般人经过学习之后都可以编程。

高级语言并不是特指的某一种具体的语言，而是包括很多编程语言，如目前流行的c，c++，pascal，python，lisp，prolog等等，这些语言的语法、命令格式都不相同。

程序设计语言从机器语言到高级语言的抽象，带来的主要好处是：

1.高级语言接近算法语言，易学、易掌握，一般工程技术人员只要几周时间的培训就可以胜任程序员的工作；

2.高级语言为程序员提供了结构化程序设计的环境和工具，使得设计出来的程序可读性好，可维护性强，可靠性高；

3.高级语言远离机器语言，与具体的计算机硬件关系不大，因而所写出来的程序可移植性好，重用率高；

4.由于把繁杂琐碎的事务交给了编译程序去做，所以自动化程度高，开发周期短，且程序员得到解脱，可以集中时间和精力去从事对于他们来说更为重要的创造性劳动，以提高程序的质量。

高级语言又分为编译语言和解释语言。编译语言的意思是，程序员编写源代码，编译器经过对源代码进行语义分析，转换成汇编语言，并最终编译出机器代码，这样一来，计算机执行起来速度就非常快。而解释语言的意思是，程序员编写源代码，伪编译器经过对源代码进行语义分析，生成一种处于源代码和机器码之间的编码，计算机执行它的时候，中间必须有一个解释器再将它转换成机器码，所以执行起来速度非常慢。就好比一封中文写的文章，而阅读者只懂英文，为了让他能理解文章的内容，有两种做法：一种是将中文文章一次性翻译成英文，然后交给阅读者；另外一种是，给阅读者配备一个翻译或字典，看一句翻译一句。前者就好比编译语言，而后者就好比解释语言了。

之所以有两种类型的语言，是有历史原因的。初期计算机配置不高，如果一个程序源代码非常庞大，那么编译起来非常浪费时间（后来Borland公司首创了内存编译技术，使速度提高了N倍），而且本身内存很昂贵，如果程序特别大（例如超过64KB），那么无法一次性全部读入，所以类似BASIC语言，就使用了解释方式：执行到哪里，就从磁盘读入一段进行解释。后来的JAVA语言，也是解释语言，但是，它针对不同的机器和操作系统，准备了不同的“翻译”，例如：Windows只懂英文，你只要安装了JAVA公司的英文解释系统，就能读懂代码；UNIX只懂法文，你就为UNIX安装JAVA公司的法文解释系统。这样一来，就实现了“一次编写，到处运行”。但弊端就是必须先安装它的运行解释库，还有就是因为基于解释，运行速度会比编译语言编译的机器码缓慢。再后来，微软公司挖了Borland公司的首席设计师安德森（Turbo Pascal、Delphi的发明创造者），担任微软.NET的总架构师后，提出了.NET体系。它综合了编译语言和解释语言的优点：它跟JAVA语言一样，程序代码第一次编译的时候变成一个叫“中间运行时”的模块，但是拿到机器运行的时候，它跟JAVA不一样：第一次运行的时候，它将其编译成机器代码，所以第二次开始运行后，速度就非常快。跟JAVA一样，要想运行.NET的程序，计算机必须先安装.NET运行库。