[教育学]第1章程序设计基础.doc

第1章 C语言概述1.1 C语言出现的历史背景C语言是国际上广泛流行的计算机高级语言，即可用来写系统软件，也可用来写应用软件。C语言是在B语言的基础上发展起来的。早期的C语言运行在UNIX操作系统上，后来运行在DOS操作系统上，现在的C语言可运行在Windos操作系统上。C语言有许多版本，我们使用的是Turbo C 2.0。P1，说明。1.2 C语言的特点C语言有许多优于其它语言的特点：（1）语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。C语言一共只有32个关键字，9个控制语句，书写形式自由。P2，表1.1。（2）运算符丰富。 C共有34种运算符，如+、等。P2，说明。（3）数据结构丰富。 C有整型、实型等多种数据结构。P3，说明。（4）具有结构化的控制语句。 C有ifelse、while等多种结构化的控制语句。P3，说明。（5）语法限制不太严格，程序设计自由度大。 如对数组下标越界不作检查等。P3，说明。（6）C语言可进行位运算。 这是C区别于其它高级语言的主要特点。P3，说明。（7）生成目标代码质量高。 这也是C的优于其它高级语言之处。P3，说明。（8）C程序可移植性好。 即C程序可基本不做修改移到不同的计算机上运行。P3，说明。1.3 简单的C程序介绍P4，例1.1，见ex1-1.c。程序功能：打印一个字符串，并输出一个换行符。P4，例1.2，见ex1-2.c。程序功能：求两个数之和。P5，例1.3，见ex1-3.c。程序功能：求两个数的较大者。分析这三个例子的执行过程。说明：4 C程序是由函数组成的。在上面的例子中的函数有：main、printf、scanf和max。其中main是主函数，printf、scanf是库函数，max是自定义函数。一个C程序一定要有一个主函数。库函数是放在*.h的库函数文件中，只要直接调用就可。自定义函数要由用户先定义后调用。5 认识一下C函数C函数定义的一般格式为：函数类型 函数名（形参类型 形式参数，）数据声明部分；函数执行部分；C函数调用的一般格式为：函数名（实际参数，）（3）一个C程序总是从main主函数开始执行的，而不论main函数在程序中的位置如何。主函数可以调用子函数，子函数还可以调用子子函数。因此C程序是层次结构的。（4）C程序一行可以写多个语句，每个语句以“；”结束。C程序是区分大小写字母的。C程序本身没有输入输出语句，其输入输出是由库函数printf和scanf来完成的。/*/是C的注释语句。1.4 C程序的上机步骤C程序编写好后，要经过编辑、编译、连接与运行四个步骤，这四个步骤的作用分别是：编辑：把C语言源程序输入计算机并进行修改存盘，生成*.c的源程序文件。编译：用C编译程序对*.c的源程序文件进行编译，生成*.obj的二进制文件。连接：把*.obj的二进制文件与系统标准模块进行连接，生成*.exe的可执行文件。运行：执行*.exe的可执行文件，输出执行结果。以上步骤均可在Turbo C的工作平台上进行，启动Turbo C，就可以进行编辑，打命令Ctrl+F9，就可以进行编译、连接和运行，打命令Alt+F5，就可看到执行结果。举例说明，见ex1-1.c。1.5 Turbo C常用命令简介1. 启动和退出启动：在DOS下打TC，或在Windows下创建快捷命令执行。退出：Alt+X2. 程序的编辑简单编辑：Ins：插入/改写 Backspace：删除前一字符 Del：删除当前字符 Ctrl+Y：删除一行块操作：Ctrl+KB、Ctrl+KK：定义块首、尾 Ctrl+KC、Ctrl+KV、Ctrl+KY：块复制、块移动、块删除 Ctrl+KH：取消块定义3. 程序载入与存盘F3：载入程序 F6：切换窗口F2：存盘 Alt+FN：新建程序4. 编译和运行Ctrl+F9：编译连接执行程序 Alt+F5：查看执行结果Ctrl+F7：添加监视表达式 F7：进入子函数单步执行F8：越过子函数单步执行 Ctrl+F2：取消单步执行举例说明，见ex1-1.c。第2章 程序的灵魂-算法一个程序应包括两个方面的内容：3 对数据的描述：即程序中的数据要指定它的类型和组织形式，也称数据结构。4 对操作的描述：即程序中对要做的事要指明它的操作步骤，也称算法。算法是程序的灵魂，也就是说，要计算机解决实际中的问题，“怎么解”是程序设计的关键。2.1 算法的概念（1）算法的定义计算机算法：就是要计算机解决问题的操作步骤。P13，例。（2）算法的分类计算机算法可分为两类：数值算法和非数值算法。P14，例。2.2 简单算法举例P14，例2.1。注意：解决同一问题可有不同的算法，算法有优劣之分。P15，例2.2。注意：循环是算法中常用的手段。2.3 算法的特性算法具有如下特性：（1）有穷性即经过有限步就能够完成。P14，例2.1。P15，例2.2。（2）确定性即每一步都是确定的。P14，例2.1。P15，例2.2。（3）有零个或多个输入即一个算法必须输入的数据可以是零个或多个。P14，例2.1。P15，例2.2。（4）有一个或多个输出即一个算法可以输出一个或多个数据。P14，例2.1。P15，例2.2。（5）有效性即算法中每一步骤都能有效地执行，并得到确定的结果。P14，例2.1。P15，例2.2。2.4 怎样表示一个算法算法的表示法有多种，叙述如下：（1）用自然语言表示即把算法用人们日常使用的语言表示出来。P14，例2.1。P15，例2.2。特点：常常具有不确定性，不宜采用。（2）用流程图表示即把算法用一些特定的符号和图形表示出来。P20，例2.6，例2.7。特点：这是一种较好的表示法，经常采用。（3）用N-S图表示即把算法用一些特定的符号和图形表示出来。P26，例2.11，例2.12。特点：这也是一种较好的表示法，经常采用。（4）用伪代码表示即把算法用一些称为伪代码的文字和符号表示出来。P29，例2.16，例2.17。特点：这也是一种较好的表示法，经常采用。（5）用计算机语言表示即把算法用某种计算机语言符号表示出来。P31，例2.20，例2.21。特点：这当然是一种很好的表示法，可以输入计算机执行。2.5 结构化程序设计方法算法有三种基本结构，它们是：（1）顺序结构：即算法的执行是按顺序一步接着一步的执行。（2）选择结构：即算法的执行是对某些步骤可有选择的执行。（3）循环结构：即算法的执行是对某些步骤可有限次的重复执行。这三种基本结构的流程图见P23，图2.14，图2.15，图2.16，图2.17。用这三种基本结构设计程序称为结构化程序设计。结构化程序设计的方法指的是：1 自顶向下2 逐步细化3 模块化设计4 结构化编码P32，例。第3章 数据类型、运算符与表达式3.1 C的数据类型数据是程序的必要组成部分，也是程序处理的对象。C规定，在程序中使用的每一个数据必须属于某一数据类型。C语言中所有的数据类型见P38。3.2 常量与变量在程序运行过程中，值保持不变的量称为常量，值可能发生变化的量称为变量。3.2.1 常量与符号常量1. 常量常量是日常所说的常数、字符、字符串等。P38，例。2. 符号常量用#define定义的用标识符来表示的常量。格式：#define 常量名 常量功能：定义一个符号常量P38，例3.1。说明：常量名必须是一个标识符。3.2.2 变量 1. 标识符标识符是用来表示符号常量、变量、数组、函数、过程、类型及文件的名字的。标识符的命名规则：（1）以字母或下划线开头，由字母、数字和下划线组成；（2）不能与关键字同名，最好不要与库函数名同名；（3）长度无限定，但不同版本的C编译时有自己的规定；（4）区分大小写。P40，例。2. 变量的声明格式：类型名 变量名， ；功能：声明变量。说明：（1）变量名必须是一个标识符，变量必须先声明后使用；（2）变量一旦声明，系统就为它开辟一个相应类型的存储空间；（3）变量所占用的存储空间的首地址称为该变量的地址。P40，例。3. 变量的赋值格式：变量名=表达式；功能：把=号右边表达式的值赋给=号左边的变量。P40，例。3.3 整型数据3.3.1 整型常量的表示方法整型常量常用三种形式表示：（1）十进制：直接写；（2）八进制：前加0；（3）十六进制：前加0X或0x。P41，例。3.3.2 整型变量1. 整型数据在内存中的存放形式整型数据在内存中采用定点表示。定点表示有原码、反码、补码之分，一般在机内使用补码。原码：最高位为符号位，小数点定在最低位之后，数值用二进制表示。反码：正数的反码与原码一样，负数的反码除符号位外各位取反。补码：正数的补码与原码一样，负数的补码是反码加1。例1：整数10的16位定点表示 因：（10）10=（1010）2 故：整数10的16位定点表示为 原码：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 反码：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 补码：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0例2：整数-10的16位定点表示 因：（-10）10=（-1010）2 故：整数-10的16位定点表示为 原码：1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 反码：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 补码：1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0现代计算机一般用补码表示。2. 整型变量的分类（1）有三种整型变量整型： int短整型：short int长整型：long int（2）整型变量的分类每种整型变量都可以是无符号的，无符号前加unsigned，有符号前加signed或省缺，于是可有6类整型变量。P42，例。（3）整型变量占用的存储空间及取值范围P43，表3.1。3. 整型变量的声明格式：unsigned int|short|long 变量名，；功能：声明整型变量。P44，例，例3.2。4. 整型数据的溢出int型的取值范围为-3276832767（-215215-1），超出这个范围称为溢出，此时可能输出难以理解的结果。P44，例，例3.3。3.3.3 整型常量的类型整型常量一般按整型数据的取值范围自动划定，但也可强制规定它是什么类型，规则是：无符号整型后加u或U；长整型后加l或L。P45，（1）（5）3.4 实型数据3.4.1 实型常量的表示方法实型常量常用二种形式表示：（1）十进制小数形式：直接写，要有小数点，前或后至少要有一个数；（2）指数形式：用e或E的前后加数据表示，前面是一个小数，后面是一个整数。P45，例。3.4.2 实型变量1. 实型数据在内存中的存放形式实型数据在内存中采用浮点表示方法：设总位数为16，高12位为尾数，低4位为阶码。尾数与阶码最高位为符号位，尾数小数点定在最高位之后，阶码小数点定在最低位之后。例1：实数10.0的16位浮点表示 因：（10.0）10=（0.1）1010（2）10=（0.1）210（10）2 故：实数10.0的16位浮点表示为0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0例2：实数-10.0的16位浮点表示 因：（-10.0）10=（-0.1）1010（2）10=（-0.1）210（10）2 故：实数-10.0的16位浮点表示为1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0注意：（1）位数一般实数是32位，表示法类似；（2）阶码与尾数的位数不同的计算机有不同的规定。（3）数据进行转化表示时，尾数表示为0.a的形式，且a不为0，故表示是唯一的。（4）以上阶码与尾数是原码表示，实际上应转成补码。2. 实型变量的分类（1）有三种实型变量单精度： float双精度： double长双精度：long double（2）占用的存储空间及取值范围P46，表3.2。（3）实型变量的声明格式：float | double |long double 变量名，；功能：声明实型变量。P46，例。3. 实型数据的舍入误差由于单精度实型只保留7位有效数据，故实型数据超出7位时会造成舍入误差。P47，例3.4。3.4.3 实型常量的类型实型常量一般按双精度double来处理，但也可强制规定它是什么类型，规则是：单精度后加f或F；双精度后加l或L。P47，例。3.5 字符型数据3.5.1 字符常量（1）一般字符常量是用单撇号括起来的一个字符。P48，例。（2）特殊字符常量是以反斜扞“”开头后跟一些字母或数字组成的字符。P48，表3.3。P49，例3.5。3.5.2 字符变量只有一种类型：char声明格式：char变量名，；字符变量可以用来存放一个字符。P49，例。3.5.3 字符数据在内存中的存放形式字符型数据在计算机内以ASCII码的形式存放，每个字符占用一个字节。方法：查ASCII码表，最高位填0。例：字符a的存储形式 因：（a）字符=（97）10进ASCII码=（1100001）2进ASCII码 故：字符a的存储形式为0 1 1 0 0 0 0 1P50，例3.6，例3.7。注意：一般字符的ASCII码值范围为0127，无符号字符的ASCII码值范围为0255。3.5.4 字符串常量（1）字符串常量是用双撇号括起来的若干个字符。P52，例。（2）字符串常量的存储字符串常量的存储是每个字符占用一个字节，尾部再加一个0作为结束符。于是长度为n的字符串占用n+1个字节的存储空间。P52，例。3.6 变量赋初值格式：类型名 变量名=常量表达式， ；功能：声明变量并赋初值。P53，例。3.7 各类数值型数据间的混合运算各类数值型数据间的混合运算时会自动进行转换。规则：（1）char，short型转为int型； （2）float型转为double型； （3）不同类型由低向高转换，即int unsigned long doubleP54，图3.10。P54，例。3.8 算术运算符与算术表达式3.8.1 C的运算符简介C语言的运算符有13类，P55。学习运算符注意如下几点：（1）运算符的功能：如+号运算的意义。（2）与运算量的关系：如单目、双目，运算量的类型等。（3）运算的优先级：如先* /后+。（4）结合方向：如算术运算从左到右，赋值从右到左。（5）结果的类型：如两个整型数相加还是整型数。3.8.2 算术运算符和算术表达式1. 基本的算术运算符基本的算术运算符有：+、*、/、%P55，例。注意：（1）+、可作单目运算符，也可作双目运算符。 （2）/ 运算对整形是封闭的，如5/3的值是1。2. 算术运算符的优先级和结合方向（1）优先级：单目+、*、/、%双目+、（2）结合方向：从左到右P55，例。3. 强制类型转换运算符格式：（类型标识符）表达式功能：把表达式强制为类型标识符指定的类型。优先级：与单目+相同。注意：（1）强制转换是一种单目运算； （2）被强制转换变量本身并未转换。P56，例，例3.8。4. 自增、自减运算符（1）运算符：+ +、（2）优先级：与单目+、相同。（3）结合方向：从右到左P57，例。注意：（1）自增与自减运算符只能用于变量；（2）前+ +、：先增值后引用；后+ +、：先引用后增值。5. 有关表达式使用中的问题说明表达式是把常量、变量、函数用各种运算符连接起来的合法的式子。C中的表达式简练、高效，但有时会出现岐义性，使得程序理解有一定的困难，不同版本的C对表达式的解释也有所不同。P58，（1）（3）3.9 赋值运算符和赋值表达式1. 赋值运算符（1）运算符：=（2）优先级：仅高于逗号“，”运算，低于其它运算。（3）结合方向：从右到左P59，例。2. 类型转换当赋值运算两边的类型不一致，且都是数值类型或字符型时，会自动发生类型转换，转换以左边变量的类型为准。转换规则：（1）实型赋给整型：舍去小数。（2）整型赋给实型：值不变。（3）双精度赋给单精度：取其前7位有效数字，反之值不变。P59,例。（4）字符型赋给整型：低8位照搬，高8位视符号位补0或1。P60,例。（5）整型赋给字符型：低8位照搬，高8位丢失。P60,例。（6）整型赋给长整型：值不变，反之低16位照搬。P60,例。（7）无符号型赋给有符号型：长度相同时最高位变为符号位，长度不同时高位补0或截去高位。P61,例。（8）有符号型赋给无符号型：长度相同时最高位失去符号位，长度不同时高位补0或截去高位。P61,例。P61，例3.9。3. 复合的赋值运算（1）运算符：+=、=、*=、/=、%= 等（2）优先级：与赋值运算“=”相同；（3）结合方向：从右到左。P62，例。4. 赋值表达式由赋值语句购成的表达式称为赋值表达式，这种表达式还可以嵌套，从右到左逐一进行赋值运算，表达式的值是最后一次赋值的值。P63，例。注意：（1）结合方向是从右到左的； （2）复合的赋值运算也可购成赋值表达式； （3）赋值表达式可出现在输出的语句中。3.10 逗号运算符和逗号表达式1. 逗号运算符（1）运算符： ，（2）优先级：最低；（3）结合方向：从左到右。P63，例。2. 逗号表达式格式：表达式1，表达式2， ，表达式n求解过程：从左到右逐一求表达式的值，整个表达式的值为最后一个表达式的值。P64，例。第4章 顺序结构程序设计4.1 C语句概述1. C的程序结构一个C程序由若干个源程序文件组成；一个源程序由预处理命令、全局变量说明和若干个函数组成；一个函数由函数首部和函数体组成；一个函数体由局部变量声明和执行语句组成。P67，图4.1。2. C程序的语句C程序的语句的语句分为5类：（1）控制语句用来控制程序流程的语句。P68， P68，例。 注意：( )表示其中是一个条件，表示内嵌语句。（2）函数调用语句 由一次函数调用加一个分号购成的语句。 P68，例。 注意：函数有库函数与自定义函数两种，自定义函数要先定义后调用。（3）表达式语句 由一个表达式加一个分号购成的语句。 P68，例。 注意：表达式语句与表达式的区别在于有无分号。（4）空语句 只由一个分号购成的语句。 P68，例。 注意：空语句不做任何事情。（5）复合语句 把多个语句用 括起来的语句。 P69，例。 注意：复合语句构成一个分程序，内可包含数据声明和执行语句两部分。4.2 赋值语句赋值语句是表达式语句的一种最常用的形式，与其它高级语言相比，C的赋值语句有其独特之处：（1）在C中“=”是一个运算符；（2）在C中赋值语句可以包括在其它表达式中。P69，例。4.3 数据输入输出的概念及在C语言中的实现（1）把数据从外部设备送到计算机内存称为输入，把数据从计算机内存送到外部设备称为输出。外部设备有键盘、显示器、磁盘等。（2）C本身没有输入输出的语句，C的输入输出是由一批库函数来实现的。这些库函数有：scanf、printf、getchar、putchar、gets、puts等，它们放在名为stdio.h的库函数文件中。（3）一般要使用这些库函数时，要在程序头加上 #include 或 #include “stdio.h” 的预编译命令，其作用是把这些库函数包含到本程序中来。 P71，例。4.4 字符数据的输入与输出4.4.1 字符输出函数putchar格式：putchar(字符变量)；功能：把字符变量中的字符输出到显示器。注意：putchar函数一般作为一个语句来使用。P71，例4.1。见ex4-1.c。4.4.2 字符输入函数getchar格式：getchar( )功能：从键盘输入一个字符并通过函数名返回这个字符。注意：getchar函数一般在在表达式中使用。P72，例4.2。4.5 格式输入与输出4.5.1 格式输出函数printf1. 一般格式格式：printf(格式控制，输出表列)；功能：按照“格式控制”中的格式要求输出“输出表列”的值。P72，例。（1）“格式控制”是一个用双撇号括起来的字符串，它包括两种信息：格式说明：由%和格式字符组成，不同的格式字符指明了不同的输出方式。普通字符：即要原样输出的字符。P72，例。（2）“输出表列”是要输出的一些数据，可以是表达式。P73，例。2. 格式字符（1）d格式符：用来输出十进制整数。 可有四种用法：%d，%md，%ld，%-d。 其中：m表示输出宽度，l表示输出长整数，-表示输出左对齐。P73，例。（2）o格式符：用来输出八进制整数。 同样可以附加m，l，- 等。 注意：符号位当成数据输出，不会输出负数。P74，例。（3）x格式符：用来输出十六进制整数。 同样可以附加m，l，- 等。 注意：符号位当成数据输出，不会输出负数。P74，例。（4）u格式符：用来输出无符号数据。 同样可以附加m，l，- 等。P74，例4.3。（5）c格式符：用来输出一个字符。 可以附加m，- 等。P74，例4.4。（6）s格式符：用来输出一个字符串。 除了可以附加m，- 外，还可以写成 %m.ns。 其中：m.n表示宽度为m，只输出字符串左边n个字符。P75，例4.5。（7）f格式符：用来小数形式输出一个实数。 除了可以附加m，- 外，还可以写成 %m.nf。 其中：m.n表示宽度为m，保留n位小数。P76，例4.6，例4.7，例4.8。（8）e格式符：用来指数形式输出一个实数。 除了可以附加m，- 外，还可以写成 %m.nf。 其中：m.n表示宽度为m，小(尾)数部分保留n位小数。P77，例。（9）g格式符：用来输出一个实数，形式自动取小数和指数中的较短者。P77，例。P77，表4.1。4.5.2 格式输入函数scanf1. 一般格式格式：scanf(格式控制，地址表列)；功能：按照“格式控制”中的格式要求输入数据到“地址表列”的相应变量中。（1）“格式控制”是一个用双撇号括起来的字符串，它包括两种信息：格式说明：由%和格式字符组成，不同的格式字符指明了不同的输入方式。普通字符：即要原样输入的字符。P72，例。（2）“地址表列”是要输入的变量的地址，一般用地址运算符&求得。P79，例4.9。2. 格式字符scanf函数的格式字符与printf函数类似，但有微小区别。P80，表4.3，表4.4。说明：P80，（1）（4）。3. 使用scanf函数应请注意的问题（1）“格式控制”后面是变量的地址，而不是变量。 P81，例。（2）如果在“格式控制”中有格式说明符外的其它字符，要原样输入。 P81，例。（3）用%c输入字符时，空格、回车符等都作为有效字符输入。 P82，例。（4）在输入数据时，遇到空格、回车、跳格、限宽、非法等会结束输入。 P82，例。4.6 顺序结构程序设计举例 P82，例4.10。见ex4-10.c。 P83，例4.11。见ex4-11.c。 P84，例4.12。见ex4-12.c。第5章 选择结构程序设计5.1 关系运算符和关系表达式5.1.1 关系运算符及其优先次序（1）运算符：、=、=、字符串2，则返回正整数；如果字符串1字符串2，则返回负整数。注意：比较时是以字符的ASCII值进行的。P137，例。6. 测字符串长度函数strlen格式：strlen(字符串)功能：返回字符串的实际字符数。注意：（1）测字符串长度包括空格，但不包括0；（2）遇到开头的特殊字符也当一个字符对待。P138，例。7. 字符换小写函数strlwr格式：strlwr(字符串)功能：把字符串中的大写字母换成小写字母。8. 字符换大写函数strupr格式：strupr(字符串)功能：把字符串中的小写字母换成大写字母。7.3.7 字符数组应用举例P138，例7.8。见ex7-8.c。P140，例7.9。见ex7-9.c。第8章 函数8.1 概述一个C程序是由函数组成的，所以函数是C语言中最重要的概念，本章专门讨论函数的定义、函数的调用及参数传递等问题。P143，例8.1。说明：（1）一个源程序文件是由一个或多个C函数组成的，一个源程序文件是一个编译单位。（2）一个C程序由一个或多个源程序文件组成，一个源程序文件可以为多个C程序共用。（3）一个C程序中一定要有一个名为main的主函数，执行时总是从主函数开始，其它函数只有被调用时才会执行，执行完毕返回到调用处继续执行，正常情况下总是在主函数结束执行。（4）所有的函数是平行的，即在定义时是互相独立的，主函数可以调用其它函数，其它函数之间可以互相调用，但其它函数不能调用主函数。（5）从用户使用的角度看，函数可分为标准函数（库函数）和用户自定义函数。（6）从函数的形式看，函数可分为无参函数和有参函数。8.2 函数定义的一般形式1. 无参函数的定义形式格式：函数类型 函数名（）数据声明部分；执行语句部分；说明：（1）函数名：函数名是函数调用的依据，函数值的返回也是通过函数名实现的，函数名要符合标识符的定义。（2）函数体：由数据声明和执行语句两部分组成，数据声明是对数据特征的描述，执行语句是对数据处理的描述，函数的功能由它们实现。（3）函数类型：函数类型规定了函数返回值的类型，int或char可不写，如不要返回值可定义为void型。 P144，例。2. 有参函数的定义形式格式：函数类型 函数名（形式参数表列）数据声明部分；执行语句部分；说明：（1）形式参数表列：由格式为“形参类型 形参名”组成的表列，规定了形参的类型及数目。 （2）形参是用来接收或传递函数调用时实参的数据