c语言程序设计11第十一讲(第五章下).ppt

1,事上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力！,2,高级语言程序设计,主讲教师：贾彩燕 计算机与信息技术学院 计算机科学与技术系 ,3,第五章 C程序结构,主要内容,数值类型 函数和标准库函数 函数定义和程序的函数分解 C程序结构与变量 预处理命令 定义常量 字位运算符 编程实例,5,知识回顾及提升,最重要的思想 模块化程序设计思想 函数分解及其思想 C程序的组成 对象（变量、函数）的存在、声明与使用 变量的生命周期和作用域,6,复杂问题,分解,整合,整个问题的解,复杂问题分解与问题解决,7,解决问题的办法：化整为零，把复杂程序分解成不同的小模块，分别实现。,长程序,划分,8,模块化程序设计思想,总体功能,自顶向下 逐步细化,重要的软件开发手段 软件工程管理理念,问题：高级语言提供了什么机制来支持模块化程序设计？,9,高级语言常见的抽象机制,子程序，sub-program, sub-routine 过程，procedure 函数，function 类，class 包，package 模块，module 组件，component 程序，program,C语言提供的最基本的代码抽象机制,10,小模块2,小模块1,函数,一般可以传递数据，通过参数传,模块间调用返回结果,共处,大模块1,大模块2,打包,应用于,xx.c aa.c,组件，包，模块，程序,11,main() AvgMultiply(., 1000, ); AvgMultiply(, 100, ); AvgMultiply(, 10000, ); ,double AvgMultiply(double array, int n, double y) 计算n个数的平均值Y ; 返回结果； ,名字,从外部获取数据,返回结果,C语言把功能独立或相同、相似的片段抽象成一个函数,重复的片段用函数调用代替,合称为：Interface 接口，A common boundary between two distinct entities.,独立定义 独立实现,独立使用,效 率,/ 2;,一改全改,12,函数说明规范：接口说明,/* 函数名称: 写出函数的名称 功能描述: 描述出函数具有的功能 函数参数: 输入输出参数说明，对每个参数都需要作出仔细说明 返回值: 返回值说明，或者标明无返回值 模块历史: 谁于某年某月某日创建本模块，创建人email 谁于某年某月某日修改本模块，修改人email 修改原因：可有可无，根据需要添加 */,用处？,13,C的模块和C程序结构,一组函数构成一个函数模块； 在C程序里，一个*.c或*.cpp文件就是由多个函数构成的一个功能模块； 每个功能模块编译后构成一个独立的目标模块*.obj 多个目标模块绑定在一起构成一个*.exe文件,14,a.c,b.c,*.c,一个C程序的组成,a.obj,b.obj,*.obj,编译,MyProg.exe,编译,编译,链接,组织成一个项目,项目的中间结果,项目的最终结果,模块,15,模块文件,16,*.exe文件,*.obj文件,17,变量的作用域与存在期,变量定义 确定了变量何处、何时能使用 何处能使用作用域 能够使用变量的范围代码段 何时能使用存在期 确定变量建立和销毁时间时间段。 各种变量的存在期可能不同。 变量实现的基础是内存单元，存在期就是变量被分配内存空间到撤消的期间,18,存储区示意图,内存,静态存储区,动态存储区,程序代码,程序占用的存储区,19,存储区用途,静态存储区主要用途 保存采用静态分配方式的变量的内容 外部变量（全局变量） 静态内部变量 保存程序中的字符串常量 动态存储主要用途 供自动型内部变量的空间分配使用 供显式动态分配的存储空间分配(见后续内容),20,变量类别及其存在期,内部变量的类别 auto默认的内部变量类别，可以不用写，存储单元在运行过程中动态分配和释放 static静态内部变量，保存在静态存储区，存储单元在程序启动时分配，程序结束时释放。 外部变量 在函数之外定义的变量称为外部变量、全局变量。External variable 全部保存静态存储区，程序启动时分配，程序结束时释放。 在外部变量前加static只影响对应变量的可见范围，但不影响变量的生命周期。,21,函数中的参数,形式参数和实际参数 formal argument形式参数 定义函数时给出的参数，称为形式参数 Arguments occurred in function list when defining a function actual argument实际参数 调用函数时给出的参数，称为实际参数 Arguments occurred in function list when calling a function C函数的参数是值参数。 函数调用时先计算实参表达式的值 把值复制给对应形参 而后执行函数体。 函数内对形参的操作与实参无关。,22,C语言的函数原型函数存在信息,函数原型function prototype 声明某一个函数的存在 在使用某个函数以前，用函数原型来声明某个函数已经是一个合法的、有定义的函数，请声明之后的代码放心使用该函数。 Use function prototype to declare the existence of a function 原型说明的形式 与函数头部类似，加分号； 参数名可省略，可与函数定义用的名字不同； 原型的参数名最好用有意义的名字，有利于写注释。 提倡把原型说明都放在程序文件最前面,23,另外一种组织写函数原型办法,将自己写的所有的函数的函数原型都写在一起，组织成一个扩展名为.h的header file，即头文件，如abc.h 然后在.c或.cpp程序模块的首部用文件包含命令包含该头文件，如 #include “abc.h” 思考：有什么好处？,24,主要内容,数值类型 函数和标准库函数 函数定义和程序的函数分解 C程序结构与变量 预处理命令 定义常量 字位运算符 编程实例,25,C语言 源程序,编译,目标 模块,连接,可执行 程序,函数库,C程序加工过程,编译之前还有一个源代码预加工的过程,5.5 预处理,26,有预处理命令的C源程序,编译,目标 模块,连接,可执行 程序,函数库,C程序加工过程包含有编译前的预处理的功能,预处理,没有预处理命令的C源程序,最先做的步骤，预处理程序负责处理源程序里的所有预处理命令，生成不含预处理命令的源程序。,预处理命令加在程序中指示预处理程序进行代码处理工作的指令。 预处理命令作用：简化编程工作,27,预处理命令,C源程序中以字符#开始的命令即为预处理命令 常见的预处理命令包括 #include #define #undef #if #else #elif #endif,28,把指定文件内容包含到当前源文件 #include 形式1 #include “文件名“ 形式2,形式1：用于包含系统头文件，预处理程序到指定目录找文件（通常指定几个系统文件目录）。 形式2：用于包含自己的文件。预处理程序先在源文件所在的目录里找，找不到时再到系统指定目录中去找。,文件包含命令,处理过程：在文件系统中查找指定的文件，如果找到，就用找到的文件的内容取代该命令行。被包含文件里如有预处理行也会处理。,29,stdio.h或math.h 为标准头文件（.h 扩展名），它们在系统子目录里（目录名为 include或h），内容包括标准函数原型、系统使用的符号常量定义等。 预处理时，文件内容插入到预处理命令行处。相当于在源文件中写这些函数原型，使编译程序能正确完成对标准库函数调用的处理。,#include #include,注意：写程序时一定要包含必要的系统头文件。,30,#include “abc.h” double area(double r) return PI * r * r; ,abc.cpp,系统目录中的头文件,如果找到，用相应的头文件里的内容替代包含命令。,double area(double r); int func2(); void func3(); enum YES, NO; #define PI 3.14159,继续处理,abc.h,文件包含处理过程及示例,double area(double r); int func2(); void func3(); enum YES, NO; #define PI 3.14159 double area(double r) return PI * r * r; ,处理后的abc.cpp,31,1、一个#include命令只能指定一个被包含的文件，若要包含n个文件，应使用n个#include命令； 2、若文件1包含文件2，而文件2中要用到文件3的内容，则可在文件1中用2个#include命令分别包含文件2和文件3，而且文件3应出现在文件2之前，如下表示： file1.c #include “file3.h” #include “file2.h” . 3、文件包含可以嵌套。 4、预编译后的包含文件和源程序文件成为一个文件，所有的extern变量将成为源程序文件中的全局静态变量。,说明：,32,#include “flie2.h”,file1.c,file2.h,#include “flie3.h”,不包含#include命令,file3.h,#include “flie3.h” #include “flie2.h”,file1.c,不包含#include命令,不包含#include命令,file2.h,file3.h,等价,33,#define开始，两种形式： 简单宏定义，形式： #define 宏名字 替代正文 替代正文可以是任意正文序列，到换行为止。 如最后是“”，下一行还作为宏定义的继续。 作用：为宏名字定义替代，由整个替代正文构成。,预处理程序记录宏名字及其替代。在源程序中遇到宏名字标识符时，就用替代正文替换，这种操作称为宏展开或宏替换。,宏定义与宏替换,34,#define NUM 30 #define SLD static long double #define NOSTOP while(1) 程序中的： SLD x=2.4, y=9.16; 替换后变成： static long double x=2.4, y=9.16;,预处理程序做正文替换，替代正文可以是任何内容。,后无 ；,35,带参数宏定义，形式： #define 宏名字(参数列表) 替代正文 宏名字与括号间不能有空格，逗号分隔的标识符看作参数。替换正文为任意正文序列。,宏调用的替换分两步展开：先用各实参替代宏定义替代正文里的参数；再将代换的结果代入宏调用位置。,预处理中将被展开为： z = (x+y)(x*y) ? (x+y) : (x*y);,使用形式与函数调用类似，以类似参数的形式给出宏参数的替代段，用逗号分隔，称为宏调用。 #define min(A,B) (A)(B)?(A):(B) z = min(x+y,x*y);,36,注意：宏展开可能引起参数多次计算。如： z = min(n+, m+); 展开后的形式是： z = (n+) (m+)?(n+):(m+),替代正文各参数和整段应括起，避免出错。例： #define square(x) x*x 在特定环境下可能出问题，例如： z = square(x+y);展开后的形式： z = x+y*x+y,使用带参宏与调用函数的意义不同。程序加工中在“当地”展开。程序执行中并没有调用动作， 宏定义/调用中没有类型问题。一个宏能否使用/使用中发生什么/能否得到预期效果，完全看展开后的情况。,37,人们有时用宏定义简化程序书写。 带参宏的展开可避免函数调用开销，但使程序变长。 复杂宏定义展开后出错很难定位。 应谨慎使用（尽量少使用）宏。 写宏定义的常见错误是在定义行最后写分号。该分号将被代入程序，有可能引起语法错误。,宏定义从定义处起作用直到文件结束。一个文件里不允许对同一宏名字重复定义。 #undef取消已有定义： #undef 宏名字,38,1.宏名一般都用大写字母表示，以区别于变量; 2.宏定义只是替代,减少了在程序中书写的工作量,只是一个简单的代替,不作语法检查; 3.宏定义不是语句,不必再其后加上“;”; 4.在宏定义中可以进行多层的替代. #definre R 3.0 #define PI 3.1415 #define L 2*PI*R #define S PI*R*R main() printf(“L=%fnS=%fn”, L, S);,说明,39,例 #include #define PI 3.1415 #define S(r) PI*r*r int main() double a, area; a = 3.6; area = S(a); printf(“r=%fnarea=%fn”, a, area); return 0; ,或enum PI=3.1415;,40,例 #include #define M 3 #define N M+2 #define S(N) N*N*N int main() printf(“%dn“,S(N); return 0; ,运行结果为：17,41,条件编译,一、引入条件编译的原因： 只对源程序中满足条件的部分内容进行编译。 可以减少被编译的语句，从而减少目标程序的长度。 二、定义形式：,42,程序段可以是语句串，也可以是命令行 方式3为嵌套定义,方式2： #if 整型表达式 程序段1 #else 程序段2 #endif,方式1： #if 整型表达式 程序段1 #endif,方式3： #if 整型表达式 程序段1 #elif 整型表达式 程序段2 #elif 整型表达式 程序段3 #else 程序段n #endif,43,谓词defined。使用形式： defined 标识符 或 defined(标识符) 标识符是有宏定义时，defined(标识符) 得到1，否则得0,#ifdef 标识符 相当于 #if defined(标识符) #ifndef 标识符 相当于 #if !defined(标识符),方式4： #ifdef 标识符 程序段1 #else 程序段2 #endif,方式5： #ifndef 标识符 程序段1 #else 程序段2 #endif,44,#define COMPUTER_A 1 #ifdef COMPUTER_A #define INTEGER_SIZE 16 #else #define INTEGER_SIZE 20 #endif,#define DEBUG 1 #ifdef DEBUG printf(“x=%d,y=%d,z=%dn”, x, y, z); #endif,预处理后只剩下#define INTEGER_SIZE 16参与编译,预处理后printf参与编译,若不在希望编译printf得到输出，则删除#define DEBUG 1命令行。,45,例 #define LETTER 1 int main() char c; int i = 0; while(c = getchar( ) != n) i+; #ifdef LETTER if(c = a ,46,主要内容,数值类型 函数和标准库函数 函数定义和程序的函数分解 C程序结构与变量 预处理命令 定义常量 字位运算符 编程实例,47,定义“常量”有三种方式： 用enum定义枚举常量， 用预处理命令 “定义常量” 用const定义常值变量， C程序设计界的一般看法：,宏定义是简单正文代换，无语法和语义限制。可将标识符代换为任何东西，容易使源程序意义难以理解。 原则是：能用其他方式的地方绝不应该用宏。 因为宏定义没有类型的概念。,5.6 定义常量,48,const是变量，但不能赋值。const可为任何类型的。 const不能用于常量表达式。如不能用作case标号，不能用于初始化外部变量或枚举常量。,许多书籍用宏定义的方式定义常量。如写 #define len 20 #define Pi 3.14159265 建议尽可能用枚举常量和 const。,枚举常量值为int，只能用于定义int常量。可用在需要“常量表达式”的地方，如作为case标号，初始化其他枚举常量和外部变量等。,49,枚举是int值，如果需要整数类型的常量，应该用枚举定义 需要其他类型的“常量” 可考虑const: const double Pi = 3.14159265; const double E = 2.71828; 只有在这两种方式都不合适，而用宏定义又能带来特别的方便时，才应考虑它。,50,主要内容,数值类型 函数和标准库函数 函数定义和程序的函数分解 C程序结构与变量 预处理命令 定义常量 字位运算符 编程实例,51,简单程序很少用 位是最小数据单位。有些数据用几个位就能表示。 如单词统计程序中state可用一位表示。可考虑把多个这类数据存入一个变量里。 系统程序常需直接操作位数据。硬设备的状态常用二进制串表示，操作它们常需用二进制位串发命令。,C提供了位操作和字位（按位）运算符，可用于各种整型数据，把整数看成二进制序列实现位运算。,5.7 字位运算符,52,位运算：从一两个 0/1值计算出一个0/1结果。常见： 1）位否定：参数值1时得0，0时得1； 2）位与：两参数都是1时得1，否则0； 3）位或：两参数都是0时得0，否则1； 4）位异或：恰有一参数为1时得1，否则0。,字位运算符基于上面位运算，用于整型得到整型结果。 字位否定 字位与 & 字位或 | 字位异或 对各位求否定；二元从两数的各位算出结果的各位。,53,例：设x和y都是16位的整变量，值分别是： x: 0010,1001,0101,0111 y: 1001,1100,1111,1010 对x和y的各种字位运算： x 1101,0110,1010,1000 x & y 0000,1000,0101,0010 x | y 1011,1101,1111,1111 x y 1011,0101,1010,1101,54,掩码的概念,掩码（mask） 为做位运算而构造的二进制串。 例如 通过将掩码与运算对象进行位运算，获取运算对象的某位的状态，而将其它不关心的位屏蔽掉。 若想在设置运算对象部分位的值同时不影响其它位的值，也需要用掩码。（类似于交警在道路上画标志的时候用的模子） 掩码常用十六进制、八进制形式书写。,为什么要叫掩码？mask,55,例，设x是16位整型，写表达式判断x的第5位和第8位是否都为0。整数从低位向高位顺序为第0到第15位： 15 0位 x 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 掩码 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 用掩码与x做字位与，第5位和第8位的信息留下来，结果中其他位总是0。上述条件可写为： x & 0x0120 = 0,int isok (int x) return (x ,56,常用操作使用的掩码和运算（解释，举例） ： 1）取出被处理二进制串的某些位：用 & 运算； 掩码：这些位为1其他位为0。 2）把某些位置设为0其他位不变（“复位”/“清0”）：用&运算； 掩码：要改变位为0，其他位为1。 3）把某些位置设为1其他位不变（“置位”/“置1”）： 用|运算； 掩码：要设置的位为1，其他位为0。 4）翻转某些位而其他位不变（翻转）： 用 运算； 掩码：要翻转位为1/其他位为0。 这些运算总从两个整数（二进制串）求出结果，不改变原有计算对象。,57,另外两个位运算：左移和右移。 把数看作位序列，求这个序列左移或右移若干位得到的序列： 左移： 二元运算符，其左运算对象的是被左/右移的数据，右运算对象指明移位数,移空出位置补0。,与二元字位运算对应赋值运算符： &= |= = 修改左边运算对象（掩码放在右边）。 例：n &= 0xfffe n的最低位置0.,对应运算符是 =。 左移可用于将整数值乘2的幂，右移可实现除以2的幂。 例： x = 4 将x值乘了16。,58,unsigned getbits(unsigned x, int p, int n) return (x (p+1-n) ,例：写函数getbits以无符号数为参数，返回该数从第p位开始的n位作为结果。,(x (p+1-n)将x右移，把所需n位移到右端。 掩码：0的字位否定得到全1，左移n位使最低n位变0其余位是1。求否定得到低n位为1，高位都是0的掩码。 掩码与x右移结果做字位与就取出了所需的n位。,p位 p-n位 0位 x 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1,59,p位 p-n位 0位 x 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1,(x (p+1-n) & (0n),x 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0,x (p+1-n),0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0n,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1,(0n),60,(x (p+1-n) & (0n),x 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0,x (p+1-n),0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1,(0n),(x (p+1-n) & (0n),x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0,61,主要内容,数值类型 函数和标准库函数 函数定义和程序的函数分解 C程序结构与变量 预处理命令 定义常量 字位运算符 编程实例,62,5.8 程序设计实例,简单猜数游戏：随机生成某范围的数要求用户猜。用户输入猜测后应答：too big，too small，you win。,设计：用随机数生成器产生随机数。在程序开始要求范围（0到32767的整数），后进入游戏循环。用户猜后询问是否继续。 程序主要部分交互输和输出。,从用户得到数的生成范围 do 生成一个数m 交互式地要求用户猜数，直至用户猜对 while(用户希望继续); 结束处理,基本设计：,63,把取范围和取下一猜数定义为函数： int getrange(void); int getnumber(int limit); getrange要求2到32767的值，超范围就要求重输入。 getnumber的猜测值也应在范围内，否则提示重输。 给用户几次重输入机会，超过次数仍不对时返回负值，交给调用程序段处理。,设计思路,随机数用标准函数rand生成。若范围为0到m1，可用如下语 句得到所需的随机数： unknown = rand() % m;,将用户继续判断定义为0/1值函数，控制大循环： int next(void);,64,int main() int m, unknown, guess; if (m = getrange() unknown) printf(“Too big!n“); else if (guess unknown) printf(“Too small!n“); else printf(“You win!“); break; while (next(); printf(“Game over.n“); return 0; ,65,读入猜数上界的函数用常量限定用户出错次数，以免无穷循环。检查输入的合法性，合适时返回；有问题时要求用户重输。重复次数超过ERRORNUM时返回负值。,enum ERRORNUM = 5 ; int getrange(void) int i, n; for (i = 0; i 32767) printf(“Wrong. A number in 232767.n“); while (getchar() != n) ; else return n; return -1; ,66,读入猜测数的函数与前一个类似。需要数值范围参数，检查有所不同，函数结构一样：,int getnumb