华中科技大学计算机学院C语言与程序设计实验报告(含源代码)

课 程 实 验 报 告课程名称： C语言程序设计实验 专业班级： 计算机1709班 学 号： U201714759 姓 名： 指导教师： 甘早斌 报告日期： 2018/1/10 计算机科学与技术学院目录1 表达式和标准输入输出实验21.1 实验目的21.2 实验内容21.3 实验小结112 流程控制实验122.1 实验目的122.2 实验内容122.3 实验小结253 函数与程序结构实验263.1 实验目的263.2 实验内容263.3 实验小结374 编译预处理实验384.1 实验目的384.2 实验内容384.3 实验小结465 数组实验475.1 实验目的475.2 实验内容475.3 实验小结606 指针实验616.1 实验目的616.2 实验内容616.3 实验小结777 结构与联合实验787.1 实验目的787.2 实验内容787.3 实验小结1118 文件实验1128.1 实验目的1128.2 实验内容1128.3 实验小结117参考文献1181 表达式和标准输入与输出实验1.1 实验目的(1)熟练掌握各种运算符的运算功能，操作数的类型，运算结果的类型及运算过程中的类型转换，重点是C语言特有的运算符，例如位运算符，问号运算符，逗号运算符等；熟记运算符的优先级和结合性。（2）掌握getchar, putchar, scanf 和printf 函数的用法。（3）掌握简单C程序（顺序结构程序）的编写方法。1.2 实验内容1.2.1 源程序改错 下面给出了一个简单C语言程序例程，用来完成以下工作：（1）输入华氏温度f，将它转换成摄氏温度c后输出；（2）输入圆的半径值，计算并输出圆的面积；（3）输入短整数、，将的高字节作为结果的低字节，的高字节作为结果的高字节，拼成一个新的整数，然后输出；在这个例子程序中存在若干语法和逻辑错误。要求参照1.3和1.4的步骤对下面程序进行调试修改，使之能够正确完成指定任务。 1 #include 2 #define PI 3.14159; 3 voidmain( void )4 5 int f ;6 short p, k ;7 double c , r , s ;8 /* for task 1 */9 printf(“Input Fahrenheit:” ) ;10 scanf(“%d”, f ) ;11 c = 5/9*(f-32) ;12 printf( “ n %d (F) = %.2f (C)nn ”, f, c ) ; 13 /* for task 2 */14 printf(input the radius r:);15 scanf(%f, &r);16 s = PI * r * r;17 printf(nThe acreage is %.2fnn,&s);18 /* for task 3 */19 printf(input hex int k, p :);20 scanf(%x %x, &k, &p );21 newint = (p&0xff00)|(k&0xff00)8);9)第20行、第22行的变量为短整型，%x应为%hx,正确形式为:20 scanf(%hx %hx, &k, &p );22 printf(new int = %hxnn,newint); （2）错误修改后运行结果：1.2.2 源程序修改替换下面的程序利用常用的中间变量法实现两数交换，请改用不使用第3个变量的方法实现。该程序中t是中间变量，要求将定义语句中的t删除，修改下划线处的语句，使之实现两数对调的操作。#includevoid main( ) int a, b, t; printf(“Input two integers:”); scanf(“%d %d”,&a,&b); t=a ；a=b；b=t； prinf(“na=%d,b=%d”,a,b);解答：替换后的程序如下所示：#includevoid main( ) int a, b; printf(“Input two integers:”); scanf(“%d %d”,&a,&b); a=a+b ;b=a-b;a=a-b; printf(“na=%d,b=%d”,a,b);1.2.3 程序设计（1）编写一个程序，输入字符，如果是大写字母，则将转换成对应的小写，否则的值不变，最后输出。解答：1） 算法流程如图1.1所示。开始图1.1结束N （a） 测试数据：表1-1 编程题1的测试数据测试用例程 序 输 入理 论 结 果运 行 结 果用例1Eee用例2eee用例3111NY输出字符cc=c-(A-a)c=A输入字符c2)程序清单#includeint main( ) int c; printf(输入字符，如果它是大写字母，则将它转换成对应的小写，否则原样输出：); c=getchar (); /通过getchar()来获得字符对应的ASCII码 if (c=A) /判断字符c是否为大写字母 c=c-(A-a); /将大写字母变为小写 printf (处理结果是： %c,c); return 0; 3)测试(a)测试数据： 表1-1 编程题1的测试数据测试用例程序输入理论值运行结果用例1Bbb用例2bbb用例3111(b)用例1的运行结果如图1.2所示图1.2用例2的运行结果如图1.2所示图1.3用例3的运行结果如图1.2所示图1.4运行结果与理论分析结果一致，验证了程序的正确性。（2）编写一个程序，输入无符号短整数x，（0 15, 1 16-），取出x从第位开始向左的位（从右至左编号为015），并使其向左端（第15位）靠齐。1)解题思路：A.输入x,m ,nB.如果输入合理，转a，否则转Ca 准备使用位运算，先准备逻辑尺b 为利用按位与计算，将非预变换位变为0c 使用生成的逻辑尺与预变换数进行按位与运算，达到取出所需部分的目的d 将取出的部分向左靠齐e 输出结果C.提示输入错误D.结束2）程序清单 #includeint main()unsigned short x, m, n, i;printf(输入x（10进制）、m（015）和n（116-m）：);scanf(%hu%hu%hu, &x, &m, &n);if(m=0&m=1&n= m; /确定变换起始位置 i = 16 - m - n; /进入变换位置 x &= i; x = 16 - m - n; /左移 printf(经过变换得到： %hu, x); else printf(输入错误，请检查您的输入); /提示输入不合理 return 0;3）测试 （a） 测试数据： （b）对应测试测试用例1的运行结果如图2-2所示。 图2-2 编程题2的测试用例一的运行结果 对应测试测试用例2的运行结果如图2-3所示。图2-3 编程题2的测试用例二的运行结果 对应测试测试用例3的运行结果如图2-4所示。 图2-4 编程题2的测试用例三的运行结果 运行结果与理论分析结果一致，验证了程序的正确性。（3）IP地址通常是4个用句点分隔的小整数（即点分十进制），如32.55.1.102。这些地址在机器中用无符号长整形表示。编写一个程序，以机器存储的形式读入一个互联网IP地址，对其译码，然后用常见的句点分隔的4部分的形式输出。 解答：1) 解题思路：A.输入变为整型数的IPB为4个byte准备4个逻辑尺,C.用这4个逻辑尺分别取出各byte中二进制数,D将二进制数统一移到最低八位,E按要求的格式与顺序输出ip地址 2）程序清单 #includeint main()unsigned long int ip,m1,m2,m3,m4,p1,p2,p3,p4;printf(输入IP地址：);scanf(%lu, &ip);m1 = 0xff000000; /各分段逻辑尺m2 = 0x00ff0000; /各分段逻辑尺m3 = 0x0000ff00; /各分段逻辑尺m4 = 0x000000ff; /各分段逻辑尺p1 = (ip&m1) 24; /取出各部分二进制数p2 = (ip&m2) 16; /取出各部分二进制数p3 = (ip&m3) 8; /取出各部分二进制数p4 = (ip&m4); /取出各部分二进制数printf(这个IP地址常规形式为： %lu.%lu.%lu.%lu, p4,p3,p2,p1); /按要求格式输出 return 0;3）测试 （a） 测试数据：测试用例程 序 输 入理 论 结 果运 行 结 果用127.184.245.127.184.2用例212345678921.205.91.721.205.91.7用例378965432149.43.17.4749.43.17.47 （b）对应测试测试用例1的运行结果如图3-2所示。 图3-2 编程题3的测试用例一的运行结果 对应测试测试用例2的运行结果如图1-3所示。图3-3 编程题3的测试用例二的运行结果对应测试测试用例3的运行结果如图3-4所示。图3-4 编程题3的测试用例三的运行结果 运行结果与理论分析结果一致，验证了程序的正确性。1.3实验小结（1）对基本集成开发环境的运用更加熟练；（2）体会到写程序前先理清思路的重要性；（3）体会到了判断输入值对程序的重要性；（4）掌握了书写实验报告的基本方法。实验2 流程控制实验2.1实验目的（1）掌握if-else, do-while, switch-case等流程控制语句之用法。（2）能正确理解各流程控制语句所包含的逻辑关系。（3） 能正确理解各流程控制语句之间不同，并用这些不同优化自己的程序。（4）能用流程控制语句编写简单的C语言程序。2. 2 实验内容及要求2.2.1 源程序改错, 下面是计算s=n! 的源程序，在这个源程序中存在若干语法和逻辑错误。要求在计算机上对这个例子程序进行调试修改，使之能够正确完成指定任务。例如，8! = 40320。1 #include 2 int main(void)3 4 int i,n,s=1;5 printf(Please enter n:);6 scanf(%d, n);7 for(i=1,i=n,i+)8 s=s*i;9 printf(%d! = %d,n,s);10 11 return ;解答： （1）错误修改： 1)第6行的scanf在输入时应指向单元地址而非单元名称，正确形式为： ,scanf(%d, &n); 2)第7行的for语句表达式之间应用；分隔，正确形式为：for(i=1;i=n;i+) 3)第10行的return 0；和第11行的位置错误，大括号应该在整段代码的末尾，正确形式为：10 return 0;11 （2）错误修改后运行结果：见图2-1图2-1修改后的运行结果2.2.2 源程序修改替换（1）修改第1题，分别用while和do-while语句替换for语句。解答：在使用while语句时，将for语句中赋i初值的语句放到while循环之前，每次改变i的值的语句放在循环的最后一条语句即可，而在其他的地方，则与经for语句的处理基本一致，替换后的程序如下所示：#include int main(void)int i=1,n,s=1; printf(Please enter n:); scanf(%d, &n); while(i=n) s=s*i; i+; printf(%d! = %d,n,s); return 0; 运行结果见图2-2图2-2 while结构下的运行结果在使用do-while语句时，其与while语句的差异特别体现在无论n的值为何值，其都会进行一次循环，但值得注意的是，这一次额外的循环（发生于输入n=0时）在i的初值为1时，并不会改变s的值，从而并不需要进行额外的处理，调换循环体与条件的位置即可，替换后的程序如下所示：#include int main(void)int i=1,n,s=1; printf(Please enter n:); scanf(%d, &n); do s=s*i; i+; while(i=n); printf(%d! = %d,n,s); return 0; 运行结果见图2-3图2-3 do-while结构的运行结果（2）修改第1题，要求输入改为“整数s”，输出改为“满足n! s 的最小整数n”。例如，输入整数为40310，输出结果为n=8。解答：这个问题，从本质上来说，是要找到一个数，使它的阶乘的值大于等于所输入的n的值，且要求这个数的值最小。阶乘的实现，可借助之前编写的程序，只需修改一下输入和输出，及增加一个输出条件。程序如下所示：#includeint main ()int j,n=0,s,m=1;printf(Please enter s:);scanf(%d,&s);for(j=1;j+)m=m*j;n+;if(m=s)printf(n=%d,n);break; return 0; 运行结果见图2-4图2-4第2题程序的运行结果2.2.3 程序设计（1） 假设工资税金按以下方法计算：x 1000元，不收取税金；1000 x 2000，收取5%的税金；2000 x 3000，收取10%的税金；3000 x 4000，收取15%的税金；4000 x 5000，收取20%的税金；x5000，收取25%的税金。编写一个程序，输入工资金额，输出应收取税金额度，要求分别用if语句和switch语句来实现解答：在if-else结构下，对x的区间划分比较显然，但由于switch语句只能选择整数，结合x的分段区间宽度均为1000，于是将x除以1000后再强制转换类型为int类型在进入各个case语句进行运算，流程图如下：程序如下所示：(if)#include float tax(float x);int main (void)float x;printf(Please input your salary:);scanf(%f,&x);printf(You should pay %f yuan.n,tax(x);return 0;float tax(float x)float n;if(x0) n=0;else if(x2000) n=0.05;else if(x3000) n=0.1;else if(x4000) n=0.15;else if(x5000) n=0.2;else n=0.25;return n*x;(switch)#include float tax(float x)float a;switch(int)(x/1000)case 0:a=0;break;case 1:a=0.05;break;case 2:a=0.1;break;case 3:a=0.15;break;case 4:a=0.2;break;default:a=0.25;return a*x;int main(void)float x;printf(Please input your salary:);scanf(%f,&x);printf(You should pay %f yuan.n,tax(x);return 0;程序运行结果： 图2-5 编程题1的测试用例一的运行结果（2）编写一个程序,将输入的一行字符复制到输出，复制过程中将一个以上的空格字符用一个空格代替。解答：使用状态机通过判断空格的个数选择不同状态，从而实现消去空格的作用。流程图如下： #include enum COPY,START,SPACE;int main() char c; int state=COPY; printf(Please input a char:n); while(c=getchar()!=n) switch(state) case COPY: if(c= )state=START; else putchar(c); break; case START: putchar( ); if(c= )state=SPACE; elsestate=COPY;putchar(c); break; case SPACE: if(c!= ) state=COPY; putchar(c); else state=SPACE; break; return 0;程序运行结果如下：图2-6 编程题2的测试用例的运行结果 （3）编写一个程序，打印如下的杨辉三角形。 1 /*第0行 */ 1 1 /*第1行 */ 1 2 1 /*第2行 */ 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 每个数据值可以由组合计算（表示第i行第j列位置的值），而的计算如下： (i=0,1,2,)(j=0,1,2,3,i)说明：本程序中为了打印出金字塔效果，要注意空格的数目。一位数之间是3个空格，两位数之间有2个空格，3位数之间只有一个空格，程序编制过程中要注意区分。解答：首先，应该用一个循环控制每一行的输出，而每一行中应该分为空格的输出和数字的输出，空格的输出根据规律应该为每行输出2*（总行数-当前行数）个空格 ，而数字的输出则按照给定的公式循环输出即可。故一共两个内循环分别控制每行数字前的空格输出和数字输出，还有一个外循环控制每一行。程序如下：#include #define n 10int main (void)int i,j,k,c,m;for(i=0;in;i+)for(m=0;mn-i;m+)printf( );for(j=0;j=i;j+)if(j=0) c=1;else c=c*(i+1-j)/j;printf(%4d,c);printf(n);return 0;程序运行结果如下：图2-7 编程题3的运行结果（4）编写一个程序，将用户输入的任意正整数逆转，例如，输入1234，输出4321。解答：利用同余除法的特性，求出输入数据除以十的余数并将其输出，而后将输入的数字除以十，由于输入是int型，从而除以十的结果等效于消除了最后一位数字，再求出新的数字除以10的余数，如此循环下去，便可输出被逆转的整数，考虑到循环的逻辑简明，故采用while语句。流程图如下：程序如下:#include int main(void)long n,m;printf(Please intput an integer n(n0): );scanf(%ld,&n);printf(The new integer is:);while(n0)m=n%10;printf(%ld,m);n=n/10;return 0;程序运行结果如下：图2-8编程题4的运行结果2.2.4选做题编写一个程序，用牛顿迭代法求方程满足精度e=10-6的一个近似根，并在屏幕上输出所求近似根。 牛顿迭代法求方程近似根的迭代公式为：其中,是函数f(x) 的导函数。牛顿迭代法首先任意设定的一个实数来作为近似根的迭代初值x0，然后用迭代公式计算下一个近似根x1。如此继续迭代计算x2, x3, , xn, 直到，此时值xn即为所求的近似根。解答：首先，定义两个函数分别用来计算函数f（x）和f（x）的值，定义一个循环，考虑到先执行再判断精度是否达到要求，用dowhile循环，先按照题目所给公式执行再判断，当精度达到要求即跳出循环。需要注意的是，需用另一个变量记录Xk的值，因为每次经过计算后Xk+1的值会覆盖Xk的值。程序如下：#include #define E 0.000001double f0 (double x)return 3*x*x*x-4*x*x-5*x+13;double f1(double x)return 9*x*x-8*x-5;int main (void)double x,y;scanf(%lf,&x);doy=x;x=x-f0(x)/f1(x); while(x-y)E|(x-y)(-E); printf(%lf,x);return 0;程序运行结果如下：图2-9 选做题的的运行结果2.3 实验小结（1）掌握了流程控制语句的基本用法。（2）实践中运用调试功能找出了程序的低级错误，明白了学会调试的重要性。（3）初步理解了在编程时利用各程序语句的特点优化程序的重要性与必要性。（4）在平时写程序时就应该思考对于一个问题有没有多种解决方案，使用不同的逻辑结构多种尝试寻求最优解。3 函数与程序结构实验3.1实验目的（1）熟悉和掌握函数的定义、声明；函数调用与参数传递方法；以及函数返回值类型的定义和返回值使用。（2）熟悉和掌握不同存储类型变量的使用。（3）熟悉多文件编译技术。3.2实验内容3.2.1 源程序改错题下面是计算s=1!+2!+3!+n!的源程序，在这个源程序中存在若干语法和逻辑错误。要求在计算机上对这个例子程序进行调试修改，使之能够正确完成指定任务。1 #include stdio.h2 void main(void)3 4 int k;5 for(k=1;k6;k+)6 printf(k=%dtthe sum is %ldn,k,sum_fac(k);7 8 long sum_fac(int n)9 10 long s=0;11 int i;12 long fac;13 for(i=1;i=n;i+)14 fac*=i;15 s+=fac;16 return s;17解答：（1）缺少对函数的声明，应该在第1行与第2行之间加上如下代码：long sum_fac(int n); （2）第7行前少了一个return 0；语句，在第6行与第7行之间加上：return 0; （3）第14、15行两条语句应该都包括在for循环内，正确形式为： 14 fac*=i;15 s+=fac; 修改后程序运行结果：3.2.2 源程序修改替换题（1）修改第1题中sum_fac函数，使其计算量最小。解答：利用static变量类型对循环进行化简，保留上一个值，避免多次重复循环。流程图如下：程序代码如下：#include long sum_fac(int n);int main() int k; for(k=1;k6;k+) printf(k=%dtthe sum is %ldn,k,sum_fac(k); return 0;static long s=0,fac=1;long sum_fac(int n) fac*=n; s+=fac; return s;程序运行结果如下：（2） 修改第1题中sum_fac函数，计算。相比较于源程序，变动之处在于求的是阶乘的倒数和，则在循环中多一步求倒数的过程，并对倒数求和。需要注意的是函数的类型应改变为float，变量s也需要改成float类型，还需再声明一个额外的float型变量i用来存放1/fac的值。流程图如下：程序代码如下：#include long sum_fac();int main() int k; for(k=1;k6;k+) printf(k=%dtthe sum is %ldn,k,sum_fac(k); return 0;static long s=0,fac=1;long sum_fac(int n) fac*=n; s+=fac; return s;程序运行结果如下:3.2.3 跟踪调试题下面是计算fabonacci数列前n项和的源程序，现要求单步执行该程序，观察p,i,sum,n值，即：（1）刚执行完scanf(%d,&k);语句，p,i值是多少？（2）从fabonacci函数返回后光条停留在哪个语句上？（3）进入fabonacci函数时，watch窗口显示的是什么？（4）当i=3时，从调用fabonacci函数到返回，n值如何变化？解答：（1）（2） （3） （4） n=3n=2n=1n=3源程序void main(void) int i,k; long sum=0,*p=∑ scanf(%d,&k); for(i=1;i=k;i+) sum+=fabonacci(i); printf(i=%dtthe sum is %ldn,i,*p); long fabonacci(int n) if(n=1 | n=2) return 1; else return fabonacci(n-1)+fabonacci(n-2);其中，long sum=0,*p=∑声明p为长整型指针并用&sum取出sum的地址对p初始化。*p表示引用p所指的变量（*p即sum）。3.2.4 编程设计题（1）编程让用户输入两个整数，计算两个数的最大公约数并且输出之（要求用递归函数实现求最大公约数）。同时以单步方式执行该程序，观察递归过程。解答：（1）用辗转相除法求最大公约数，程序框图如下：程序代码如下：#includeint GCD(int m,int n);int main(void)int m,n;printf(Please input two integers:n);scanf(%d %d,&m,&n);printf(The GCD is %d,GCD(m,n);return 0;int GCD(int m,int n)if(mn)int t;t=m;m=n;n=t;if(m%n=0) return n;elseint r;r=m%n;m=n;n=r;return GCD(m,n); 程序运行结果如下：（2） 编程验证歌德巴赫猜想：一个大于等于4的偶数都是两个素数之和。解答：首先编写一个函数用来判断一个数n是否为质数（可用从2到根号n的每个整数去除n，判断是否有余数），如果是质数，则返回1，不是则返回0.在主函数里再接受x的输入，首先判断x是否为偶数，不是偶数则直接结束程序；是偶数，再判断i和x-i是否都是质数，若都是则符合要求，输出。i从1开始一直循环至x/2.程序框图如下如下：代码如下：#includeint prime(int n)int i;for(i=2;i*i=n;i+)if(n%i=0) return 0;return 1;int main(void)int x,i;scanf(%d,&x);if(x%2=0)for(i=2;i=4 is the sum of two primes.10=3+712=5+720=3+17解答：思路：本题可借助上题的大部分程序，只需去掉上题中的输入部分，换成一个循环，将上题由输入获取的x用作控制循环的变量，x从BEGIN的值循环到END的值。需要注意的是，因为需要验证的是偶数，因此循环条件中应该为x=x+2而不是x+.程序代码如下：#include#define BEGIN 10#define END 20int prime(int n)int i;for(i=2;i*i=4 is the sum of two primes.);for(x=BEGIN;x=END;x=x+2)for(i=2;i=x/2;i+)if(prime(i)&prime(x-i) printf(%d=%d+%dn,x,i,x-i);return 0;3.2.5 选做题假设一个C程序由file1.c和file2.c两个源文件及一个file.h头文件组成，file1.c、file2.c和file.h的内容分别如下所述。试编辑该多文件C程序，并编译和链接。然后运行生成的可执行文件。源文件file1.c的内容为：#include file.hint x,y; /* 外部变量的定义性说明 */char ch; /* 外部变量的定义性说明 */int main(void) x=10; y=20; ch=getchar(); printf(in file1 x=%d,y=%d,ch is %cn,x,y,ch); func1(); return 0;源文件file2.c的内容为：#include file.hvoid func1(void) x+; y+; ch+; printf(in file2 x=%d,y=%d,ch is %cn,x,y,ch);头文件file.h的内容为：#include extern int x,y; /* 外部变量的引用性说明 */extern char ch; /* 外部变量的引用性说明 */void func1(void); /* func1函数原型 */建立工程的截图：运行结果：3.3 实验小结（1） 学会更加熟练地调试，如何逐语句调试，如何进入进入函数内部单步调试；（2） 了解了更多的常规经典算法如何简洁地用C语言写出来，如判断是否为质数、辗转相除法等；（3） 学会了建立工程。实验4 编译预处理实验4.1实验目的（1）掌握文件包含、宏定义、条件编译、assert宏的使用；（2）练习带参数的宏定义、条件编译的使用；（3）练习assert宏的使用；（4）使用Turbo C 2.0集成开发环境中的调试功能：单步执行、设置断点、观察变量值。4.2实验题目及要求4.2.1源程序改错题下面是用宏来计算平方差、交换两数的源程序，在这个源程序中存在若干语法和逻辑错误。要求在计算机上对这个例子程序进行调试修改，使之能够正确完成指定任务。1 #include stdio.h2 #define SUM a+b3 #define DIF a-b4 #define SWAP(a,b) a=b,b=a5 void main6 7 int b, t;8 printf(Input two integers a, b:);9 scanf(%d,%d, &a,&b);10 printf(nSUM=%dn the difference between square of a and square of b is:%d,SUM, SUM*DIF);11 SWAP(a,b);12 Printf(nNow a=%d,b=%dn,a,b);13解答：（1） 第2、3行，由于宏定义是简单的字符替换，不知道替换后的表达式具体怎样，不知道有哪些可能的运算符，就不知道运算的优先级，因此宏定义的变量和表达式需要加上括号。正确形式为：#define SUM (a)+(b) #define DIF (a)-(b)（2）第4行，宏定义swap不合逻辑，无法达到交换a和b值的目的，且还需增加一个参数t正确形式为：#define SWAP(a,b,t) t=b,b=a,a=t（3）第7行，变量a未声明。正确形式为： int a,b,t;（4） 第9行，scanf语句中两个输入的数间不需要符号。正确形式为：scanf(%d%d,&a,&b);（5） 第11行，由于宏定义SWAP增加了一个参数，需相应增加一个参数，正确形式为：SWAP(a,b,t);修改后的程序运行结果如图：4.2.2源程序修改替换题下面是