程序设计与程序结构.ppt

1、教学大纲,第2章 程序设计与程序结构,2.1 程序设计与算法 2.2 流程图 2.3 程序结构 2.4 流程图与程序例子 2.5 本章小结 2.6 习题,2.1 程序设计与算法,2.1.1 程序设计的概念 1、对数据的描述和对操作的描述 一个程序应包括以下两方面内容: （1）对数据的描述。 在程序中要指定数据的类型和数据的组织形式，即数据结构(data structure)。 （2）对操作的描述。 即操作步骤， 也就是算法(algorithm)。数据是操作的对象，操作的目的是对数据进行加工处理，以得到期望的结果。作为程序设计人员，必须认真考虑和设计数据结构和操作步骤(即算法)。,因此，著名计算

2、机科学家沃思(Nikiklaus Wirth)提出一个公式： 数据结构 + 算法 = 程序 实际上，一个程序除了以上两个主要要素之外，还应 当采用结构化程序设计方法进行程序设计，并且用某一种 计算机语言表示。因此，可以这样表示： 程序 = 算法 + 数据结构 + 程序设计方法 + 语言工具和环境,2.程序设计过程,分析题意，清楚要求,设计算法,选择合适的程序结构,确定变量及其数据类型,画流程图,编写代码,调试,运行,2.1.2 算法,实例1：从北京去天津开会,从事各种工作和活动，都必须事先想好进行的步骤，然后按部就班地进行，才能避免产生错乱。广义地说，为解决一个问题而采取的方法和步骤，就称为“

3、算法”。,买火车票,乘坐地铁到北京站,登上火车,到天津后坐电车到会场,实例2：考大学,填写报名表,交报名费,拿到准考证,按时参加考试,到校报到注册,得到录取通知书,对同一个问题，可以有不同的解题方法和步骤。方法有优劣之分。有的方法只需进行很少的步骤，而有些方法则需要较多的步骤。一般说，希望采用简单的且运算步骤少的方法。因此 ，为了有效地进行解题，不仅需要保证算法正确，还要考虑算法的质量，选择合适的算法。,简单算法的举例,例1 求12345。 可以用最原始的方法进行。 步骤1： 先求12，得到结果2。 步骤2： 将步骤1得到的乘积2再乘以3，得到结果6。 步骤3： 将6再乘以4，得24。 步骤4

4、： 将24再乘以5，得120。这就是最后的结果。,当求1000！时，求解过程过于麻烦，是不是一种通用的表示方法呢？,设计思想： 可以设两个变量，一个变量代表被乘数，一个变量代表乘数。不另设变量存放乘积结果，而直接将每一步骤的乘积放在被乘数变量中。今设p为被乘数，i为乘数。用循环算法来求结果。 可以将算法改写如下： S1： 使p=1 S2： 使i=2 S3： 使pi，乘积仍放在变量p中，可表示为pi=p S4： 使i的值加1，即i+1 = i S5： 如果i不大于5，返回重新执行步骤S3以及其后的步骤 S4和S5；否则，算法结束。最后得到p的值就是5!的值。,例2 有5个学生，要求将他们之中成绩

5、在80分以上者打印出来。用n表示学生学号，n1代表第一个学生学号，ni代表第i个学生学号。用g代表学生成绩，gi代表第i个学生成绩。 算法设计： S1：1=i S2：如果gi80，则打印ni和gi，否则不打印 S3：i+1=i S4：如果i5，返回S2，继续执行；否则，算法结束。 本例中，变量i作为下标，用它来控制序号(第几个学生，第几个成绩)。当i超过5时，表示已对5个学生的成绩处理完毕，算法结束。,例3 判定20002500年中的每一年是否闰年，将结果输出。 闰年的条件是： 能被4整除，但不能被100整除的年份都是闰年，如1996年，2004年是闰年；能被100整除，又能被400整除的年份

6、是闰年。如1600年、2000年是闰年。不符合这两个条件的年份不是闰年。 算法设计： 设y 为被检测的年份。可采取以下步骤： S1：2000=y S2： y不能被4整除，则输出y “不是闰年”。然后转到S6,S3：若y能被4整除，不能被100整除，则输出y “是闰年”。然后转到S6 S4：若y能被100整除，又能被400整除，输出y“是闰年”；否则输出“不是闰年”。 然后转到S6 S5：输出y “不是闰年” S6：y+1=y S7：当y2500时，转S2继续执行，如y2500，算法停止。,2.1.3 算法的特性,一个算法应该具有以下特点： 1.有穷性 一个算法应包含有限的操作步骤，而不能是无限

7、的。 事实上，“有穷性”往往指“在合理的范围之内”。究竟什么算“合理限度”，并无严格标准，由人们的常识和需要而定。 2.确定性 算法中的每一个步骤都应当是确定的，而不应当是含糊的、模棱两可的。,3.有零个或多个输入 所谓输入是指在执行算法时需要从外界取得必要的信息。一个算法也可以没有输入。 4. 有一个或多个输出 算法的目的是为了求解，“解” 就是输出。没有输出的算法是没有意义的。 5. 有效性 算法中的每一个步骤都应当能有效地执行，并得到确定的结果。,2.2 流程图,算法的表示方式，常用的有自然语言、传统流程图、结构化流程图、伪代码、PAD图等。 流程图是用几何图形、箭头和文字说明来表示算法

8、的框图。流用图形表示算法，直观形象，易于理解。美国国家标准化协会ANSI(American National Standard Institute)规定了一些常用的流程图符号(见图示)。,常用的流程图符号,三种基本结构的流程图,在长期的程序设计实践过程中,人们提出了结构化流程图,即一个流程图都可以由3种基本的结构（顺序、选择、循环）组成，这3种基本结构可以相互嵌套，从而组成复杂的算法。根据结构化流程图写出的程序就是结构化程序。,（1） 顺序结构，如图所示，按语句的书写顺序执行。,（2）选择结构，或称选取结构，或称分支结构，如图所示,请注意，无论 p 条件是否成立，只能执行A框或B框之一，不可能

9、既执行A框又执行B框。,无论走哪一条路径，在执行完A或B之后，都经过b点，然后脱离本选择结构。A或B两个框中可以有一个是空的 ，即不执行任何操作，如下图所示。,（3）循环结构，它又称重复结构。 有两类循环结构： 当型(While型)循环结构 见图 (a)。它的功能是当给定的条件p1成立时，执行A框操作，执行完A后，再判断条件p1是否成立，如果仍然成立，再执行A框，如此反复执行A框，直到某一次p1条件不成立为止，此时不执行A框，而从b点脱离循环结构。, 直到型（Until型）循环 见图（b）。它的功能是先执行A框，然后判断给定的p2条件是否成立，如果p2条件不成立，则再执行A，然后再对p2条件作

10、判断，如果p2条件仍然不成立，又执行A如此反复执行A，直到给定的p2条件成立为止，此时不再执行A，从b点脱离本循环结构。,说明：,以上三种基本结构，有以下共同特点： （1） 只有一个入口。 （2） 只有一个出口。请注意，一个菱形判断框有两个出 口，而一个选择结构只有一个出口。不要将菱形框的出口和选择结构的出口混淆。 （3） 结构内的每一部分都有机会被执行到。对每一个框来说，都应有一条从入口到出口的路径通过它。如下图a，没有一条从入口到出口的路径通过A框。 （4） 结构内不存在“死循环”(无终止的循环)。如下图b，就是一个死循环。,(a),(b),2.3 流程图及程序例子,例1 求5!即t=12

11、345。 流程图如右图所示。 /*c语言程序代码*/ #include main( ) int i，t; t=1; i=2; do t=t*i; i=i+1; while(i=5); printf(%d，t); ,例2 打印出5个学生中成绩高于80分者的学号和成绩。 /*源程序代码*/ #include main() float a5; int i=1,j=1; printf(录入学生成绩:n); while(i=80) printf(成绩大于80分的学生学号:%d,成绩:%fn,i,ai); i+; ,流程图,例3 判定20002500年中的每一年是否闰年，将结果输出。 闰年的条件是： 能被

12、4整除，但不能被100整除的年份都是闰年，如1996年，2004年是闰年；能被100整除，又能被400整除的年份是闰年。如1600年、2000年是闰年。不符合这两个条件的年份不是闰年。 流程图如下：,/*c程序代码*/ #include void main() int year,flag; year=2000; printf(输出闰年); while(year=2009) if(year%4!=0) flag=0; else if(year%100!=0) flag=1; else if(year%400!=0) flag=0; else flag=1; if(flag=0) printf(%

13、d年不是闰年n,year); else printf(%d是闰年n,year); year=year+1; ,2.4 程序结构,c语言程序是由函数组成的，即函数是c语言程序的基本单位。一个完整的c语言程序由一个main（）函数（又称主函数）和若干个其他函数组合而成，或仅由一个main（）函数构成。如果一个程序中有多个源文件，则main（）只能在一个源文件中存在。,2.4.1 c语言程序的总体结构,例1、由main（）函数构成的C语言结构 #include main ( ) printf (This is a c program.n); 输出结果: This is a c program. 其中

14、 main 表示“主函数”。每一个C程序都必须有一个 main 函数。函数体由大括弧括起来。本例中主函数内只有一个输出语句，printf是C语言中的输出函数。双引号（双括号）内的字符串原样输出。“n”是换行符，即在输出“This is a c program.”后回车换行。语句最后有一分号。,例2、求两个整数的和。 #include main ( )/*求两数之和*/ int a，b，sum; /*这是定义变量*/ a=123; b=456; /* 以下3行为C语句 */ sum=a+b; printf (sum is %d/n， sum); 本程序的作用是求两个整数a和b之和sum。/*/表

15、示注释部分，为便于理解，我们用汉字表示注释，当然也可以用英语或汉字拼音作注释。注释只是给人看的，对编译和运行不起作用。注释可以加在程序中任何位置。,第2行是声明部分， 定义变量a和b，指定 a和b为整型(int)变量。第3行是两个赋值语句，使a和b的值分别为123和456。第4行使sum的值为a+b，第5行中“%d”是输入输出的“格式字符串”，用来指定输入输出时的数据类型和格式，“%d”表示“以十进制整数形式输出”。在执行输出时，此位置上代以一个十进制整数值。printf函数中括弧内最右端sum是要输出的变量，现在它的值为579(即123+456之值)。因此输出一行信息为sum is 579,

16、c 语言程序结构的特点,通过以上两个程序，可以归纳一下c 语言程序结构的特点： 可以用/*/对C程序中的任何部分作注释。一个好的、有使用价值的源程序都应当加上必要的注释，以增加程序的可读性。在编译过程中将被忽略。 有一行命令： #include “stdio.h” 其中的 “stdio.h”是c语言提供的一个头文件，在其中定义了多个函数。当后面的程序要调用一些已经定义过的库函数，如printf()、scanf()时，就要先用include命令对包含被调用函数的头文件（如：stdio.h）进行预定义说明。,一个c程序总是从main函数开始执行的，而不论main函数在整个程序中的位置如何(main

17、函数可以放在程序最前头，也可以放在程序最后，或在一些函数之前，在另一些函数之后)。 c程序书写格式自由，一行内可以写几个语句， 一个语句 可以分写在多行上，中间用分号隔开。 每个语句和数据定义的最后必须有一个分号。分号是c 语句的必要组成部分。例如: c=a+b;,2.4.2 函数的一般结构,任何函数，包括主函数main()，都是由函数头和函数体两部分组成，其一般结构如下： 函数类型 函数名（函数参数表）/*函数头部分*/ /*函数体部分*/ 说明语句部分； 执行语句部分； ,1、函数头 即函数的第一行。包括函数类型（可缺省）、函数名、函数参数(形参)名、参数类型。 2、函数体 函数体，即函数

18、首部下面的大括弧内的部分。如果一个函数内有多个大括弧，则最外层的一对 为函数体的范围。,（1）说明语句 说明语句由变量定义、自定义类型说明、外部变量说明等组成。如果不需要，也可以缺省变量定义语句。 （2）可执行语句 可执行语句一般由若干条语句构成，所有可执行语句必须在说明语句部分之后,否则程序无法执行。 例如：#include “stdio.h” main() int x,y; x=3;y=6; int max; max=xy?x:y; printf(“max=%dn”,max); ,说明:,下面总结一下c语言源程序的结构特点： 一个c语言源程序可以由一个或多个源文件组成。 每个源文件可以由一

19、个或多个函数组成。 一个源程序不论由多少个文件组成，都有一个且只能有一个main()函数，即主函数。 源程序中可以有预处理命令，预处理命令通常应放在源文件或源程序的最前面。 每一个说明、每一个语句必须以分号结尾，但预处理命令、函数头和花括号“”之后不能加分号。 标识符与关键字之间必须至少加一个空格以示间隔。若已有明显的间隔符，也可不再加空格来间隔。,本章小结,本章主要介绍了以下内容： 程序包括对数据的描述和对操作的描述，即： 程序=数据结构+算法 程序设计过程： 分析题意 设计算法 选择程序结构 确定变量 画流程图 编写代码 调试 运行 算法的特点： 有穷性； 确定性； 有效性； 有0个或多个输入；有一个或多个输出,从逻辑上讲，结构程序由顺序、选择、循环3种基本结构组成。 一个程序有且只有一个main()函数。程序总是从main()函数开始执行，当main()执行完毕时，程序执行完毕。 函数是c语言程序的基本单位，任何函数都