北京交通大学C语言课件第1章.ppt

1、实践是能力赖以生长的土壤！实践是能力赖以生长的土壤！高级语言程序设计高级语言程序设计主讲教师：丁丁主讲教师：丁丁计算机与信息技术学院计算机与信息技术学院第一章第一章程序设计与程序设计与C语言语言主要内容主要内容n程序和程序语言程序和程序语言q程序和程序语言程序和程序语言q算法及其描述工具算法及其描述工具n程序设计方法程序设计方法n问题与程序设计问题与程序设计2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计41.1 程序和程序语言程序和程序语言例：到图书馆借参考书例：到图书馆借参考书1) 进入图书馆；进入图书馆；2 ) 查书目；查书目；3 ) 填写索书单；填写索书单；4 ) 如果书未借出如果书

2、未借出 那么：交图书馆工作人员取书；办理借书手续；到那么：交图书馆工作人员取书；办理借书手续；到5;5) 如果还需借其它书如果还需借其它书,回到回到2;否则到否则到6;6 ) 离开图书馆。离开图书馆。“程序程序”(program)通常指完成某些事务的一种既定方式通常指完成某些事务的一种既定方式和过程。和过程。 2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计5一些直观特征一些直观特征n按部就班地进行；按部就班地进行；n开始与结束；开始与结束；n完成某项具体任务；完成某项具体任务；n需要用某种记法形式描述（计算机程序需要用某需要用某种记法形式描述（计算机程序需要用某种精确定义的形式描述）；种精

3、确定义的形式描述）；n是在一些基本动作的基础上描述的；是在一些基本动作的基础上描述的；n不同的描述粒度（细节程度）；不同的描述粒度（细节程度）；n 2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计61 程序程序n程序：规定了计算机执行的动作和动作的顺序。程序：规定了计算机执行的动作和动作的顺序。n一个程序应包括以下两方面的内容：一个程序应包括以下两方面的内容：q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，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，即即数据结构数据结构。q对操作的描述：即操作步骤，也就是对操作的描述：即操作步骤，也就是算法算法（解决问题的方法和步（解决

4、问题的方法和步骤）。骤）。q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。期望的结果。n程序程序 数据结构数据结构 算法算法q著名计算机科学家著名计算机科学家Nikiklaus Wirthn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聚作为程序设计人员，必须认真考虑和设计数据结构和操作步聚2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计72022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计8例：求例：求1 12 23 34 45 5 C C语言编写的程序：语言编写的程序：#include void main(

5、 ) int i,t; t=1; i=2; t=t*i; i=3; t=t*i; i=4; t=t*i; i=5; t=t*i; printf(“%dn”,t);数据：数据：1 1，2 2，3 3，4 4，5 5数据结构：数据结构：int int 类型类型算法：算法： 步骤步骤1 1：先求：先求1 12 2，得到结果，得到结果2 2 步骤步骤2 2：将步骤：将步骤1 1得到的乘积得到的乘积2 2再再 乘以乘以3 3，得到结果，得到结果6 6； 步骤步骤3 3：将：将6 6再乘以再乘以4 4，得，得2424 步骤步骤4 4：将：将2424再乘以再乘以5 5，得，得120120太繁琐2022-5-

6、24高级高级语言程序设计语言程序设计9设变量设变量t t为被乘数，为被乘数，i i为乘数。为乘数。用循环算法来求结果用循环算法来求结果, , 算法可改写为：算法可改写为：C C语言编写的程序：语言编写的程序：#include Void main( )int i,t; t=1; i=2;while(i ti = t步骤步骤4 4：i+1 = ii+1 = i步骤步骤5 5：如果：如果i i不大于不大于5 5，返，返回步骤回步骤3 3；否则结束。最后；否则结束。最后得到得到t t的值就是的值就是5!5!的值的值。 简练n硬件层面上的程序是机器指令的序列。硬件层面上的程序是机器指令的序列。n程序执行

7、：将程序存入内存，通知程序执行：将程序存入内存，通知CPU第一条指令的地址。第一条指令的地址。命令它命令它“开始开始”！n一般情况下，一般情况下，CPU执行完一条指令后，自动取出下一条指令，执行完一条指令后，自动取出下一条指令，并如此继续下去。并如此继续下去。n转跳指令明确指定下一条指令的位置，人可以基于转跳指令转跳指令明确指定下一条指令的位置，人可以基于转跳指令描述复杂的执行流程。描述复杂的执行流程。n人命令计算机去执行一个程序，计算机就会一丝不苟地按这人命令计算机去执行一个程序，计算机就会一丝不苟地按这个程序的内容，一条一条指令执行，直至程序结束（指令执个程序的内容，一条一条指令执行，直至

8、程序结束（指令执行到了最后，或者遇到明确的停止指令）。行到了最后，或者遇到明确的停止指令）。2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计10程序的执行程序的执行2 算法算法n算法：解决问题的方法和步骤算法：解决问题的方法和步骤 q解决一个问题的过程就是实现一个算法的过程。解决一个问题的过程就是实现一个算法的过程。n算法分为两大类：算法分为两大类：q数值运算：如解方程、求定积分数值运算：如解方程、求定积分q非数值运算：如排序、检索、绘图非数值运算：如排序、检索、绘图2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计11例：用公式例：用公式y=x2-2x+3计算计算x=0，1，2，3， 10

9、0 所所对应的对应的y值，使用如下算法：值，使用如下算法： (1) 置置x为为0； (2) 置置x的上界的上界n=100； (3) 当当xn时，重复执行时，重复执行3.1，3.2，3.3步，否则，算法停止。步，否则，算法停止。 (3.1) 用公式计算用公式计算y值；值； (3.2) 打印一组打印一组x和和y的值；的值； (3.3) x值增加值增加1。 2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计122022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计13算法的算法的5个特性个特性n有穷性：有穷性：即算法通过有限步骤后能够结束n确定性：确定性：无二义性，算法必须具有清晰的定义、不能存在任何的

10、模糊n有零个或多个输入有零个或多个输入n有一个或多个输出有一个或多个输出n可行性：可行性：即算法的每一步都是可执行的同一个问题可以有多种算法同一个问题可以有多种算法2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计14算法的描述工具算法的描述工具n（1）流程图（传统流程图）流程图（传统流程图）n（2）结构流程图（）结构流程图（N-S结构图）结构图）n（3）伪代码）伪代码2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计15算法的描述工具：流程图算法的描述工具：流程图n用一些图框表示各种操作，形象直观，易于理解用一些图框表示各种操作，形象直观，易于理解n ANSI规定一些常用的流程图符号规定一些

11、常用的流程图符号 n一个流程图包括以下一个流程图包括以下几部分：几部分： q表示相应操作的框表示相应操作的框 q带箭头的流程线带箭头的流程线 q框内外必要的说明文字框内外必要的说明文字 x=nx=0, n=100计算计算y=x*x-2*x+3打印打印x,yx=x+1开始开始结束结束真真假假2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计162022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计17算法的描述工具：算法的描述工具：N-S图图n美国学者美国学者I.Nassi和和B.Shneiderman提提出的一种新的流程出的一种新的流程图图n全部算法写在一个全部算法写在一个矩形框内矩形框内，由一些

12、，由一些基本的框组成一个基本的框组成一个大的框，称大的框，称N-S图图x=0, n=100 x=n计算计算y=x*x-2*x+3打印打印x,yx=x+12022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计18算法的描述工具：伪码算法的描述工具：伪码n概念概念：伪代码：伪代码(pseudo code)是用来描述算法的是用来描述算法的介于自然语言和计算机语言之间的文字和符号。介于自然语言和计算机语言之间的文字和符号。n特点特点：自上而下：自上而下q每一行（或几行）表示一个基本操作；每一行（或几行）表示一个基本操作；q不用图形符号，书写方便、格式紧凑；不用图形符号，书写方便、格式紧凑；q便于向计算机语

13、言算法（即程序）过渡。便于向计算机语言算法（即程序）过渡。n用处用处：适用于设计过程中需要反复修改时的流程：适用于设计过程中需要反复修改时的流程描述。描述。n伪码伪码 begin initialize x to zero initialize n to 100 while x=n calculate y print x, y add one to x end2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计19例：求例：求1+2+100的和的和i=100sum=0, i=1sum=sum+ii=i+1开始开始结束结束真真假假print sumn传统流程图传统流程图2022-5-24高级高级语言

14、程序设计语言程序设计20例：求例：求1+2+100的和的和beginsum0, i1;while i=100 sumsum+i; ii+1;print sumendsum=0, i=1i 编译加工编译加工 执行执行使用高级语言编程：使用高级语言编程：p编程工作的效率大大提高编程工作的效率大大提高p人更容易思考和把握复杂程序的意义人更容易思考和把握复杂程序的意义p更多人愿意投身于这种工作，使编程发展成为一种职业和谋更多人愿意投身于这种工作，使编程发展成为一种职业和谋生方式生方式p术语术语“程序设计语言程序设计语言”已专指已专指“高级语言高级语言”2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计

15、35n1954年到年到1957年：高级语言年：高级语言Fortran诞生诞生;n至至1960年代中，开发了年代中，开发了Algol 60 ，COBOL，BASIC等。还有函数式语言等。还有函数式语言LISP 等等;n1970年代开始：年代开始：Pascal 和和 C语言逐渐分别为教学科研语言逐渐分别为教学科研和软件开发用的主要语言和软件开发用的主要语言;n1980年代：逻辑程序语言年代：逻辑程序语言Prolog，面向对象语言，面向对象语言Smalltalk 和后来的和后来的C+;n1995年左右的年左右的Java 。高级语言的简单历史高级语言的简单历史2022-5-24高级高级语言程序设计语言

16、程序设计36nC语言比较小，入门容易，很快就可以开始编程语言比较小，入门容易，很快就可以开始编程n有丰富的程序机制、数据机制、函数定义机制，能满足复杂有丰富的程序机制、数据机制、函数定义机制，能满足复杂程序的需要。许多常用功能通过库实现程序的需要。许多常用功能通过库实现n提供接近硬件的低级操作，广泛用于开发效率要求高的程序。提供接近硬件的低级操作，广泛用于开发效率要求高的程序。被用于代替汇编语言开发底层软件被用于代替汇编语言开发底层软件n生成目标代码质量高、可移植性好，被称为生成目标代码质量高、可移植性好，被称为“中级语言中级语言”n提供了一些支持大规模复杂软件开发的机制提供了一些支持大规模复

17、杂软件开发的机制pC 语言的工作得到世界计算机界的广泛赞许。对计算机工业和语言的工作得到世界计算机界的广泛赞许。对计算机工业和应用发展起了重要推动作用应用发展起了重要推动作用p许多新语言从许多新语言从C汲取营养。如汲取营养。如C+，Java，C#等等p语言设计者获得计算机领域最高奖语言设计者获得计算机领域最高奖图灵奖图灵奖C语言的特点语言的特点nC语言语言1973年由贝尔实验室的年由贝尔实验室的Dennis Ritchie 设计，目标是书设计，目标是书写操作系统和其他系统程序。写操作系统和其他系统程序。nC语言最早用于写语言最早用于写UNIX系统系统。70年代成为年代成为UNIX的标准开发的标

18、准开发语言，随语言，随UNIX流行而被广泛接受。流行而被广泛接受。n80年代被搬到各种机器的许多操作系统上，逐渐成为一种开年代被搬到各种机器的许多操作系统上，逐渐成为一种开发系统程序和复杂软件的通用语言。发系统程序和复杂软件的通用语言。n后来成为使用最广泛的系统开发语言。人们用后来成为使用最广泛的系统开发语言。人们用C开发各种程序，开发各种程序，从简单应用到极其复杂的大型软件。从简单应用到极其复杂的大型软件。n各种计算机都有可用的各种计算机都有可用的C语言系统。语言系统。C语言简介语言简介2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计38标准化标准化应用发展要求应用发展要求C成为更安全可靠

19、、不依赖具体机器或操作系统成为更安全可靠、不依赖具体机器或操作系统的标准语言。的标准语言。ANSI在在80年代开始标准化工作，年代开始标准化工作，1988年颁布年颁布ANSI C标准，后被标准，后被ISO和各国接受，也采纳为中国国家标准和各国接受，也采纳为中国国家标准（GB/T 15272-94）。）。新标准新标准C99已经通过。已经通过。按按ANSI C标准写程序标准写程序C的原设计注重灵活性，的原设计注重灵活性，允许许多不安全的编程方式，正确性允许许多不安全的编程方式，正确性靠编程者靠编程者。用户群扩大后缺点凸现，复杂程序常有隐藏错误。用户群扩大后缺点凸现，复杂程序常有隐藏错误。标准化也是

20、为修正标准化也是为修正C的缺陷。的缺陷。ANSI（American National Standards Institute）2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计39由系统定义，不能重作其它定义由系统定义，不能重作其它定义auto break case char constcontinue default do double elseenum extern float for gotoif int long register returnshort signed sizeof static structswitch typedef unsigned union voidvolat

21、ile while3232个关键字个关键字2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计40if( )elsefor( )while( )dowhile( )continuebreakswitchgotoreturn9 9种控制语句种控制语句2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计41算术运算符：算术运算符：+ - + - * * / % + - / % + -关系运算符：关系运算符： = != = !=逻辑运算符：！逻辑运算符：！ & |& |位运算符位运算符 ： | & | &赋值运算符：赋值运算符：= = 及其扩展及其扩展条件运算符：条件运算符：?:?:逗号运算符：逗号运算

22、符：, ,指针运算符：指针运算符：* * & &求字节数求字节数 ：sizeofsizeof强制类型转换：强制类型转换：( (类型）类型）分量运算符：分量运算符：. -. -下标运算符：下标运算符：其它其它 ：( ) -( ) -3434种运算符种运算符2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计42基本类型基本类型构造类型构造类型指针类型指针类型空类型空类型void定义类型定义类型typedef数值类数值类型型字符类型字符类型char枚举类型枚举类型enum整整 型型浮点型浮点型单精度型单精度型float双精度型双精度型double短整型短整型short长整型长整型long整型整型in

23、t数组数组结构体结构体struct共用体共用体unionC C 数据类型数据类型2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计43主要内容主要内容n程序和程序语言程序和程序语言q程序和程序语言程序和程序语言q算法及其描述工具算法及其描述工具n程序设计方法程序设计方法n问题与程序设计问题与程序设计2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计44起床起床刷牙刷牙洗脸洗脸吃饭吃饭早自习早自习 拿饭碗拿饭碗去食堂去食堂排队买饭排队买饭吃饭吃饭洗碗洗碗离开食堂离开食堂排队排队选饭选饭选菜选菜付款付款 “程序程序”分解实例（早起活动）：分解实例（早起活动）：n编写程序不应该从第一个细节开始编写程

24、序不应该从第一个细节开始n逐步分解，直至分解到程序语言提供的功能。逐步分解，直至分解到程序语言提供的功能。1.3 程序设计方法程序设计方法2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计45程序设计思想：程序设计思想：n自顶向下、逐步细化自顶向下、逐步细化p从问题出发，从高层开始设计程序；从问题出发，从高层开始设计程序；p逐步分解程序功能，直至可以用程序语言实现逐步分解程序功能，直至可以用程序语言实现。n结构化结构化p三种基本结构（顺序、选择、循环）的组合三种基本结构（顺序、选择、循环）的组合n模块化模块化p函数函数2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计462022-5-24高级

25、高级语言程序设计语言程序设计47结构化程序设计的三种基本结构结构化程序设计的三种基本结构（1 1）顺序结构）顺序结构AB入口入口出口出口特点特点: :无条件顺序执行无条件顺序执行A,BA,B语句或语句串语句或语句串 A,BA,B可能是其他结构可能是其他结构2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计48（2 2）选择结构）选择结构 AB入口入口出口出口特点特点: :要么执行要么执行A,A,要么执行要么执行B B 条件条件P P 满足执行满足执行A A 不满足执行不满足执行B B A,B A,B可能是空语句可能是空语句条件条件PYN结构化程序设计的三种基本结构结构化程序设计的三种基本结构2

26、022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计49（3 3）循环结构）循环结构特点特点: : 条件条件P P 满足满足执行执行A A再测试条件再测试条件 不满足不满足结束结束 先判断，后执行先判断，后执行 有可能有可能A A一次也没执行一次也没执行A入口入口条件条件PYN出口出口a.a.当型循环当型循环(while)(while)结构化程序设计的三种基本结构结构化程序设计的三种基本结构2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计50（3 3）循环结构）循环结构特点特点: : 条件条件P P 不满足不满足执行执行A A再测试条件再测试条件 满足满足结束结束 先执行，后判断先执行，后判断

27、A A至少执行一次至少执行一次A入口入口条件条件PYN出口出口b.b.直到型循环直到型循环(do-while)(do-while)结构化程序设计的三种基本结构结构化程序设计的三种基本结构一般一个算法既可以用一般一个算法既可以用while型也可以用型也可以用do-while型实现型实现2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计51N-SN-S结构图表示结构图表示主要内容主要内容n程序和程序语言程序和程序语言q程序和程序语言程序和程序语言q算法及其描述工具算法及其描述工具n程序设计方法程序设计方法n问题与程序设计问题与程序设计2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计521.4 问

28、题与程序设计过程问题与程序设计过程n程序设计是智力劳动，编一个程序就是解决一个程序设计是智力劳动，编一个程序就是解决一个问题。问题。n用计算机解决问题的过程可分为三步：用计算机解决问题的过程可分为三步：q分析问题，设计一种解决问题方案（算法设计）；分析问题，设计一种解决问题方案（算法设计）；q用某种程序语言严格描述这一解决方案（编程）；用某种程序语言严格描述这一解决方案（编程）；q在计算机上试用程序，看它能否解决问题（调试在计算机上试用程序，看它能否解决问题（调试）。n算法是核心、是灵魂，程序是外壳！算法是核心、是灵魂，程序是外壳！2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计53 分析问

29、题分析问题 编制程序编制程序 编译编译 连接连接 调试运行调试运行 完成完成 编译中发现错误，编译中发现错误， 转回修改源程序。转回修改源程序。 连接中发现错误，连接中发现错误， 转回修改源程序。转回修改源程序。 调试运行中发现问题分析本调试运行中发现问题分析本 身有错误，重新分析问题。身有错误，重新分析问题。 程序的开发过程程序的开发过程 调试运行中发现程序编调试运行中发现程序编 写有错误，修改源程序。写有错误，修改源程序。 2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计54 分析 抽象 实现n问题问题解决方法解决方法精确描述（算法）精确描述（算法）程序（源程序）程序（源程序）n算法：由

30、若干条指令组成的有穷序列，满足一定条件。算法：由若干条指令组成的有穷序列，满足一定条件。n程序：是算法用程序设计语言的具体实现。程序：是算法用程序设计语言的具体实现。n程序设计语言程序设计语言程序程序计算机翻译计算机翻译机器语言机器语言执行执行n程序设计语言程序设计语言 设计方法设计方法 程序程序 程序算法程序算法+数据结构数据结构+程序设计方法程序设计方法总结总结2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计55程序调试和排误程序调试和排误n调试（调试（Testing）和排除错误（排错，）和排除错误（排错，Debugging）是编程的必经阶段。）是编程的必经阶段。n初学者的观点：初学者的

31、观点：我写的程序肯定没问题，照书上写的，是系统或者计算我写的程序肯定没问题，照书上写的，是系统或者计算机有问题机有问题n程序中的错误是人的错误。排除程序错误就是排除自己在程序设计中所程序中的错误是人的错误。排除程序错误就是排除自己在程序设计中所犯错误。犯错误。错误可分为两类：错误可分为两类：n语法错误语法错误p程序形式不符合语言规定。程序形式不符合语言规定。C语言系统在加工时能指出程序里的这语言系统在加工时能指出程序里的这类错误。类错误。n逻辑错误、链接错误逻辑错误、链接错误p程序形式正确，能完成加工，产生可执行程序。但程序工作不正程序形式正确，能完成加工，产生可执行程序。但程序工作不正常：或

32、在执行中出问题，或计算结果（或执行效果）不合要求。常：或在执行中出问题，或计算结果（或执行效果）不合要求。n常见常见Bug: 违反环境要求；死循环，异常，逻辑错误违反环境要求；死循环，异常，逻辑错误n语言系统查出错误时，将产生一些语言系统查出错误时，将产生一些“错误信息错误信息”行，指明发行，指明发现位置和错误类型，供人参考。现位置和错误类型，供人参考。注意注意：应仔细阅读系统报错信息，检查所指位置附近的源程序，：应仔细阅读系统报错信息，检查所指位置附近的源程序，找到实际错误并予以排除。找到实际错误并予以排除。基本原则：集中精力排除系统发现的第一个错误基本原则：集中精力排除系统发现的第一个错误

33、。两个问题：两个问题：1）实际错误可能出现在指定错误位置前面很远处。）实际错误可能出现在指定错误位置前面很远处。2）一个实际错误有时会导致许多出错信息行。）一个实际错误有时会导致许多出错信息行。应注意警告信息（应注意警告信息（Warning）。）。警告常表示隐藏较深的错误，必须认真弄清原因警告常表示隐藏较深的错误，必须认真弄清原因。2022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计57q 掌握语法规则，体会程序设计语言结构；掌握语法规则，体会程序设计语言结构；q 理解算法，掌握程序设计的基本方法和典型技术；理解算法，掌握程序设计的基本方法和典型技术；q 从计算和程序的角度提高分析问题的能力；从

34、计算和程序的角度提高分析问题的能力；q 能剖析和理解经典算法；能剖析和理解经典算法；q 养成良好的程序设计习惯，编制规范程序；养成良好的程序设计习惯，编制规范程序；q 熟悉开发环境，学会调试与排错；熟悉开发环境，学会调试与排错；q 理解语言机制和内涵为学习其它语言奠定基础理解语言机制和内涵为学习其它语言奠定基础；q 提高驾御语言的能力提高驾御语言的能力; ;q 高级语言程序设计是一门实践性较强的课程。高级语言程序设计是一门实践性较强的课程。学习要求学习要求写出程序和写好程序之间有很大距离，写出程序和写好程序之间有很大距离，只有写好小程序，才能写出大些的程序只有写好小程序，才能写出大些的程序20

35、22-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计58课后作业课后作业1.用用N-S结构图描述从十个数中选择最大数的算法，结构图描述从十个数中选择最大数的算法， 找出其中的顺序结构、选择结构和循环结构。找出其中的顺序结构、选择结构和循环结构。2.给出求从给出求从1-100之间能被之间能被6整除的所有整数的和的整除的所有整数的和的算法（用算法（用N-S结构图描述）。结构图描述）。3.给出求给出求100-999之间水仙花数的算法（用之间水仙花数的算法（用N-S结构结构图描述）。图描述）。 水仙花数是一个三位数，各位数的立水仙花数是一个三位数，各位数的立方和等于这个数本身，如：方和等于这个数本身，如：153=13+53+332022-5-24高级高级语言程序设计语言程序设计59