第1章程序設(shè)計基礎(chǔ)講解

任亞茹2021年9?1?C語言程序設(shè)計—程序設(shè)計基礎(chǔ)?切向前?，都不能忘記?過的路；?得再遠(yuǎn)、?到再光輝的未來，也不能忘記?過的過去，不能忘記為什么出發(fā)。——習(xí)近平總書記導(dǎo)語主

要

內(nèi)

容課程導(dǎo)入1程序設(shè)計概述2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法34算法-程序的靈魂?、課程導(dǎo)入（一）課程性質(zhì)與任務(wù)《C語言程序設(shè)計》是汽車智能技術(shù)專業(yè)必修的一門公共基礎(chǔ)課程。本課程的任務(wù)是介紹計算機程序設(shè)計的基礎(chǔ)、程序設(shè)計的算法、C語言的語法、C語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法，使學(xué)生了解程序設(shè)計的總體思路，提高學(xué)生程序設(shè)計和程序調(diào)試的能力，為以后的課程打下牢固的程序設(shè)計基礎(chǔ)，將C語言程序設(shè)計的方法融合到后續(xù)課中，真正掌握程序設(shè)計的方法。本課程組織教學(xué)形式，理論知識教學(xué)主要采取教師利用多媒體等現(xiàn)代技術(shù)手段進行講授，實踐知識教學(xué)采取學(xué)生分組討論、上機實驗等多種形式組織。教學(xué)方法可根據(jù)不同的內(nèi)容綜合運用案例教學(xué)法、引導(dǎo)文法、小組討論法、上機實驗法、演示法、講授法等多種教學(xué)方法。?、課程導(dǎo)入（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知識目標(biāo)（1）掌握C語言的基本概念和基本算法；（2）掌握C語言的基本語法及應(yīng)用；（3）掌握C語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法；（4）掌握C語言設(shè)計程序的總體思路和方法。2．能力目標(biāo)（1）具有掌握使用基本算法的能力；（2）具有使用C語言進行簡單程序設(shè)計的邏輯思維能力；（3）具有調(diào)試運行一般應(yīng)用程序的能力。3.考核方式30%平時成績+35%上機考試+35%閉卷考試?、課程導(dǎo)入請大家打開一款手機APP，思考什么是程序設(shè)計，設(shè)計一個程序是否離我們很遙遠(yuǎn)？/video/BV1uU4y1L7Sn?from=search&seid=13321135304825015191二、程序設(shè)計概述（一）概述（1）什么是程序：向執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的命令集成為程序。向計算機發(fā)出的命令集成為計算機程序。（2）什么是語言指令集的形式必須遵從某種規(guī)則，這種規(guī)則稱之為語言。不同的語言有不同的規(guī)則（語法），手機、微波爐、電冰箱的指令集形式各不相同。討論思考什么是語言（3）計算機科學(xué)知識體系是一個有層次的知識體系計算機科學(xué)知識的學(xué)習(xí)之分為三個層次二、程序設(shè)計概述二、程序設(shè)計概述（二）計算機語言的分類（1）機器語言計算機按二進制進行基本工作，只能識別二進制代碼。例如：含義：將“地址1”和“地址2”是數(shù)據(jù)取出來進行加運算，并將結(jié)果放回到“地址1”中。機器語言格式：【指令碼】【地址1】【地址2】。。。。特點：必須要對計算機的工作方式非常熟悉，熟背“密碼本”及大量的與計算機工作原理密切相關(guān)的潛規(guī)則。a)難懂，不易理解和修改；b)可移植性差；c)執(zhí)行效率高。二、程序設(shè)計概述（二）計算機語言的分類（2）匯編語言用助記符來代替二進制代碼，提高了程序的易讀性。例如：匯編語言書寫的程序不能被計算機所理解，必須經(jīng)過一個“翻譯工具”進行處理，將它轉(zhuǎn)換成二進制代碼。

特點：a)初步解決了難懂的問題，程序的編寫效率有所提高；b)可移植性差；c)執(zhí)行效率高。二、程序設(shè)計概述（二）計算機語言的分類（3）高級語言用英語和數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式來書寫程序。例如：if（beta>=0）x=（-b+sqrt（beta））/（2*a）高級語言更接近于人類的自然語言，很容易理解。高級語言書寫的程序更不可能被計算機所理解，必須經(jīng)過更高級的“翻譯”才能將它轉(zhuǎn)換成二進制代碼。特點：a)便于理解和修改，程序的編寫效率最高；b)具有良好的可移植性；c)執(zhí)行效率最低。二、程序設(shè)計概述（二）計算機語言的分類高級語言分類二、程序設(shè)計概述（三）通用計算機和嵌入式計算機C語言既是通用計算機軟件設(shè)計的基礎(chǔ)語言，也是當(dāng)前嵌入式軟件設(shè)計的主流語言。微型計算機具有很大的通用性，所以又稱通用計算機。測控領(lǐng)域的計算機系統(tǒng)是嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、成本、體積、可靠性、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)，即嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）。通俗地說，除了通用計算機（如臺式計算機和筆記本計算機）外，所有包含CPU的系統(tǒng)都是嵌入式系統(tǒng)，其中以微控制器（MicroControllerUnit，MCU，國內(nèi)也稱為單片機）為核心的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛。二、程序設(shè)計概述（三）通用計算機和嵌入式計算機1、MCU的基本結(jié)構(gòu)MCU的基本含義：在一塊芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、看門狗及通用輸入輸出（GPIO）、模-數(shù)（A-D）轉(zhuǎn)換、數(shù)-模（D-A）轉(zhuǎn)換、串行通信I/O等多種輸入輸出接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。CPU與其他部件交互是通過MCU內(nèi)部總線實現(xiàn)的。二、程序設(shè)計概述（三）通用計算機和嵌入式計算機2、以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)的基本組成MCU的硬件集成度越來越高，使得嵌入式硬件設(shè)計難度不斷降低，因此嵌入式軟件設(shè)計在整個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中所占的分量越來越大。社會對嵌入式軟件設(shè)計人才的需求量也越來越大，其就業(yè)薪酬高。嵌入式軟件設(shè)計的主流語言是C語言。三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法（一）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的核心是算法設(shè)計，基本思想是采用自頂向下、逐步細(xì)化的設(shè)計方法和單入單出的控制結(jié)構(gòu)。自頂向下和逐步細(xì)化的設(shè)計方法是將一個復(fù)雜任務(wù)按照功能進行拆分，并逐層細(xì)化到便于理解和描述的程度，最終形成由若干獨立模塊組成的樹狀層次結(jié)構(gòu)。單入單出的控制結(jié)構(gòu)是指每個模塊內(nèi)部均用順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)來描述。a)順序從上到下依次執(zhí)行下來，中間沒有任何分叉b)分支在執(zhí)行過程中，根據(jù)條件成立與否產(chǎn)生了不同的操作c)循環(huán)當(dāng)某一條件成立時，反復(fù)做相同的操作。三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法（二）方法原則①只采用三種基本的程序控制結(jié)構(gòu)來編制程序，從而使程序具有良好的結(jié)構(gòu)；②程序設(shè)計自頂而下；③用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計流程圖來表示算法。四、算法-程序的靈魂（一）算法的基本概念算法與程序設(shè)計以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是解決一個問題的完整的步驟描述，是解決問題的策略、規(guī)則和方法。算法的描述形式有很多種，如傳統(tǒng)的流程圖、結(jié)構(gòu)化流程圖及計算機程序語言等。（1）算法的特性算法是為解決某一特定類型的問題而制定的一個實現(xiàn)過程，它具有下列特性：有窮性、確定性、可行性、輸入、輸出（2）算法的優(yōu)劣衡量一個算法的好壞，通常從以下幾個方面來分析：正確性、可讀性、健壯性、時間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述算法包括算法設(shè)計和算法分析。算法設(shè)計主要研究怎么樣針對某一特定類型的問題設(shè)計出求解步驟；算法分析則要討論所設(shè)計出來的算法步驟的正確性和復(fù)雜性。計算機算法分為兩大類：（1）數(shù)值運算算法：求數(shù)值解；通過運算得出一個具體值，如求方程的根等注：數(shù)值運算一般有現(xiàn)成的模型，算法較成熟。（2）非數(shù)值運算算法：用于事務(wù)管理，如圖書檢索、人事管理等。對于一些問題的求解步驟，需要一種表達(dá)方式，即算法描述。常用的方法有：①自然語言②傳統(tǒng)流程圖③結(jié)構(gòu)化流程圖④偽代碼⑤PAD圖四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述常用簡單算法（1）累乘即：1×2×3×4×5……×1001×2→S（結(jié)果）

S×3→S（結(jié)果）

S×4→S（結(jié)果）S×5→S（結(jié)果）

S×6→S（結(jié)果）┇

S×100→S（結(jié)果）四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述常用簡單算法（2）累加即：1+2+3+4+5……+1001+2→S（結(jié)果）

S+3→S（結(jié)果）

S+4→S（結(jié)果）

S+5→S（結(jié)果）

S+6→S（結(jié)果）┇

S+100→S（結(jié)果）四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述常用簡單算法（3）找最大值5，2，4，12，95→max(max放最大值，后面的數(shù)都和它比較)2>max不成立

4>max不成立

12>max成立：12→max9>max不成立注：該算法可擴展為在一批數(shù)據(jù)中，找某一個數(shù)四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述1.自然語言自然語言就是人們?nèi)粘Ｓ玫恼Z言，這種表示方式通俗易懂，下面通過實例具體介紹。【實例1】求n！。（1）定義3個變量i、n及mul，并為i和mul均賦初值為1。（2）從鍵盤中輸入一個數(shù)賦給n。（3）將mul乘以i的結(jié)果賦給mul。（4）i的值加1，判斷i的值是否大于n，如果大于n，則執(zhí)行步驟（5），否則執(zhí)行步驟（3）。（5）將mul的結(jié)果輸出。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述1.自然語言自然語言就是人們?nèi)粘Ｓ玫恼Z言，這種表示方式通俗易懂，下面通過實例具體介紹?！緦嵗?】任意輸入3個數(shù)，求這3個數(shù)中的最小數(shù)。（1）定義4個變量分別為x、y、z以及min。（2）輸入大小不同的3個數(shù)分別賦給x、y、z。（3）判斷x是否小于y，如果小于，則將x的值賦給min，否則將y的值賦給min。（4）判斷min是否小于z，如果小于，則執(zhí)行步驟（5），否則將z的值賦給min。（5）將min的值輸出。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖流程圖是一種傳統(tǒng)的算法表示法，它用一些圖框來代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來指示算法的執(zhí)行方向。由于它直觀形象，易于理解，所以應(yīng)用廣泛，特別是在語言發(fā)展的早期階段，只有通過流程圖才能簡明地表述算法。（1）流程圖符號四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖（2）3種基本結(jié)構(gòu)

Bohra和Jacopini為了提高算法的質(zhì)量，經(jīng)研究提出了3種基本結(jié)構(gòu)，即順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，因為任何一個算法都可由這3種基本結(jié)構(gòu)組成。這3種基本結(jié)構(gòu)之間可以并列，可以相互包含，但不允許交叉，不允許從一個結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)到另一個結(jié)構(gòu)的內(nèi)部去。整個算法都是由3種基本結(jié)構(gòu)組成的，所以只要規(guī)定好3種基本結(jié)構(gòu)的流程圖的畫法，就可以畫出任何算法的流程圖。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)是簡單的線性結(jié)構(gòu)，在順序結(jié)構(gòu)的程序里，各操作是按照它們出現(xiàn)的先后順序執(zhí)行的，如圖所示。在執(zhí)行完A框所指定的操作后，接著執(zhí)行B框所指定的操作，這個結(jié)構(gòu)里只有一個入口點A和一個出口點B。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖順序結(jié)構(gòu)【實例3】輸入兩個數(shù)分別賦給變量i和j，再將這兩個數(shù)分別輸出。本實例流程圖可以采用順序結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如圖所示。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖選擇結(jié)構(gòu)1選擇結(jié)構(gòu)也叫分支結(jié)構(gòu)，如圖所示。選擇結(jié)構(gòu)中必須包含一個判斷框。圖中所代表的含義是根據(jù)給定的條件p是否成立選擇執(zhí)行A框或者是B框。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖選擇結(jié)構(gòu)2下圖所代表的含義是根據(jù)給定的條件P進行判斷，如果條件成立則執(zhí)行A框，否則什么也不做。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖選擇結(jié)構(gòu)【實例4】輸入一個數(shù)，判斷該數(shù)是否為偶數(shù)，并給出相應(yīng)提示。本實例流程圖可以采用選擇結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如圖所示。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述循環(huán)結(jié)構(gòu)在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，反復(fù)地執(zhí)行一系列操作，直到條件不成立時才終止循環(huán)。按照判斷條件出現(xiàn)的位置，可將循環(huán)結(jié)構(gòu)分為當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)和直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)型循環(huán)是先判斷條件P是否成立，如果成立，則執(zhí)行A框；執(zhí)行完A框后，再判斷條件P是否成立，如果成立，接著再執(zhí)行A框；如此反復(fù)，直到條件P不成立為止，此時不執(zhí)行A框，跳出循環(huán)。直到型循環(huán)是先執(zhí)行A框，然后判斷條件P是否成立，如果條件P成立則再執(zhí)行A；然后判斷條件P是否成立，如果成立，接著再執(zhí)行A框；如此反復(fù)，直到條件P不成立，此時不執(zhí)行A框，跳出循環(huán)。四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述2.流程圖循環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)型循環(huán)直到型循環(huán)四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述循環(huán)結(jié)構(gòu)【實例2.5】求1和100之間（包括1和100）所有整數(shù)之和。

四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述3.N-S流程圖N-S圖是另一種算法表示法，是由美國人I.Nassi和B.Shneiderman共同提出的，其根據(jù)是：既然任何算法都是由前面介紹的3種結(jié)構(gòu)組成，則各基本結(jié)構(gòu)之間的流程線就是多余的，因此去掉了所有的流程線，將全部的算法寫在一個矩形框內(nèi)。N-S圖也是算法的一種結(jié)構(gòu)化描述方法，同樣也有3種基本結(jié)構(gòu)，下面分別進行介紹：