C語言程序設(shè)計(jì)(何欽銘-顏暉-主編)課件

C語言程序設(shè)計(jì)課件本課件由何欽銘和顏暉主編。本課件將深入淺出地講解C語言編程的基礎(chǔ)知識(shí)，幫助您掌握C語言的基本語法和編程技巧。計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)是一種現(xiàn)代化的電子設(shè)備，它可以接收信息、處理信息、存儲(chǔ)信息和輸出信息。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部由硬件和軟件組成，硬件是物理設(shè)備，軟件是程序。計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、商業(yè)管理、教育和娛樂等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理組成部分，包括中央處理器、內(nèi)存、硬盤等。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的“骨架”，提供基本計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。軟件系統(tǒng)運(yùn)行在硬件系統(tǒng)之上的程序集合，包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等。軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的“靈魂”，使硬件系統(tǒng)能夠執(zhí)行各種任務(wù)。數(shù)據(jù)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)的信息，包括文本、圖像、音頻和視頻等。數(shù)據(jù)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的“血液”，為計(jì)算機(jī)提供運(yùn)行所需的指令和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的表示和存儲(chǔ)11.數(shù)值數(shù)據(jù)整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)和復(fù)數(shù)等數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中使用二進(jìn)制表示和存儲(chǔ)。22.字符數(shù)據(jù)字符數(shù)據(jù)使用ASCII碼或Unicode等編碼方案表示和存儲(chǔ)。33.邏輯數(shù)據(jù)邏輯數(shù)據(jù)使用布爾值“真”或“假”表示，存儲(chǔ)為單個(gè)位。44.數(shù)據(jù)類型C語言提供了不同的數(shù)據(jù)類型，例如int、float、char和bool，用于存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)。C語言概述結(jié)構(gòu)化編程語言C語言是一種結(jié)構(gòu)化編程語言，它采用模塊化設(shè)計(jì)，將程序分解成多個(gè)函數(shù)，并使用函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)程序流程控制。功能強(qiáng)大C語言支持多種數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符，并提供豐富的庫函數(shù)，可以用于開發(fā)各種類型的應(yīng)用程序，例如操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用程序軟件。靈活高效C語言的代碼執(zhí)行效率高，可以生成高效的機(jī)器代碼，同時(shí)它也具有良好的可移植性，可以跨平臺(tái)運(yùn)行。程序設(shè)計(jì)基本要素算法算法是指解決問題的一系列步驟。程序設(shè)計(jì)中，算法決定了程序的邏輯和執(zhí)行過程。算法需要考慮效率和正確性，確保程序能有效地解決問題，并獲得正確的結(jié)果。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特定方式。合理選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以提高程序效率和可讀性。例如，數(shù)組、鏈表、樹、圖等都是常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們各有優(yōu)劣，適合處理不同的數(shù)據(jù)類型和操作。數(shù)據(jù)類型與變量數(shù)據(jù)類型整數(shù)類型：整數(shù)值浮點(diǎn)類型：小數(shù)字符類型：?jiǎn)蝹€(gè)字符變量變量用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每個(gè)變量都有其類型和名稱。內(nèi)存分配變量在程序運(yùn)行時(shí)被分配到內(nèi)存中。運(yùn)算符與表達(dá)式運(yùn)算符類型算術(shù)運(yùn)算符執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。關(guān)系運(yùn)算符用于比較運(yùn)算。邏輯運(yùn)算符連接表達(dá)式。位運(yùn)算符用于操作位。賦值運(yùn)算符將值賦給變量。表達(dá)式表達(dá)式由運(yùn)算符和操作數(shù)組成，代表一個(gè)值。C語言表達(dá)式可以包含多種運(yùn)算符。優(yōu)先級(jí)決定運(yùn)算符的執(zhí)行順序。表達(dá)式計(jì)算結(jié)果可以賦給變量。順序控制結(jié)構(gòu)1語句程序的執(zhí)行單位2表達(dá)式運(yùn)算結(jié)果3操作數(shù)參與運(yùn)算的值4運(yùn)算符執(zhí)行特定操作順序結(jié)構(gòu)是一種最基本的控制結(jié)構(gòu)，程序按照代碼的順序執(zhí)行。從第一條語句開始，依次執(zhí)行每一條語句，直到程序結(jié)束。順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的程序結(jié)構(gòu)，也是其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。選擇控制結(jié)構(gòu)1if語句根據(jù)條件執(zhí)行不同代碼塊。2switch語句根據(jù)表達(dá)式值執(zhí)行對(duì)應(yīng)代碼塊。3elseif語句在if語句中添加更多條件分支。4嵌套語句將選擇語句嵌套在其他語句中。選擇控制結(jié)構(gòu)允許程序根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼路徑。循環(huán)控制結(jié)構(gòu)1循環(huán)控制結(jié)構(gòu)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)程序中反復(fù)執(zhí)行某些代碼段的機(jī)制，它可以根據(jù)條件重復(fù)執(zhí)行特定代碼塊，直到滿足終止條件。2循環(huán)結(jié)構(gòu)類型for循環(huán)while循環(huán)do-while循環(huán)3循環(huán)控制語句C語言提供了多種循環(huán)控制語句，例如break語句可以跳出循環(huán)，continue語句可以跳過本次循環(huán)。數(shù)組定義數(shù)組數(shù)組是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)相同數(shù)據(jù)類型的一組元素。數(shù)組在內(nèi)存中被分配為連續(xù)的內(nèi)存位置，這使得訪問數(shù)組元素變得非常高效。訪問元素可以使用索引來訪問數(shù)組中的特定元素。索引從0開始，一直到數(shù)組的大小減1。數(shù)組操作可以使用循環(huán)遍歷數(shù)組，對(duì)數(shù)組中的元素進(jìn)行操作，例如賦值、比較、計(jì)算等。多維數(shù)組C語言支持多維數(shù)組，可以用于表示表格或矩陣等結(jié)構(gòu)。函數(shù)1代碼模塊化函數(shù)將程序代碼分解為獨(dú)立的模塊，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。2代碼復(fù)用函數(shù)可以重復(fù)使用，避免重復(fù)編寫相同的代碼，提高開發(fā)效率。3程序結(jié)構(gòu)化函數(shù)可以將復(fù)雜問題分解成更小的子問題，使程序結(jié)構(gòu)更加清晰，易于理解和調(diào)試。4參數(shù)傳遞函數(shù)可以通過參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的交互。字符串處理字符串操作函數(shù)C語言提供豐富的字符串操作函數(shù)，例如strcpy、strcat、strlen等，用于處理字符串的復(fù)制、連接、長度計(jì)算等操作。字符串長度計(jì)算strlen()函數(shù)用于計(jì)算字符串的長度，不包括字符串結(jié)尾的空字符'\0'。字符串比較strcmp()函數(shù)用于比較兩個(gè)字符串的大小，返回值為負(fù)數(shù)、零或正數(shù)，分別表示第一個(gè)字符串小于、等于或大于第二個(gè)字符串。指針基礎(chǔ)內(nèi)存地址指針變量存儲(chǔ)內(nèi)存地址，指向特定內(nèi)存位置，允許直接訪問和操作數(shù)據(jù)。指針類型指針類型與所指向數(shù)據(jù)的類型相匹配，例如，指向整型數(shù)據(jù)的指針類型為int*。指針運(yùn)算指針運(yùn)算包括加減運(yùn)算、取地址運(yùn)算(&)和解引用運(yùn)算(*)，用于訪問指針指向的內(nèi)存位置。指針應(yīng)用指針在動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配、函數(shù)參數(shù)傳遞、數(shù)組操作和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中扮演著重要的角色。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配堆內(nèi)存堆內(nèi)存是程序運(yùn)行時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)存空間，允許在程序運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)地分配和釋放內(nèi)存。malloc()用于在堆上分配一塊指定大小的內(nèi)存，返回指向該內(nèi)存塊的指針。free()用于釋放之前使用malloc()分配的內(nèi)存塊。內(nèi)存泄漏忘記釋放分配的內(nèi)存會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，浪費(fèi)系統(tǒng)資源，甚至導(dǎo)致程序崩潰。文件操作打開文件使用fopen函數(shù)打開文件，指定文件路徑和訪問模式。寫入文件使用fprintf函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入打開的文件。讀取文件使用fscanf函數(shù)從打開的文件中讀取數(shù)據(jù)。關(guān)閉文件使用fclose函數(shù)關(guān)閉打開的文件，釋放資源。結(jié)構(gòu)體11.自定義數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)體允許程序員將不同數(shù)據(jù)類型組合成一個(gè)整體，創(chuàng)建自定義數(shù)據(jù)類型。22.成員變量結(jié)構(gòu)體包含多個(gè)成員變量，每個(gè)成員變量可以是不同的數(shù)據(jù)類型。33.訪問成員使用結(jié)構(gòu)體變量名和成員變量名通過點(diǎn)運(yùn)算符（.）訪問成員變量的值。44.應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)構(gòu)體用于表示具有多個(gè)屬性的實(shí)體，例如學(xué)生信息、商品信息等。聯(lián)合體內(nèi)存共享聯(lián)合體成員共享同一個(gè)內(nèi)存空間。不同成員使用同一個(gè)內(nèi)存地址。大小聯(lián)合體的大小由其最大成員的大小決定。成員變量可以覆蓋彼此。枚舉類型11.定義枚舉類型使用enum關(guān)鍵字定義枚舉類型，指定枚舉常量的名稱和值。22.枚舉常量的值默認(rèn)情況下，枚舉常量從0開始遞增，但可以顯式地指定值。33.枚舉類型的優(yōu)點(diǎn)提高代碼可讀性和可維護(hù)性，方便管理一組相關(guān)的常量。44.枚舉類型的應(yīng)用場(chǎng)景表示一組有限的、離散的值，例如星期、月份、顏色等。編譯預(yù)處理編譯預(yù)處理指令預(yù)處理指令由#號(hào)引導(dǎo)，指示編譯器在進(jìn)行正式編譯之前完成預(yù)處理工作。宏定義宏定義使用#define指令，將標(biāo)識(shí)符替換為指定的文本或代碼段，可以簡(jiǎn)化代碼并提高可讀性。文件包含#include指令用于將其他源文件或頭文件包含到當(dāng)前文件中，方便代碼組織和復(fù)用。條件編譯使用#ifdef、#ifndef、#else和#endif等指令，根據(jù)條件選擇性地編譯部分代碼，提高代碼的靈活性和可移植性。遞歸函數(shù)定義遞歸函數(shù)是指在函數(shù)內(nèi)部調(diào)用自身函數(shù)，以解決問題。應(yīng)用遞歸函數(shù)常用于解決樹形結(jié)構(gòu)、圖結(jié)構(gòu)等問題，例如遍歷目錄、快速排序。優(yōu)勢(shì)遞歸函數(shù)代碼簡(jiǎn)潔，易于理解，但遞歸深度過深可能導(dǎo)致棧溢出。示例求階乘，例如計(jì)算5!(5*4*3*2*1)可以使用遞歸函數(shù)。位運(yùn)算位運(yùn)算基礎(chǔ)位運(yùn)算直接操作內(nèi)存中的二進(jìn)制位，效率更高。常見位運(yùn)算按位與(&)按位或(|)按位異或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)應(yīng)用場(chǎng)景位運(yùn)算常用于數(shù)據(jù)壓縮、加密、算法優(yōu)化等。標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)輸入鍵盤是程序獲取用戶輸入的主要途徑。程序通過標(biāo)準(zhǔn)輸入流（stdin）讀取鍵盤輸入。例如，使用`scanf()`函數(shù)從標(biāo)準(zhǔn)輸入流讀取數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)輸出屏幕是程序顯示輸出結(jié)果的主要途徑。程序通過標(biāo)準(zhǔn)輸出流（stdout）向屏幕輸出信息。例如，使用`printf()`函數(shù)向標(biāo)準(zhǔn)輸出流輸出數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤處理異常處理處理程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，例如除以零、內(nèi)存溢出等。錯(cuò)誤檢測(cè)使用斷言、檢查返回值等方法檢測(cè)錯(cuò)誤，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。錯(cuò)誤報(bào)告通過打印錯(cuò)誤信息、日志記錄等方式，幫助程序員定位問題，以便修復(fù)錯(cuò)誤。錯(cuò)誤恢復(fù)嘗試從錯(cuò)誤狀態(tài)中恢復(fù)，例如重新分配內(nèi)存、重新打開文件等，以避免程序崩潰。鏈表動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要靈活地添加或刪除節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)構(gòu)成每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)域和指針域，指針域指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。類型單鏈表，雙鏈表和循環(huán)鏈表，不同類型實(shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用場(chǎng)景不同。棧和隊(duì)列棧后進(jìn)先出（LIFO）隊(duì)列先進(jìn)先出（FIFO）應(yīng)用場(chǎng)景函數(shù)調(diào)用表達(dá)式求值數(shù)據(jù)緩存排序算法11.冒泡排序簡(jiǎn)單易懂，相鄰元素比較交換，效率較低。22.插入排序?qū)⒃夭迦胍雅判蛐蛄校矢哂诿芭菖判颉?3.選擇排序每次選擇最小元素，放置到正確位置，效率相對(duì)較低。44.快速排序分治策略，選擇基準(zhǔn)元素，將序列分成兩部分，遞歸排序。查找算法線性查找逐個(gè)比較數(shù)據(jù)，找到目標(biāo)數(shù)據(jù)。時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。二分查找適用于有序數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)范圍折半進(jìn)行查找。時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)。哈希查找通過哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)映射到哈希表。平均時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。樹形查找利用樹形結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行高效查找。時(shí)間復(fù)雜度與樹的高度相關(guān)。綜合案例綜合案例是將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中，并將不同知識(shí)點(diǎn)相互結(jié)合，提高編程能力，解決實(shí)際問題