d20072110050219的专栏

C语言教程 1 C语言概述 1.1 Ｃ语言的发展过程 Ｃ语言是在 70 年代初问世的。一九七八年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式发表了Ｃ语言。同时由B.W.Kernighan和D.M.Ritchit合著了著名的“THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一书。通常简称为《K&R》，也有人称之为《K&R》标准。但是，在《K&R》中并没有定义一个完整的标准C 语言，后来由美国国家标准协会（American National Standards Institute）在此基础上制定了一个C 语言标准，于一九八三年发表。通常称之为ANSI C。 1.2 当代最优秀的程序设计语言 早期的C 语言主要是用于UNIX系统。由于Ｃ语言的强大功能和各方面的优点逐渐为人们认识，到了八十年代，C开始进入其它操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到了广泛的使用，成为当代最优秀的程序设计语言之一。 1.3 Ｃ语言版本 目前最流行的Ｃ语言有以下几种： •Microsoft C 或称 MS C •Borland Turbo C 或称 Turbo C •AT&T C 这些Ｃ语言版本不仅实现了ANSI C标准，而且在此基础上各自作了一些扩充，使之更加方便、完美。 1.4 Ｃ语言的特点 1•C语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。ANSI C一共只有32个关键字: auto break case char const continue default do double else enum extern float for goto if int long register return short signed static sizof struct switch typedef union unsigned void volatile while 9种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。 Turbo C扩充了11个关键字： asm _cs _ds _es _ss cdecl far huge interrupt near pascal 注意：在C语言中，关键字都是小写的。 2•运算符丰富。共有34种。C把括号、赋值、逗号等都作为运算符处理。从而使C的运算类型极为丰富，可以实现其他高级语言难以实现的运算。 3•数据结构类型丰富。 4•具有结构化的控制语句。 5•语法限制不太严格，程序设计自由度大。 6•C语言允许直接访问物理地址，能进行位（bit）操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此有人把它称为中级语言。 7•生成目标代码质量高，程序执行效率高。 8•与汇编语言相比，用C语言写的程序可移植性好。 但是，C语言对程序员要求也高，程序员用C写程序会感到限制少、灵活性大，功能强，但较其他高级语言在学习上要困难一些。 1.5 面向对象的程序设计语言 在C的基础上，一九八三年又由贝尔实验室的Bjarne Strou-strup推出了C++。 C++进一步扩充和完善了Ｃ语言，成为一种面向对象的程序设计语言。C++目前流行的最新版本是Borland C++, Symantec C++和Microsoft VisualC++。 C++提出了一些更为深入的概念，它所支持的这些面向对象的概念容易将问题空间直接地映射到程序空间，为程序员提供了一种与传统结构程序设计不同的思维方式和编程方法。因而也增加了整个语言的复杂性，掌握起来有一定难度。 1.6 Ｃ和Ｃ＋＋ 但是，C是C++的基础，C++语言和Ｃ语言在很多方面是兼容的。因此，掌握了Ｃ语言，再进一步学习C++就能以一种熟悉的语法来学习面向对象的语言，从而达到事半功倍的目的。 1.7 简单的Ｃ程序介绍 为了说明Ｃ语言源程序结构的特点，先看以下几个程序。这几个程序由简到难，表现了Ｃ语言源程序在组成结构上的特点。虽然有关内容还未介绍，但可从这些例子中了解到组成一个C源程序的基本部分和书写格式。 【例1.1】 main() { printf("世界，您好！\n"); }  main是主函数的函数名，表示这是一个主函数。  每一个C源程序都必须有，且只能有一个主函数(main函数)。  函数调用语句，printf函数的功能是把要输出的内容送到显示器去显示。  printf函数是一个由系统定义的标准函数，可在程序中直接调用。 【例1.2】 #include<math.h> #include<stdio.h> main() { double x,s; printf("input number:\n"); scanf("%lf",&x); s=sin(x); printf("sine of %lf is %lf\n",x,s); }  include称为文件包含命令  扩展名为.h的文件称为头文件  定义两个实数变量，以被后面程序使用  显示提示信息  从键盘获得一个实数x  求x的正弦,并把它赋给变量s  显示程序运算结果  main函数结束 程序的功能是从键盘输入一个数x，求x的正弦值，然后输出结果。在main()之前的两行称为预处理命令(详见后面)。预处理命令还有其它几种，这里的include 称为文件包含命令，其意义是把尖括号<>或引号""内指定的文件包含到本程序来，成为本程序的一部分。被包含的文件通常是由系统提供的，其扩展名为.h。因此也称为头文件或首部文件。Ｃ语言的头文件中包括了各个标准库函数的函数原型。因此，凡是在程序中调用一个库函数时，都必须包含该函数原型所在的头文件。在本例中，使用了三个库函数：输入函数scanf，正弦函数sin,输出函数printf。sin函数是数学函数，其头文件为math.h文件，因此在程序的主函数前用include命令包含了math.h。scanf和printf是标准输入输出函数，其头文件为stdio.h，在主函数前也用include命令包含了stdio.h文件。 需要说明的是，C语言规定对scanf和printf这两个函数可以省去对其头文件的包含命令。所以在本例中也可以删去第二行的包含命令#include<stdio.h>。 同样，在例1.1中使用了printf函数，也省略了包含命令。 在例题中的主函数体中又分为两部分，一部分为说明部分，另一部为分执行部分。说明是指变量的类型说明。例题1.1中未使用任何变量，因此无说明部分。Ｃ语言规定，源程序中所有用到的变量都必须先说明，后使用，否则将会出错。这一点是编译型高级程序设计语言的一个特点，与解释型的BASIC语言是不同的。说明部分是C源程序结构中很重要的组成部分。本例中使用了两个变量x，s，用来表示输入的自变量和sin函数值。由于sin函数要求这两个量必须是双精度浮点型，故用类型说明符double来说明这两个变量。说明部分后的四行为执行部分或称为执行语句部分，用以完成程序的功能。执行部分的第一行是输出语句，调用printf函数在显示器上输出提示字符串，请操作人员输入自变量x的值。第二行为输入语句，调用scanf函数，接受键盘上输入的数并存入变量x中。第三行是调用sin函数并把函数值送到变量s中。第四行是用printf 函数输出变量s的值，即x的正弦值。程序结束。 运行本程序时，首先在显示器屏幕上给出提示串input number，这是由执行部分的第一行完成的。用户在提示下从键盘上键入某一数，如5，按下回车键，接着在屏幕上给出计算结果。 1.8 输入和输出函数 在前两个例子中用到了输入和输出函数scanf和 printf，在以后要详细介绍。这里我们先简单介绍一下它们的格式，以便下面使用。 scanf和 printf这两个函数分别称为格式输入函数和格式输出函数。其意义是按指定的格式输入输出值。因此，这两个函数在括号中的参数表都由以下两部分组成： “格式控制串”，参数表 格式控制串是一个字符串，必须用双引号括起来，它表示了输入输出量的数据类型。各种类型的格式表示法可参阅第三章。在printf函数中还可以在格式控制串内出现非格式控制字符，这时在显示屏幕上将原文照印。参数表中给出了输入或输出的量。当有多个量时，用 逗号间隔。例如： printf("sine of %lf is %lf\n",x,s); 其中%lf为格式字符，表示按双精度浮点数处理。它在格式串中两次现，对应了x和s两个变量。其余字符为非格式字符则照原样输出在屏幕上。 【例1.3】 int max(int a,int b); /*函数说明*/ main() /*主函数*/ { int x,y,z; /*变量说明*/ int max(int a,int b); /*函数说明*/ printf("input two numbers:\n"); scanf("%d%d",&x,&y); /*输入x,y值*/ z=max(x,y); /*调用max函数*/ printf("maxmum=%d",z); /*输出*/ } int max(int a,int b) /*定义max函数*/ { if(a>b)return a;else return b; /*把结果返回主调函数*/ } 上面例中程序的功能是由用户输入两个整数，程序执行后输出其中较大的数。本程序由两个函数组成，主函数和max 函数。函数之间是并列关系。可从主函数中调用其它函数。max 函数的功能是比较两个数，然后把较大的数返回给主函数。max 函数是一个用户自定义函数。因此在主函数中要给出说明(程序第三行)。可见，在程序的说明部分中，不仅可以有变量说明，还可以有函数说明。关于函数的详细内容将在以后第五章介绍。在程序的每行后用/*和*/括起来的内容为注释部分，程序不执行注释部分。 上例中程序的执行过程是，首先在屏幕上显示提示串，请用户输入两个数，回车后由scanf函数语句接收这两个数送入变量x,y中，然后调用max函数，并把x,y 的值传送给max函数的参数a,b。在max函数中比较a,b的大小，把大者返回给主函数的变量z，最后在屏幕上输出z的值。 1.9 Ｃ源程序的结构特点 1.一个Ｃ语言源程序可以由一个或多个源文件组成。 2.每个源文件可由一个或多个函数组成。 3.一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。 4.源程序中可以有预处理命令(include 命令仅为其中的一种)，预处理命令通常应放在源文件或源程序的最前面。 5.每一个说明，每一个语句都必须以分号结尾。但预处理命令，函数头和花括号“}”之后不能加分号。 6.标识符，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。 1.10 书写程序时应遵循的规则 从书写清晰，便于阅读，理解，维护的角度出发，在书写程序时应遵循以下规则： 1.一个说明或一个语句占一行。 2.用{} 括起来的部分，通常表示了程序的某一层次结构。{}一般与该结构语句的第一个字母对齐，并单独占一行。 3.低一层次的语句或说明可比高一层次的语句或说明缩进若干格后书写。以便看起来更加清晰，增加程序的可读性。 在编程时应力求遵循这些规则，以养成良好的编程风格。 1.11 Ｃ语言的字符集 字符是组成语言的最基本的元素。Ｃ语言字符集由字母，数字，空格，标点和特殊字符组成。在字符常量，字符串常量和注释中还可以使用汉字或其它可表示的图形符号。 1.字母 小写字母a～z共26个 大写字母A～Z共26个 2.数字 0～9共10个 3.空白符 空格符、制表符、换行符等统称为空白符。空白符只在字符常量和字符串常量中起作用。在其它地方出现时，只起间隔作用，编译程序对它们忽略不计。因此在程序中使用空白符与否，对程序的编译不发生影响，但在程序中适当的地方使用空白符将增加程序的清晰性和可读性。 4.标点和特殊字符

1.1 数据结构讨论的范畴 Niklaus Wirth Algorithm + Data Structures = Programs 程序设计: 为计算机处理问题编制一组指令集 算法:处理问题的策略 数据结构:问题的数学模型 例如: 数值计算的程序设计问题 结构静力分析计算 ─━ 线性代数方程组 全球天气预报 ─━ 环流模式方程 非数值计算的程序设计问题 例一: 求一组(n个)整数中的最大值 算法: 基本操作是“比较两个数的大小” 模型：？ 例二：计算机对弈 算法：对弈的规则和策略 模型：？ 例三：足协的数据库管理 算法：需要管理的项目？如何管理？用户界面？ 模型：？ 概括地说， 数据结构描述现实世界实体的数学模型(非数值计算)及其上的操作在计算机中的表示和实现 1.2 基本概念 一、数据与数据结构 数据: 所有能被输入到计算机中，且被计算机处理的符号的集 合计算机操作的对象的总称 是计算机处理的信息的某种特定的符号表示形式 数据元素: 数据中的一个“个体”，数据结构中讨论的基本单位 数据项：数据结构中讨论的最小单位 数据元素是数据项的集合 例如： 运动员（数据元素） 姓名 俱乐部名称 出生日期 参加日期 职务 业绩 其中　 　　出生日期 　年 　月 　日 是组合项 数据结构：带结构的数据元素的集合 例如,一个含12位数的十进制数可以用三个4位的十进制数表示 3214,6587,9345 ─ a1(3214),a2(6587),a3(9345) 在a1、a2和a3 之间存在“次序”关系  a1,a2 、 a2,a3 3214，6587，9345 ≠ 6587，3214，9345 　a1 　a2 　a3 　　　a2　　a1 　a3 又例，2行3列的二维数组 {a1, a2, a3, a4, a5, a6} a1 a2 a3 a4 a5 a6 行的次序关系:row = {<a1,a2>,<a2,a3>,<a4,a5>,<a5,a6>} 列的次序关系:col = {<a1,a4>,<a2,a5>,<a3,a6>} 再例，一维数组 {a1, a2, a3, a4, a5, a6}中存在 次序关系: {<ai, ai+1>| i=1, 2, 3, 4, 5} 数据的逻辑结构可归结为以下四类: 线性结构 树形结构 图状结构 集合结构 数据结构的形式定义为: 数据结构是一个二元组 Data_Structures = (D, S) 其中:D是数据元素的有限集，S是D上关系的有限集。 严格地讲，以上定义仅是数据的逻辑结构的定义 数据的存储结构 ─━ 逻辑结构在存储器中的映象 数据元素的映象方法： 用二进制位(bit)的位串表示数据元素 (321)10 = (501)8 = (101000001)2 A = (101)8 = (001000001)2 关系的映象方法：（表示 x, y 的方法） 顺序映象 以存储位置的相邻表示后继关系 y的存储位置和x的存储位置之间差一个常量C 而C是一个隐含值，整个存储结构中只含数据元素本身的信息 链式映象 以附加信息(指针)表示后继关系 需要用一个和x在一起的附加信息指示y的存储位置 在不同的编程环境中，存储结构可有不同的描述方法， 当用高级程序设计语言进行编程时，通常可用高级编程语言中提供的数据类型描述之。 例如:以三个带有次序关系的整数表示一个长整数时，可利用C语言中提供的整数数组类型，定义长整数为: typedef int Long_int [3] 二、数据类型 在用高级程序语言编写的程序中，必须对程序中出现的每个变量、常量或表达式，明确说明它们所属的数据类型。因为类型明显或隐含地规定了，在程序执行期间，变量或表达式所有可能取值的范围，以及在这些之上允许进行的操作。 数据类型是一个值的集合和定义在此集合上的一组操作的总称。 三、抽象数据类型(Abstract Data Type 简称ADT) 是指一个数学模型以及定义在此数学模型上的一组操作 ADT有两个重要特征: 数据抽象 用ADT描述程序处理的实体时，强调的是其本质的特征、其所能完成的功能以及它和外部用户的接口（即外界使用它的方法） 数据封装 将实体的外部特性和其内部实现细节分离，并且对外部用户隐藏其内部实现细节 例如 抽象数据类型复数的定义： ADT Complex { 数据对象：D＝{e1,e2｜e1,e2∈RealSet } 数据关系：R1＝{<e1,e2> | e1是复数的实数部分, | e2 是复数的虚数部分 } 基本操作： InitComplex( &Z, v1, v2 ) 操作结果：构造复数Z,其实部和虚部分别被赋以参数v1和 v2的值。 DestroyComplex( &Z) 操作结果：复数Z被销毁。 GetReal( Z, &realPart ) 初始条件：复数已存在。 操作结果：用realPart返回复数Z的实部值。 GetImag( Z, &ImagPart ) 初始条件：复数已存在。 操作结果：用ImagPart返回复数Z的虚部值。 Add( z1,z2, &sum ) 初始条件：z1,z2是复数。 操作结果：用sum返回两个复数z1,z2的和值。 } ADT Complex 假设:z1和z2是上述定义的复数，则Add(z1,z2,z3)操作的结果将得到z3=z1+z2 抽象数据类型的描述方法 抽象数据类型可用（D，S，P）三元组表示 其中，D是数据对象，S是D上的关系集，P是对D的基本操作集。 ADT 抽象数据类型名 { 数据对象：〈数据对象的定义〉 数据关系：〈数据关系的定义〉 基本操作：〈基本操作的定义〉 } ADT 抽象数据类型名 其中，数据对象和数据关系的定义用伪码描述，基本操作的定义格式为 基本操作名（参数表） 初始条件：〈初始条件描述〉 操作结果：〈操作结果描述〉 基本操作有两种参数：赋值参数只为操作提供输入值；引用参数以&打头， 除可提供输入值外，还将返回操作结果。 “初始条件”描述了操作执行之前数据结构和参数应满足的条件，若不满足，则操作失败，并返回相应出错信息。 “操作结果”说明了操作正常完成之后，数据结构的变化状况和应返回的结果。若初始条件为空，则省略之。 抽象数据类型的表示和实现 抽象数据类型需要通过固有数据类型(高级编程语言中已实现的数据类型)来实现