第1章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)講解

任亞茹2021年9?1?C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)—程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)?切向前?，都不能忘記?過(guò)的路；?得再遠(yuǎn)、?到再光輝的未來(lái)，也不能忘記?過(guò)的過(guò)去，不能忘記為什么出發(fā)?！?xí)近平總書(shū)記導(dǎo)語(yǔ)主

要

內(nèi)

容課程導(dǎo)入1程序設(shè)計(jì)概述2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》是汽車(chē)智能技術(shù)專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)公共基礎(chǔ)課程。本課程的任務(wù)是介紹計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)的算法、C語(yǔ)言的語(yǔ)法、C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法，使學(xué)生了解程序設(shè)計(jì)的總體思路，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)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(jì)基礎(chǔ)，將C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的方法融合到后續(xù)課中，真正掌握程序設(shè)計(jì)的方法。本課程組織教學(xué)形式，理論知識(shí)教學(xué)主要采取教師利用多媒體等現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)行講授，實(shí)踐知識(shí)教學(xué)采取學(xué)生分組討論、上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(yùn)用案例教學(xué)法、引導(dǎo)文法、小組討論法、上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(shí)目標(biāo)（1）掌握C語(yǔ)言的基本概念和基本算法；（2）掌握C語(yǔ)言的基本語(yǔ)法及應(yīng)用；（3）掌握C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法；（4）掌握C語(yǔ)言設(shè)計(jì)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(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)的邏輯思維能力；（3）具有調(diào)試運(yùn)行一般應(yīng)用程序的能力。3.考核方式30%平時(shí)成績(jī)+35%上機(jī)考試+35%閉卷考試?、課程導(dǎo)入請(qǐng)大家打開(kāi)一款手機(jī)APP，思考什么是程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)程序是否離我們很遙遠(yuǎn)？/video/BV1uU4y1L7Sn?from=search&seid=13321135304825015191二、程序設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)發(fā)出的命令集成為計(jì)算機(jī)程序。（2）什么是語(yǔ)言指令集的形式必須遵從某種規(guī)則，這種規(guī)則稱(chēng)之為語(yǔ)言。不同的語(yǔ)言有不同的規(guī)則（語(yǔ)法），手機(jī)、微波爐、電冰箱的指令集形式各不相同。討論思考什么是語(yǔ)言（3）計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)體系是一個(gè)有層次的知識(shí)體系計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)之分為三個(gè)層次二、程序設(shè)計(jì)概述二、程序設(shè)計(jì)概述（二）計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的分類(lèi)（1）機(jī)器語(yǔ)言計(jì)算機(jī)按二進(jìn)制進(jìn)行基本工作，只能識(shí)別二進(jìn)制代碼。例如：含義：將“地址1”和“地址2”是數(shù)據(jù)取出來(lái)進(jìn)行加運(yùn)算，并將結(jié)果放回到“地址1”中。機(jī)器語(yǔ)言格式：【指令碼】【地址1】【地址2】。。。。特點(diǎn)：必須要對(duì)計(jì)算機(jī)的工作方式非常熟悉，熟背“密碼本”及大量的與計(jì)算機(jī)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(jì)概述（二）計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的分類(lèi)（2）匯編語(yǔ)言用助記符來(lái)代替二進(jìn)制代碼，提高了程序的易讀性。例如：匯編語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的程序不能被計(jì)算機(jī)所理解，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)“翻譯工具”進(jìn)行處理，將它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。

特點(diǎn)：a)初步解決了難懂的問(wèn)題，程序的編寫(xiě)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(jì)概述（二）計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的分類(lèi)（3）高級(jí)語(yǔ)言用英語(yǔ)和數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式來(lái)書(shū)寫(xiě)程序。例如：if（beta>=0）x=（-b+sqrt（beta））/（2*a）高級(jí)語(yǔ)言更接近于人類(lèi)的自然語(yǔ)言，很容易理解。高級(jí)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)的程序更不可能被計(jì)算機(jī)所理解，必須經(jīng)過(guò)更高級(jí)的“翻譯”才能將它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。特點(diǎn)：a)便于理解和修改，程序的編寫(xiě)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(jì)概述（二）計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的分類(lèi)高級(jí)語(yǔ)言分類(lèi)二、程序設(shè)計(jì)概述（三）通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言既是通用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)語(yǔ)言，也是當(dāng)前嵌入式軟件設(shè)計(jì)的主流語(yǔ)言。微型計(jì)算機(jī)具有很大的通用性，所以又稱(chēng)通用計(jì)算機(jī)。測(cè)控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積、可靠性、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）。通俗地說(shuō)，除了通用計(jì)算機(jī)（如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)）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(guó)內(nèi)也稱(chēng)為單片機(jī)）為核心的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛。二、程序設(shè)計(jì)概述（三）通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)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(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、看門(mén)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(guò)MCU內(nèi)部總線實(shí)現(xiàn)的。二、程序設(shè)計(jì)概述（三）通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)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(lái)越高，使得嵌入式硬件設(shè)計(jì)難度不斷降低，因此嵌入式軟件設(shè)計(jì)在整個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中所占的分量越來(lái)越大。社會(huì)對(duì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)人才的需求量也越來(lái)越大，其就業(yè)薪酬高。嵌入式軟件設(shè)計(jì)的主流語(yǔ)言是C語(yǔ)言。三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法（一）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的核心是算法設(shè)計(jì)，基本思想是采用自頂向下、逐步細(xì)化的設(shè)計(jì)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(jì)方法是將一個(gè)復(fù)雜任務(wù)按照功能進(jìn)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(dú)立模塊組成的樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)。單入單出的控制結(jié)構(gòu)是指每個(gè)模塊內(nèi)部均用順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)來(lái)描述。a)順序從上到下依次執(zhí)行下來(lái)，中間沒(méi)有任何分叉b)分支在執(zhí)行過(guò)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(shí)，反復(fù)做相同的操作。三、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)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(lái)編制程序，從而使程序具有良好的結(jié)構(gòu)；②程序設(shè)計(jì)自頂而下；③用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)流程圖來(lái)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(jì)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是解決一個(gè)問(wèn)題的完整的步驟描述，是解決問(wèn)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(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言等。（1）算法的特性算法是為解決某一特定類(lèi)型的問(wèn)題而制定的一個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)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(gè)算法的好壞，通常從以下幾個(gè)方面來(lái)分析：正確性、可讀性、健壯性、時(shí)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(jì)和算法分析。算法設(shè)計(jì)主要研究怎么樣針對(duì)某一特定類(lèi)型的問(wèn)題設(shè)計(jì)出求解步驟；算法分析則要討論所設(shè)計(jì)出來(lái)的算法步驟的正確性和復(fù)雜性。計(jì)算機(jī)算法分為兩大類(lèi)：（1）數(shù)值運(yùn)算算法：求數(shù)值解；通過(guò)運(yùn)算得出一個(gè)具體值，如求方程的根等注：數(shù)值運(yùn)算一般有現(xiàn)成的模型，算法較成熟。（2）非數(shù)值運(yùn)算算法：用于事務(wù)管理，如圖書(shū)檢索、人事管理等。對(duì)于一些問(wèn)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(yǔ)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(kuò)展為在一批數(shù)據(jù)中，找某一個(gè)數(shù)四、算法-程序的靈魂（二）算法的描述1.自然語(yǔ)言自然語(yǔ)言就是人們?nèi)粘Ｓ玫恼Z(yǔ)言，這種表示方式通俗易懂，下面通過(guò)實(shí)例具體介紹?！緦?shí)例1】求n！。（1）定義3個(gè)變量i、n及mul，并為i和mul均賦初值為1。（2）從鍵盤(pán)中輸入一個(gè)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(yǔ)言自然語(yǔ)言就是人們?nèi)粘Ｓ玫恼Z(yǔ)言，這種表示方式通俗易懂，下面通過(guò)實(shí)例具體介紹。【實(shí)例2】任意輸入3個(gè)數(shù)，求這3個(gè)數(shù)中的最小數(shù)。（1）定義4個(gè)變量分別為x、y、z以及min。（2）輸入大小不同的3個(gè)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(lái)代表各種不同性質(zhì)的操作，用流程線來(lái)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(yǔ)言發(fā)展的早期階段，只有通過(guò)流程圖才能簡(jiǎn)明地表述算法。（1）流程圖符號(hào)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?yàn)槿魏我粋€(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)到另一個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部去。整個(gè)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(huà)法，就可以畫(huà)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(jiǎn)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(gè)結(jié)構(gòu)里只有一個(gè)入口點(diǎn)A和一個(gè)出口點(diǎn)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(shí)例3】輸入兩個(gè)數(shù)分別賦給變量i和j，再將這兩個(gè)數(shù)分別輸出。本實(shí)例流程圖可以采用順序結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)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(gè)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(jìn)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(shí)例4】輸入一個(gè)數(shù)，判斷該數(shù)是否為偶數(shù)，并給出相應(yīng)提示。本實(shí)例流程圖可以采用選擇結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(guó)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(xiě)在一個(gè)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(jìn)行介紹：