《C程序設(shè)計(jì)初步》課件2

C程序設(shè)計(jì)初步本課程旨在為學(xué)生提供C語(yǔ)言編程的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐技能。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠理解C語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、控制結(jié)構(gòu)等。并能夠運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序，解決實(shí)際問(wèn)題。C語(yǔ)言簡(jiǎn)介11.結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言，強(qiáng)調(diào)程序的模塊化和可讀性。22.高效靈活C語(yǔ)言可以訪問(wèn)底層硬件，并提供強(qiáng)大的控制能力，使其成為系統(tǒng)編程和嵌入式編程的理想選擇。33.應(yīng)用廣泛C語(yǔ)言廣泛應(yīng)用于操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等領(lǐng)域，以及各種應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。44.基礎(chǔ)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言是許多其他編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)C語(yǔ)言可以為學(xué)習(xí)其他高級(jí)編程語(yǔ)言打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。C語(yǔ)言歷史與發(fā)展起源C語(yǔ)言起源于20世紀(jì)70年代初的貝爾實(shí)驗(yàn)室，由丹尼斯·里奇設(shè)計(jì)。Unix操作系統(tǒng)C語(yǔ)言最初是為Unix操作系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的，它作為Unix操作系統(tǒng)的核心語(yǔ)言。標(biāo)準(zhǔn)化1989年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）發(fā)布了C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，即ANSIC。發(fā)展歷程C語(yǔ)言在不斷發(fā)展和完善，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，C語(yǔ)言也經(jīng)歷了多個(gè)版本的更新。影響C語(yǔ)言對(duì)現(xiàn)代編程語(yǔ)言的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，許多流行的編程語(yǔ)言，如C++、Java和Python，都借鑒了C語(yǔ)言的語(yǔ)法和特性。C語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)預(yù)處理指令以#號(hào)開(kāi)頭的指令，例如#include和#define，用于在編譯之前進(jìn)行預(yù)處理。函數(shù)定義定義程序中使用的函數(shù)，包含函數(shù)名、參數(shù)列表和函數(shù)體。函數(shù)調(diào)用通過(guò)函數(shù)名和實(shí)際參數(shù)調(diào)用函數(shù)，執(zhí)行函數(shù)體中的代碼。主函數(shù)程序的入口點(diǎn)，由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用，通常包含程序的主要邏輯。變量與數(shù)據(jù)類型變量變量是程序中用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器。每個(gè)變量都有一個(gè)名稱，用于標(biāo)識(shí)它。變量的值可以在程序運(yùn)行期間改變。數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型定義了變量可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型。C語(yǔ)言提供多種數(shù)據(jù)類型，例如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符等。數(shù)據(jù)類型決定了變量可以存儲(chǔ)的值的范圍和大小。常量與變量命名規(guī)則命名規(guī)范使用有意義的標(biāo)識(shí)符，方便理解代碼。變量名使用小寫(xiě)字母，單詞之間用下劃線連接。常量名使用大寫(xiě)字母，單詞之間用下劃線連接。關(guān)鍵字C語(yǔ)言中保留了關(guān)鍵字，不能作為標(biāo)識(shí)符。命名風(fēng)格駝峰式命名法或下劃線命名法都可以。運(yùn)算符和表達(dá)式算術(shù)運(yùn)算符C語(yǔ)言支持常見(jiàn)的算術(shù)運(yùn)算符，包括加、減、乘、除、取模等，用于執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)的大小，返回布爾值，例如大于、小于、等于等。邏輯運(yùn)算符對(duì)布爾表達(dá)式進(jìn)行邏輯運(yùn)算，例如與、或、非等，用于組合多個(gè)條件。賦值運(yùn)算符將一個(gè)值賦給一個(gè)變量，例如“=”運(yùn)算符。基本輸入輸出函數(shù)11.輸入函數(shù)scanf()函數(shù)用于從標(biāo)準(zhǔn)輸入流（通常是鍵盤(pán)）讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定的變量中。22.輸出函數(shù)printf()函數(shù)用于將格式化的數(shù)據(jù)輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出流（通常是屏幕）。33.格式化字符串格式化字符串用于控制輸出數(shù)據(jù)的格式，例如數(shù)字、字符串、日期和時(shí)間等。分支語(yǔ)句分支語(yǔ)句是程序中用來(lái)控制執(zhí)行流程的一種重要結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的條件選擇不同的執(zhí)行路徑。1if語(yǔ)句當(dāng)條件成立時(shí)執(zhí)行指定代碼塊。2if-else語(yǔ)句當(dāng)條件成立時(shí)執(zhí)行一個(gè)代碼塊，否則執(zhí)行另一個(gè)代碼塊。3switch語(yǔ)句根據(jù)表達(dá)式的值選擇執(zhí)行不同的代碼塊。分支語(yǔ)句能夠讓程序更靈活地應(yīng)對(duì)不同的情況，做出不同的反應(yīng)，從而增強(qiáng)程序的邏輯性和可讀性。循環(huán)語(yǔ)句1while循環(huán)當(dāng)條件成立時(shí)，重復(fù)執(zhí)行代碼塊2do-while循環(huán)至少執(zhí)行一次代碼塊，然后判斷條件是否成立3for循環(huán)通過(guò)循環(huán)變量控制循環(huán)次數(shù)循環(huán)語(yǔ)句用于重復(fù)執(zhí)行特定代碼塊，直到滿足特定條件。它們是C語(yǔ)言中常見(jiàn)的控制流程結(jié)構(gòu)。數(shù)組定義和聲明數(shù)組是存儲(chǔ)相同數(shù)據(jù)類型的元素的連續(xù)內(nèi)存位置的集合。使用數(shù)據(jù)類型和數(shù)組大小來(lái)聲明數(shù)組。元素訪問(wèn)通過(guò)索引訪問(wèn)數(shù)組中的元素。索引從0開(kāi)始，到數(shù)組大小減1結(jié)束。循環(huán)遍歷使用循環(huán)來(lái)遍歷數(shù)組元素，對(duì)每個(gè)元素執(zhí)行操作。指針基礎(chǔ)指針定義指針變量存儲(chǔ)地址，指向內(nèi)存中某個(gè)位置。使用指針變量訪問(wèn)數(shù)據(jù)，提高程序效率。指針類型指針類型決定它指向的數(shù)據(jù)類型。不同類型指針指向不同內(nèi)存區(qū)域。指針運(yùn)算指針運(yùn)算符用于訪問(wèn)指針指向的數(shù)據(jù)。指針加減運(yùn)算，移動(dòng)指針位置，訪問(wèn)不同數(shù)據(jù)。指針數(shù)組指針數(shù)組存儲(chǔ)多個(gè)指針，指向不同地址。用于管理和訪問(wèn)多個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。字符串操作字符串定義字符串是一系列字符，由雙引號(hào)括起來(lái)。C語(yǔ)言中字符串常量用字符數(shù)組存儲(chǔ)。字符串函數(shù)C語(yǔ)言庫(kù)提供了一些字符串處理函數(shù)，例如strlen()、strcpy()、strcat()等，用于字符串長(zhǎng)度計(jì)算、復(fù)制、連接等操作。字符串比較strcmp()函數(shù)用于比較兩個(gè)字符串的大小，返回0表示相等，負(fù)數(shù)表示第一個(gè)字符串小于第二個(gè)字符串，正數(shù)表示大于。字符串輸入輸出使用scanf()和printf()函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)字符串的輸入和輸出，需要注意格式控制符的使用。函數(shù)定義和調(diào)用1函數(shù)定義函數(shù)定義指定函數(shù)名稱、參數(shù)和執(zhí)行代碼塊。2函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用通過(guò)函數(shù)名稱和實(shí)參來(lái)執(zhí)行函數(shù)體。3返回值函數(shù)可以返回一個(gè)值，以將結(jié)果傳遞給調(diào)用方。函數(shù)參數(shù)傳遞值傳遞將實(shí)參的值復(fù)制給形參，形參的改變不會(huì)影響實(shí)參。地址傳遞將實(shí)參的地址傳遞給形參，形參可以修改實(shí)參的值。函數(shù)指針傳遞將函數(shù)的地址傳遞給形參，可以實(shí)現(xiàn)回調(diào)功能。函數(shù)遞歸定義函數(shù)遞歸是指一個(gè)函數(shù)在自身內(nèi)部調(diào)用自身，從而形成循環(huán)調(diào)用。特點(diǎn)遞歸函數(shù)通常用于解決具有重復(fù)子問(wèn)題的問(wèn)題，例如斐波那契數(shù)列。應(yīng)用遞歸函數(shù)在很多算法中都有應(yīng)用，例如二叉樹(shù)遍歷，漢諾塔問(wèn)題等。注意點(diǎn)遞歸函數(shù)必須包含一個(gè)終止條件，以防止無(wú)限循環(huán)調(diào)用。結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體是用戶自定義數(shù)據(jù)類型，可以將不同類型的數(shù)據(jù)組合在一起，方便管理和操作。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數(shù)據(jù)類型。語(yǔ)法使用struct關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)體類型，使用成員運(yùn)算符(.)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員。應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)構(gòu)體可以用于表示各種現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體，例如學(xué)生信息、商品信息等。枚舉類型定義枚舉類型用enum關(guān)鍵字定義枚舉類型，枚舉常量用逗號(hào)分隔，并用花括號(hào)括起來(lái)。枚舉常量的值默認(rèn)情況下，第一個(gè)枚舉常量值為0，后續(xù)常量值依次遞增。枚舉類型的作用枚舉類型可以使代碼更易讀，并提供類型安全，防止意外的錯(cuò)誤。聯(lián)合體內(nèi)存共享聯(lián)合體成員共享同一內(nèi)存空間。不同成員占用同一內(nèi)存地址，訪問(wèn)其中一個(gè)成員會(huì)覆蓋其他成員的值。節(jié)省內(nèi)存聯(lián)合體適用于需要在不同時(shí)間存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)的情況。通過(guò)指定成員類型，可根據(jù)需要存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)，節(jié)省內(nèi)存占用。文件操作文件打開(kāi)和關(guān)閉使用fopen函數(shù)打開(kāi)文件，并指定打開(kāi)模式。使用fclose函數(shù)關(guān)閉文件，釋放文件資源。文件讀寫(xiě)使用fgetc、fgets、fscanf函數(shù)讀取文件數(shù)據(jù)。使用fputc、fputs、fprintf函數(shù)寫(xiě)入文件數(shù)據(jù)。文件定位使用fseek函數(shù)在文件中移動(dòng)文件指針，進(jìn)行隨機(jī)讀寫(xiě)。使用ftell函數(shù)獲取文件指針的當(dāng)前位置。文件錯(cuò)誤處理使用ferror函數(shù)檢測(cè)文件操作是否出錯(cuò)。使用perror函數(shù)打印錯(cuò)誤信息。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配11.堆內(nèi)存程序運(yùn)行時(shí)，申請(qǐng)的內(nèi)存來(lái)自堆，大小可變。22.malloc()從堆中分配指定大小的內(nèi)存塊。33.free()釋放之前用malloc()分配的內(nèi)存。44.內(nèi)存泄漏忘記釋放分配的內(nèi)存，導(dǎo)致內(nèi)存浪費(fèi)。預(yù)處理命令1宏定義宏定義允許您創(chuàng)建符號(hào)常量，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。例如，使用#definePI3.14159定義圓周率常量。2文件包含使用#include指令將其他源代碼文件包含到當(dāng)前文件中，方便代碼復(fù)用和模塊化開(kāi)發(fā)。3條件編譯條件編譯用于根據(jù)預(yù)定義的條件選擇性地編譯代碼段，例如#ifdef和#endif用于根據(jù)宏定義狀態(tài)決定是否編譯特定代碼。4預(yù)處理操作預(yù)處理器在編譯之前處理源代碼，將宏定義替換、文件包含和條件編譯處理完成，最終生成實(shí)際編譯的代碼。位運(yùn)算位運(yùn)算基礎(chǔ)位運(yùn)算是在位級(jí)別上進(jìn)行的操作，處理二進(jìn)制位。常見(jiàn)操作按位與(&)按位或(|)按位異或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)應(yīng)用場(chǎng)景位運(yùn)算在內(nèi)存管理、數(shù)據(jù)壓縮、算法優(yōu)化等方面都有重要應(yīng)用。頭文件代碼組織頭文件包含函數(shù)、變量、宏等聲明，方便組織和復(fù)用代碼。依賴關(guān)系頭文件之間可能存在依賴關(guān)系，編譯時(shí)需要按順序包含。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)頭文件C語(yǔ)言提供豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)頭文件，例如stdio.h、stdlib.h等。鏈接和編譯1預(yù)處理階段預(yù)處理器處理源代碼中的預(yù)處理指令，如宏定義、文件包含等，生成預(yù)處理后的源代碼。2編譯階段編譯器將預(yù)處理后的源代碼翻譯成匯編語(yǔ)言代碼，生成匯編代碼文件。3匯編階段匯編器將匯編代碼翻譯成機(jī)器指令，生成目標(biāo)代碼文件。4鏈接階段鏈接器將目標(biāo)代碼文件與庫(kù)文件等其他目標(biāo)文件合并，生成可執(zhí)行文件。調(diào)試技巧單步調(diào)試逐行執(zhí)行代碼，查看變量值變化，定位錯(cuò)誤代碼段。斷點(diǎn)調(diào)試在程序特定位置設(shè)置斷點(diǎn)，暫停程序執(zhí)行，方便檢查程序狀態(tài)。日志輸出在關(guān)鍵代碼位置添加日志信息，記錄程序執(zhí)行過(guò)程，幫助排查問(wèn)題。代碼審查定期進(jìn)行代碼審查，發(fā)現(xiàn)潛在錯(cuò)誤，提高代碼質(zhì)量。編碼規(guī)范與風(fēng)格代碼可讀性清晰的代碼結(jié)構(gòu)和格式可以提高代碼可讀性。使用一致的縮進(jìn)、空格和注釋可以使代碼更容易理解和維護(hù)。命名約定遵循命名約定可以使代碼更易于理解。使用有意義的變量名和函數(shù)名，例如：`sum`比`s`更易于理解。算法分析基礎(chǔ)時(shí)間復(fù)雜度衡量算法執(zhí)行時(shí)間隨輸入規(guī)模變化的趨勢(shì)空間復(fù)雜度衡量算法執(zhí)行過(guò)程中所需額外空間隨輸入規(guī)模變化的趨勢(shì)算法效率用時(shí)間和空間復(fù)雜度來(lái)評(píng)估算法效率算法分析對(duì)算法效率進(jìn)行評(píng)估和比較經(jīng)典算法實(shí)現(xiàn)排序算法常用的排序算法包括冒泡排序、插入排序、選擇排序、歸并排序和快速排序等。查找算法常見(jiàn)的查找算法有線性查找、二分查找、哈希查找等。圖算法圖算法常用于解決最短路徑、最小生成樹(shù)、拓?fù)渑判虻葐?wèn)題。算法復(fù)雜度分析算法復(fù)雜度分析是衡量算法效率的重要指標(biāo)。它描述了算法執(zhí)行時(shí)間和空間占用隨輸入規(guī)模變化的趨勢(shì)。O(1)常數(shù)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模無(wú)關(guān)O(n