《C清华大学郑莉》课件

郑莉教授简介郑莉是清华大学电子工程系教授,国家杰出青年科学基金获得者,在机器学习和信息处理等领域做出了重要贡献。她的研究成果在国际顶级期刊和会议上发表,成果丰硕。计算机发展历程回顾从第一台计算机诞生到如今的人工智能时代，计算机技术经历了一个漫长而令人振奋的发展历程。让我们一起回顾这段丰富多彩的历史，探索计算机技术如何推动人类文明的不断进步。C语言发展历程11970年代C语言诞生于贝尔实验室21980年代C语言快速普及并成为主流编程语言31990年代C语言标准化并推出ANSIC标准C语言由丹尼斯·里奇于1972年在贝尔实验室开发,起初作为UNIX操作系统的系统编程语言。随后C语言迅速普及并成为最广泛使用的编程语言之一,直到1989年ANSIC标准的推出进一步推动了C语言的发展。如今C语言仍然是嵌入式系统、操作系统、驱动程序等领域的重要编程语言。C语言诞生背景计算机技术的发展20世纪50年代和60年代,计算机技术飞速发展,出现了更加强大和多样化的计算机硬件系统。随之而来的是对更加高级编程语言的需求。B语言的诞生在这种背景下,贝尔实验室的肯-汤普逊和丹尼斯-里奇于1972年开发出B语言,为创造C语言奠定了基础。C语言的诞生B语言的局限性逐渐显现,于是贝尔实验室的丹尼斯-里奇在1972年进一步开发出C语言,使其成为一种更强大、更灵活的编程语言。广泛应用普及C语言凭借其简洁性、高效性和可移植性,迅速在计算机领域广泛普及和应用,成为最常用的编程语言之一。C语言主要特点高效C语言是一种编译型语言,可以生成高度优化的机器码,执行效率很高。灵活C语言提供了丰富的语法和灵活的内存管理功能,可以用于编写各类复杂系统。可移植C语言程序可以在不同硬件平台和操作系统上运行,具有很好的可移植性。低级编程C语言在底层硬件和操作系统中广泛使用,是一种典型的低级编程语言。C语言应用领域操作系统开发C语言是构建复杂操作系统的基础,如Windows、macOS和Linux等。它提供了底层系统控制和内存管理的能力。嵌入式系统C语言广泛应用于单片机和物联网设备的固件开发,确保硬件设备能够可靠、高效地运行。数据库内核数据库管理系统的核心组件,如存储引擎和查询优化器,通常是使用C语言开发的,以保证高性能和可靠性。C语言基础语法深入探索C语言的基础语法要素,包括变量和常量、数据类型、运算符和表达式、顺序结构程序设计、分支结构程序设计以及循环结构程序设计。掌握这些核心知识是学习C语言编程的基础。变量和常量变量定义变量是可以被赋予、修改和读取的数据项。它代表存储在内存中的值，在程序运行时可以动态改变。变量名称遵循命名规则，如使用有意义的标识符。常量定义常量是在程序中不能被改变的值。常量可以在程序编译时被定义，也可以在运行时用宏定义。常量可以是数值型、字符型或枚举型。内存分配变量和常量在内存中占用一定的空间。不同数据类型的变量和常量所占据的内存空间大小不同。合理的内存管理有助于提高程序的效率和性能。数据类型基本类型C语言提供了基本的整型、浮点型和字符型数据类型,满足日常编程需求。它们具有固定的存储空间和取值范围。构造类型C语言允许用户自定义数组、结构体和联合体等复杂数据类型,实现更灵活的数据结构。指针类型指针是C语言的核心概念之一,用于管理内存中的数据地址,支持动态内存分配等高级功能。运算符和表达式算术运算符包括加、减、乘、除、取模等基本运算符，用于数值计算。逻辑运算符如与(&&)、或(||)、非(!)等运算符，用于布尔逻辑判断。赋值运算符如=、+=、-=等，用于给变量赋值。关系运算符如大于(>)、小于(<)、等于(==)等比较运算符。顺序结构程序设计1顺序执行程序按照代码编写的顺序逐行执行2流程控制程序执行的逻辑顺序可以通过语句控制3效率优化合理安排语句顺序可以提高程序运行效率在顺序结构程序设计中,代码被逐行顺序执行,程序员可以通过语句控制语句的执行顺序,从而实现特定的功能和逻辑。通过优化语句顺序,程序可以更有效地运行,提高整体性能。分支结构程序设计1条件判断使用if-else语句根据条件做出相应的选择和决策，实现不同路径的程序执行。2多重选择使用switch-case语句可以根据多个条件做出更精细的选择和判断。3嵌套结构可以在分支语句内部嵌套其他分支语句，实现更复杂的决策逻辑。循环结构程序设计for循环使用固定次数的循环，用于计数和循环指定次数的任务。while循环只要满足条件就一直执行的循环，适用于不确定循环次数的情况。do-while循环先执行一次循环体，然后再判断条件是否满足的循环。确保循环体至少执行一次。嵌套循环在循环中嵌套其他循环，可以用于处理复杂的数据结构或多重条件。C语言函数函数是C语言中最基本的编程单元。它能够封装代码逻辑,提高程序的复用性和可读性。本章将深入探讨函数的定义、调用、参数传递、局部变量与全局变量,以及递归函数等概念。函数的定义和调用函数的定义函数是一段完整的程序代码，用于执行特定的任务。它由返回类型、函数名称、参数列表和函数体组成。函数的调用函数调用时，控制权会转移到被调用的函数中执行。调用函数时需要传递实参与形参相匹配。函数的返回函数可以返回一个值或不返回任何值。返回值通过return语句返回给调用函数。函数参数传递1值传递在调用函数时,将实参值复制给形参,形参的变化不会影响实参。这样可以保护函数内部的数据。2地址传递将实参的地址传递给形参,函数内部可以直接操作实参的内存空间。这样可以实现函数返回多个值。3数组传递将数组名作为实参传递给形参,形参可以直接访问和修改数组元素。这样可以提高函数的灵活性。4指针传递将指针作为实参传递给形参,函数内部可以间接访问和修改指针所指向的内存空间。这样可以更好地控制内存。局部变量和全局变量局部变量局部变量是在函数内部定义的变量，只在当前函数内部有效。它们在函数被调用时创建，函数执行完毕后就会被销毁。全局变量全局变量是在函数外部定义的变量，在整个程序中都可以访问和修改。它们在程序运行期间始终存在。访问范围局部变量只能在定义它的函数内使用，而全局变量可以在整个程序中任意位置访问。内存分配局部变量存储在栈内存中，全局变量存储在静态内存区。这影响了它们的生命周期和访问速度。递归函数自我调用递归函数能够自我调用,通过这种方式重复执行特定的算法或操作,直到满足某种停止条件。问题分解递归函数擅长将复杂问题分解为更小的子问题,逐步解决,最终得出结果。效率提升对于某些问题,递归函数能提供更高效的解决方案,如计算阶乘、斐波那契数列等。指针的基本概念指针是C语言中一个非常重要的概念。它可以直接访问内存地址,提高程序的灵活性和效率。通过掌握指针的基本用法,我们可以更好地理解和使用C语言的核心特性。指针的基本概念指针的定义指针是一种特殊的变量,用于存储另一个变量的内存地址。它让程序可以间接操作内存中的数据。指针声明声明指针变量时需要使用指针类型,如int*p表示p是一个指向整型变量的指针。指针赋值通过赋值运算符可以将一个变量的地址赋给指针,如p=&x将把变量x的地址赋给指针p。指针与数组数组与指针的关系数组是一组连续的内存单元,而指针是一个保存内存地址的变量。数组名是一个指向数组第一个元素的指针。指针运算可以对指针进行加减运算,以访问数组中的其他元素。每次加减的单位是所指向类型的字节数。指针数组指针也可以存储在数组中,形成指针数组。这种方式常用于处理字符串数组或函数指针数组。动态内存分配动态内存分配的需求在程序运行时,需要根据实际情况动态分配和释放内存空间,以应对不同大小和数量的数据。这种灵活性是静态内存无法提供的。动态内存分配的方式C语言中,可以使用malloc()和free()函数动态分配和释放内存。calloc()函数则可以初始化分配的内存空间。动态内存分配的优势动态内存分配可以根据需求灵活分配所需空间,避免内存的浪费或溢出,提高程序的效率和健壮性。动态内存分配的风险如果管理不当,动态内存分配可能导致内存泄漏和悬空指针等问题,需要程序员小心操作。指针与函数1指针参数传递在C语言中,可以使用指针作为函数的参数,实现数据的间接访问和修改。这种传值调用的方式更加灵活和高效。2函数返回指针函数可以返回指针类型,指向动态分配的内存空间或者静态存储区域,使用时需谨慎避免内存泄漏。3指针数组通过创建指针数组,可以灵活地管理多个指针变量,增强程序的扩展性和通用性。4回调函数把一个函数作为参数传递给另一个函数,在特定事件发生时调用,是指针在函数中的高级用法。指针与函数指针可以用来作为函数的参数和返回值,实现更灵活和高效的编程。通过指针,函数能够直接操作和访问外部变量,提供了丰富的功能性。结构体定义和使用结构体概念结构体是C语言中的一种复合数据类型，允许开发者定义包含不同数据类型的变量集合。结构体声明使用struct关键字定义一个新的结构体数据类型，包含成员变量和成员函数。结构体初始化通过逐个赋值或使用花括号一次性初始化结构体变量的各个成员。结构体访问使用成员访问运算符"."来访问结构体中的成员变量和成员函数。结构体数组1定义结构体数组可以使用结构体类型声明一个数组变量，每个元素都是一个完整的结构体。2初始化结构体数组可以使用花括号逐个初始化数组中的每个结构体元素。3访问结构体数组元素通过下标访问数组中的每个结构体元素，再使用点运算符访问元素中的成员。4结构体数组应用适用于处理大量相同类型的结构体数据，如学生信息管理、商品信息管理等。结构体指针灵活操作结构体通过使用结构体指针，可以动态地分配和访问结构体内存，提高代码的灵活性和效率。指针的优势结构体指针可以简化复杂的结构体操作，减少不必要的内存复制，提高程序性能。指针访问结构体通过结构体指针，可以直接访问结构体成员，