《C语言清华大学》课件

《C语言》清华大学课件本课件由清华大学计算机系提供，旨在帮助学生掌握C语言的基本概念和语法，并培养编程能力。课程介绍授课地点本课程由清华大学计算机系资深教授授课，地点位于清华大学主楼，历史悠久，环境优美。课程目标帮助学生掌握C语言编程基础知识，培养编程思维，为后续学习其他编程语言打下坚实基础。课程教材采用经典教材《C语言程序设计》，内容全面，讲解细致，适合初学者学习。C语言历史与发展1起源贝尔实验室，肯·汤普森2发展丹尼斯·里奇，UNIX操作系统3标准化ANSIC，ISOC4影响广泛应用，编程语言基础C语言起源于贝尔实验室，由肯·汤普森于1972年开发，作为UNIX操作系统的编程语言。C语言在丹尼斯·里奇的领导下进一步发展，成为广泛使用的通用编程语言。C语言的标准化由ANSI（美国国家标准协会）和ISO（国际标准化组织）共同进行，以确保语言的统一性和可移植性。C语言对计算机编程领域产生了深远的影响，它被广泛应用于各种系统和应用软件开发，成为许多其他编程语言的基础。C语言编程环境搭建C语言编程环境搭建是学习C语言的第一步，需要选择合适的编译器和集成开发环境（IDE）。1选择编译器常见的编译器包括GCC、Clang、MicrosoftVisualC++等，可以根据个人偏好和项目需求进行选择。2安装IDEIDE提供了代码编辑、调试、编译等功能，常用的IDE包括Code::Blocks、VisualStudioCode、Dev-C++等。3配置环境变量将编译器和IDE的路径添加到系统环境变量中，方便在命令行或终端中调用。4编写第一个C程序编写一个简单的C程序，例如“HelloWorld”，并尝试编译运行，验证环境是否配置成功。基本语法结构关键字C语言中，关键字是预留的标识符，具有特殊含义，不能用作变量名、函数名或其他标识符。标识符标识符是由字母、数字和下划线组成的符号序列，用于标识变量、函数、结构体等。运算符运算符用于执行各种运算，例如算术运算、关系运算、逻辑运算等。注释注释用于解释代码，提高代码可读性，提高代码可维护性。数据类型基本数据类型整型（int）字符型（char）浮点型（float，double）枚举类型使用枚举类型可以为一组常量定义名称。结构体结构体可以将不同类型的数据组织在一起，形成自定义的数据类型。共用体共用体允许多个成员共享相同的内存空间，可以节省内存。变量与常量11.变量变量是内存中存储数据的容器，使用前需要声明。22.变量命名变量名必须以字母或下划线开头，后面可以跟字母、数字或下划线。33.常量常量是在程序运行期间值不会改变的数据。44.常量声明使用关键字const声明常量，例如：constintMAX_VALUE=100。输入输出函数标准输入函数例如，scanf()函数用于从标准输入流（通常是键盘）读取用户输入的数据。使用格式控制符来指定输入数据的类型和格式。标准输出函数例如，printf()函数用于将格式化的数据输出到标准输出流（通常是显示器）。可以使用格式控制符来控制输出数据的格式和样式。表达式与运算符算术运算符加法(+)减法(-)乘法(*)除法(/)取模(%)关系运算符大于(>)小于(<)大于等于(>=)小于等于(<=)等于(==)不等于(!=)逻辑运算符逻辑与(&&)逻辑或(||)逻辑非(!)赋值运算符简单赋值(=)加等于(+=)减等于(-=)乘等于(*=)除等于(/=)取模等于(%=)条件语句if-else1条件判断if语句用于根据条件判断执行不同的代码块，可以有效控制程序流程。2分支结构else语句用于在if条件不满足时执行另一段代码，提供额外的代码分支。3嵌套结构if-else语句可以嵌套使用，创建更加复杂的逻辑判断结构，满足更复杂的业务需求。循环语句for,while,do-whilefor循环for循环适合执行已知次数的循环操作，例如遍历数组或执行固定次数的计算。while循环while循环适合执行未知次数的循环操作，例如等待用户输入或处理数据流。do-while循环do-while循环至少执行一次循环体，然后根据条件判断是否继续执行。数组1连续内存分配数组元素存储在连续的内存位置，方便访问和处理。2相同数据类型数组中所有元素必须是相同数据类型，例如int、char、float等。3索引访问通过索引值访问数组元素，例如array[0]访问第一个元素。4多维数组二维数组或多维数组可以存储表格或矩阵等结构。函数定义与声明函数定义包含函数名、参数列表和函数体。函数声明仅指定函数的返回值类型、函数名和参数列表，用于告知编译器函数的存在。调用与返回值通过函数名和实际参数调用函数，函数执行完后返回一个值。函数可以没有返回值，此时返回类型为void。函数递归1定义函数调用自身2机制栈帧保存参数3应用阶乘计算4注意点终止条件函数递归是指一个函数调用自身，形成循环调用。递归机制利用栈帧保存参数和局部变量，以便在递归调用结束后恢复执行状态。递归函数通常用于解决一些具有自相似性质的问题，比如计算阶乘。指针内存地址指针变量存储着内存地址，指向内存中特定的数据位置。间接访问通过指针，可以间接访问内存中的数据，修改其内容。灵活操作指针允许动态分配内存，提高代码效率，实现复杂数据结构。安全性指针操作需要谨慎，错误使用可能会导致程序崩溃或数据损坏。动态内存分配内存管理动态内存分配允许程序在运行时请求和释放内存。程序员可以根据需要分配和释放内存，而不是在编译时固定分配所有内存。堆内存动态内存分配通常从堆内存中分配内存。堆是一个大的内存区域，用于存储动态分配的内存。函数C语言提供了一组函数用于动态内存分配，例如malloc、calloc、realloc和free。结构体定义结构体是一种用户自定义的数据类型，它允许将不同类型的数据组合在一起。结构体可以用来表示现实世界中的对象，例如学生、商品等。使用结构体可以用于组织相关的数据，并通过一个结构体变量来访问这些数据。例如，可以使用一个学生结构体来存储学生的姓名、学号、成绩等信息。共用体内存共享共用体成员共享同一内存空间，不同成员的值会相互覆盖。数据类型转换共用体可以方便地将不同数据类型的值存储在同一内存位置。内存优化共用体可节省内存空间，适用于存储多个数据类型但只需要其中一个的值的情况。枚举类型11.定义枚举类型使用enum关键字定义枚举类型，并指定枚举常量。22.枚举常量枚举常量是符号常量，具有整型值，默认从0开始。33.使用枚举类型枚举类型提高代码可读性和可维护性，便于管理相关常量。44.优点提高代码可读性、易于维护、提高代码安全性、方便代码移植。位运算位运算操作C语言提供了一组位运算符，用于对数据进行位级别的操作，例如：按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、按位取反（~）、左移（<<）和右移（>>）。应用场景位运算常用于优化算法、处理数据格式、控制硬件设备、加密解密等场景。数据结构位运算可以高效地处理数据结构，例如：集合、二进制树、哈希表等。文件操作文件打开与关闭文件操作需要先打开文件，然后进行读写操作，最后关闭文件。文件读写可以从文件读取数据，也可以将数据写入文件。不同的读写模式对应不同的操作。文件定位可以将文件指针移动到指定位置，以便在文件中的特定位置进行读写操作。文件错误处理在文件操作过程中，可能出现错误，需要进行错误处理，确保程序的稳定性。预处理指令作用在编译之前对源代码进行处理，进行宏定义、文件包含、条件编译等操作。语法以#开头，例如#include、#define、#ifdef。类型常见的预处理指令包括：文件包含、宏定义、条件编译、错误信息输出等。示例例如#include，用来包含标准输入输出库文件。编译与链接过程1预处理处理宏定义、包含头文件等2编译将C代码转换为汇编代码3汇编将汇编代码转换为机器码4链接将目标文件与库文件链接成可执行文件编译过程将源代码转换为可执行文件，包含四个主要步骤。调试技巧代码断点设置断点，暂停程序执行，检查变量的值和程序状态。单步调试逐行执行代码，观察程序运行流程，定位错误代码。日志记录记录程序运行过程中的关键信息，帮助分析程序执行轨迹。调试工具使用调试工具，如GDB，VisualStudio调试器，可以更方便地调试程序。常见算法与数据结构树树状数据结构用于表示层次关系，例如文件系统或组织结构。链表链表是一种线性数据结构，由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。排序算法排序算法用于将数据按照特定顺序排列，例如从小到大或从大到小。图图是一种非线性数据结构，由节点和边组成，用于表示关系网络。面向对象编程思想封装将数据和操作数据的方法封装在一起，隐藏内部实现细节，提高代码的可维护性。继承子类继承父类的属性和方法，实现代码复用，提高代码可扩展性。多态相同的方法名，在不同的类中具有不同的实现，实现代码的灵活性和可扩展性。移植与跨平台1跨平台开发C语言是跨平台的编程语言，程序可以在不同的操作系统上编译和运行。2平台差异不同的操作系统，例如Windows、Linux、MacOS，具有不同的底层架构和API。3移植策略为了使C语言程序在不同平台上正常运行，需要进行移植，例如修改代码以适应平台差异。4跨平台库使用跨平台库，例如Qt、wxWidgets，可以简化移植过程。C11新特性通用性增强C11标准增强了语言的通用性，引入了一些新的特性，如泛型编程，支持可变参数宏等，使其更适用于各种应用场景。性能优化C11标准引入了新的内存对齐和类型对齐机制，以及对编译器优化方面的改进，