C语言程序设计(何钦铭-颜晖-主编)课件

C语言程序设计课件本课件由何钦铭和颜晖主编。本课件将深入浅出地讲解C语言编程的基础知识，帮助您掌握C语言的基本语法和编程技巧。计算机概述计算机是一种现代化的电子设备，它可以接收信息、处理信息、存储信息和输出信息。计算机的内部由硬件和软件组成，硬件是物理设备，软件是程序。计算机广泛应用于各个领域，例如科学研究、工程设计、商业管理、教育和娱乐等。计算机系统的组成硬件系统计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器、内存、硬盘等。硬件系统是计算机的“骨架”，提供基本计算和数据存储能力。软件系统运行在硬件系统之上的程序集合，包括操作系统、应用程序等。软件系统是计算机的“灵魂”，使硬件系统能够执行各种任务。数据系统计算机处理和存储的信息，包括文本、图像、音频和视频等。数据系统是计算机的“血液”，为计算机提供运行所需的指令和数据。数据的表示和存储11.数值数据整数、浮点数和复数等数值数据在计算机中使用二进制表示和存储。22.字符数据字符数据使用ASCII码或Unicode等编码方案表示和存储。33.逻辑数据逻辑数据使用布尔值“真”或“假”表示，存储为单个位。44.数据类型C语言提供了不同的数据类型，例如int、float、char和bool，用于存储不同类型的数据。C语言概述结构化编程语言C语言是一种结构化编程语言，它采用模块化设计，将程序分解成多个函数，并使用函数调用来实现程序流程控制。功能强大C语言支持多种数据类型和运算符，并提供丰富的库函数，可以用于开发各种类型的应用程序，例如操作系统、嵌入式系统和应用程序软件。灵活高效C语言的代码执行效率高，可以生成高效的机器代码，同时它也具有良好的可移植性，可以跨平台运行。程序设计基本要素算法算法是指解决问题的一系列步骤。程序设计中，算法决定了程序的逻辑和执行过程。算法需要考虑效率和正确性，确保程序能有效地解决问题，并获得正确的结果。数据结构数据结构是组织和存储数据的特定方式。合理选择数据结构可以提高程序效率和可读性。例如，数组、链表、树、图等都是常见的数据结构，它们各有优劣，适合处理不同的数据类型和操作。数据类型与变量数据类型整数类型：整数值浮点类型：小数字符类型：单个字符变量变量用于存储数据，每个变量都有其类型和名称。内存分配变量在程序运行时被分配到内存中。运算符与表达式运算符类型算术运算符执行算术运算。关系运算符用于比较运算。逻辑运算符连接表达式。位运算符用于操作位。赋值运算符将值赋给变量。表达式表达式由运算符和操作数组成，代表一个值。C语言表达式可以包含多种运算符。优先级决定运算符的执行顺序。表达式计算结果可以赋给变量。顺序控制结构1语句程序的执行单位2表达式运算结果3操作数参与运算的值4运算符执行特定操作顺序结构是一种最基本的控制结构，程序按照代码的顺序执行。从第一条语句开始，依次执行每一条语句，直到程序结束。顺序结构是最简单的程序结构，也是其他结构的基础。选择控制结构1if语句根据条件执行不同代码块。2switch语句根据表达式值执行对应代码块。3elseif语句在if语句中添加更多条件分支。4嵌套语句将选择语句嵌套在其他语句中。选择控制结构允许程序根据条件执行不同的代码路径。循环控制结构1循环控制结构循环控制结构是计算机程序中反复执行某些代码段的机制，它可以根据条件重复执行特定代码块，直到满足终止条件。2循环结构类型for循环while循环do-while循环3循环控制语句C语言提供了多种循环控制语句，例如break语句可以跳出循环，continue语句可以跳过本次循环。数组定义数组数组是一种线性数据结构，用于存储相同数据类型的一组元素。数组在内存中被分配为连续的内存位置，这使得访问数组元素变得非常高效。访问元素可以使用索引来访问数组中的特定元素。索引从0开始，一直到数组的大小减1。数组操作可以使用循环遍历数组，对数组中的元素进行操作，例如赋值、比较、计算等。多维数组C语言支持多维数组，可以用于表示表格或矩阵等结构。函数1代码模块化函数将程序代码分解为独立的模块，提高代码可读性和可维护性。2代码复用函数可以重复使用，避免重复编写相同的代码，提高开发效率。3程序结构化函数可以将复杂问题分解成更小的子问题，使程序结构更加清晰，易于理解和调试。4参数传递函数可以通过参数传递数据，实现不同模块之间的交互。字符串处理字符串操作函数C语言提供丰富的字符串操作函数，例如strcpy、strcat、strlen等，用于处理字符串的复制、连接、长度计算等操作。字符串长度计算strlen()函数用于计算字符串的长度，不包括字符串结尾的空字符'\0'。字符串比较strcmp()函数用于比较两个字符串的大小，返回值为负数、零或正数，分别表示第一个字符串小于、等于或大于第二个字符串。指针基础内存地址指针变量存储内存地址，指向特定内存位置，允许直接访问和操作数据。指针类型指针类型与所指向数据的类型相匹配，例如，指向整型数据的指针类型为int*。指针运算指针运算包括加减运算、取地址运算(&)和解引用运算(*)，用于访问指针指向的内存位置。指针应用指针在动态内存分配、函数参数传递、数组操作和数据结构实现中扮演着重要的角色。动态内存分配堆内存堆内存是程序运行时申请的内存空间，允许在程序运行过程中动态地分配和释放内存。malloc()用于在堆上分配一块指定大小的内存，返回指向该内存块的指针。free()用于释放之前使用malloc()分配的内存块。内存泄漏忘记释放分配的内存会导致内存泄漏，浪费系统资源，甚至导致程序崩溃。文件操作打开文件使用fopen函数打开文件，指定文件路径和访问模式。写入文件使用fprintf函数将数据写入打开的文件。读取文件使用fscanf函数从打开的文件中读取数据。关闭文件使用fclose函数关闭打开的文件，释放资源。结构体11.自定义数据类型结构体允许程序员将不同数据类型组合成一个整体，创建自定义数据类型。22.成员变量结构体包含多个成员变量，每个成员变量可以是不同的数据类型。33.访问成员使用结构体变量名和成员变量名通过点运算符（.）访问成员变量的值。44.应用场景结构体用于表示具有多个属性的实体，例如学生信息、商品信息等。联合体内存共享联合体成员共享同一个内存空间。不同成员使用同一个内存地址。大小联合体的大小由其最大成员的大小决定。成员变量可以覆盖彼此。枚举类型11.定义枚举类型使用enum关键字定义枚举类型，指定枚举常量的名称和值。22.枚举常量的值默认情况下，枚举常量从0开始递增，但可以显式地指定值。33.枚举类型的优点提高代码可读性和可维护性，方便管理一组相关的常量。44.枚举类型的应用场景表示一组有限的、离散的值，例如星期、月份、颜色等。编译预处理编译预处理指令预处理指令由#号引导，指示编译器在进行正式编译之前完成预处理工作。宏定义宏定义使用#define指令，将标识符替换为指定的文本或代码段，可以简化代码并提高可读性。文件包含#include指令用于将其他源文件或头文件包含到当前文件中，方便代码组织和复用。条件编译使用#ifdef、#ifndef、#else和#endif等指令，根据条件选择性地编译部分代码，提高代码的灵活性和可移植性。递归函数定义递归函数是指在函数内部调用自身函数，以解决问题。应用递归函数常用于解决树形结构、图结构等问题，例如遍历目录、快速排序。优势递归函数代码简洁，易于理解，但递归深度过深可能导致栈溢出。示例求阶乘，例如计算5!(5*4*3*2*1)可以使用递归函数。位运算位运算基础位运算直接操作内存中的二进制位，效率更高。常见位运算按位与(&)按位或(|)按位异或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)应用场景位运算常用于数据压缩、加密、算法优化等。标准输入输出标准输入键盘是程序获取用户输入的主要途径。程序通过标准输入流（stdin）读取键盘输入。例如，使用`scanf()`函数从标准输入流读取数据。标准输出屏幕是程序显示输出结果的主要途径。程序通过标准输出流（stdout）向屏幕输出信息。例如，使用`printf()`函数向标准输出流输出数据。错误处理异常处理处理程序运行过程中出现的错误，例如除以零、内存溢出等。错误检测使用断言、检查返回值等方法检测错误，以便及时发现和处理问题。错误报告通过打印错误信息、日志记录等方式，帮助程序员定位问题，以便修复错误。错误恢复尝试从错误状态中恢复，例如重新分配内存、重新打开文件等，以避免程序崩溃。链表动态数据结构链表是动态数据结构，可以根据需要灵活地添加或删除节点。节点构成每个节点包含数据域和指针域，指针域指向下一个节点。类型单链表，双链表和循环链表，不同类型实现方式和应用场景不同。栈和队列栈后进先出（LIFO）队列先进先出（FIFO）应用场景函数调用表达式求值数据缓存排序算法11.冒泡排序简单易懂，相邻元素比较交换，效率较低。22.插入排序将元素插入已排序序列，效率高于冒泡排序。33.选择排序每次选择最小元素，放置到正确位置，效率相对较低。44.快速排序分治策略，选择基准元素，将序列分成两部分，递归排序。查找算法线性查找逐个比较数据，找到目标数据。时间复杂度为O(n)。二分查找适用于有序数据，将数据范围折半进行查找。时间复杂度为O(logn)。哈希查找通过哈希函数将数据映射到哈希表。平均时间复杂度为O(1)。树形查找利用树形结构存储数据，进行高效查找。时间复杂度与树的高度相关。综合案例综合案例是将所学知识应用到实际问题中，并将不同知识点相互结合，提高编程能力，解决实际问题