《C程序设计初步》课件2

C程序设计初步本课程旨在为学生提供C语言编程的基础知识和实践技能。通过学习，学生将能够理解C语言的基本语法、数据类型、运算符、控制结构等。并能够运用C语言编写简单的程序，解决实际问题。C语言简介11.结构化编程语言C语言是一种结构化编程语言，强调程序的模块化和可读性。22.高效灵活C语言可以访问底层硬件，并提供强大的控制能力，使其成为系统编程和嵌入式编程的理想选择。33.应用广泛C语言广泛应用于操作系统、数据库系统、网络协议等领域，以及各种应用程序的开发。44.基础学习C语言是许多其他编程语言的基础，学习C语言可以为学习其他高级编程语言打下坚实的基础。C语言历史与发展起源C语言起源于20世纪70年代初的贝尔实验室，由丹尼斯·里奇设计。Unix操作系统C语言最初是为Unix操作系统而开发的，它作为Unix操作系统的核心语言。标准化1989年，美国国家标准学会（ANSI）发布了C语言标准，即ANSIC。发展历程C语言在不断发展和完善，随着计算机技术的发展，C语言也经历了多个版本的更新。影响C语言对现代编程语言的发展产生了深远影响，许多流行的编程语言，如C++、Java和Python，都借鉴了C语言的语法和特性。C语言程序的基本结构预处理指令以#号开头的指令，例如#include和#define，用于在编译之前进行预处理。函数定义定义程序中使用的函数，包含函数名、参数列表和函数体。函数调用通过函数名和实际参数调用函数，执行函数体中的代码。主函数程序的入口点，由系统自动调用，通常包含程序的主要逻辑。变量与数据类型变量变量是程序中用来存储数据的容器。每个变量都有一个名称，用于标识它。变量的值可以在程序运行期间改变。数据类型数据类型定义了变量可以存储的数据类型。C语言提供多种数据类型，例如整数、浮点数、字符等。数据类型决定了变量可以存储的值的范围和大小。常量与变量命名规则命名规范使用有意义的标识符，方便理解代码。变量名使用小写字母，单词之间用下划线连接。常量名使用大写字母，单词之间用下划线连接。关键字C语言中保留了关键字，不能作为标识符。命名风格驼峰式命名法或下划线命名法都可以。运算符和表达式算术运算符C语言支持常见的算术运算符，包括加、减、乘、除、取模等，用于执行算术运算。关系运算符用于比较两个操作数的大小，返回布尔值，例如大于、小于、等于等。逻辑运算符对布尔表达式进行逻辑运算，例如与、或、非等，用于组合多个条件。赋值运算符将一个值赋给一个变量，例如“=”运算符。基本输入输出函数11.输入函数scanf()函数用于从标准输入流（通常是键盘）读取数据，并将数据存储到指定的变量中。22.输出函数printf()函数用于将格式化的数据输出到标准输出流（通常是屏幕）。33.格式化字符串格式化字符串用于控制输出数据的格式，例如数字、字符串、日期和时间等。分支语句分支语句是程序中用来控制执行流程的一种重要结构，根据不同的条件选择不同的执行路径。1if语句当条件成立时执行指定代码块。2if-else语句当条件成立时执行一个代码块，否则执行另一个代码块。3switch语句根据表达式的值选择执行不同的代码块。分支语句能够让程序更灵活地应对不同的情况，做出不同的反应，从而增强程序的逻辑性和可读性。循环语句1while循环当条件成立时，重复执行代码块2do-while循环至少执行一次代码块，然后判断条件是否成立3for循环通过循环变量控制循环次数循环语句用于重复执行特定代码块，直到满足特定条件。它们是C语言中常见的控制流程结构。数组定义和声明数组是存储相同数据类型的元素的连续内存位置的集合。使用数据类型和数组大小来声明数组。元素访问通过索引访问数组中的元素。索引从0开始，到数组大小减1结束。循环遍历使用循环来遍历数组元素，对每个元素执行操作。指针基础指针定义指针变量存储地址，指向内存中某个位置。使用指针变量访问数据，提高程序效率。指针类型指针类型决定它指向的数据类型。不同类型指针指向不同内存区域。指针运算指针运算符用于访问指针指向的数据。指针加减运算，移动指针位置，访问不同数据。指针数组指针数组存储多个指针，指向不同地址。用于管理和访问多个数据，实现动态内存分配。字符串操作字符串定义字符串是一系列字符，由双引号括起来。C语言中字符串常量用字符数组存储。字符串函数C语言库提供了一些字符串处理函数，例如strlen()、strcpy()、strcat()等，用于字符串长度计算、复制、连接等操作。字符串比较strcmp()函数用于比较两个字符串的大小，返回0表示相等，负数表示第一个字符串小于第二个字符串，正数表示大于。字符串输入输出使用scanf()和printf()函数可以实现字符串的输入和输出，需要注意格式控制符的使用。函数定义和调用1函数定义函数定义指定函数名称、参数和执行代码块。2函数调用函数调用通过函数名称和实参来执行函数体。3返回值函数可以返回一个值，以将结果传递给调用方。函数参数传递值传递将实参的值复制给形参，形参的改变不会影响实参。地址传递将实参的地址传递给形参，形参可以修改实参的值。函数指针传递将函数的地址传递给形参，可以实现回调功能。函数递归定义函数递归是指一个函数在自身内部调用自身，从而形成循环调用。特点递归函数通常用于解决具有重复子问题的问题，例如斐波那契数列。应用递归函数在很多算法中都有应用，例如二叉树遍历，汉诺塔问题等。注意点递归函数必须包含一个终止条件，以防止无限循环调用。结构体数据结构结构体是用户自定义数据类型，可以将不同类型的数据组合在一起，方便管理和操作。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数据类型。语法使用struct关键字定义结构体类型，使用成员运算符(.)访问结构体成员。应用场景结构体可以用于表示各种现实世界中的实体，例如学生信息、商品信息等。枚举类型定义枚举类型用enum关键字定义枚举类型，枚举常量用逗号分隔，并用花括号括起来。枚举常量的值默认情况下，第一个枚举常量值为0，后续常量值依次递增。枚举类型的作用枚举类型可以使代码更易读，并提供类型安全，防止意外的错误。联合体内存共享联合体成员共享同一内存空间。不同成员占用同一内存地址，访问其中一个成员会覆盖其他成员的值。节省内存联合体适用于需要在不同时间存储不同类型数据的情况。通过指定成员类型，可根据需要存储不同类型数据，节省内存占用。文件操作文件打开和关闭使用fopen函数打开文件，并指定打开模式。使用fclose函数关闭文件，释放文件资源。文件读写使用fgetc、fgets、fscanf函数读取文件数据。使用fputc、fputs、fprintf函数写入文件数据。文件定位使用fseek函数在文件中移动文件指针，进行随机读写。使用ftell函数获取文件指针的当前位置。文件错误处理使用ferror函数检测文件操作是否出错。使用perror函数打印错误信息。动态内存分配11.堆内存程序运行时，申请的内存来自堆，大小可变。22.malloc()从堆中分配指定大小的内存块。33.free()释放之前用malloc()分配的内存。44.内存泄漏忘记释放分配的内存，导致内存浪费。预处理命令1宏定义宏定义允许您创建符号常量，提高代码可读性和可维护性。例如，使用#definePI3.14159定义圆周率常量。2文件包含使用#include指令将其他源代码文件包含到当前文件中，方便代码复用和模块化开发。3条件编译条件编译用于根据预定义的条件选择性地编译代码段，例如#ifdef和#endif用于根据宏定义状态决定是否编译特定代码。4预处理操作预处理器在编译之前处理源代码，将宏定义替换、文件包含和条件编译处理完成，最终生成实际编译的代码。位运算位运算基础位运算是在位级别上进行的操作，处理二进制位。常见操作按位与(&)按位或(|)按位异或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)应用场景位运算在内存管理、数据压缩、算法优化等方面都有重要应用。头文件代码组织头文件包含函数、变量、宏等声明，方便组织和复用代码。依赖关系头文件之间可能存在依赖关系，编译时需要按顺序包含。标准库头文件C语言提供丰富的标准库头文件，例如stdio.h、stdlib.h等。链接和编译1预处理阶段预处理器处理源代码中的预处理指令，如宏定义、文件包含等，生成预处理后的源代码。2编译阶段编译器将预处理后的源代码翻译成汇编语言代码，生成汇编代码文件。3汇编阶段汇编器将汇编代码翻译成机器指令，生成目标代码文件。4链接阶段链接器将目标代码文件与库文件等其他目标文件合并，生成可执行文件。调试技巧单步调试逐行执行代码，查看变量值变化，定位错误代码段。断点调试在程序特定位置设置断点，暂停程序执行，方便检查程序状态。日志输出在关键代码位置添加日志信息，记录程序执行过程，帮助排查问题。代码审查定期进行代码审查，发现潜在错误，提高代码质量。编码规范与风格代码可读性清晰的代码结构和格式可以提高代码可读性。使用一致的缩进、空格和注释可以使代码更容易理解和维护。命名约定遵循命名约定可以使代码更易于理解。使用有意义的变量名和函数名，例如：`sum`比`s`更易于理解。算法分析基础时间复杂度衡量算法执行时间随输入规模变化的趋势空间复杂度衡量算法执行过程中所需额外空间随输入规模变化的趋势算法效率用时间和空间复杂度来评估算法效率算法分析对算法效率进行评估和比较经典算法实现排序算法常用的排序算法包括冒泡排序、插入排序、选择排序、归并排序和快速排序等。查找算法常见的查找算法有线性查找、二分查找、哈希查找等。图算法图算法常用于解决最短路径、最小生成树、拓扑排序等问题。算法复杂度分析算法复杂度分析是衡量算法效率的重要指标。它描述了算法执行时间和空间占用随输入规模变化的趋势。O(1)常数时间执行时间与输入规模无关O(n