C語言程序設(shè)計(第3版)課件chap10-函數(shù)與程序結(jié)構(gòu)

Chap

10函數(shù)與程序結(jié)構(gòu)10.1圓形體積計算器10.2漢諾塔問題10.3長度單位轉(zhuǎn)換10.4大程序構(gòu)成本章要點(diǎn)怎樣把多個函數(shù)組織起來？怎樣用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想解決問題？怎樣用函數(shù)嵌套求解復(fù)雜的問題？怎樣用函數(shù)遞歸解決問題？如何使用宏？如何使用多文件模塊構(gòu)建較大規(guī)模程序使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法解決復(fù)雜的問題把大問題分解成若干小問題，小問題再進(jìn)一步分解成若干更小的問題寫程序時，用main()解決整個問題，它調(diào)用解決小問題的函數(shù)這些函數(shù)又進(jìn)一步調(diào)用解決更小問題的函數(shù)，從而形成函數(shù)的嵌套調(diào)用10.1圓形體積計算器main()函數(shù)1函數(shù)2……函數(shù)m函數(shù)1_1函數(shù)1_2函數(shù)m_1函數(shù)m_n……程序結(jié)構(gòu)例10-1設(shè)計一個常用圓形體體積計算器，采用命令方式輸入1、2、3，分別選擇計算球體、圓柱體、圓錐體的體積，并輸入計算所需相應(yīng)參數(shù)。分析：輸入1、2、3選擇計算3種體積，其他輸入結(jié)束計算設(shè)計一個控制函數(shù)cal()，經(jīng)它辨別圓形體的類型再調(diào)用計算球體、圓柱體、圓錐體體積的函數(shù)設(shè)計單獨(dú)的函數(shù)計算不同圓形體的體積10.1.1程序解析-計算常用圓形體體積3層結(jié)構(gòu)，5個函數(shù)降低程序的構(gòu)思、編寫、調(diào)試的復(fù)雜度可讀性好程序結(jié)構(gòu)main()cal()vol_ball()vol_cylind()vol_cone()例10-1源程序#definePI3.141592654voidcal(intsel);

doublevol_ball(void);

doublevol_cylind(void);

doublevol_cone(void);intmain(void){intsel;

while(1){printf("1-計算球體體積\n");

printf("2-計算圓柱體積\n"); printf("3-計算圓錐體積\n"); printf("其他-退出程序運(yùn)行\(zhòng)n"); printf(“請輸入計算命令：");

scanf("%d",&sel); if(sel<1||sel>3)

break; /*輸入非1~3，循環(huán)結(jié)束*/

else

cal(sel); /*輸入1~3，調(diào)用cal()*/ }return0;}/*常用圓形體體積計算器的主控函數(shù)*/voidcal(intsel){switch(sel){ case1: printf("球體積為：%.2f\n",vol_ball()); break;case2:

printf("圓柱體積為：%.2f\n",vol_cylind()); break;case3:

printf("圓錐體積為：%.2f\n",vol_cone()); break; }}/*計算球體體積V=4/3*PI*r*r*r*/doublevol_ball(){doubler;printf("請輸入球的半徑：");scanf("%lf",&r);return(4.0/3.0*PI*r*r*r);}/*計算圓柱體積V=PI*r*r*h*/doublevol_cylind(){doubler,h;printf("請輸入圓柱的底圓半徑和高：");scanf("%lf%lf",&r,&h);return(PI*r*r*h);}/*計算圓錐體積V=h/3*PI*r*r*/doublevol_cone(){doubler,h;printf("請輸入圓錐的底圓半徑和高：");

scanf("%lf%lf",&r,&h);return(PI*r*r*h/3.0);}10.1.2函數(shù)的嵌套調(diào)用順序調(diào)用intmain(void){……y=fact(3);……z=mypow(3.5,2);

……}doublefact(intn){……}doublemypow(doublex,inn){……}mainfactmypowmainfactmypow嵌套調(diào)用intmain(void){……cal(sel);

……}voidcal(intsel){ ……

vol_ball()……}doublevol_ball(){ ……}maincalvol_ballmaincalvol_ball10.1.2函數(shù)的嵌套調(diào)用例10-1分析vol_ball();vol_cylind();vol_cone();intmain(void){

……

cal(sel);}voidcal(intsel){ ……

}doublevol_ball(){ ……}doublevol_cylind(){ ……}doublevol_cone(){……}main()cal()vol_ball()vol_cylind()vol_cone()在一個函數(shù)中再調(diào)用其它函數(shù)的情況稱為函數(shù)的嵌套調(diào)用。如果函數(shù)A調(diào)用函數(shù)B，函數(shù)B再調(diào)用函數(shù)C，一個調(diào)用一個地嵌套下去，構(gòu)成了函數(shù)的嵌套調(diào)用。具有嵌套調(diào)用函數(shù)的程序，需要分別定義多個不同的函數(shù)體，每個函數(shù)體完成不同的功能，它們合起來解決復(fù)雜的問題。10.1.2函數(shù)的嵌套調(diào)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法自頂向下，逐步求精，函數(shù)實現(xiàn)自頂向下：程序設(shè)計時，應(yīng)先考慮總體步驟，后考慮步驟的細(xì)節(jié)；先考慮全局目標(biāo)，后考慮局部目標(biāo)。先從最上層總目標(biāo)開始設(shè)計，逐步使問題具體化。不要一開始就追求眾多的細(xì)節(jié)。逐步求精：對于復(fù)雜的問題，其中大的操作步驟應(yīng)該再將其分解為一些子步驟的序列，逐步明晰實現(xiàn)過程。函數(shù)實現(xiàn)：通過逐步求精，把程序要解決的全局目標(biāo)分解為局部目標(biāo)，再進(jìn)一步分解為具體的小目標(biāo)，把最終的小目標(biāo)用函數(shù)來實現(xiàn)。問題的逐步分解關(guān)系，構(gòu)成了函數(shù)間的調(diào)用關(guān)系。限制函數(shù)的長度。一個函數(shù)語句數(shù)不宜過多，既便于閱讀、理解，也方便程序調(diào)試。若函數(shù)太長，可以考慮把函數(shù)進(jìn)一步分解實現(xiàn)。避免函數(shù)功能間的重復(fù)。對于在多處使用的同一個計算或操作過程，應(yīng)當(dāng)將其封裝成一個獨(dú)立的函數(shù)，以達(dá)到一處定義、多處使用的目的，以避免功能模塊間的重復(fù)。減少全局變量的使用。應(yīng)采用定義局部變量作為函數(shù)的臨時工作單元，使用參數(shù)和返回值作為函數(shù)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式。只有當(dāng)確實需要多個函數(shù)共享的數(shù)據(jù)時，才定義其為全局變量。函數(shù)設(shè)計時應(yīng)注意的問題10.2漢諾塔問題10.2.1程序解析10.2.2遞歸函數(shù)基本概念10.2.3遞歸程序設(shè)計10.2.1漢諾(Hanoi)塔問題解析

將64個盤從座A搬到座B(1)一次只能搬一個盤子(2)盤子只能插在A、B、C三個桿中(3)大盤不能壓在小盤上

A B C分析

A B C分析

A B C

A B Cnn-1n-1分析

A B C

A B Cn10.2.1漢諾(Hanoi)塔問題解析遞歸方法的兩個要點(diǎn)（1）遞歸出口：一個盤子的解決方法；（2）遞歸式子：如何把搬動64個盤子的問題簡化成搬動63個盤子的問題。把漢諾塔的遞歸解法歸納成三個步驟：n-1個盤子從座A搬到座C第n號盤子從座A搬到座Bn-1個盤子從座C搬到座B算法：hanio(n個盤，A→B，C為過渡){if(n==1)

直接把盤子A→Belse{hanio(n-1個盤，A→C，B為過渡)

把第n號盤A→B hanio(n-1個盤，C→B，A為過渡) }}

A B Cn-110.2.2遞歸函數(shù)基本概念例10-2用遞歸函數(shù)實現(xiàn)求n！遞推法在學(xué)習(xí)循環(huán)時，計算n！采用的就是遞推法：

n！=1×2×3×…×n用循環(huán)語句實現(xiàn)：

result=1; for(i=1;i<=n;i++) result=result*i;遞歸法n！=n×(n-1)! 當(dāng)n＞1 遞歸式子=1 當(dāng)n=1或n=0 遞歸出口即求n！可以在(n-1)！的基礎(chǔ)上再乘上n。如果把求n！寫成函數(shù)fact(n)，則fact(n)的實現(xiàn)依賴于fact(n-1)。10.2.2遞歸函數(shù)基本概念例10-2用遞歸函數(shù)求n!。#include<stdio.h>doublefact(intn)；intmain(void){intn;scanf("%d",&n);printf("%f",fact(n));return0;}doublefact(intn) /*函數(shù)定義*/{doubleresult;

if(n==1||n==0) /*遞歸出口*/result=1;elseresult=n*fact(n-1);

returnresult;}10.2.2遞歸函數(shù)基本概念遞歸式遞歸出口例10-2分析求n!遞歸定義n!=n*(n-1)!(n>1)n!=1(n=0,1)#include<stdio.h>doublefact(intn)；intmain(void){intn;scanf("%d",&n);printf("%f",fact(n));return0;}doublefact(intn){doubleresult;

if(n==1||n==0)result=1;elseresult=n*fact(n-1);

returnresult;}fact(n)=n*fact(n-1);main()fact(3)fact(2)fact(1){....{....{....{....printf(fact(3))f=3*fact(2)f=2*fact(1)f=1}return(f)return(f)return(f)}}}遞歸函數(shù)fact(n)的實現(xiàn)過程fact(3)=3*fact(2)＝

2*fact(1)＝

fact(1)＝12*1=23*2=6同時有4個函數(shù)在運(yùn)行，且都未完成10.2.3遞歸程序設(shè)計用遞歸實現(xiàn)的問題，滿足兩個條件：問題可以逐步簡化成自身較簡單的形式（遞歸式）n!=n*(n-1)!nn-1Σi=n+Σi

i=1i=1遞歸最終能結(jié)束(遞歸出口)兩個條件缺一不可解決遞歸問題的兩個著眼點(diǎn)10.2.3遞歸程序設(shè)計例10-3編寫遞歸函數(shù)reverse(intn)實現(xiàn)將整數(shù)n逆序輸出。

分析：將整數(shù)n逆序輸出可以用循環(huán)實現(xiàn)，且循環(huán)次數(shù)與n的位數(shù)有關(guān)。遞歸實現(xiàn)整數(shù)逆序輸出也需要用位數(shù)作為控制點(diǎn)。歸納遞歸實現(xiàn)的兩個關(guān)鍵點(diǎn)如下：遞歸出口：直接輸出n，如果n<=9，即n為1位數(shù)遞歸式子：輸出個位數(shù)n%10，再遞歸調(diào)用reverse(n/10)輸出前n-1位，如果n為多位數(shù)10.2.3遞歸程序設(shè)計由于結(jié)果是在屏幕上輸出，因此函數(shù)返回類型為voidvoidreverse(intnum){ if(num<=9) printf("%d",num); /*遞歸出口*/ else{ printf("%d",num%10); reverse(num/10); /*遞歸調(diào)用*/ }}例10-4漢諾(Hanoi)塔問題

A B Chanio(n個盤，A→B，C為過渡){if(n==1)

直接把盤子A→Belse{hanio(n-1個盤，A→C，B為過渡)

把n號盤A→B hanio(n-1個盤，C→B，A為過渡) }}

源程序

/*搬動n個盤，從a到b，c為中間過渡*/voidhanio(intn,chara,charb,charc){if(n==1)printf("%c-->%c\n",a,b);else{hanio(n-1,a,c,b);printf("%c-->%c\n",a,b);hanio(n-1,c,b,a);}}intmain(void){intn;printf("inputthenumberofdisk:");scanf("%d",&n);printf("thestepsfor%ddiskare:\n",n);hanio(n,'a',‘b',‘c');return0;}inputthenumberofdisk:3thestepsfor3diskare:a-->ba-->cb-->ca-->bc-->ac-->ba-->b

A B Cinputthenumberofdisk:3thestepsfor3diskare:a-->ba-->cb-->ca-->bc-->ac-->ba-->b課堂練習(xí)：利用遞歸函數(shù)計算x的n次冪intmi(intx,intn){

if(n==1) returnx;

else

returnx*mi(x,n-1);}10.3長度單位轉(zhuǎn)換10.3.1程序解析10.3.2宏基本定義10.3.3帶參數(shù)的宏定義10.3.4文件包含10.3.5編譯預(yù)處理10.3.1程序解析

例10-5歐美國家長度使用英制單位，1英里=1609米，1英尺=30.48厘米，1英寸=2.54厘米。請編寫程序轉(zhuǎn)換。#include<stdio.h>#defineMile_to_meter1609 /*1英里=1609米*/#defineFoot_to_centimeter30.48/*1英尺=30.48厘米*/#defineInch_to_centimeter2.54/*1英寸=2.54厘米*/intmain(void){ floatfoot,inch,mile; /*定義英里，英尺，英寸變量*/ printf("Inputmile,footandinch:"); scanf("%f%f%f",&mile,&foot,&inch); printf("%fmiles=%fmeters\n",mile,mile*Mile_to_meter); /*計算英里的米數(shù)*/ printf("%ffeet=%fcentimeters\n",foot,foot* Foot_to_centimeter); /*計算英尺的厘米數(shù)*/ printf("%finches=%fcentimeters\n",inch,inch* Inch_to_centimeter); /*計算英寸的厘米數(shù)*/ return0;}Inputmile,footandinch:1.235.11.200000miles=1930.800077meters3.000000feet=91.440000centimeters5.100000inches=12.954000centimeters10.3.2宏基本定義

#define宏名標(biāo)識符宏定義字符串編譯時，把程序中所有與宏名相同的字符串，用宏定義字符串替代#definePI3.14#definearr_size4說明:宏名一般用大寫字母，以與變量名區(qū)別宏定義不是Ｃ語句，后面不得跟分號宏定義可以嵌套使用 #definePI3.14 #defineS2*PI*PI多用于符號常量宏定義可以寫在程序中任何位置，它的作用范圍從定義書寫處到文件尾?？梢酝ㄟ^“#undef”強(qiáng)制指定宏的結(jié)束范圍。10.3.2宏基本定義#defineA“Thisisthefirstmacro”voidf1(){printf(“A\n”);}#defineB“Thisisthesecondmacro”

A的有效范圍voidf2(){printf(B); B的有效范圍}#undefBintmain(void){f1();f2();return0;}宏的作用范圍10.3.3帶參數(shù)的宏定義例10-6簡單的帶參數(shù)的宏定義。#include<stdio.h>#defineMAX(a,b)a>b?a:b#defineSQR(x)x*xintmain(void){ intx,y; scanf(“%d%d”,&x,&y); x=MAX(x,y); /*引用宏定義*/ y=SQR(x); /*引用宏定義*/ printf(“%d%d\n”,x,y); return0;}10.3.3帶參數(shù)的宏定義例：#definef(a)a*a*aint main(void)/*水仙花數(shù)*/{inti,x,y,z;for(i=1;i<1000;i++){x=i%10;y=i/10%10;z=i/100;if(x*x*x+y*y*y+z*z*z==i) printf(“%d\n”,i);} return0;}#definef(a)(a)*(a)*(a)各位數(shù)字的立方和等于它本身的數(shù)。例如153的各位數(shù)字的立方和是13+53+33=153=x+y*x+y*x+y(f(x)+f(y)+f(z)==i)f(x+y)=(x+y)3?

#definef(a,b,t)t=a;a=b;b=t;intmain(){ intx,y,t; scanf(“%d%d”,&x,&y); f(x,y,t) printf(“%d%d\n”,x,y); return0;}t=x;x=y;y=t;編譯時被替換帶參數(shù)的宏定義不是函數(shù)，宏與函數(shù)是兩種不同的概念宏可以實現(xiàn)簡單的函數(shù)功能示例用宏實現(xiàn)兩個變量值的交換與函數(shù)的區(qū)別在哪里?宏定義應(yīng)用示例定義宏LOWCASE，判斷字符c是否為小寫字母。

#defineLOWCASE(c)(((c)>='a')&&((c)<='z'))

定義宏CTOD將數(shù)字字符（‘0’～‘9’）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 十進(jìn)制整數(shù)，-1表示出錯。

#defineCTOD(c)(((c)>='0')&&((c)<='9')?c-'0':-1)

#defineF(x)x-2#defineD(x)x*F(x)intmain(){printf("%d,%d",D(3),D(D(3))); return0;}練習(xí)——帶宏定義的程序輸出閱讀帶宏定義的程序，先全部替換好，最后再統(tǒng)一計算不可一邊替換一邊計算，更不可以人為添加括號D(3)=x*F(x) 先用x替換展開 =x*x-2進(jìn)一步對F(x)展開，這里不能加括號 =3*3-2=7 最后把x=3代進(jìn)去計算D(D(3))=D(x*x-2)先對D(3)用x替換展開， =x*x-2*F(x*x-2)拿展開后的參數(shù)對D進(jìn)一步進(jìn)行宏替換 =x*x-2*x*x-2-2拿展開后的參數(shù)對F進(jìn)一步進(jìn)行宏替換 =3*3-2*3*3-2-2=-13 最后把x=3代進(jìn)去計算運(yùn)行結(jié)果：7-13結(jié)果分析10.3.4文件包含系統(tǒng)文件以stdio.h、math.h等形式供編程者調(diào)用實用系統(tǒng)往往有自己諸多的宏定義，也以.h的形式組織、調(diào)用問題：如何把若干.h頭文件連接成一個完整的可執(zhí)行程序？文件包含include格式#include<需包含的文件名>#include“需包含的文件名”作用把指定的文件模塊內(nèi)容插入到#include所在的位置，當(dāng)程序編譯連接時，系統(tǒng)會把所有#include指定的文件拼接生成可執(zhí)行代碼。注意編譯預(yù)處理命令，以#開頭。在程序編譯時起作用，不是真正的C語句，行尾沒有分號。文件包含系統(tǒng)文件夾當(dāng)前文件夾+系統(tǒng)文件夾例10-7將例10-5中長度轉(zhuǎn)換的宏，定義成頭文件length.h，并寫出主函數(shù)文件。頭文件length.h源程序#defineMile_to_meter1609 /*1英里=1609米*/#defineFoot_to_centimeter30.48 /*1英尺=30.48厘米*/#defineInch_to_centimeter2.54 /*1英寸=2.54厘米*/主函數(shù)文件prog.c源程序#include<stdio.h>#include“l(fā)ength.h” /*包含自定義頭文件*/intmain(void){ floatfoot,inch,mile; /*定義英里，英尺，英寸變量*/ printf("Inputmile,footandinch:"); scanf("%f%f%f",&mile,&foot,&inch); printf("%fmiles=%fmeters\n",mile,mile*Mile_to_meter);

printf("%ffeet=%fcentimeters\n",foot,foot*Foot_to_centimeter);

printf("%finches=%fcentimeters\n",inch,inch*Inch_to_centimeter);

return0;}將例10-1的5個函數(shù)分別存儲在2個.C文件上，要求通過文件包含把它們聯(lián)結(jié)起來。頭文件length.h#defineMile_to_meter1609#defineFoot_to_centimeter30.48#defineInch_to_centimeter2.54主函數(shù)文件prog.c#include<stdio.h>#include“l(fā)ength.h”

intmain(void){floatmile,foot,inch;

…… return0;}編譯連接后生成的程序

…stdio.h的內(nèi)容#defineMile_to_meter1609#defineFoot_to_centimeter30.48#defineInch_to_centimeter2.54intmain(void){floatmile,foot,inch; ……return0;}ctype.h字符處理 math.h與數(shù)學(xué)處理函數(shù)有關(guān)的說明與定義stdio.h輸入輸出函數(shù)中使用的有關(guān)說明和定義string.h字符串函數(shù)的有關(guān)說明和定義 stddef.h定義某些常用內(nèi)容 stdlib.h 雜項說明 time.h支持系統(tǒng)時間函數(shù) 常用標(biāo)準(zhǔn)頭文件編譯預(yù)處理是Ｃ語言編譯程序的組成部分，它用于解釋處理Ｃ語言源程序中的各種預(yù)處理指令。文件包含(#include)和宏定義(#define)都是編譯預(yù)處理指令在形式上都以“#”開頭，不屬于C語言中真正的語句增強(qiáng)了C語言的編程功能，改進(jìn)Ｃ語言程序設(shè)計環(huán)境，提高編程效率10.3.5編譯預(yù)處理C程序的編譯處理，目的是把每一條C語句用若干條機(jī)器指令來實現(xiàn)，生成目標(biāo)程序。由于#define等編譯預(yù)處理指令不是C語句，不能被編譯程序翻譯，需要在真正編譯之前作一個預(yù)處理，解釋完成編譯預(yù)處理指令，從而把預(yù)處理指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的C程序段，最終成為由純粹C語句構(gòu)成的程序，經(jīng)編譯最后得到目標(biāo)代碼。編譯預(yù)處理編譯預(yù)處理的主要功能：文件包含（#include）宏定義（#define）條件編譯編譯預(yù)處理功能條件編譯#defineFLAG1#ifFLAG

程序段1#else

程序段2#endif編譯預(yù)處理功能10.4大程序構(gòu)成

——多文件模塊的學(xué)生信息庫系統(tǒng)10.4.1分模塊設(shè)計學(xué)生信息庫系統(tǒng)10.4.2C程序文件模塊10.4.3文件模塊間的通信10.4.1分模塊設(shè)計學(xué)生信息庫系統(tǒng)例10-8請綜合例9-1、例9-2、例9-3和例9-4，分模塊設(shè)計一個學(xué)生信息庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含學(xué)生基本信息的建立和輸出、計算學(xué)生平均成績、按照學(xué)生的平均成績排序以及查詢、修改學(xué)生的成績等功能。函數(shù)建立為：

10.4.1分模塊設(shè)計學(xué)生信息庫系統(tǒng)由于整個程序規(guī)模較大，按照功能圖，分成三個程序文件模塊，并把結(jié)構(gòu)體定義等寫成一個頭文件。頭文件student.h

輸入輸出程序文件input_output.cvoidnew_student(structstudentstudents[])voidoutput_student(structstudentstudents[])計算平均成績與平均成績排序程序文件aver_sort.cvoidaverage(structstudentstudents[])voidsort(structstudentstudents[])查詢修改程序文件modify.cvoidmodify(structstudentstudents[])voidsearch_student(structstudentstudents[],intnum)10.4.1分模塊設(shè)計學(xué)生信息庫系統(tǒng)一共定義了三個.c程序文件和一個.h頭文件，它們各自獨(dú)立，再通過主函數(shù)main()調(diào)用。主函數(shù)放在student_system.c文件中，各文件存放在同一個文件夾下，相互間的連接采用文件包含的形式。主函數(shù)程序文件student_system.c#inclu