多重程序設(shè)計(jì)

第一章C語(yǔ)言概述1.1C語(yǔ)言的發(fā)展簡(jiǎn)史與特色1.2簡(jiǎn)單的C程序介紹1.3用C語(yǔ)言解決實(shí)際問(wèn)題的步驟1.1C語(yǔ)言的發(fā)展簡(jiǎn)史與特色1.1.1C語(yǔ)言發(fā)展簡(jiǎn)史C語(yǔ)言是目前世界上最廣泛使用的通用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。用它既可編寫(xiě)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，也可編寫(xiě)各種應(yīng)用軟件，所以在數(shù)百種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中，C語(yǔ)言仍然是目前最流行、最受歡迎的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。現(xiàn)在，Windows已成為計(jì)算機(jī)的主要操作系統(tǒng)，相應(yīng)的基于Windows的程序開(kāi)發(fā)多采用C++，它雖是一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，但其核心內(nèi)容仍是標(biāo)準(zhǔn)C。1.1.2C語(yǔ)言的特色1.C與其它語(yǔ)言的比較1)C與匯編語(yǔ)言比較C語(yǔ)言允許對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作(指針)，這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，在編制系統(tǒng)程序時(shí)要經(jīng)常用到，所以它適用于寫(xiě)系統(tǒng)程序。由于匯編語(yǔ)言是非結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，含有大量的跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用以及變址，這種結(jié)構(gòu)的缺陷使得匯編語(yǔ)言程序難以讀懂，難以維護(hù)，也不能移植。而C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化、模塊化克服了匯編程序難讀、難維護(hù)的缺點(diǎn)。C語(yǔ)言又具有匯編語(yǔ)言的功能，目標(biāo)代碼長(zhǎng)度也差不多，效率幾乎與匯編相近，且具有很好的可移植性。2)C與其它高級(jí)語(yǔ)言比較C有豐富的運(yùn)算符，達(dá)34種，其中有很多運(yùn)算符對(duì)應(yīng)于常用的機(jī)器指令，比如++等可直接編譯成機(jī)器代碼，使用起來(lái)簡(jiǎn)單精練。C有多樣化的表達(dá)式類型;C的數(shù)據(jù)類型豐富，具有現(xiàn)代語(yǔ)言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。C的數(shù)據(jù)類型有：整型，實(shí)型，字符型，數(shù)組，指針，結(jié)構(gòu)體，共用體等。C的輸入輸出使用的是數(shù)據(jù)流C程序生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高，內(nèi)存占用少，運(yùn)行速度快，程序執(zhí)行效率高。

2.C是結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言C語(yǔ)言是以函數(shù)為模塊來(lái)編寫(xiě)源程序的，所以C程序是模塊化的。C語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句，如if~else語(yǔ)句，switch語(yǔ)句，while語(yǔ)句，do~while語(yǔ)句，for語(yǔ)句等。因此是結(jié)構(gòu)化的理想語(yǔ)言，符合現(xiàn)代編程風(fēng)格的要求。結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言的一個(gè)顯著特點(diǎn)是代碼和數(shù)據(jù)的分隔化，即代碼和數(shù)據(jù)分開(kāi)存貯，互相隔離；程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外，彼此互不影響，相互隔離。3.C是編程者的語(yǔ)言C語(yǔ)言的其它主要優(yōu)點(diǎn)如下：C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便靈活；一共只有32個(gè)關(guān)鍵字(27個(gè)來(lái)自kerninghan和Ritchie的標(biāo)準(zhǔn)，5個(gè)由ANSI標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)增補(bǔ))，9種控制語(yǔ)句，它們構(gòu)成了C語(yǔ)言的全部指令；程序書(shū)寫(xiě)形式自由，壓縮了一切不必要的成分。C語(yǔ)言很少限制、很少缺陷、模塊結(jié)構(gòu)、彼此獨(dú)立的函數(shù)和一些十分緊湊的關(guān)鍵字，使得C語(yǔ)言能達(dá)到接近匯編語(yǔ)言的高效率和廣泛的應(yīng)用范圍，所以在許多情況下它是編程者首選的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。4.C的“缺點(diǎn)”語(yǔ)法限制不嚴(yán)格

2)程序設(shè)計(jì)自由度大1.2簡(jiǎn)單的C程序介紹例1.1打印一個(gè)語(yǔ)句。程序：main(){printf(″Asimplecprogram.\n″)；}經(jīng)編譯后運(yùn)行結(jié)果如下：Asimplecprogram.例1.2求兩數(shù)中的小者。程序：main()/*主函數(shù)*/{inta,b,c;/*定義變量*/scanf(″%d,%d″,&a,&b);/*輸入*/c=min(a,b);/*調(diào)用函數(shù)*/printf(″min=%d\n″,c)；/*輸出*/}intmin(intx,inty)/*定義函數(shù)*/{intz;/*定義局部變量*/if(x>y)z=y;elsez=x;return(z)；/*返回z值*/}經(jīng)編譯后運(yùn)行如下：14,4min=4再次運(yùn)行：6，29min=6本程序包括兩個(gè)函數(shù)：主函數(shù)main和子函數(shù)min。通過(guò)上述兩個(gè)例子，我們可以看到：(1)C程序是由函數(shù)構(gòu)成的。(2)一個(gè)函數(shù)由兩部分組成：函數(shù)的首部和函數(shù)體。(3)main函數(shù)通常位于程序之首，實(shí)際上它位于程序的開(kāi)頭、最后及函數(shù)與函數(shù)之間均是合法的，但不管在什么位置，一個(gè)C程序總是從main函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行的。(4)C程序書(shū)寫(xiě)格式自由，一行內(nèi)可以寫(xiě)幾個(gè)語(yǔ)句，一個(gè)語(yǔ)句可以分寫(xiě)在多行上。(5)C語(yǔ)言本身沒(méi)有輸入輸出語(yǔ)句。(6)可以用/*…*/對(duì)C程序中的任何部分作注釋，它可增加程序的可讀性。1.3用C語(yǔ)言解決實(shí)際問(wèn)題的步驟1.3.1一個(gè)實(shí)例的求解過(guò)程1.問(wèn)題提出計(jì)算y=f(x)曲線，x軸(y=0)，x=a,x=b四條曲線所圍成的面積。參看圖1.1。圖1.1計(jì)算面積2.分析問(wèn)題用戶需求：計(jì)算四條曲線所圍的面積。已知條件：四條曲線(即x=a,x=b,y=0,y=f(x))。需要進(jìn)行的處理：計(jì)算面積，注意誤差和精度。需要用到的軟、硬件環(huán)境：用C語(yǔ)言編程，在個(gè)人微機(jī)上運(yùn)行，使用TurboC編譯系統(tǒng)。進(jìn)行可行性分析：用數(shù)值計(jì)算方法完全能夠?qū)崿F(xiàn)。經(jīng)過(guò)分析，我們已做到心中有數(shù)。3.確定處理方案根據(jù)實(shí)際問(wèn)題選用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型(本例屬科學(xué)計(jì)算)。根據(jù)高等數(shù)學(xué)中學(xué)到的知識(shí)，我們提出的數(shù)學(xué)模型是，也就是在［a,b］區(qū)間內(nèi)求f(x)函數(shù)的定積分。4.根據(jù)處理方案確定操作步驟圖1.2矩形法求積分在圖1.2中畫(huà)陰影線的小面積有4條邊，第一條長(zhǎng)度f(wàn)(c)，第二條長(zhǎng)度f(wàn)(d)，第三條長(zhǎng)度d-c，而第四條線我們采用近似的辦法：以第一條線高度作x軸的平行線得y=f(c)，則小矩形面積為(d-c)·f(c)；或以第二條線高度作x軸平行線得y=f(d)，則小矩形面積為(d-c)·f(d)。然后將各小塊面積累加起來(lái)。以上過(guò)程歸納起來(lái)就得出了近似公式，最后得到一個(gè)操作步驟，也就是算法，如下所示：(1)讀a,b和n(分成n塊)。(2)求高h(yuǎn)=(b-a)/n。(3)s=0，面積的初始值為0。(4)i=1，先計(jì)算第一個(gè)小面積。(5)s=s+h*f(a+i*h)，用后點(diǎn)計(jì)算；或s=s+h*f(a+(i-1)*h)，用前點(diǎn)計(jì)算，小面積累加起來(lái)。(6)i=i+1，取下一個(gè)小面積。(7)如i<=n轉(zhuǎn)(5)，否則打印s。

5.根據(jù)操作步驟編寫(xiě)源程序程序：main(){floata,b,h,s;floatf(float);inti,n;scanf(″%f,%f,%d″,&a,&b,&n);h=(b-a)/n;s=0;i=1;while(i<=n){s=s+h*f(a+(i-1)*h);/*用前點(diǎn)計(jì)算*/i++;}printf(″a=%f,b=%f,n=%d,s=%f\n″,a,b,n,s)；}

6.輸入程序并上機(jī)調(diào)試上機(jī)輸入源程序并調(diào)試，直到改正了所有的編譯錯(cuò)誤和運(yùn)行錯(cuò)誤。在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)該精心選擇典型數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。本例當(dāng)計(jì)算有誤差或精度不足時(shí)可加大分塊數(shù)量，或采用其它計(jì)算方法：如改為梯形法或拋物線法(即辛普生法)等。要避免因調(diào)試數(shù)據(jù)不能反映實(shí)際數(shù)據(jù)的特征而引起的計(jì)算偏差和運(yùn)行錯(cuò)誤。7.整理分析計(jì)算結(jié)果圖1.3用計(jì)算機(jī)處理一個(gè)實(shí)際問(wèn)題1.3.2算法1.什么是算法為解決一個(gè)問(wèn)題而采取的方法和步驟，就稱為“算法”。對(duì)同一個(gè)問(wèn)題，可以有不同的解題方法和步驟，也就有不同的算法。例如求可采用矩形法，梯形法，辛普生法(即拋物線法)等。為了有效地解題，不僅需要保證算法正確，還要考慮算法的質(zhì)量，選擇較好的算法，或進(jìn)行算法的優(yōu)化。2.算法的特點(diǎn)一個(gè)算法，必須具有以下特點(diǎn)：(1)僅有有限的操作步驟，即“有窮性”(無(wú)死循環(huán))。(2)算法的每一個(gè)步驟應(yīng)當(dāng)是確定的，即無(wú)“二義性”。(3)有適當(dāng)?shù)妮斎?，即有確定的條件。(4)有輸出結(jié)果。沒(méi)有輸出的算法是無(wú)意義的。(5)算法中的每一個(gè)步驟都應(yīng)當(dāng)有效執(zhí)行(無(wú)死語(yǔ)句)。3.算法的重要性掌握最基本的、常用的算法是很重要的，算法設(shè)計(jì)是整個(gè)程序設(shè)計(jì)的核心。著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思(Wirth)曾提出一個(gè)公式：程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)初學(xué)者而言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即是語(yǔ)言提供的各種數(shù)據(jù)類型，無(wú)大難點(diǎn)。這樣編程的任務(wù)主要是考慮算法問(wèn)題，當(dāng)然還要學(xué)會(huì)基本的語(yǔ)句和語(yǔ)法。4.算法的表示方法用自然語(yǔ)言表示2)用傳統(tǒng)流程圖表示圖1.4傳統(tǒng)流程圖常用符號(hào)

例1.3求，用傳統(tǒng)流程圖表示，見(jiàn)圖1.5。圖1.5矩形法求積分3)用N-S流程圖表示例1.4求，用