c语言程序设计第十一讲第五章下.pptx

1第五章C C程序结构第1页/共71页2主要内容数值类型函数和标准库函数函数定义和程序的函数分解C程序结构与变量预处理命令定义常量字位运算符编程实例第2页/共71页3知识回顾及提升最重要的思想模块化程序设计思想函数分解及其思想C程序的组成对象（变量、函数）的存在、声明与使用变量的生命周期和作用域第3页/共71页4复杂问题简单问题简单问题1简单问题简单问题2简单问题简单问题n解解1解解2解解n分解整合整合整个问题的解解解解解复杂问题分解与问题解决第4页/共71页5解决问题的办法：化整为零，把复杂程序分解成不同的小模块，分别实现。长程序划分第5页/共71页6模块化程序设计思想总体功能总体功能子功能子功能子功能子功能子功能子功能子功能子功能自顶向下自顶向下逐步细化逐步细化重要的软件开发手段软件工程管理理念问题：高级语言提供了什么机制来支持模块化问题：高级语言提供了什么机制来支持模块化程序设计程序设计？第6页/共71页7高级语言常见的抽象机制子程序，sub-program,sub-routine过程，procedure函数，function类，class包，package模块，module组件，component程序，programC语言提供的语言提供的最基本的代码最基本的代码抽象机制抽象机制第7页/共71页8小模块小模块2小模块小模块1函数一般可以传递数据，通过参数传模块间调用返回结果小模块小模块n共处共处应用环境应用环境1应用环境应用环境m大模块大模块1大模块大模块2大模块大模块K打包打包应用于应用于工具箱工具箱xx.caa.c组件，包，模块，程序第8页/共71页9main()AvgMultiply(.,1000,);AvgMultiply(,100,);AvgMultiply(,10000,);double AvgMultiply(double array,int n,double y)计算计算n个数的平均值个数的平均值Y;返回结果；返回结果；名字名字从外部获取数据从外部获取数据返回结果返回结果C语言把功能语言把功能独立或相同、独立或相同、相似的片段抽相似的片段抽象成一个函数象成一个函数重复的片段用重复的片段用函数调用代替函数调用代替合称为：合称为：Interface接口，接口，A common boundary between two distinct entities.独立定义独立定义独立实现独立实现独立使用独立使用效效率率/2;一改一改全改全改第9页/共71页10函数说明规范：接口说明/*函数名称:写出函数的名称功能描述:描述出函数具有的功能函数参数:输入输出参数说明，对每个参数都需要作出仔细说明返回值:返回值说明，或者标明无返回值模块历史:谁于某年某月某日创建本模块，创建人email 谁于某年某月某日修改本模块，修改人email 修改原因：可有可无，根据需要添加*/用处？用处？第10页/共71页11C的模块和C程序结构一组函数构成一个函数模块；在C程序里，一个*.c或*.cpp文件就是由多个函数构成的一个功能模块；每个功能模块编译后构成一个独立的目标模块*.obj多个目标模块绑定在一起构成一个*.exe文件第11页/共71页12a.cb.c*.c一个C程序的组成函数函数函数a.objb.obj*.obj编译MyProg.exe编译编译链接组织成一组织成一个项目个项目项目的中项目的中间结果间结果项目的最项目的最终结果终结果模块模块第12页/共71页13模块文件第13页/共71页14*.exe文件*.obj文件第14页/共71页15变量的作用域与存在期变量定义确定了变量何处、何时能使用何处能使用作用域能够使用变量的范围代码段何时能使用存在期确定变量建立和销毁时间时间段。各种变量的存在期可能不同。变量实现的基础是内存单元，存在期就是变量被分配内存空间到撤消的期间第15页/共71页16存储区示意图内存内存静态存储区静态存储区动态存储区动态存储区程序代码程序代码程序占用的存储区程序占用的存储区第16页/共71页17存储区用途静态存储区主要用途保存采用静态分配方式的变量的内容外部变量（全局变量）静态内部变量保存程序中的字符串常量动态存储主要用途供自动型内部变量的空间分配使用供显式动态分配的存储空间分配(见后续内容)第17页/共71页18变量类别及其存在期内部变量的类别auto默认的内部变量类别，可以不用写，存储单元在运行过程中动态分配和释放static静态内部变量，保存在静态存储区，存储单元在程序启动时分配，程序结束时释放。外部变量在函数之外定义的变量称为外部变量、全局变量。External variableExternal variable全部保存静态存储区，程序启动时分配，程序结束时释放。在外部变量前加static只影响对应变量的可见范围，但不影响变量的生命周期。第18页/共71页19函数中的参数形式参数和实际参数formal argument形式参数定义函数时给出的参数，称为形式参数Arguments occurred in function list when defining a functionactual argument实际参数调用函数时给出的参数，称为实际参数Arguments occurred in function list when calling a functionC函数的参数是值参数。函数调用时先计算实参表达式的值把值复制给对应形参而后执行函数体。函数内对形参的操作与实参无关。第19页/共71页20C语言的函数原型函数存在信息函数原型function prototype声明某一个函数的存在在使用某个函数以前，用函数原型来声明某个函数已经是一个合法的、有定义的函数，请声明之后的代码放心使用该函数。Use function prototype to declare the existence of a function原型说明的形式与函数头部类似，加分号；参数名可省略，可与函数定义用的名字不同；原型的参数名最好用有意义的名字，有利于写注释。提倡把原型说明都放在程序文件最前面第20页/共71页21另外一种组织写函数原型办法将自己写的所有的函数的函数原型都写在一起，组织成一个扩展名为.h的header file，即头文件，如abc.h然后在.c或.cpp程序模块的首部用文件包含命令包含该头文件，如#include“abc.h”思考：有什么好处？第21页/共71页22主要内容数值类型函数和标准库函数函数定义和程序的函数分解C程序结构与变量预处理命令定义常量字位运算符编程实例第22页/共71页23C语言源程序编译目标模块连接可执行程序函数库C程序加工过程编译之前还有一个源代码预加工的过程5.5 预处理第23页/共71页24有预处理命令的C源程序编译目标模块连接可执行程序函数库C程序加工过程包含有编译前的预处理的功能预处理没有预处理命令的C源程序最先做的步骤，预处理程序负责处理源程序里的所有预处理命令，生成不含预处理命令的源程序。预处理命令加在程序中指示预处理程序进行代码处理工作的指令。预处理命令作用：简化编程工作第24页/共71页25预处理命令C源程序中以字符#开始的命令即为预处理命令常见的预处理命令包括#include#define#undef#if#else#elif#endif第25页/共71页26把指定文件内容包含到当前源文件#include 形式1#include 文件名形式2形式1：用于包含系统头文件，预处理程序到指定目录找文件（通常指定几个系统文件目录）。形式2：用于包含自己的文件。预处理程序先在源文件所在的目录里找，找不到时再到系统指定目录中去找。文件包含命令处理过程：在文件系统中查找指定的文件，如果找到，就用找到的文件的内容取代该命令行。被包含文件里如有预处理行也会处理。第26页/共71页27stdio.h或math.h 为标准头文件（.h 扩展名），它们在系统子目录里（目录名为 include或h），内容包括标准函数原型、系统使用的符号常量定义等。预处理时，文件内容插入到预处理命令行处。相当于在源文件中写这些函数原型，使编译程序能正确完成对标准库函数调用的处理。#include#include注意：写程序时一定要包含必要的系统头文件。第27页/共71页28#include“abc.h”double area(double r)return PI*r*r;abc.cpp系统目录中的头文件如果找到，用相应的头文件里的内容替代包含命令。double area(double r);int func2();void func3();enum YES,NO;#define PI 3.14159继续处理abc.h文件包含处理过程及示例double area(double r);int func2();void func3();enum YES,NO;#define PI 3.14159double area(double r)return PI*r*r;处理后的abc.cpp第28页/共71页291 1、一个#include#include命令只能指定一个被包含的文件，若要包含n n个文件，应使用n n个#include#include命令；2 2、若文件1 1包含文件2 2，而文件2 2中要用到文件3 3的内容，则可在文件1 1中用2 2个#include#include命令分别包含文件2 2和文件3 3，而且文件3 3应出现在文件2 2之前，如下表示：file1.cfile1.c#include#include“file3.hfile3.h”#include#include“file2.hfile2.h”.3 3、文件包含可以嵌套。4 4、预编译后的包含文件和源程序文件成为一个文件，所有的externextern变量将成为源程序文件中的全局静态变量。说明：第29页/共71页30#include“flie2.h”file1.cfile2.h#include“flie3.h”不包含#include命令file3.h#include“flie3.h”#include“flie2.h”file1.c不包含#include命令不包含#include命令file2.hfile3.h等价第30页/共71页31#define开始，两种形式：简单宏定义，形式：#define 宏名字 替代正文替代正文可以是任意正文序列，到换行为止。如最后是“”，下一行还作为宏定义的继续。作用：为宏名字定义替代，由整个替代正文构成。预处理程序记录宏名字及其替代。在源程序中遇到宏名字标识符时，就用替代正文替换，这种操作称为宏展开或宏替换。宏定义与宏替换第31页/共71页32#define NUM 30#define SLD static long double#define NOSTOP while(1)程序中的：SLD x=2.4,y=9.16;替换后变成：static long double x=2.4,y=9.16;预处理程序做正文替换，替代正文可以是任何内容。后无 ；第32页/共71页33带参数宏定义，形式：#define 宏名字(参数列表)替代正文宏名字与括号间不能有空格，逗号分隔的标识符看作参数。替换正文为任意正文序列。宏调用的替换分两步展开：先用各实参替代宏定义替代正文里的参数；再将代换的结果代入宏调用位置。预处理中将被展开为：z=(x+y)(x*y)?(x+y):(x*y);使用形式与函数调用类似，以类似参数的形式给出宏参数的替代段，用逗号分隔，称为宏调用。#define min(A,B)(A)(B)?(A):(B)z=min(x+y,x*y);第33页/共71页34注意：宏展开可能引起参数多次计算。如：z=min(n+,m+);展开后的形式是：z=(n+)(m+)?(n+):(m+)替代正文各参数和整段应括起，避免出错。例：#define square(x)x*x在特定环境下可能出问题，例如：z=square(x+y);展开后的形式：z=x+y*x+y 使用带参宏与调用函数的意义不同。程序加工中在“当地”展开。程序执行中并没有调用动作，宏定义/调用中没有类型问题。一个宏能否使用/使用中发生什么/能否得到预期效果，完全看展开后的情况。第34页/共71页35n人们有时用宏定义简化程序书写。n带参宏的展开可避免函数调用开销，但使程序变长。n复杂宏定义展开后出错很难定位。n应谨慎使用（尽量少使用）宏。n写宏定义的常见错误是在定义行最后写分号。该分号将被代入程序，有可能引起语法错误。宏定义从定义处起作用直到文件结束。一个文件里不允许对同一宏名字重复定义。#undef取消已有定义：#undef 宏名字第35页/共71页361.1.宏名一般都用大写字母表示，以区别于变量;2.2.宏定义只是替代,减少了在程序中书写的工作量,只是一个简单的代替,不作语法检查;3.3.宏定义不是语句,不必再其后加上“;”;4.4.在宏定义中可以进行多层的替代.#definre R3.0#define PI3.1415#define L2*PI*R#define SPI*R*Rmain()printf(“L=%fnS=%fn”,L,S);说明第36页/共71页37例#include#define PI 3.1415#define S(r)PI*r*rint main()double a,area;a=3.6;area=S(a);printf(“r=%fnarea=%fn”,a,area);return 0;或enum PI=3.1415;第37页/共71页38例#include#define M3#define NM+2#define S(N)N*N*Nint main()printf(%dn,S(N);return 0;运行结果为：17第38页/共71页39条件编译一、引入条件编译的原因：只对源程序中满足条件的部分内容进行编译。可以减少被编译的语句，从而减少目标程序的长度。二、定义形式：第39页/共71页40程序段可以是语句串，也可以是命令行方式3 3为嵌套定义方式2 2：#if#if 整型表达式程序段1 1#else#else程序段2 2#endif#endif方式1 1：#if#if 整型表达式程序段1 1#endif#endif方式3 3：#if 整型表达式程序段1#elif 整型表达式 程序段2#elif 整型表达式 程序段3#else程序段n#endif第40页/共71页41谓词defined。使用形式：defined 标识符标识符或 defined(标识符标识符)标识符标识符是有宏定义时，defined(标识符)得到1，否则得0#ifdef 标识符标识符相当于#if defined(标识符标识符)#ifndef 标识符标识符 相当于#if!defined(标识符标识符)方式4 4：#ifdef#ifdef 标识符程序段1 1#else#else程序段2 2#endif#endif方式5 5：#ifndef#ifndef 标识符程序段1 1#else#else程序段2 2#endif#endif第41页/共71页42#define COMPUTER_A 1#ifdef COMPUTER_A#define INTEGER_SIZE 16#else#define INTEGER_SIZE 20#endif#define DEBUG 1#ifdef DEBUG printf(“x=%d,y=%d,z=%dn”,x,y,z);#endif 预处理后只剩下#define INTEGER_SIZE 16参与编译预处理后printf参与编译,若不在希望编译printf得到输出，则删除#define DEBUG 1命令行。第42页/共71页43例#define LETTER 1int main()char c;int i=0;while(c=getchar()!=n)i+;#ifdef LETTER if(c=a&c=A&c=Z)c=c+32;#endif printf(“%c”,c);return;第43页/共71页44主要内容数值类型函数和标准库函数函数定义和程序的函数分解C程序结构与变量预处理命令定义常量字位运算符编程实例第44页/共71页45定义定义“常量常量”有三种方式：有三种方式：n用用enum定义枚举常量，定义枚举常量，n用预处理命令用预处理命令 “定义常量定义常量”n用用const定义常值变量，定义常值变量，C程序设计界的一般看法：程序设计界的一般看法：宏定义是简单正文代换，无语法和语义限制。可将标识符代换为任何东西，容易使源程序意义难以理解。原则是：能用其他方式的地方绝不应该用宏。因为宏定义没有类型的概念。5.6 定义常量 第45页/共71页46const是变量，但不能赋值。const可为任何类型的。const不能用于常量表达式。如不能用作case标号，不能用于初始化外部变量或枚举常量。许多书籍用宏定义的方式定义常量。如写#define len 20#define Pi 3.14159265 建议尽可能用枚举常量和 constconst。枚举常量值为int，只能用于定义int常量。可用在需要“常量表达式”的地方，如作为case标号，初始化其他枚举常量和外部变量等。第46页/共71页47n枚举是枚举是int值，如果需要整数类型的常量，应该用枚举定义值，如果需要整数类型的常量，应该用枚举定义n需要需要其他类型的其他类型的“常量常量”可考虑可考虑const:const double Pi=3.14159265;const double E=2.71828;n只有在这两种方式都不合适，而用宏定义又能带来特别的方只有在这两种方式都不合适，而用宏定义又能带来特别的方便时，才应考虑它。便时，才应考虑它。第47页/共71页48主要内容数值类型函数和标准库函数函数定义和程序的函数分解C程序结构与变量预处理命令定义常量字位运算符编程实例第48页/共71页49简单程序很少用位是最小数据单位。有些数据用几个位就能表示。如单词统计程序中state可用一位表示。可考虑把多个这类数据存入一个变量里。系统程序常需直接操作位数据。硬设备的状态常用二进制串表示，操作它们常需用二进制位串发命令。C提供了位操作和字位（按位）运算符，可用于各种整型数据，把整数看成二进制序列实现位运算。5.7 字位运算符第49页/共71页50位运算：从一两个 0/1值计算出一个0/1结果。常见：1）位否定：参数值1时得0，0时得1；2）位与：两参数都是1时得1，否则0；3）位或：两参数都是0时得0，否则1；4）位异或：恰有一参数为1时得1，否则0。字位运算符基于上面位运算，用于整型得到整型结果。字位否定字位与&字位或|字位异或对各位求否定；二元从两数的各位算出结果的各位。第50页/共71页51例：设x和y都是16位的整变量，值分别是：x:0010,1001,0101,0111y:1001,1100,1111,1010对x和y的各种字位运算：x1101,0110,1010,1000 x&y 0000,1000,0101,0010 x|y 1011,1101,1111,1111x y 1011,0101,1010,1101第51页/共71页52掩码的概念掩码（mask）为做位运算而构造的二进制串。例如通过将掩码与运算对象进行位运算，获取运算对象的某位的状态，而将其它不关心的位屏蔽掉。若想在设置运算对象部分位的值同时不影响其它位的值，也需要用掩码。（类似于交警在道路上画标志的时候用的模子）掩码常用十六进制、八进制形式书写。为什么要叫掩码为什么要叫掩码？mask第52页/共71页53例，设x是16位整型，写表达式判断x的第5位和第8位是否都为0。整数从低位向高位顺序为第0到第15位：15 0位x1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1掩码0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0用掩码与x做字位与，第5位和第8位的信息留下来，结果中其他位总是0。上述条件可写为：x&0 x0120=0int isok(int x)return(x&0 x0120)=0?1:0;可简化：int isok(int x)return(x&0 x0120)=0;第53页/共71页54常用操作使用的掩码和运算（解释，举例）：1）取出被处理二进制串的某些位：用&运算；掩码：这些位为1其他位为0。2）把某些位置设为0其他位不变（“复位”/“清0”）：用&运算；掩码：要改变位为0，其他位为1。3）把某些位置设为1其他位不变（“置位”/“置1”）：用|运算；掩码：要设置的位为1，其他位为0。4）翻转某些位而其他位不变（翻转）：用 运算；掩码：要翻转位为1/其他位为0。这些运算总从两个整数（二进制串）求出结果，不改变原有计算对象。第54页/共71页55另外两个位运算：左移和右移。把数看作位序列，求这个序列左移或右移若干位得到的序列：左移：二元运算符，其左运算对象的是被左/右移的数据，右运算对象指明移位数,移空出位置补0。与二元字位运算对应赋值运算符：&=|=修改左边运算对象（掩码放在右边）。例：n&=0 xfffe n的最低位置0.对应运算符是=。左移可用于将整数值乘2的幂，右移可实现除以2的幂。例：x (p+1-n)&(0(p+1-n)将x右移，把所需n位移到右端。掩码：0的字位否定得到全1，左移n位使最低n位变0其余位是1。求否定得到低n位为1，高位都是0的掩码。掩码与x右移结果做字位与就取出了所需的n位。p位 p-n位 0位x1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1第56页/共71页57 p位 p-n位 0位x1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1(x (p+1-n)&(0(p+1-n)01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10n1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1(0(p+1-n)&(0(p+1-n)0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1(0(p+1-n)&(0n)x0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0第58页/共71页59主要内容数值类型函数和标准库函数函数定义和程序的函数分解C程序结构与变量预处理命令定义常量字位运算符编程实例第59页/共71页605.8 程序设计实例简单猜数游戏：随机生成某范围的数要求用户猜。用户输入猜测后应答：too big，too small，you win。设计：用随机数生成器产生随机数。在程序开始要求范围（0到32767的整数），后进入游戏循环。用户猜后询问是否继续。程序主要部分交互输和输出。从用户得到数的生成范围do 生成一个数m 交互式地要求用户猜数，直至用户猜对 while(用户希望继续);结束处理 基本设计：第60页/共71页61把取范围和取下一猜数定义为函数：int getrange(void);int getnumber(int limit);getrange要求2到32767的值，超范围就要求重输入。getnumber的猜测值也应在范围内，否则提示重输。给用户几次重输入机会，超过次数仍不对时返回负值，交给调用程序段处理。设计思路随机数用标准函数rand生成。若范围为0到m1，可用如下语句得到所需的随机数：unknown=rand()%m;将用户继续判断定义为0/1值函数，控制大循环：int next(void);第61页/共71页62int main()int m,unknown,guess;if(m=getrange()0)return 1;+m;/*取模的数应比最大的数大一*/do unknown=rand()%m;while(1)if(guess=getnumber(m)unknown)printf(Too big!n);else if(guess unknown)printf(Too small!n);else printf(You win!);break;while(next();printf(Game over.n);return 0;第62页/共71页63读入猜数上界的函数用常量限定用户出错次数，以免无穷循环。检查输入的合法性，合适时返回；有问题时要求用户重输。重复次数超过ERRORNUM时返回负值。enum ERRORNUM=5;int getrange(void)int i,n;for(i=0;i ERRORNUM;+i)printf(Choose a range 0,n.Input n:);if(scanf(%d,&n)!=1|n32767)printf(Wrong.A number in 232767.n);while(getchar()!=n);else return n;return-1;第63页/共71页64读入猜测数的函数与前一个类似。需要数值范围参数，检查有所不同，函数结构一样：int getnumber(int m)int i,n;for(i=0;i ERRORNUM;+i)printf(Your guess:);if(scanf(%d,&n)!=1|n=m)printf(Wrong!A number in 0%d.n,m-1);while(getchar()!=n);else return n;return-1;第64页/共71页65int next(void)int c;printf(Next game?(y/n):);while(isspace(c=getchar()/*跳过空白*/;if(c=y)return 1;else return 0;把这些函数集成到一起，加上适当头文件就完成了。能否进一步优化？第65页/共71页66加密和解密。如要保存或传输文本（或其他文件），不希望别人了解文件内容。可通过加密改变文件形式。为看到文件真实内容需要恢复文件原貌，即解密。加密/解密互逆，历史悠久，可利用任何辅助信息/手段。用计算机做加密/解密，需要定义一套改变文件内容编码的系统方案，要求这一修改是可逆的，以便解密。下面介绍的是极其简单的变换。人们提出了许多更加安全更技术性的变换方法，以满足各种需要。简单的文本加密程序的工作就是读入一个个字符，通过一个函数把变换修改过的字符写出去。有关密码研究已形成了一个成果丰富的领域，有兴趣可以自己找相关的书籍和文章。第66页/共71页67一个简单的加密程序：#include int code(int c)return c+13;int main()int c;while(c=getchar()!=EOF)putchar(code(c);return 0;相应解密函数：int decode(int c)return c-13;需要另外写一个类似程序，其中调用这个函数。第67页/共71页68用按位异或运算写出的加密函数是自解密函数：#include const int coding=0 xFF;int code(int c)return ccoding;int main()int c;while(c=getchar()!=EOF)putchar(code(c);return 0;第68页/共71页69作业p17316题加上适当的.h文件完成猜数游戏并测试，可进行适当的优化选做题12第69页/共71页70前五章总结讨论了基本的程序和程序设计问题源程序，加工和执行；数据，类型和表达式计算；执行控制，基本控制结构和执行流程；函数定义与调用，程序功能分解；数据内部与外部形式之间的转换，输入和输出C程序结构、变量的作用领域有存贮类型后半部分内容复杂数据类型及其上的操作第70页/共71页71感谢您的欣赏！第71页/共71页