第1章 程序设计基础

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计算机程序性质 — 程序有明确的目的，程 序运行时能完成赋予它的功能。 分步性 — 程序为完成其复杂的功 能，由一系列计算机可执行的步骤 组成。
目的性
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计算机程序性质（续）
— 程序的执行步骤是有序的， 不可随意改变程序步骤的执行顺序。 有限性 — 程序是有限的指令序列， 程序所包含的步骤是有限的。 操作性 — 有意义的程序总是对某些 对象进行操作，使其改变状态，完成 其功能。
有序性
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程序设计
程序设计主要内容
设计数据结构和算法， 编制程序和调试程序 程序设计是设计和编制程序的过程。
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机器语言、汇编语言和高级语言 程序设计语言是人与计算机进行信 息通讯的工具，是用来书写计算机程序 的语言。
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机器语言
计算机的指令系统称为机器语言， 所有的计算机都只能直接执行由其自身 机器语言编写的程序。 机器语言与计算机的硬件密切相关， 机器语言中的计算机指令通常用一个二 进制形式的代码，由若干位1和0组成。 一条计算机指令指示计算机一次完成一 个最基本的操作。
一、C语言的起源
1963 年 剑 桥 大 学 推 出 CPL 语 言 （ Combined Programming Language）（规模太大，难以实现）， 1967年推出简化版BCPL语言（Basic CPL ），1970 年贝尔实验室进一步简化，取名为B语言（取BCPL的 第1个字母）并用B语言编写了UNIX操作系统，但B语 言过于简单，功能有限，1972年贝尔实验室在B语言 基础上设计出C语言（取BCPL的第2个字母） 。
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do-while循环结构的执行过程
每次循环前，先执行循环体，接着 再求循环条件的值，当条件成立时，再 执行循环体。 如此反复，直到循环条件的值为假， 结束循环操作。
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for 循环结构
由为循环有关变量赋初值的表达 式、循环条件、循环后对变量的修正 表达式和循环执行的循环体组成。 一般形式：
for( 赋 初 值 表 达 式 ； 循 环 条 件 表 达 式 ； 修正表达式) 循环体
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计算机程序包含两方面的内容：
数据对象及数据对象之间关系(数据结构)
描述对这些对象进行加工的步骤(算法)
数据可分数值性数据和非数值性数据
数值性数据: 如整数、实数、双精度数等 非数值性数据: 如字符串、多媒体信息等
数据对象：数据的子集。具有相同性质的数据成
员（数据元素）的集合。 整数数据对象 N = { 0, 1, 2, … } 学生数据对象
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数据结构
定义：由某一数据对象及该对象中所有 数据成员之间的关系组成。记为： Data_Structure = {D, R} 其中，D是数据对象，R是该对象中所 有数据成员之间的关系的有限集合。
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数据结构（续）
程序的处理对象是描述客观事物的 数据，由于客观事物的多样性，会有不 同形式的数据。如整数、实数、字符，以及
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汇编语言
类英语单词缩写的符号指令代替机 器语言的二进制代码指令构成了汇编语 言。 用汇编语言编写的程序在计算机上 执行，先要将用汇编语言编写的源程序 转换成机器语言程序。称完成这个转换 功能的程序为“汇编程序”。
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高级语言 高级语言（也称为程序设计语言） 主要由语句构成，语句是要计算机完成 任务的命令。 用高级语言编写的程序(源程序)在 计算机上执行，先要由编译器（也称为 编译程序）将源程序转换成机器语言程 序。
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高级语言（续） 高级语言是一种既能方便地描述客 观对象，又能借助于编译器为计算机所 接受的语言。 高级语言有统一的语法，独立于具 体机器，便于人们编码，阅读和理解。
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面向过程的语言
80-90年代最流行最经常使用的程序 设计语言属面向过程型的语言。 面向过程的语言虽可独立于计算机 编写程序，但用这类语言编写程序时， 程序不仅要说明做什么，更重要的是非 常详细地告诉计算机如何做，程序需要 详细描述解题的过程和细节。
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算法：就是问题的求解方法。
算法的组成：由一系列求解步骤组成，
即一组简单指令和规则组成，计算机按 规则执行其中的指令，并能在有限的步 骤内解决一个问题或者完成一个函数的 计算。算法要求组成算法的规则和步骤 的意义应是唯一确定的，是没有二义性 的。
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算法的操作与选择
必须按算法指定的操作顺序执行,并 能在有限步骤后给出问题的结果。 求解同一问题可能有多种算法，选 择算法的标准首先是算法的正确性和可 靠性，算法简单性和易理解性，即实现 简单也是选择算法的重要标准。其它的 标准还有算法所需要的存储空间少，执 行速度快等。
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逐步求精设计方法（续）
采用逐步求精的方法，由粗到细， 将抽象步骤进一步分解成若干子任务。 分而治之，对仍不具体的抽象子任务再 进行分解。如此反复地一步步细化，算 法越来越具体，抽象成分越来越少，直 至可以编程为止。
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结构化控制结构
1. 顺序结构 顺序结构就是为把一个复杂的计算 用若干简单的顺序计算来实现的一种控 制手段。顺序结构执行时，从序列的第 一个操作开始，顺序执行序列中的操作， 直至序列的最后一个操作执行后结束。
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面向问题的语言
不必关心问题的求解算法和求解的过程， 只需指出问题是做什么，数据的输入和输出 形式，就能得到所需结果。面向问题语言又 称为非过程化语言或陈述性语言，如数据库查
询和操纵语言SQL，能直接使用数据库管理系统。
面向问题语言解题只要告诉计算机做什 么，不告诉如何做，能方便用户的使用，但 效率较低。目前其应用范围还比较狭窄。
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for 循环结构的执行过程
循环前，先执行赋初值表达式，为循环 中的有关变量赋初值； 每轮循环开始，先求循环条件的值，若 条件不成立，则结束循环； 当条件成立时，执行循环体；然后求变 量修正表达式，更新有关变量的值；接着再 次求循环条件。 如此反复，直到条件为假，结束循环。
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1.3 C 语言基础知识
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二、C 语言的优缺点
1. 高效性：C程序往往紧凑且运行速度快。 2. 移植性：C程序不经修改或很少修改就可
以到其他系统上运行。 3. 丰富运算符：算术、关系、逻辑、位、自 增/自减、赋值等等。 4. 数据结构丰富：数据类型有整型、实型、 字符、数组、指针、结构体等，能实现如 链表、树、栈等结构运算。
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数据结构与算法的关系（续）
程序、数据结构和算法三者之间的 关系
程序 ＝ 数据结构 ＋ 算法
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1.2 结构化程序设计
结构化程序设计主要包括：
程序结构自顶向下模块化设计方法
模块算法的逐步求精设计方法 结构化控制结构描述算法和编写程序
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自顶向下模块化设计方法
限制程序复杂性是程序设计核心。 程序结构自顶向下模块化设计方法就是把 大程序按功能划分成一些较小的部分，每 个完成独立功能。 分解模块的原则是简单性、独立性和完整 性。模块化设计方法开发程序，使程序具 有较高的可靠性和灵活性，同时便于程序 的测试和维护。
C 程序设计
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C 程序设计
任课教师: 张向东 课件访问： 虚拟校园
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第1章 程序设计基础
1.1 程序设计基本概念(*)
1.2 结构化程序设计(*) 1.3 Ｃ语言基础知识
1.4 高级语言程序开发环境知识(*)
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1.1 程序设计基本概念
程序 要使计算机能完成人们预定的工 作，就必须把要完成工作的具体步骤 编写成计算机能执行的一条条指令。 计算机执行这个指令序列后，就能完 成指定的功能，这样的指令序列就是 程序。 程序就是供计算机执行后，能完成特定 功能的指令序列。
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面向对象语言
为克服面向过程语言过分强调求解过程 细节，若用来开发大型软件则过于复杂的缺 点，推出了面向对象程序设计方法和面向对 象语言。 面向对象语言引入了对象、消息、类、 继承、封装、抽象、多态性等机制和概念。 用面向对象语言进行程序设计时，以问题中 的对象为基础，将具有类似性质的对象抽象 成类，利用继承机制，对差异进行程序设计。
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二、C 语言的优缺点（续）
5. 对硬件操作：能直接访问内存的物理地址，
所有计算机能够接收和处理的各种各样符号集合。
在程序中，形式不同的数据采用数 据类型来标识。变量的数据类型说明变 量可能取的值的集合、施于变量的操作 的集合。
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数据结构（续）
数据类型定义: 一组形式相同的数据集，对这组数 据可施行的一组操作集。 数据结构是指数据对象及其相互关系 和构造方法，程序的数据结构描述了程 序中的数据间的组织形式和结构关系。
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条件选择结构的执行过程
先计算判断条件，如判断条件的值为真，即 条件成立，则执行分支操作1 ； 否则，若判断条件的值为假，即条件不成立，则 执行分支操作2 。 注意：无论判断条件为何值，条件选择结构只执 行分支操作1或分支操作2之一。 条件选择结构中的分支又可以是任何控制结 构，当分支操作又是条件选择结构时，就呈现嵌 套的条件选择结构。

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数据结构与算法的关系
明确了问题的算法，才能较好设计数
据结构。但要选择好算法，又常常依 赖于合理的数据结构。 程序是和数据结构不可分割的。程序 在描述算法同时，也必须完整地描述 作为算法的操作对象的数据结构。对 于一些复杂的问题，常有因数据的表 示方式和结构的差异，问题的抽象求 解算法也会完全不同。
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逐步求精设计方法
程序设计的基本方法是 抽象 枚举 归纳 抽象包括算法抽象和数据抽象。算法抽 象是指算法的寻求(或开发)采用逐步求 精、逐层分解的方法。数据抽象也指在 算法抽象的过程中逐步完善数据结构和 引入新的数据及确定关于数据的操作。
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逐步求精设计方法（续）