C語言程序設計教程

許薇，廣州商學院教授，碩士，畢業於華北電力大學。中國計算機學會 會員、 數據庫考評員、ACM中國委員會會員、 教學評估專家。長期從事計算機應用與數據庫開發研究，主講“C語言程序設計”“數據庫原理”等課程。先後主持省級精品課程“數據庫原理”、省級 課程“大學計算機基礎”，主持省級以上教研課題20餘項，發表學術論文60餘篇。主編《案例式C語言程序設計教程》《C語言程序設計》等18部教材，堅持“案例驅動、學以致用”原則，註重理論與實踐並重，配套教學資源豐富。所編教材被多所高等院校選為程序設計課程教材，廣受師生好評。<br /><br />同軍紅，廣州商學院副教授， 工程師，先後畢業於西北農林科技大學、華南理工大學。主要從事計算機科學與技術相關專業的教學研究，主講“C語言與程序設計”“離散數學”“操作系統”等課程，先後主持省級多項教改項目，發表學術論文20多篇。主編、參編《離散數學》《線性代數》《C語言程序》等多部教材。堅持以學生為中心，開展項目驅動式教學，教材中多以面向應用型為主進行教學，受到師生們的喜愛。<br /><br />劉雲香，計算機應用技術專業，博士、副教授。長期從事軟件工程開發研究，主講“C語言程序設計”“數據庫原理”“軟件工程”等核心課程。先後主持多門校級 課程、校級 課程，深耕一線教學與科研工作。主編、參編《Python編程競賽指南》《數據庫原理與應用》等多部教材，秉持學以致用、理實結合的教學理念，註重學生實踐能力與創新思維培養。<br /><br />何誌強，廣州商學院副教授、 實驗師，博士。廣東省教育評估協會常務理事。長期從事教育信息化和計算機類課程教學、研究和實踐工作，主講“計算機基礎”“網絡與新媒體技術”等課程。先後主持或作為主要成員完成廣東省教育科學規劃項目等教研、科研課題10餘項，發表學術論文20餘篇。曾獲校級教學成果獎一等獎。<br /><br />李迪宏，廣州商學院副教授、信息系統項目管理師，碩士，畢業於華南師範大學。廣東省高等學校教學管理學會教材建設與管理專業委員會常務理事、廣東省高等教育學會教育技術專業委員會理事。長期從事計算機應用與項目管理研究，主講“計算機應用基礎”“IT項目管理”“數據結構”等課程。先後主持及參與省級以上教研課題10餘項，發表學術論文10餘篇，獲省級以上教學成果獎4項。

前言
第1章　從問題到程序：計算思維初探　1
1.1　程序設計與計算思維　1
1.1.1　什麼是計算思維　1
1.1.2　從現實問題到程序解決方案　2
1.2　C語言概述與開發環境搭建　2
1.2.1　C語言的歷史、特點與應用領域　2
1.2.2　集成開發環境的安裝與基本使用　4
1.3　第一個程序與程序調試初體驗　11
1.3.1　“Hello, World!”程序的結構剖析　11
1.3.2　編譯、鏈接與運行　12
1.3.3　使用調試器進行單步執行與
變量觀察　13
1.4　項目實踐：順序結構下printf()
的使用　15
1.4.1　輸出“Welcome to You!”　15
1.4.2　用“*”組成的三角圖案　16
1.5　本章小結　16
1.6　習題　17
第2章　數據表示與運算：程序
的基石　18
2.1　變量、常量與基本數據類型　18
2.1.1　標識符命名規則　18
2.1.2　整型、實型與字符型變量　19
2.1.3　常量的定義與使用　21
2.2　運算符與表達式　23
2.2.1　算術、賦值、關系與邏輯運算符　23
2.2.2　運算符的優先級與結合性　25
2.3　數據類型轉換　27
2.3.1　自動類型轉換　27
2.3.2　強制類型轉換　27
2.4　項目實踐：程序的基石　28
2.4.1　計算華氏溫度　28
2.4.2　整數四則運算實現　29
2.4.3　計算存款利息　30
2.5　【工程師筆記】命名規範與代碼
可讀性　31
2.6　本章小結　32
2.7　習題　32
第3章　分支結構：讓選擇成真　35
3.1　用if語句實現選擇結構　35
3.1.1　if語句的基本形式　35
3.1.2　嵌套的if語句　38
3.2　用switch語句實現多分支
選擇結構　39
3.2.1　switch語句的基本形式　39
3.2.2　switch語句的執行過程　39
3.2.3　用switch和break語句
實現選擇結構　39
3.3　條件表達式構成的選擇結構　40
3.4　項目實踐：讓選擇成真　41
3.4.1　整數比較大小　41
3.4.2　高速公路超速處罰　42
3.5　本章小結　43
3.6　習題　43
第4章　循環結構：重覆的力量　45
4.1　循環結構的基本概念　45
4.1.1　循環的必要性：為什麼需要
重覆執行　45
4.1.2　循環的三要素　45
4.2　三種循環結構詳解　46
4.2.1　for循環　46
4.2.2　while循環　48
4.2.3　do-while循環　50
4.3　循環控制語句　52
4.3.1　break語句　52
4.3.2　continue語句　54
4.3.3　循環控制語句的合理使用　55
4.4　循環嵌套與覆雜模式　56
4.4.1　多重循環的概念與執行流程　56
4.4.2　經典循環模式：窮舉、疊代、
查找　57
4.4.3　循環嵌套的應用實例　60
4.5　項目實踐　 61
4.5.1　多項式求和　61
4.5.2　探尋小球運動軌跡　63
4.6　【調試偵探所】初訪：死循環的
成因與排查　66
4.7　本章小結　69
4.8　習題　69
第5章　模塊化設計：函數　70
5.1　函數的基本概念　70
5.1.1　模塊化編程思想　70
5.1.2　函數的定義與聲明　71
5.1.3　函數的調用與返回　72
5.2　函數的參數傳遞　73
5.2.1　值傳遞　73
5.2.2　地址傳遞　73
5.3　變量的作用域與生存期　74
5.3.1　局部變量與全局變量　74
5.3.2　變量的存儲類別：auto、
static　75
5.3.3　不同存儲類別變量的特性對比　75
5.4　函數的嵌套與遞歸調用　76
5.4.1　函數的嵌套調用　76
5.4.2　遞歸函數的基本原理　76
5.4.3　經典遞歸問題分析：階乘、
斐波那契數列　77
5.5　項目實踐：基石的封裝　81
5.5.1　找奇數並求累加和　81
5.5.2　輸出水仙花數　82
5.6　【調試偵探所】參數傳遞誤解
導致的錯誤　83
5.7　本章小結　84
5.8　習題　84
第6章　批量數據的組織：數組　88
6.1　一維數組　88
6.1.1　為什麼需要數組：處理批量數據　88
6.1.2　數組的定義、初始化和內存布局　89
6.2　一維數組的操作與應用　90
6.2.1　數組元素的訪問與遍歷　91
6.2.2　常見數組算法：查找、排序、
統計　93
6.2.3　數組作為函數參數　96
6.3　字符數組與字符串　101
6.3.1　字符數組的特殊性　101
6.3.2　字符串的存儲與處理　102
6.3.3　常用字符串處理函數　106
6.4　二維數組　110
6.4.1　二維數組的定義與初始化　110
6.4.2　二維數組的遍歷與應用　111
6.4.3　二維數組與矩陣運算　113
6.5　項目實踐：批量組織實現　114
6.5.1　尋找線性組織中的極值及下標　115
6.5.2　上三角矩陣的判斷　116
6.6　【工程師筆記】　118
6.6.1　數組越界訪問的危害與防範　118
6.6.2　數組長度的管理與維護技巧　121
6.7　本章小結　122
6.8　習題　122
第7章　內存的精確訪問：指針　128
7.1　指針的基本概念　128
7.1.1　地址與指針：內存訪問的基礎　128
7.1.2　指針變量的定義與初始化　131
7.1.3　指針運算符：&和*　132
7.2　指針的運算與應用　134
7.2.1　指針的算術運算　134
7.2.2　指針與數組的關系　137
7.2.3　通過指針訪問數組元素　138
7.3　指針作為函數參數　141
7.3.1　使用指針實現引用傳遞　141
7.3.2　指針參數的應用實例　143
7.3.3　常量指針與指針常量　145
7.4　指針與字符串　147
7.4.1　字符指針與字符串常量　148
7.4.2　指針操作字符串的優勢　149
7.4.3　常見的字符串指針操作函數　151
7.5　項目實踐：神奇的鑰匙　153
7.5.1　公共空間極值存放　153
7.5.2　逆序遍歷線性單元　155
7.6　【調試偵探所】野指針與非法
內存訪問　158
7.7　本章小結　161
7.8　習題　161
第8章　自定義數據類型：結構體　166
8.1　結構體的基本概念　166
8.1.1　為什麼需要結構體：表示
覆雜實體　166
8.1.2　結構體類型的定義　167
8.1.3　結構體變量的聲明與初始化　168
8.2　結構體的操作　170
8.2.1　結構體成員的訪問　171
8.2.2　結構體變量的賦值與比較　172
8.2.3　結構體作為函數參數　173
8.3　結構體數組與指針　177
8.3.1　結構體數組的定義與使用　178
8.3.2　指向結構體的指針　181
8.3.3　指針訪問結構體成員　184
8.4　其他自定義數據類型簡介　186
8.4.1　共用體的概念與特點　186
8.4.2　枚舉類型的定義與使用　191
8.5　項目實踐：抽象結構實現　193
8.5.1　職工工資的計算　193
8.5.2　查找書籍　194
8.6　【工程師筆記】　196
8.6.1　結構體內存對齊的原理與影響　196
8.6.2　大型結構體傳遞的性能考慮　198
8.7　本章小結　198
8.8　習題　198
第9章　動態內存管理　204
9.1　動態內存分配的必要性　204
9.1.1　靜態內存分配的局限性　204
9.1.2　動態內存分配的應用場景　205
9.2　動態內存管理函數　205
9.2.1　malloc函數：內存分配　205
9.2.2　calloc函數：分配並初始化　207
9.2.3　realloc函數：調整內存大小　208
9.2.4　free函數：內存釋放　210
9.3　動態數組的實現　211
9.3.1　一維動態數組　211
9.3.2　二維動態數組　213
9.3.3　動態數組的擴展與收縮　218
9.4　動態內存管理的常見問題　220
9.4.1　內存泄漏及其檢測　221
9.4.2　重覆釋放與野指針　221
9.4.3　內存分配失敗的處理　222
9.5　【調試偵探所】內存泄漏追蹤　 223
9.6　本章小結　225
9.7　習題　225
第10章　數據的長期記憶：文件
操作　227
10.1　文件的基本概念　227
10.1.1　文件與流　227
10.1.2　文本文件與二進制文件　228
10.1.3　文件指針與文件位置　229
10.2　文件的打開與關閉　229
10.2.1　文件打開模式　230
10.2.2　文件打開失敗的處理　230
10.2.3　正確關閉文件的重要性　231
10.3　文件的順序讀寫　232
10.3.1　字符讀寫函數：fgetc、
fputc　232
10.3.2　字符串讀寫函數：fgets、
fputs　234
10.3.3　格式化讀寫函數：fscanf、fprintf　234
10.3.4　數據塊讀寫函數：fread、fwrite　235
10.4　文件的隨機訪問　237
10.4.1　文件位置定位函數　237
10.4.2　隨機訪問的應用場景　239
10.5　【調試偵探所】文件操作常見錯誤　240
10.6　本章小結　243
10.7　習題　243
第11章　綜合與展望：構建完整
系統　245
11.1　多文件編程與工程管理　245
11.1.1　頭文件的作用與編寫規範　246
11.1.2　多文件項目的組織方式　247
11.1.3　編譯多個源文件　248
11.2　從模塊到系統的整合思維　249
11.2.1　系統架構設計的基本考慮　249
11.2.2　模塊接口設計與耦合度控制　251
11.2.3　系統集成與測試策略　252
11.3　編碼規範與工程素養　253
11.3.1　良好的代碼風格　253
11.3.2　註釋的合理使用　254
11.3.3　版本控制初步概念　255
11.4　C 語言應用領域拓展　256
11.4.1　嵌入式系統開發　256
11.4.2　操作系統與系統編程　257
11.4.3　高性能計算與算法實現　258
11.5　【綜合項目指引】學生成績管理
系統完整架構　258
11.6　【工程師筆記】　261
11.7　本章小結　261
11.8　習題　261
參考文獻　263