1. C語言簡介

1.1 C語言發(fā)展史

C語言是一種廣泛使用的面向過程的計算機程序設(shè)計語言，既適合于系統(tǒng)程序設(shè)計，又適合于應(yīng)用程序設(shè)計。C語言的發(fā)展歷程大致如圖1-1所示：

圖1-1 C語言的發(fā)展歷程

1.2 C語言的特點

C語言是一種通用的程序設(shè)計語言，語言本身簡潔、靈活、表達能力強，被廣泛用于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)，并且具有良好的可移植性。

C語言的特點可概括如下：

（1）簡潔、緊湊、靈活。C語言的核心內(nèi)容很少，只有32個關(guān)鍵字，9種控制語句；程序書寫格式自由，壓縮了一切不必要的成分。

（2）表達方式簡練、實用。C語言有一套強有力的運算符，達44種，可以構(gòu)造出多種形式的表達式，用一個表達式就可以實現(xiàn)其他語言可能需要多條語句才能實現(xiàn)的功能。

（3）數(shù)據(jù)類型豐富。數(shù)據(jù)類型越多，數(shù)據(jù)的表達能力就越強。C語言具有多種數(shù)據(jù)類型，如字符型、整型、實型、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體和共用體等，可以實現(xiàn)諸如鏈表、棧、隊列、樹等各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其中的指針類型使得參數(shù)的傳遞簡單并且迅速，同時節(jié)省內(nèi)存空間。

（4）具有低級語言的特點。C語言具有與匯編語言相近的功能和描述方法，如地址運算和二進制數(shù)位運算等，還可以對硬件端口等資源進行直接操作，充分使用計算機的資源。C語言既具有高級語言便于學(xué)習(xí)和掌握的特點，又具有機器語言或匯編語言對硬件的操作能力。因此，C語言既可以作為系統(tǒng)描述語言，又可以作為通用的程序設(shè)計語言。

（5）C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，適合于大型程序的模塊化設(shè)計。C語言提供了編寫結(jié)構(gòu)化程序的基本控制語句，如if-else語句、switch語句、while語句和do-while語句等。C語言是函數(shù)的集合，函數(shù)是構(gòu)成C語言程序的基本單位，每個函數(shù)具有獨立的功能，函數(shù)之間通過參數(shù)傳遞數(shù)據(jù)。程序員可以編寫自己的函數(shù)。同時，不同操作系統(tǒng)的編譯器都為程序員提供了大量的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，如輸入/輸出函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)和字符串處理函數(shù)等。靈活地使用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)可以簡化程序設(shè)計，提高編寫程序效率。

（6）各種版本的編譯器都提供了預(yù)處理命令和預(yù)處理程序。預(yù)處理擴展了C語言的功能，提高了程序的可移植性，為大型程序的調(diào)試提供了方便。

（7）可移植性好。程序從一個環(huán)境不經(jīng)改動或稍加改動就可以移植到另一個完全不同的環(huán)境中運行。這是因為標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)和預(yù)處理程序?qū)⒖赡艹霈F(xiàn)的與機器有關(guān)的因素與源程序分割開來，使得針對不同的計算機硬件環(huán)境，可以重新定義有關(guān)的內(nèi)容。

（8）生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。由C源程序編譯和鏈接得到的目標(biāo)代碼的運行效率比用匯編語言編寫的也不過只低10%~20%，可充分發(fā)揮機器的效率。

（9）C語言語法限制不嚴(yán)，程序設(shè)計自由度大。C語言程序在運行時不做諸如數(shù)組下標(biāo)越界和變量類型兼容性等檢查，而是由編程者自己保證程序的正確性。C語言幾乎允許所有的數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換，字符型和整型可以自由混合使用，所有類型均可作邏輯型，可自己定義新的類型，還可以把某類型強制轉(zhuǎn)換為指定的類型。實際上，這使編程者有了更大的自主性，能編寫出靈活、優(yōu)質(zhì)的程序，同時也給初學(xué)者增加了一定的難度。所以，只有在熟練掌握C語言程序設(shè)計之后，才能體會到其靈活性。

C語言也存在以下缺點：

（1）程序的錯誤更隱蔽。C語言的靈活性使得用它編寫程序時更容易出錯，而且C的編譯器不檢查這樣的錯誤。與匯編語言類似，需要程序運行時才能發(fā)現(xiàn)這些邏輯錯誤。C語言還會有一些隱患，如將比較的 “==” 寫成賦值 “=” ，雖然語法上沒錯，但這樣的邏輯錯誤往往不易發(fā)現(xiàn)，想要找出錯誤往往十分費時。

（2）C語言程序有時會難以理解。C語言語法成分相對簡單，是一種小型語言。但是，其數(shù)據(jù)類型多，運算符豐富且結(jié)合性多樣，使得對其理解有一定的難度。

（3）C語言程序有時會難以修改。考慮到程序規(guī)模的大型化或者巨型化，現(xiàn)在編程語言通常會提供 “類” 和 “包” 之類的語言特性，這樣的特性可以將程序分解成更加易于管理的模塊。然而C語言缺少這樣的特性，維護大型程序顯得比較困難。

1.3算法及其表示

C語言解題時，在程序中有兩方面的描述，即數(shù)據(jù)描述和處理步驟（算法）描述，后者處理前者的數(shù)據(jù)。

算法具有以下特性：

• 有窮性：算法在執(zhí)行了有限步驟后結(jié)束，并且每一步都可以在有窮的時間內(nèi)完成。      
• 確定性：算法中每種操作必須有確切的含義，即無二義性。同時，無論如何算法只有唯一的一條執(zhí)行路徑，即相同的輸入只能得出相同的輸出。      
• 可行性：算法中描述的操作都可以通過已經(jīng)實現(xiàn)的基本操作執(zhí)行有限次數(shù)來實現(xiàn)。      
• 輸入：有零個或多個輸入，即算法需要的必要信息。      
• 輸出：有一個或多個輸出，輸出的是與輸入有某些特定關(guān)系的信息。沒有輸出的算法是無意義的。

算法的表示：

1.自然語言描述；    

2.傳統(tǒng)流程圖；    

3.N-S流程圖；    

4.偽代碼。

【例如】求兩個正整數(shù)m和n的最大公約數(shù)（即同時能夠整除m和n的最大正整數(shù)）。

1. 自然語言描述

歐幾里得闡述了求兩個數(shù)的最大公約數(shù)的過程——歐幾里得算法

第一步：以n除m，并令r為所得余數(shù)（顯然n>r0）。

第二步：若r=0,算法結(jié)束，n即為m和n的最大公約數(shù)。

第三步：置mn，nr，返回第一步。

2. 傳統(tǒng)流程圖

圖1-2 求最大公約數(shù)的傳統(tǒng)流程圖

3. N-S流程圖

圖1-3 求最大公約數(shù)的N-S流程圖

4. 偽代碼

算法開始
輸入m,n;
do{
    r←以n除m的余數(shù)；
    m←n;
    n←r;
}while(r≠0);
輸出m;
算法結(jié)束

1.4常用算法介紹

1.枚舉法

枚舉法又稱為窮舉法。該方法通過逐一考察問題的所有可能解，找出問題真正的解。枚舉法要求問題的可能解必須是有限的，而且這些可能解是已知的。

【例】給定一個正整數(shù)，確定它的整數(shù)立方根是否存在，若存在則找出這個立方根。

算法開始
輸入一個正整數(shù)給n;
x←0;
while(x≤n 且 x*x*x≠n){
    x←x+1;
}
if(x≤n)
    找到n的整數(shù)立方根，輸出x的值；
else
    輸出n的整數(shù)立方根不存在信息；
算法結(jié)束

2.遞推法

遞推法是從已知的初始條件出發(fā)，逐次推出中間結(jié)果。在理想狀態(tài)下，每遞推一次，結(jié)果逐漸接近問題的最后解。遞推法在數(shù)值算法中又稱為迭代法。迭代法常用于求近似解的問題，根據(jù)對前一步結(jié)果的誤差的不同處理方法，迭代法又有逼近迭代和試探迭代等不同方法。數(shù)值計算要注意解的穩(wěn)定性問題，即在迭代中每一步的解越來越接近真正的解，否則迭代不會成功。

【例】計算一個正整數(shù)n的階乘。

算法開始
輸入一個正整數(shù)給n；
t←1;
i←1;
while(i≤n){
    t←t*i;
    i←i+1;
}
輸出結(jié)果t
算法結(jié)束

3.遞歸法

一個直接或間接調(diào)用過程（或函數(shù)）自身的算法稱為遞歸算法，一個函數(shù)如果調(diào)用自身進行計算則稱該函數(shù)為遞歸函數(shù)。一些問題的算法描述中，遞歸法往往比非遞歸法更加簡潔易懂。

【例】計算一個正整數(shù)N的階乘。

階乘函數(shù)f的遞歸定義為：
f(1)=1                (1!=1,N=1 時)
f(N)=N*f(N-1)         (N!=N*(N-1)!,如果N>1)

除了上面介紹的枚舉法、遞推法和遞歸法外，還有回溯法、貪婪法、分治法、動態(tài)規(guī)劃法等

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!  

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