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经久不衰的C语言畅销经典教程
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《C Primer Plus(第6版)中文版》是一本经过仔细测试、精心设计的完整C语言教程,它涵盖了C语言编程中的核心内容。《C Primer Plus(第6版)中文版》作为计算机科学的经典著作,讲解了包含结构化代码和自顶向下设计在内的程序设计原则。
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内容简介
《C Primer Plus(第6版)中文版》详细讲解了C语言的基本概念和编程技巧。
《C Primer Plus(第6版)中文版》共17章。第1、2章介绍了C语言编程的预备知识。第3~15章详细讲解了C语言的相关知识,包括数据类型、格式化输入/输出、运算符、表达式、语句、循环、字符输入和输出、函数、数组和指针、字符和字符串函数、内存管理、文件输入输出、结构、位操作等。第16章、17章介绍C预处理器、C库和高级数据表示。本书以完整的程序为例,讲解C语言的知识要点和注意事项。每章末设计了大量复习题和编程练习,帮助读者巩固所学知识和提高实际编程能力。附录给出了各章复习题的参考答案和丰富的参考资料。
《C Primer Plus(第6版)中文版》可作为C语言的教材,适用于需要系统学习C语言的初学者,也适用于巩固C语言知识或希望进一步提高编程技术的程序员。
作者简介
Stephen Prata曾在加利福尼亚的马林学院(肯特菲尔德)教授天文学、物理学和程序设计课程,现已退休。他在加州理工学院获得学士学位,在加州大学伯克利分校获得博士学位。他接触程序设计,是为了利用计算机给星团建模。Stephen撰写和与他人合著了十几本书籍,其中包括C++ Primer Plus和Unix Primer Plus。
目录
第1章 初识C语言 1
1.1 C语言的起源 1
1.2 选择C语言的理由 1
1.2.1 设计特性 1
1.2.2 高效性 1
1.2.3 可移植性 2
1.2.4 强大而灵活 3
1.2.5 面向程序员 3
1.2.6 缺点 3
1.3 C语言的应用范围 3
1.4 计算机能做什么 4
1.5 高级计算机语言和编译器 5
1.6 语言标准 6
1.6.1 第1个ANSI/ISO C标准 6
1.6.2 C99标准 6
1.6.3 C11标准 7
1.7 使用C语言的7个步骤 7
1.7.1 第1步:定义程序的目标 8
1.7.2 第2步:设计程序 8
1.7.3 第3步:编写代码 8
1.7.4 第4步:编译 8
1.7.5 第5步:运行程序 9
1.7.6 第6步:测试和调试程序 9
1.7.7 第7步:维护和修改代码 9
1.7.8 说明 9
1.8 编程机制 10
1.8.1 目标代码文件、可执行文件和库 10
1.8.2 UNIX系统 11
1.8.3 GNU编译器集合和LLVM项目 13
1.8.4 Linux系统 13
1.8.5 PC的命令行编译器 14
1.8.6 集成开发环境(Windows) 14
1.8.7 Windows/Linux 15
1.8.8 Macintosh中的C 15
1.9 本书的组织结构 15
1.10 本书的约定 16
1.10.1 字体 16
1.10.2 程序输出 16
1.10.3 特殊元素 17
1.11 本章小结 17
1.12 复习题 18
1.13 编程练习 18
第2章 C语言概述 19
2.1 简单的C程序示例 19
2.2 示例解释 20
2.2.1 第1遍:快速概要 21
2.2.2 第2遍:程序细节 21
2.3 简单程序的结构 28
2.4 提高程序可读性的技巧 28
2.5 进一步使用C 29
2.5.1 程序说明 30
2.5.2 多条声明 30
2.5.3 乘法 30
2.5.4 打印多个值 30
2.6 多个函数 30
2.7 调试程序 32
2.7.1 语法错误 32
2.7.2 语义错误 33
2.7.3 程序状态 34
2.8 关键字和保留标识符 34
2.9 关键概念 35
2.10 本章小结 35
2.11 复习题 36
2.12 编程练习 37
第3章 数据和C 39
3.1 示例程序 39
3.2 变量与常量数据 42
3.3 数据:数据类型关键字 42
3.3.1 整数和浮点数 43
3.3.2 整数 43
3.3.3 浮点数 43
3.4 C语言基本数据类型 44
3.4.1 int类型 44
3.4.2 其他整数类型 47
3.4.3 使用字符:char类型 50
3.4.4 _Bool类型 54
3.4.5 可移植类型:stdint.h和inttypes.h 55
3.4.6 float、double和long double 56
3.4.7 复数和虚数类型 60
3.4.8 其他类型 60
3.4.9 类型大小 62
3.5 使用数据类型 63
3.6 参数和陷阱 63
3.7 转义序列示例 64
3.7.1 程序运行情况 65
3.7.2 刷新输出 65
3.8 关键概念 66
3.9 本章小结 66
3.10 复习题 67
3.11 编程练习 68
第4章 字符串和格式化输入/输出 71
4.1 前导程序 71
4.2 字符串简介 72
4.2.1 char类型数组和null字符 72
4.2.2 使用字符串 73
4.2.3 strlen()函数 74
4.3 常量和C预处理器 76
4.3.1 const限定符 78
4.3.2 明示常量 78
4.4 printf()和scanf() 80
4.4.1 printf()函数 80
4.4.2 使用printf() 81
4.4.3 printf()的转换说明修饰符 83
4.4.4 转换说明的意义 87
4.4.5 使用scanf() 92
4.4.6 printf()和scanf()的*修饰符 95
4.4.7 printf()的用法提示 97
4.5 关键概念 98
4.6 本章小结 98
4.7 复习题 99
4.8 编程练习 100
第5章 运算符、表达式和语句 103
5.1 循环简介 103
5.2 基本运算符 105
5.2.1 赋值运算符:= 105
5.2.2 加法运算符:+ 107
5.2.3 减法运算符:- 107
5.2.4 符号运算符:-和+ 107
5.2.5 乘法运算符:* 108
5.2.6 除法运算符:/ 110
5.2.7 运算符优先级 110
5.2.8 优先级和求值顺序 112
5.3 其他运算符 113
5.3.1 sizeof运算符和size_t类型 113
5.3.2 求模运算符:% 114
5.3.3 递增运算符:++ 115
5.3.4 递减运算符:-- 118
5.3.5 优先级 118
5.3.6 不要自作聪明 119
5.4 表达式和语句 120
5.4.1 表达式 120
5.4.2 语句 120
5.4.3 复合语句(块) 123
5.5 类型转换 124
5.6 带参数的函数 127
5.7 示例程序 129
5.8 关键概念 130
5.9 本章小结 130
5.10 复习题 131
5.11 编程练习 134
第6章 C控制语句:循环 137
6.1 再探while循环 137
6.1.1 程序注释 138
6.1.2 C风格读取循环 139
6.2 while语句 140
6.2.1 终止while循环 140
6.2.2 何时终止循环 141
6.2.3 while:入口条件循环 141
6.2.4 语法要点 141
6.3 用关系运算符和表达式比较大小 143
6.3.1 什么是真 144
6.3.2 其他真值 145
6.3.3 真值的问题 146
6.3.4 新的_Bool类型 147
6.3.5 优先级和关系运算符 148
6.4 不确定循环和计数循环 150
6.5 for循环 151
6.6 其他赋值运算符:+=、-=、*=、/=、%= 155
6.7 逗号运算符 156
6.8 出口条件循环:do while 159
6.9 如何选择循环 161
6.10 嵌套循环 162
6.10.1 程序分析 163
6.10.2 嵌套变式 163
6.11 数组简介 164
6.12 使用函数返回值的循环示例 166
6.12.1 程序分析 168
6.12.2 使用带返回值的函数 169
6.13 关键概念 169
6.14 本章小结 170
6.15 复习题 170
6.16 编程练习 174
第7章 C控制语句:分支和跳转 177
7.1 if语句 177
7.2 if else语句 179
7.2.1 另一个示例:介绍getchar()和putchar() 180
7.2.2 ctype.h系列的字符函数 182
7.2.3 多重选择else if 184
7.2.4 else与if配对 186
7.2.5 多层嵌套的if语句 187
7.3 逻辑运算符 190
7.3.1 备选拼写:iso646.h头文件 191
7.3.2 优先级 192
7.3.3 求值顺序 192
7.3.4 范围 193
7.4 一个统计单词的程序 194
7.5 条件运算符:?: 196
7.6 循环辅助:continue和break 198
7.6.1 continue语句 198
7.6.2 break语句 200
7.7 多重选择:switch和break 202
7.7.1 switch语句 204
7.7.2 只读每行的首字符 205
7.7.3 多重标签 206
7.7.4 switch和if else 208
7.8 goto语句 208
7.9 关键概念 211
7.10 本章小结 211
7.11 复习题 212
7.12 编程练习 214
第8章 字符输入/输出和输入验证 217
8.1 单字符I/O:getchar()和putchar() 217
8.2 缓冲区 218
8.3 结束键盘输入 219
8.3.1 文件、流和键盘输入 219
8.3.2 文件结尾 220
8.4 重定向和文件 222
8.5 创建更友好的用户界面 226
8.5.1 使用缓冲输入 226
8.5.2 混合数值和字符输入 228
8.6 输入验证 230
8.6.1 分析程序 234
8.6.2 输入流和数字 234
8.7 菜单浏览 235
8.7.1 任务 235
8.7.2 使执行更顺利 235
8.7.3 混合字符和数值输入 237
8.8 关键概念 240
8.9 本章小结 240
8.10 复习题 241
8.11 编程练习 241
第9章 函数 243
9.1 复习函数 243
9.1.1 创建并使用简单函数 244
9.1.2 分析程序 245
9.1.3 函数参数 247
9.1.4 定义带形式参数的函数 248
9.1.5 声明带形式参数函数的原型 249
9.1.6 调用带实际参数的函数 249
9.1.7 黑盒视角 250
9.1.8 使用return从函数中返回值 250
9.1.9 函数类型 252
9.2 ANSI C函数原型 253
9.2.1 问题所在 253
9.2.2 ANSI的解决方案 254
9.2.3 无参数和未指定参数 255
9.2.4 函数原型的优点 256
9.3 递归 256
9.3.1 演示递归 256
9.3.2 递归的基本原理 258
9.3.3 尾递归 258
9.3.4 递归和倒序计算 260
9.3.5 递归的优缺点 262
9.4 编译多源代码文件的程序 262
9.4.1 UNIX 263
9.4.2 Linux 263
9.4.3 DOS命令行编译器 263
9.4.4 Windows和苹果的IDE编译器 263
9.4.5 使用头文件 263
9.5 查找地址:&运算符 267
9.6 更改主调函数中的变量 268
9.7 指针简介 269
9.7.1 间接运算符:* 270
9.7.2 声明指针 270
9.7.3 使用指针在函数间通信 271
9.8 关键概念 274
9.9 本章小结 275
9.10 复习题 275
9.11 编程练习 276
第10章 数组和指针 277
10.1 数组 277
10.1.1 初始化数组 277
10.1.2 指定初始化器(C99) 281
10.1.3 给数组元素赋值 282
10.1.4 数组边界 282
10.1.5 指定数组的大小 284
10.2 多维数组 284
10.2.1 初始化二维数组 287
10.2.2 其他多维数组 288
10.3 指针和数组 288
10.4 函数、数组和指针 290
10.4.1 使用指针形参 293
10.4.2 指针表示法和数组表示法 294
10.5 指针操作 295
10.6 保护数组中的数据 298
10.6.1 对形式参数使用const 299
10.6.2 const的其他内容 300
10.7 指针和多维数组 302
10.7.1 指向多维数组的指针 304
10.7.2 指针的兼容性 305
10.7.3 函数和多维数组 306
10.8 变长数组(VLA) 309
10.9 复合字面量 312
10.10 关键概念 314
10.11 本章小结 315
10.12 复习题 316
10.13 编程练习 317
第11章 字符串和字符串函数 321
11.1 表示字符串和字符串I/O 321
11.1.1 在程序中定义字符串 322
11.1.2 指针和字符串 328
11.2 字符串输入 329
11.2.1 分配空间 329
11.2.2 不幸的gets()函数 330
11.2.3 gets()的替代品 331
11.2.4 scanf()函数 336
11.3 字符串输出 337
11.3.1 puts()函数 338
11.3.2 fputs()函数 339
11.3.3 printf()函数 339
11.4 自定义输入/输出函数 340
11.5 字符串函数 342
11.5.1 strlen()函数 342
11.5.2 strcat()函数 343
11.5.3 strncat()函数 345
11.5.4 strcmp()函数 346
11.5.5 strcpy()和strncpy()函数 351
11.5.6 sprintf()函数 356
11.5.7 其他字符串函数 357
11.6 字符串示例:字符串排序 359
11.6.1 排序指针而非字符串 360
11.6.2 选择排序算法 361
11.7 ctype.h字符函数和字符串 362
11.8 命令行参数 363
11.8.1 集成环境中的命令行参数 365
11.8.2 Macintosh中的命令行参数 365
11.9 把字符串转换为数字 365
11.10 关键概念 368
11.11 本章小结 368
11.12 复习题 369
11.13 编程练习 371
第12章 存储类别、链接和内存管理 373
12.1 存储类别 373
12.1.1 作用域 374
12.1.2 链接 376
12.1.3 存储期 376
12.1.4 自动变量 377
12.1.5 寄存器变量 380
12.1.6 块作用域的静态变量 381
12.1.7 外部链接的静态变量 382
12.1.8 内部链接的静态变量 386
12.1.9 多文件 386
12.1.10 存储类别说明符 387
12.1.11 存储类别和函数 389
12.1.12 存储类别的选择 389
12.2 随机数函数和静态变量 390
12.3 掷骰子 393
12.4 分配内存:malloc()和free() 396
12.4.1 free()的重要性 399
12.4.2 calloc()函数 400
12.4.3 动态内存分配和变长数组 400
12.4.4 存储类别和动态内存分配 401
12.5 ANSI C类型限定符 402
12.5.1 const类型限定符 403
12.5.2 volatile类型限定符 404
12.5.3 restrict类型限定符 405
12.5.4 _Atomic类型限定符(C11) 406
12.5.5 旧关键字的新位置 406
12.6 关键概念 407
12.7 本章小结 407
12.8 复习题 408
12.9 编程练习 409
第13章 文件输入/输出 413
13.1 与文件进行通信 413
13.1.1 文件是什么 413
13.1.2 文本模式和二进制模式 413
13.1.3 I/O的级别 415
13.1.4 标准文件 415
13.2 标准I/O 415
13.2.1 检查命令行参数 416
13.2.2 fopen()函数 416
13.2.3 getc()和putc()函数 417
13.2.4 文件结尾 418
13.2.5 fclose()函数 419
13.2.6 指向标准文件的指针 419
13.3 一个简单的文件压缩程序 419
13.4 文件I/O:fprintf()、fscanf()、fgets()和fputs() 421
13.4.1 fprintf()和fscanf()函数 421
13.4.2 fgets()和fputs()函数 422
13.5 随机访问:fseek()和ftell() 423
13.5.1 fseek()和ftell()的工作原理 424
13.5.2 二进制模式和文本模式 425
13.5.3 可移植性 425
13.5.4 fgetpos()和fsetpos()函数 426
13.6 标准I/O的机理 426
13.7 其他标准I/O函数 427
13.7.1 int ungetc(int c, FILE *fp)函数 427
13.7.2 int fflush()函数 428
13.7.3 int setvbuf()函数 428
13.7.4 二进制I/O:fread()和fwrite() 428
13.7.5 size_t fwrite()函数 429
13.7.6 size_t fread()函数 430
13.7.7 int feof(FILE *fp)和int ferror(FILE *fp)函数 430
13.7.8 一个程序示例 430
13.7.9 用二进制I/O进行随机访问 433
13.8 关键概念 435
13.9 本章小结 435
13.10 复习题 435
13.11 编程练习 437
第14章 结构和其他数据形式 439
14.1 示例问题:创建图书目录 439
14.2 建立结构声明 441
14.3 定义结构变量 441
14.3.1 初始化结构 442
14.3.2 访问结构成员 443
14.3.3 结构的初始化器 443
14.4 结构数组 444
14.4.1 声明结构数组 446
14.4.2 标识结构数组的成员 447
14.4.3 程序讨论 447
14.5 嵌套结构 448
14.6 指向结构的指针 449
14.6.1 声明和初始化结构指针 450
14.6.2 用指针访问成员 451
14.7 向函数传递结构的信息 451
14.7.1 传递结构成员 451
14.7.2 传递结构的地址 452
14.7.3 传递结构 453
14.7.4 其他结构特性 454
14.7.5 结构和结构指针的选择 458
14.7.6 结构中的字符数组和字符指针 458
14.7.7 结构、指针和malloc() 459
14.7.8 复合字面量和结构(C99) 462
14.7.9 伸缩型数组成员(C99) 463
14.7.10 匿名结构(C11) 465
14.7.11 使用结构数组的函数 466
14.8 把结构内容保存到文件中 467
14.8.1 保存结构的程序示例 468
14.8.2 程序要点 470
14.9 链式结构 471
14.10 联合简介 472
14.10.1 使用联合 472
14.10.2 匿名联合(C11) 473
14.11 枚举类型 474
14.11.1 enum常量 475
14.11.2 默认值 475
14.11.3 赋值 475
14.11.4 enum的用法 476
14.11.5 共享名称空间 477
14.12 typedef简介 478
14.13 其他复杂的声明 479
14.14 函数和指针 481
14.15 关键概念 487
14.16 本章小结 487
14.17 复习题 488
14.18 编程练习 490
第15章 位操作 493
15.1 二进制数、位和字节 493
15.1.1 二进制整数 494
15.1.2 有符号整数 494
15.1.3 二进制浮点数 495
15.2 其他进制数 495
15.2.1 八进制 495
15.2.2 十六进制 496
15.3 C按位运算符 496
15.3.1 按位逻辑运算符 497
15.3.2 用法:掩码 498
15.3.3 用法:打开位(设置位) 498
15.3.4 用法:关闭位(清空位) 499
15.3.5 用法:切换位 499
15.3.6 用法:检查位的值 500
15.3.7 移位运算符 500
15.3.8 编程示例 501
15.3.9 另一个例子 503
15.4 位字段 505
15.4.1 位字段示例 506
15.4.2 位字段和按位运算符 509
15.5 对齐特性(C11) 515
15.6 关键概念 516
15.7 本章小结 516
15.8 复习题 517
15.9 编程练习 518
第16章 C预处理器和C库 521
16.1 翻译程序的第一步 521
16.2 明示常量:#define 522
16.2.1 记号 525
16.2.2 重定义常量 525
16.3 在#define中使用参数 525
16.3.1 用宏参数创建字符串:#运算符 527
16.3.2 预处理器黏合剂:##运算符 528
16.3.3 变参宏:...和_ _VA_ARGS_ _ 529
16.4 宏和函数的选择 530
16.5 文件包含:#include 531
16.5.1 头文件示例 531
16.5.2 使用头文件 533
16.6 其他指令 534
16.6.1 #undef指令 534
16.6.2 从C预处理器角度看已定义 534
16.6.3 条件编译 535
16.6.4 预定义宏 539
16.6.5 #line和#error 540
16.6.6 #pragma 540
16.6.7 泛型选择(C11) 541
16.7 内联函数(C99) 542
16.8 _Noreturn函数(C11) 544
16.9 C库 544
16.9.1 访问C库 544
16.9.2 使用库描述 545
16.10 数学库 546
16.10.1 三角问题 547
16.10.2 类型变体 548
16.10.3 tgmath.h库(C99) 550
16.11 通用工具库 550
16.11.1 exit()和atexit()函数 550
16.11.2 qsort()函数 552
16.12 断言库 556
16.12.1 assert的用法 556
16.12.2 _Static_assert(C11) 557
16.13 string.h库中的memcpy()和memmove() 558
16.14 可变参数:stdarg.h 560
16.15 关键概念 562
16.16 本章小结 562
16.17 复习题 562
16.18 编程练习 563
第17章 高级数据表示 567
17.1 研究数据表示 567
17.2 从数组到链表 570
17.2.1 使用链表 572
17.2.2 反思 576
17.3 抽象数据类型(ADT) 576
17.3.1 建立抽象 577
17.3.2 建立接口 578
17.3.3 使用接口 581
17.3.4 实现接口 583
17.4 队列ADT 589
17.4.1 定义队列抽象数据类型 590
17.4.2 定义一个接口 590
17.4.3 实现接口数据表示 591
17.4.4 测试队列 598
17.5 用队列进行模拟 600
17.6 链表和数组 605
17.7 二叉查找树 608
17.7.1 二叉树ADT 608
17.7.2 二叉查找树接口 609
17.7.3 二叉树的实现 611
17.7.4 使用二叉树 624
17.7.5 树的思想 628
17.8 其他说明 629
17.9 关键概念 630
17.10 本章小结 630
17.11 复习题 630
17.12 编程练习 631
附录A 复习题答案 633
附录B 参考资料 665
B.1 参考资料I:补充阅读 665
B.2 参考资料II:C运算符 667
B.3 参考资料III:基本类型和存储类别 671
B.4 参考资料IV:表达式、语句和程序流 675
B.5 参考资料V:新增C99和C11的ANSI C库 679
B.6 参考资料VI:扩展的整数类型 714
B.7 参考资料VII:扩展字符支持 716
B.8 参考资料VIII:C99/C11数值计算增强 720
B.9 参考资料IX:C和C++的区别 726
《编程的艺术:从零开始构建你的数字世界》 第一章:代码的低语:计算机如何理解指令 在你眼前这个瞬息万变的数字时代,我们生活在由代码编织而成的网络之中。从你手中滑动的智能手机,到驱动我们城市运转的庞大系统,再到探索宇宙的尖端科技,一切的背后,都离不开“编程”。而“编程”,顾名思义,就是与计算机进行沟通,告诉它如何执行特定任务的艺术。 那么,计算机究竟是如何理解我们的指令的呢?这就像我们学习一门新的语言一样,需要掌握它的词汇、语法和表达方式。计算机的“语言”比我们日常交流的语言要严格得多,也精确得多。它不理解模糊的概念,也不接受模棱两可的说法。它只认一种由0和1组成的二进制代码。然而,直接用0和1来编写程序,无疑是一项艰巨且容易出错的任务。 为了简化这个过程,我们引入了“编程语言”。编程语言是人类与计算机之间的桥梁,它使用更接近人类语言的词汇和结构,通过一种称为“编译器”或“解释器”的工具,将其翻译成计算机能够理解的二进制代码。不同的编程语言各有特点,有的擅长处理数据,有的适合构建网页,有的则能驱动复杂的科学计算。 在本章,我们将深入探究计算机理解指令的底层逻辑。你将了解到: 二进制的世界: 为什么计算机只使用0和1?0和1背后代表着什么?我们将揭示二进制的神秘面纱,并理解它如何构成所有数字信息的基础。 从机器码到高级语言: 计算机最初是如何通过机器码直接执行指令的?随后,汇编语言是如何出现的,以及它与机器码的关系?最后,我们将引出现代高级编程语言的概念,了解它们是如何极大地提升了编程的效率和可读性。 编译器与解释器: 这两个至关重要的工具是如何将我们编写的代码转换成计算机可执行的指令的?它们的工作原理有何不同?你将理解为什么选择合适的翻译工具能对程序的性能产生巨大影响。 指令集的奥秘: 计算机的中央处理器(CPU)拥有一套预设的指令集,它定义了CPU能够执行的基本操作。我们将简要介绍指令集的概念,以及它如何决定了计算机的能力范围。 内存与寄存器: 程序执行时,数据和指令是如何在计算机内部进行存储和传递的?内存和寄存器扮演着怎样的角色?我们将对计算机内存的基本结构有一个初步的认识。 通过本章的学习,你将不再视代码为高深莫测的符号,而是能理解其背后精妙的逻辑和运作原理。这将为你日后学习具体的编程语言打下坚实的基础,让你在面对复杂的程序时,能够追根溯源,理解其本质。这不仅是对技术的好奇,更是对我们所处数字世界运作方式的深刻洞察。 第二章:算法的魔法:解决问题的蓝图 在掌握了与计算机沟通的基本方式后,我们便可以开始思考如何让计算机为我们解决实际问题。而解决问题的关键,就在于“算法”。算法,顾名思义,就是解决特定问题的一系列精确、有限的步骤。它就像一份详细的菜谱,告诉你按照怎样的顺序,加入哪些食材,经过怎样的烹饪过程,最终才能做出美味佳肴。 在计算机科学领域,算法是灵魂,是智慧的体现。一个优秀的算法,不仅能高效地解决问题,还能在最短的时间内,占用最少的资源。反之,一个低效的算法,即使能得到正确的结果,也可能让程序运行缓慢,甚至不堪重负。因此,学习如何设计、分析和优化算法,是成为一名优秀程序员的必经之路。 在本章,我们将带你走进算法的奇妙世界,你将了解到: 算法的本质: 什么是算法?它有哪些基本特性(例如:输入、输出、确定性、有限性、有效性)?我们将通过生动形象的例子,让你深刻理解算法的概念。 常见算法类型: 从简单的排序和搜索,到更复杂的图算法和动态规划,我们将为你介绍一些经典的算法类型。例如,如何将一堆乱序的数字按从小到大排列(排序算法),或者如何在庞大的数据库中快速找到你需要的信息(搜索算法)。 算法的表示方法: 我们如何将设计的算法清晰地表达出来,以便于计算机理解和执行?我们将介绍流程图、伪代码等表示方法,它们是连接我们思维与计算机指令的桥梁。 算法的复杂度分析: 如何衡量一个算法的优劣?时间复杂度和空间复杂度是衡量算法效率的两个重要指标。我们将教你如何分析算法的时间和空间消耗,从而选择最优的解决方案。 递归的魅力: 递归是一种非常强大且富有表现力的算法设计思想,它将一个大问题分解为多个相似的小问题来解决。我们将通过一些经典的递归例子,让你领略递归的精妙之处。 数据结构与算法的协同: 算法的执行离不开数据结构的支持。数据结构是组织和存储数据的方式,而算法则是在这些数据结构上进行操作。我们将初步了解链表、栈、队列、树等基本数据结构,并理解它们与特定算法之间的紧密联系。 通过对算法的深入学习,你将不仅仅是学会编写代码,更能学会如何思考,如何将复杂的问题分解成可管理的步骤,并找到最高效的解决路径。这将极大地提升你的编程能力,让你能够应对更具挑战性的编程任务,并为你构建更强大、更智能的应用程序打下坚实的基础。算法的智慧,将是你在这个数字时代最宝贵的财富之一。 第三章:逻辑的殿堂:程序控制的艺术 有了与计算机沟通的语言和解决问题的蓝图,我们还需要掌握如何控制程序的流程,让计算机按照我们预设的逻辑一步一步地执行。这就涉及到“程序控制”的概念,它是编程的核心之一,也是构建任何复杂程序的基石。 想象一下,你正在指挥一支军队。你需要明确地告诉士兵何时前进,何时后退,何时转向,何时执行特定任务。程序控制就是为计算机提供这样一套精确的指令,来引导程序的执行路径。它决定了程序在不同条件下做出何种反应,以及如何重复执行某些操作。 在本章,我们将带你进入逻辑的殿堂,探索程序控制的奥秘: 顺序执行: 最基本的程序流程,指令按照书写的顺序依次执行。就像我们按部就班地完成一项任务,一步接着一步。 分支判断(条件语句): 当我们需要程序在不同情况下做出不同选择时,就需要用到分支判断。例如,“如果天气好,就去公园,否则就待在家里”。我们将学习如何使用“if-else”等语句来构建条件分支。 循环执行(循环语句): 当我们需要程序重复执行某个操作多次时,循环语句就派上了用场。例如,“每天给花浇水,直到花朵盛开”。我们将学习“for”、“while”等循环结构,以及如何控制循环的次数和终止条件。 嵌套的逻辑: 分支判断和循环可以相互嵌套,形成复杂的逻辑结构。我们将通过实例演示,如何构建多层嵌套的条件和循环,以实现更精细的程序控制。 跳转与中断: 在某些特殊情况下,我们可能需要改变程序的正常执行流程,例如“break”用于跳出循环,“continue”用于跳过当前迭代。我们将了解这些控制语句的用法,以及它们在何种场景下适用。 函数的概念与作用: 函数是将一段可重用的代码块封装起来,方便调用。它就像一个独立的“小程序”,可以接受输入,执行特定任务,并可能返回一个结果。我们将初步了解函数如何组织程序,提高代码的可读性和复用性。 异常处理的初步认识: 在程序运行过程中,难免会遇到一些意外情况,例如用户输入了非法数据,或者文件不存在。异常处理机制能够帮助我们优雅地处理这些错误,防止程序崩溃。我们将对其进行初步的介绍。 掌握程序控制,意味着你已经能够驾驭程序的“方向盘”。你将能够根据不同的需求,设计出灵活、智能、能够处理各种情况的程序。这将是你从简单的指令执行者,转变为能够构建复杂逻辑的“程序建筑师”的关键一步。 第四章:数据的语言:变量、类型与存储 任何程序都离不开“数据”。数据是程序的原材料,也是程序的产出。在计算机的世界里,数据以各种形式存在,而“变量”和“数据类型”就是我们用来描述和操作这些数据的基本工具。理解数据的本质、如何存储以及如何使用它们,是掌握任何编程语言的基础。 想象一下,你正在整理你的书架。你会给不同的书籍贴上标签,例如“小说”、“历史”、“科学”,并且知道每本书里面装的是什么内容。在编程中,变量就相当于书架上的标签,它为我们存储的数据起一个名字,而数据类型则告诉我们这个标签下的数据是什么性质的,以及我们可以对它进行哪些操作。 在本章,我们将深入探讨数据的语言,你将了解到: 变量的诞生: 什么是变量?它如何为数据命名,并允许我们存储和访问数据?我们将学习如何声明和使用变量。 基本数据类型: 计算机如何表示和存储不同类型的数据?我们将介绍整数(整型)、小数(浮点型)、字符(字符型)和布尔值(布尔型)等基本数据类型,并理解它们各自的特点和用途。 数据类型的选择: 为什么我们需要选择不同的数据类型?错误的类型选择可能导致数据丢失或计算错误。我们将探讨如何根据数据的性质选择最合适的数据类型。 内存中的数据: 变量在计算机的内存中是如何存储的?我们将简要介绍内存地址的概念,以及变量如何通过内存地址来访问其存储的数据。 数据的转换: 在某些情况下,我们需要将一种数据类型转换为另一种数据类型,例如将一个整数转换为小数。我们将学习显式类型转换和隐式类型转换的概念,以及它们可能带来的影响。 常量: 在程序执行过程中,有些值是固定不变的,例如圆周率π。我们将介绍常量的概念,以及它们在程序中的作用。 复合数据类型初探: 除了基本数据类型,还有更复杂的数据结构,例如能够存储一组相关数据的数组。我们将对其进行初步的介绍,为后续学习更复杂的数据结构打下基础。 理解数据的语言,就像掌握了操作数字和文本的“瑞士军刀”。你将能够有效地存储、检索和处理程序所需的各种信息,从而构建出能够完成各种任务的应用程序。这不仅仅是对技术细节的掌握,更是对信息处理本质的深刻理解,让你能够用更高效、更灵活的方式来表达你的想法。 第五章:函数的力量:代码的模块化与复用 在编写程序的过程中,我们经常会遇到重复性的任务,或者将一个大的问题分解成若干个小问题分别解决。这时,“函数”就成为了我们强大的武器。函数能够将一段具有独立功能的代码封装起来,让我们可以像调用一个工具一样,随时随地地调用它,而无需重复编写相同的代码。这不仅大大提高了开发效率,还使得代码更加清晰、易于维护。 想象一下,你正在建造一座复杂的建筑。你不会从零开始建造每一个砖块,而是使用预制好的门、窗、楼梯等模块。函数在程序中扮演的角色就类似于这些预制模块。它们将复杂的程序分解为更小、更易于管理的单元,使得整个开发过程更加有序和高效。 在本章,我们将深入探索函数的力量,你将了解到: 函数的定义与声明: 如何创建一个函数?它的基本构成是什么(例如:函数名、参数、返回值)?我们将学习如何定义自己的函数。 函数的调用: 如何使用已经定义的函数?我们将学习如何通过函数名来调用它,并传递必要的参数。 参数传递: 函数如何接收外部传入的数据?我们将理解按值传递和按引用传递(如果在语言层面支持)的区别,以及它们对函数内部和外部数据的影响。 返回值: 函数如何将计算的结果返回给调用者?我们将学习如何使用“return”语句,以及函数返回值的类型。 函数的重用性: 为什么函数如此重要?它如何避免代码的重复编写,提高开发效率?我们将通过实例来展示函数的重用优势。 作用域与生命周期: 函数内部定义的变量和函数外部定义的变量有何区别?我们将了解变量的作用域(可以在哪里被访问)和生命周期(从创建到销毁的过程)。 递归函数的深入理解: 在上一章我们初步接触了递归。本章将更深入地探讨递归函数的原理、设计以及需要注意的地方,例如如何避免无限递归。 库函数的使用: 许多编程语言都提供了丰富的内置函数库,它们能够帮助我们完成各种常见的任务,例如数学运算、字符串处理等。我们将学习如何利用这些现成的函数来简化开发。 函数的封装与抽象: 函数如何帮助我们隐藏实现的细节,只暴露必要的功能?我们将理解函数在实现代码抽象方面的作用。 掌握函数的运用,意味着你已经能够有效地组织和管理你的代码。你将能够编写出结构清晰、模块化程度高、易于理解和维护的程序。这将极大地提升你的编程能力,让你能够独立完成更复杂的项目,并为成为一名优秀的软件工程师打下坚实的基础。函数的力量,将让你的代码焕发出生机。 第六章:数据结构:组织的艺术与效率的源泉 在程序的世界里,数据是无处不在的。而如何有效地组织和管理这些数据,直接关系到程序的性能和可读性。“数据结构”就是研究如何组织、存储和管理数据的一门学问。它就像仓库的管理员,负责将货物分门别类地存放,并提供高效的存取方式,从而保证整个仓库的运作顺畅。 不同的数据结构,适用于不同的场景。选择合适的数据结构,能够让你的程序在处理海量数据时依然表现出色;反之,则可能导致程序运行缓慢,甚至无法正常工作。因此,理解各种数据结构的特点和应用场景,是成为一名高效程序员的关键。 在本章,我们将探索数据结构的奥秘,你将了解到: 线性数据结构: 数组(Arrays): 最基本的数据结构之一,允许存储相同类型元素的集合,并通过索引来访问。我们将深入了解数组的优缺点,以及如何使用它。 链表(Linked Lists): 一种动态的数据结构,元素之间通过指针连接。我们将学习单向链表、双向链表等,以及它们在插入和删除操作上的优势。 栈(Stacks): “后进先出”(LIFO)的数据结构,常用于函数调用、表达式求值等。我们将理解栈的Push和Pop操作。 队列(Queues): “先进先出”(FIFO)的数据结构,常用于任务调度、广度优先搜索等。我们将理解队列的Enqueue和Dequeue操作。 非线性数据结构: 树(Trees): 层次化组织的数据结构,例如二叉树、二叉搜索树等。它们在数据检索、排序等方面有广泛应用。我们将初步了解树的基本概念。 图(Graphs): 由节点和边组成的网络结构,用于表示实体之间的关系,例如社交网络、地图导航等。我们将对其进行初步的介绍。 哈希表(Hash Tables): 一种通过哈希函数实现快速查找的数据结构,能够提供近乎常数时间的平均查找、插入和删除操作。 数据结构的选择与应用: 如何根据问题选择合适的数据结构? 我们将讨论不同的场景下,应该优先考虑哪些数据结构。 数据结构与算法的协同作用: 理解数据结构是如何为算法提供基础,并反过来影响算法的设计和效率。 对性能的影响: 为什么选择正确的数据结构能够显著提升程序的运行速度? 通过本章的学习,你将能够从容地应对各种数据组织和管理的需求。你将不仅仅是编写代码,更能理解代码背后是如何高效地处理信息的。这将为你构建出更强大、更优化的应用程序打下坚实的基础,让你在处理复杂问题时,拥有更强大的工具箱。数据结构,是效率的源泉,也是智慧的体现。