C语言的科学和艺术

第1章 概述 1

1.1 计算简史 1

1.2 什么是计算机科学 4

1.3 计算机硬件简介 4

1.3.1 CPU 4

1.3.2 内存 5

1.3.3 辅助存储器 5

1.3.4 I/O设备 5

1.4 算法 6

1.5 程序设计语言和编译 7

1.6 编程错误和调试 8

1.7 软件维护 9

1.8 软件工程的重要性 10

1.9 关于C程序设计语言的一些思考 10

小结 10

复习题 11

第一部分 C语言程序设计基础

第2章 通过例子学习 14

2.1 “Hello world”程序 14

2.1.1 注释 15

2.1.2 库包含 15

2.1.3 主程序 16

2.2 两个数的加法程序 17

2.2.1 输入阶段 19

2.2.2 计算阶段 20

2.2.3 输出阶段 20

2.3 有关程序设计过程的观点 21

2.4 数据类型 22

2.4.1 浮点型数据 22

2.4.2 字符串类型的数据 23

2.5 表达式 25

2.5.1 常量 25

2.5.2 变量 26

2.5.3 赋值语句 27

2.5.4 运算符和操作数 29

2.5.5 整型数和浮点型数的结合 30

2.5.6 整数除法和求余运算符 30

2.5.7 优先级 31

2.5.8 优先级法则的应用 33

2.5.9 类型转换 33

小结 35

复习题 36

程序设计练习 37

第3章 问题求解 40

3.1 程序设计习语和范例 40

3.1.1 复合赋值习语 41

3.1.2 自增和自减运算符 42

3.2 解决规模稍大的问题 43

3.3 控制语句 44

3.3.1 重复N次习语 44

3.3.2 迭代和循环 45

3.3.3 下标变量 45

3.3.4 初始化的重要性 47

3.3.5 读入-直到-标志习语 47

3.3.6 创造一个更实用的应用程序 49

3.3.7 条件执行和if语句 51

3.4 一个调试练习 53

3.5 格式化输出 56

3.5.1 printf的格式码 57

3.5.2 控制空格、对齐方式和精度 57

3.6 构思一个程序 60

3.6.1 程序设计风格 60

3.6.2 设计时考虑将来的修改 61

3.6.3 #define机制 61

小结 63

复习题 63

程序设计练习 64

第4章 语句形式 68

4.1 简单语句 68

4.1.1 赋值的嵌套 69

4.1.2 多重赋值 70

4.1.3 程序块 70

4.2 控制语句 71

4.3 布尔型数据 72

4.3.1 关系运算符 72

4.3.2 逻辑运算符 73

4.3.3 简化求值 75

4.3.4 标志 75

4.3.5 避免布尔表达式中的冗余 76

4.3.6 布尔计算示例 76

4.4 if语句 77

4.4.1 单行if语句 78

4.4.2 多行if语句 79

4.4.3 if/else语句 79

4.4.4 级联if语句 79

4.4.5 ?: 运算符（可选的） 80

4.5 switch语句 81

4.6 while语句 83

4.6.1 while循环的应用 84

4.6.2 无限循环 85

4.6.3 解决半途退出问题 86

4.7 for语句 87

4.7.1 嵌套的for循环 89

4.7.2 for和while的关系 90

4.7.3 for语句中浮点型数据的使用问题 91

小结 92

复习题 93

程序设计练习 93

第5章 函数 96

5.1 使用库函数 96

5.2 函数声明 98

5.3 自己编写函数 99

5.3.1 return语句 99

5.3.2 将函数与主程序放在一起 100

5.3.3 包含内部控制结构的函数 101

5.3.4 返回非数字值的函数 103

5.3.5 谓词函数 104

5.3.6 测试字符串是否相等的谓词函数 105

5.4 函数调用过程机制 106

5.4.1 参数传递 107

5.4.2 在其他函数中调用函数 109

5.5 过程 115

5.6 逐步精化 116

5.6.1 从顶开始 116

5.6.2 实现PrintCalendar 117

5.6.3 实现PrintCalendarMonth 118

5.6.4 完成最后的片段 121

小结 125

复习题 126

程序设计练习 126

第6章 算法 131

6.1 测试素数 131

6.1.1 一个IsPrime的简单版本 132

6.1.2 验证一个策略是否表示一个算法 132

6.1.3 说明IsPrime算法的正确性 133

6.1.4 改进算法的效率 133

6.1.5 在各个可选方案中选择 136

6.2 计算最大公约数 136

6.2.1 brute-force算法 136

6.2.2 欧几里德算法 137

6.2.3 欧几里德算法的正确性说明（可选） 138

6.2.4 比较GCD算法的效率 138

6.3 数值算法 139

6.3.1 连续逼近 139

6.3.2 报告错误 141

6.4 级数展开 141

6.4.1 Zeno悖论 141

6.4.2 用级数展开法设计平方根函数 143

6.4.3 估计平方根的泰勒级数展开（可选） 143

6.4.4 泰勒级数近似的实现 144

6.4.5 停留在收敛半径之内 146

6.5 指定数值类型的大小 147

6.5.1 整数类型 148

6.5.2 无符号类型 149

6.5.3 浮点类型 149

小结 149

复习题 150

程序设计练习 150

第二部分 库和模块化开发

第7章 库和接口：一个简单的图形库 156

7.1 接口的概念 156

7.2 图形库介绍 158

7.2.1 graphics.h的基本模型 158

7.2.2 graphics.h接口的函数 159

7.2.3 软件包初始化 163

7.2.4 画直线 163

7.2.5 画圆和弧 164

7.2.6 获取有关图形窗口的信息 166

7.3 建立自己的工具 166

7.3.1 定义DrawBox 167

7.3.2 定义DrawCenteredCircle 169

7.3.3 绝对坐标和相对坐标间的切换 169

7.3.4 定义过程的好处 170

7.4 解决一个较大的问题 170

7.4.1 使用逐步精化 171

7.4.2 实现DrawHouse过程 172

7.4.3 寻找共同的模式 172

7.4.4 结束分解 173

小结 177

复习题 178

程序设计练习 179

第8章 设计接口：一个随机数库 183

8.1 接口设计 183

8.1.1 同一主题的重要性 184

8.1.2 简单性和信息隐藏的原则 184

8.1.3 满足客户的需要 185

8.1.4 通用工具的优势 185

8.1.5 稳定性的价值 186

8.2 用计算机生成随机数 186

8.2.1 确定行为与非确定行为 186

8.2.2 随机数和伪随机数 187

8.2.3 ANSI C中生成伪随机数 187

8.2.4 改变随机数的范围 188

8.2.5 将此问题通用化 192

8.3 在库中保存工具 193

8.3.1 接口的内容 193

8.3.2 写random.h接口 195

8.3.3 random.c的实现 196

8.3.4 构造客户程序 197

8.3.5 初始化随机数发生器 198

8.4 评价random.h接口的设计 200

8.4.1 产生随机实数 201

8.4.2 模拟一个概率事件 201

8.4.3 在接口中包含头文件 202

8.4.4 完成随机数软件包的实现 202

8.5 使用随机数软件包 202

小结 205

复习题 206

程序设计练习 207

第9章 字符串和字符 213

9.1 枚举的原理 213

9.1.1 在机器内部表示枚举类型 214

9.1.2 将枚举类型表示为整数 214

9.1.3 定义新的枚举类型 215

9.1.4 枚举类型的操作 217

9.1.5 标量类型 217

9.2 字符 218

9.2.1 数据类型char 218

9.2.2 ASCII代码 218

9.2.3 字符常量 219

9.2.4 ASCII代码方案的重要特性 219

9.2.5 特殊字符 220

9.2.6 字符运算 221

9.2.7 ctype.h接口 222

9.2.8 涉及字符的控制语句 223

9.2.9 字符的输入输出 223

9.3 字符串作为抽象数据类型 224

9.3.1 分层抽象 224

9.3.2 抽象类型的概念 225

9.4 strlib.h接口 226

9.4.1 确定字符串的长度 226

9.4.2 从一个字符串中选择字符 227

9.4.3 连接 227

9.4.4 将字符转换为字符串 228

9.4.5 抽取字符串的一部分 229

9.4.6 比较两个字符串 229

9.4.7 在一个字符串内搜索 230

9.4.8 大小写转换 232

9.4.9 数值转换 232

9.4.10 效率和strlib.h库 235

小结 235

复习题 236

程序设计练习 237

第10章 模块化开发 241

10.1 Pig Latin—一个模块化开发的案例研究 242

10.1.1 应用自顶向下的设计 243

10.1.2 使用伪代码 243

10.1.3 实现TranslateLine 244

10.1.4 考虑空格和标点符号的问题 245

10.1.5 精化单词的定义 246

10.1.6 设计记号扫描器 247

10.1.7 完成TranslateLine的实现 248

10.1.8 定义扫描器模块接口 250

10.2 在模块中维护内部状态 252

10.2.1 全局变量 252

10.2.2 使用全局变量的危险性 253

10.2.3 保持变量的模块私有化 253

10.2.4 初始化全局变量 253

10.2.5 私有函数 255

10.3 实现扫描器抽象 255

小结 261

复习题 261

程序设计练习 261

第三部分 复合数据类型

第11章 数组 268

11.1 数组 268

11.1.1 数组声明 269

11.1.2 数组选择 270

11.1.3 一个简单的数组实例 271

11.1.4 改变下标值的范围 271

11.2 数据的内部表示法 272

11.2.1 比特、字节和字 273

11.2.2 内存地址 273

11.2.3 运算符sizeof 274

11.2.4 变量的内存分配 274

11.2.5 引用超出数组范围的元素 275

11.3 数组作为参数进行传递 276

11.3.1 元素个数的通用化 277

11.3.2 数组参数传递机制 279

11.3.3 实现函数PrintIntegerArray和GetIntegerArray 281

11.3.4 实现函数ReverseIntegerArray 282

11.3.5 实现函数SwapIntegerElements 283

11.4 使用数组制作表格 286

11.5 数组的静态初始化 291

11.5.1 自动确定数组大小 292

11.5.2 确定初始化数组的大小 292

11.5.3 初始化数组和标量类型 293

11.6 多维数组 293

11.6.1 向函数传送多维数组 294

11.6.2 初始化多维数组 295

小结 295

复习题 296

程序设计练习 297

第12章 查找和排序 303

12.1 查找 303

12.1.1 在整数数组中查找 303

12.1.2 关于查找的另一个更复杂的例子 305

12.1.3 线性查找 307

12.1.4 二分查找 308

12.1.5 查找算法的相对效率 310

12.2 排序 311

12.2.1 对一个整数数组排序 312

12.2.2 选择排序算法 313

12.2.3 选择排序效率的评估 315

12.2.4 测试程序的运行时间 316

12.2.5 选择排序的算法分析 317

小结 318

复习题 318

程序设计练习 318

第13章 指针 323

13.1 将地址作为数据值 324

13.2 C语言的指针操作 325

13.2.1 在C语言中声明指针变量 325

13.2.2 基本的指针操作 325

13.2.3 特殊指针NULL 327

13.3 通过引用传递参数 327

13.3.1 设计函数SwapInteger 329

13.3.2 用引用调用返回多个结果 330

13.3.3 过度使用引用调用的危险 332

13.4 指针和数组 332

13.4.1 指针运算 333

13.4.2 运算符＋＋和－－的新作用 335

13.4.3 指针的自增和自减 336

13.4.4 指针和数组的关系 337

13.5 动态分配 338

13.5.1 Void *类型 339

13.5.2 动态数组 340

13.5.3 查找malloc中的错误 340

13.5.4 释放内存 341

小结 341

复习题 342

程序设计练习 344

第14章 再论字符串 347

14.1 string类型的概念表示 347

14.1.1 字符串作为数组 347

14.1.2 字符串作为指针 349

14.1.3 字符串作为抽象类型 350

14.1.4 字符串参数 350

14.1.5 字符串变量 351

14.1.6 指针和数组变量间的区别 352

14.1.7 决定字符串的表示方法 354

14.2 ANSI字符串库 354

14.2.1 strcpy函数 355

14.2.2 strncpy函数 357

14.2.3 strcat和strncat函数 358

14.2.4 strlen、strcmp和strncmp函数 359

14.2.5 strchr、strrchr和strstr函数 359

14.2.6 ANSI字符串函数的应用 360

14.3 strlib库的实现 360

14.3.1 实现转换函数 360

14.3.2 strlib分配函数的实现 363

小结 364

复习题 365

程序设计练习 365

第15章 文件 368

15.1 文本文件 368

15.2 C语言中文件的使用 369

15.2.1 声明FILE*类型的变量 370

15.2.2 打开文件 370

15.2.3 执行I/O操作 371

15.2.4 关闭文件 371

15.2.5 标准文件 371

15.3 字符I/O 371

15.3.1 文件更新 374

15.3.2 在输入文件中重新读取字符 376

15.4 面向行的I/O 377

15.5 格式化I/O 379

15.5.1 printf的三种形式 380

15.5.2 scanf函数 380

15.5.3 用scanf读入字符串 381

15.5.4 格式化I/O的一个实例 383

15.5.5 使用scanf的局限 385

小结 385

复习题 386

程序设计练习 387

第16章 记录 393

16.1 数据记录的概念 393

16.2 记录在C语言中的使用 394

16.2.1 定义一个结构类型 394

16.2.2 声明结构变量 395

16.2.3 记录选择 395

16.2.4 记录初始化 395

16.2.5 简单记录 396

16.3 数组与记录的结合 397

16.4 记录的指针 399

16.4.1 定义一个指向记录类型的指针 399

16.4.2 为记录数据分配空间 400

16.4.3 对记录指针进行操作 401

16.5 创建记录的数据库 402

16.5.1 创建员工信息数据库 402

16.5.2 数据库的使用 404

16.6 基于记录的应用程序设计 405

16.6.1 使用数据库的重要性 405

16.6.2 问题的框架 405

16.6.3 设计内部表示 406

16.6.4 设计外部结构 408

16.6.5 程序代码 409

16.6.6 数据驱动设计方法的重要性 415

小结 415

复习题 417

程序设计练习 418

第17章 深入学习 424

17.1 递归 424

17.1.1 递归的简单说明 425

17.1.2 Factorial函数 425

17.1.3 递归信任 429

17.1.4 递归范例 430

17.1.5 排列的生成 431

17.1.6 用递归的思想思考 433

17.2 抽象数据类型 433

17.2.1 队列抽象 434

17.2.2 以队列抽象表示类型 434

17.2.3 queue.h 接口 436

17.2.4 实现队列抽象 437

17.2.5 队列抽象的另一种实现方法 441

17.3 算法分析 444

17.3.1 评估算法效率 444

17.3.2 O标记 444

17.3.3 再看选择排序 445

17.3.4 分而治之策略 446

17.3.5 合并两个数组 447

17.3.6 合并排序算法 447

17.3.7 合并排序的计算复杂性 448

17.3.8 比较平方复杂性与NlogN复杂性的性能 450

小结 450

复习题 451

程序设计练习 451

附 录

附录A C语言的语法和结构总结 457

附录B 库源代码 471

索引 491