C語言的科學(xué)和藝術(shù)

第1章  概述        1
1.1  計算簡史        1
1.2  什么是計算機(jī)科學(xué)        4
1.3  計算機(jī)硬件簡介        4
1.3.1  CPU        4
1.3.2  內(nèi)存        5
1.3.3  輔助存儲器        5
1.3.4  I/O設(shè)備        5
1.4  算法        6
1.5  程序設(shè)計語言和編譯        7
1.6  編程錯誤和調(diào)試        8
1.7  軟件維護(hù)        9
1.8  軟件工程的重要性        10
1.9  關(guān)于C程序設(shè)計語言的一些思考        10
小結(jié)        10
復(fù)習(xí)題        11
第一部分  C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)
第2章  通過例子學(xué)習(xí)        14
2.1  “Hello world”程序        14
2.1.1  注釋        15
2.1.2  庫包含        15
2.1.3  主程序        16
2.2  兩個數(shù)的加法程序        17
2.2.1  輸入階段        19
2.2.2  計算階段        20
2.2.3  輸出階段        20
2.3  有關(guān)程序設(shè)計過程的觀點(diǎn)        21
2.4  數(shù)據(jù)類型        22
2.4.1  浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)        22
2.4.2  字符串類型的數(shù)據(jù)        23
2.5  表達(dá)式        25
2.5.1  常量        25
2.5.2  變量        26
2.5.3  賦值語句        27
2.5.4  運(yùn)算符和操作數(shù)        29
2.5.5  整型數(shù)和浮點(diǎn)型數(shù)的結(jié)合        30
2.5.6  整數(shù)除法和求余運(yùn)算符        30
2.5.7  優(yōu)先級        31
2.5.8  優(yōu)先級法則的應(yīng)用        33
2.5.9  類型轉(zhuǎn)換        33
小結(jié)        35
復(fù)習(xí)題        36
程序設(shè)計練習(xí)        37
第3章  問題求解        40
3.1  程序設(shè)計習(xí)語和范例        40
3.1.1  復(fù)合賦值習(xí)語        41
3.1.2  自增和自減運(yùn)算符        42
3.2  解決規(guī)模稍大的問題        43
3.3  控制語句        44
3.3.1  重復(fù)N次習(xí)語        44
3.3.2  迭代和循環(huán)        45
3.3.3  下標(biāo)變量        45
3.3.4  初始化的重要性        47
3.3.5  讀入-直到-標(biāo)志習(xí)語        47
3.3.6  創(chuàng)造一個更實(shí)用的應(yīng)用程序        49
3.3.7  條件執(zhí)行和if語句        51
3.4  一個調(diào)試練習(xí)        53
3.5  格式化輸出        56
3.5.1  printf的格式碼        57
3.5.2  控制空格、對齊方式和精度        57
3.6  構(gòu)思一個程序        60
3.6.1  程序設(shè)計風(fēng)格        60
3.6.2  設(shè)計時考慮將來的修改        61
3.6.3  #define機(jī)制        61
小結(jié)        63
復(fù)習(xí)題        63
程序設(shè)計練習(xí)        64
第4章  語句形式        68
4.1  簡單語句        68
4.1.1  賦值的嵌套        69
4.1.2  多重賦值        70
4.1.3  程序塊        70
4.2  控制語句        71
4.3  布爾型數(shù)據(jù)        72
4.3.1  關(guān)系運(yùn)算符        72
4.3.2  邏輯運(yùn)算符        73
4.3.3  簡化求值        75
4.3.4  標(biāo)志        75
4.3.5  避免布爾表達(dá)式中的冗余        76
4.3.6  布爾計算示例        76
4.4  if語句        77
4.4.1  單行if語句        78
4.4.2  多行if語句        79
4.4.3  if/else語句        79
4.4.4  級聯(lián)if語句        79
4.4.5  ?: 運(yùn)算符（可選的）        80
4.5  switch語句        81
4.6  while語句        83
4.6.1  while循環(huán)的應(yīng)用        84
4.6.2  無限循環(huán)        85
4.6.3  解決半途退出問題        86
4.7  for語句        87
4.7.1  嵌套的for循環(huán)        89
4.7.2  for和while的關(guān)系        90
4.7.3  for語句中浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的使用問題        91
小結(jié)        92
復(fù)習(xí)題        93
程序設(shè)計練習(xí)        93
第5章  函數(shù)        96
5.1  使用庫函數(shù)        96
5.2  函數(shù)聲明        98
5.3  自己編寫函數(shù)        99
5.3.1  return語句        99
5.3.2  將函數(shù)與主程序放在一起        100
5.3.3  包含內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)的函數(shù)        101
5.3.4  返回非數(shù)字值的函數(shù)        103
5.3.5  謂詞函數(shù)        104
5.3.6  測試字符串是否相等的謂詞函數(shù)        105
5.4  函數(shù)調(diào)用過程機(jī)制        106
5.4.1  參數(shù)傳遞        107
5.4.2  在其他函數(shù)中調(diào)用函數(shù)        109
5.5  過程        115
5.6  逐步精化        116
5.6.1  從頂開始        116
5.6.2  實(shí)現(xiàn)PrintCalendar        117
5.6.3  實(shí)現(xiàn)PrintCalendarMonth        118
5.6.4  完成最后的片段        121
小結(jié)        125
復(fù)習(xí)題        126
程序設(shè)計練習(xí)        126
第6章  算法        131
6.1  測試素數(shù)        131
6.1.1  一個IsPrime的簡單版本        132
6.1.2  驗(yàn)證一個策略是否表示一個算法        132
6.1.3  說明IsPrime算法的正確性        133
6.1.4  改進(jìn)算法的效率        133
6.1.5  在各個可選方案中選擇        136
6.2  計算最大公約數(shù)        136
6.2.1  brute-force算法        136
6.2.2  歐幾里德算法        137
6.2.3  歐幾里德算法的正確性說明（可選）        138
6.2.4  比較GCD算法的效率        138
6.3  數(shù)值算法        139
6.3.1  連續(xù)逼近        139
6.3.2  報告錯誤        141
6.4  級數(shù)展開        141
6.4.1  Zeno悖論        141
6.4.2  用級數(shù)展開法設(shè)計平方根函數(shù)        143
6.4.3  估計平方根的泰勒級數(shù)展開（可選）        143
6.4.4  泰勒級數(shù)近似的實(shí)現(xiàn)        144
6.4.5  停留在收斂半徑之內(nèi)        146
6.5  指定數(shù)值類型的大小        147
6.5.1  整數(shù)類型        148
6.5.2  無符號類型        149
6.5.3  浮點(diǎn)類型        149
小結(jié)        149
復(fù)習(xí)題        150
程序設(shè)計練習(xí)        150
第二部分  庫和模塊化開發(fā)
第7章  庫和接口：一個簡單的圖形庫        156
7.1  接口的概念        156
7.2  圖形庫介紹        158
7.2.1  graphics.h的基本模型        158
7.2.2  graphics.h接口的函數(shù)        159
7.2.3  軟件包初始化        163
7.2.4  畫直線        163
7.2.5  畫圓和弧        164
7.2.6  獲取有關(guān)圖形窗口的信息        166
7.3  建立自己的工具        166
7.3.1  定義DrawBox        167
7.3.2  定義DrawCenteredCircle        169
7.3.3  絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)間的切換        169
7.3.4  定義過程的好處        170
7.4  解決一個較大的問題        170
7.4.1  使用逐步精化        171
7.4.2  實(shí)現(xiàn)DrawHouse過程        172
7.4.3  尋找共同的模式        172
7.4.4  結(jié)束分解        173
小結(jié)        177
復(fù)習(xí)題        178
程序設(shè)計練習(xí)        179
第8章  設(shè)計接口：一個隨機(jī)數(shù)庫        183
8.1  接口設(shè)計        183
8.1.1  同一主題的重要性        184
8.1.2  簡單性和信息隱藏的原則        184
8.1.3  滿足客戶的需要        185
8.1.4  通用工具的優(yōu)勢        185
8.1.5  穩(wěn)定性的價值        186
8.2  用計算機(jī)生成隨機(jī)數(shù)        186
8.2.1  確定行為與非確定行為        186
8.2.2  隨機(jī)數(shù)和偽隨機(jī)數(shù)        187
8.2.3  ANSI C中生成偽隨機(jī)數(shù)        187
8.2.4  改變隨機(jī)數(shù)的范圍        188
8.2.5  將此問題通用化        192
8.3  在庫中保存工具        193
8.3.1  接口的內(nèi)容        193
8.3.2  寫random.h接口        195
8.3.3  random.c的實(shí)現(xiàn)        196
8.3.4  構(gòu)造客戶程序        197
8.3.5  初始化隨機(jī)數(shù)發(fā)生器        198
8.4  評價random.h接口的設(shè)計        200
8.4.1  產(chǎn)生隨機(jī)實(shí)數(shù)        201
8.4.2  模擬一個概率事件        201
8.4.3  在接口中包含頭文件        202
8.4.4  完成隨機(jī)數(shù)軟件包的實(shí)現(xiàn)        202
8.5  使用隨機(jī)數(shù)軟件包        202
小結(jié)        205
復(fù)習(xí)題        206
程序設(shè)計練習(xí)        207
第9章  字符串和字符        213
9.1  枚舉的原理        213
9.1.1  在機(jī)器內(nèi)部表示枚舉類型        214
9.1.2  將枚舉類型表示為整數(shù)        214
9.1.3  定義新的枚舉類型        215
9.1.4  枚舉類型的操作        217
9.1.5  標(biāo)量類型        217
9.2  字符        218
9.2.1  數(shù)據(jù)類型char        218
9.2.2  ASCII代碼        218
9.2.3  字符常量        219
9.2.4  ASCII代碼方案的重要特性        219
9.2.5  特殊字符        220
9.2.6  字符運(yùn)算        221
9.2.7  ctype.h接口        222
9.2.8  涉及字符的控制語句        223
9.2.9  字符的輸入輸出        223
9.3  字符串作為抽象數(shù)據(jù)類型        224
9.3.1  分層抽象        224
9.3.2  抽象類型的概念        225
9.4  strlib.h接口        226
9.4.1  確定字符串的長度        226
9.4.2  從一個字符串中選擇字符        227
9.4.3  連接        227
9.4.4  將字符轉(zhuǎn)換為字符串        228
9.4.5  抽取字符串的一部分        229
9.4.6  比較兩個字符串        229
9.4.7  在一個字符串內(nèi)搜索        230
9.4.8  大小寫轉(zhuǎn)換        232
9.4.9  數(shù)值轉(zhuǎn)換        232
9.4.10  效率和strlib.h庫        235
小結(jié)        235
復(fù)習(xí)題        236
程序設(shè)計練習(xí)        237
第10章  模塊化開發(fā)        241
10.1  Pig Latin—一個模塊化開發(fā)的案例研究        242
10.1.1  應(yīng)用自頂向下的設(shè)計        243
10.1.2  使用偽代碼        243
10.1.3  實(shí)現(xiàn)TranslateLine        244
10.1.4  考慮空格和標(biāo)點(diǎn)符號的問題        245
10.1.5  精化單詞的定義        246
10.1.6  設(shè)計記號掃描器        247
10.1.7  完成TranslateLine的實(shí)現(xiàn)        248
10.1.8  定義掃描器模塊接口        250
10.2  在模塊中維護(hù)內(nèi)部狀態(tài)        252
10.2.1  全局變量        252
10.2.2  使用全局變量的危險性        253
10.2.3  保持變量的模塊私有化        253
10.2.4  初始化全局變量        253
10.2.5  私有函數(shù)        255
10.3  實(shí)現(xiàn)掃描器抽象        255
小結(jié)        261
復(fù)習(xí)題        261
程序設(shè)計練習(xí)        261
第三部分  復(fù)合數(shù)據(jù)類型
第11章  數(shù)組        268
11.1  數(shù)組        268
11.1.1  數(shù)組聲明        269
11.1.2  數(shù)組選擇        270
11.1.3  一個簡單的數(shù)組實(shí)例        271
11.1.4  改變下標(biāo)值的范圍        271
11.2  數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示法        272
11.2.1  比特、字節(jié)和字        273
11.2.2  內(nèi)存地址        273
11.2.3  運(yùn)算符sizeof        274
11.2.4  變量的內(nèi)存分配        274
11.2.5  引用超出數(shù)組范圍的元素        275
11.3  數(shù)組作為參數(shù)進(jìn)行傳遞        276
11.3.1  元素個數(shù)的通用化        277
11.3.2  數(shù)組參數(shù)傳遞機(jī)制        279
11.3.3  實(shí)現(xiàn)函數(shù)PrintIntegerArray和GetIntegerArray        281
11.3.4  實(shí)現(xiàn)函數(shù)ReverseIntegerArray        282
11.3.5  實(shí)現(xiàn)函數(shù)SwapIntegerElements        283
11.4  使用數(shù)組制作表格        286
11.5  數(shù)組的靜態(tài)初始化        291
11.5.1  自動確定數(shù)組大小        292
11.5.2  確定初始化數(shù)組的大小        292
11.5.3  初始化數(shù)組和標(biāo)量類型        293
11.6  多維數(shù)組        293
11.6.1  向函數(shù)傳送多維數(shù)組        294
11.6.2  初始化多維數(shù)組        295
小結(jié)        295
復(fù)習(xí)題        296
程序設(shè)計練習(xí)        297
第12章  查找和排序        303
12.1  查找        303
12.1.1  在整數(shù)數(shù)組中查找        303
12.1.2  關(guān)于查找的另一個更復(fù)雜的例子        305
12.1.3  線性查找        307
12.1.4  二分查找        308
12.1.5  查找算法的相對效率        310
12.2  排序        311
12.2.1  對一個整數(shù)數(shù)組排序        312
12.2.2  選擇排序算法        313
12.2.3  選擇排序效率的評估        315
12.2.4  測試程序的運(yùn)行時間        316
12.2.5  選擇排序的算法分析        317
小結(jié)        318
復(fù)習(xí)題        318
程序設(shè)計練習(xí)        318
第13章  指針        323
13.1  將地址作為數(shù)據(jù)值        324
13.2  C語言的指針操作        325
13.2.1  在C語言中聲明指針變量        325
13.2.2  基本的指針操作        325
13.2.3  特殊指針NULL        327
13.3  通過引用傳遞參數(shù)        327
13.3.1  設(shè)計函數(shù)SwapInteger        329
13.3.2  用引用調(diào)用返回多個結(jié)果        330
13.3.3  過度使用引用調(diào)用的危險        332
13.4  指針和數(shù)組        332
13.4.1  指針運(yùn)算        333
13.4.2  運(yùn)算符＋＋和－－的新作用        335
13.4.3  指針的自增和自減        336
13.4.4  指針和數(shù)組的關(guān)系        337
13.5  動態(tài)分配        338
13.5.1  Void *類型        339
13.5.2  動態(tài)數(shù)組        340
13.5.3  查找malloc中的錯誤        340
13.5.4  釋放內(nèi)存        341
小結(jié)        341
復(fù)習(xí)題        342
程序設(shè)計練習(xí)        344
第14章  再論字符串        347
14.1  string類型的概念表示        347
14.1.1  字符串作為數(shù)組        347
14.1.2  字符串作為指針        349
14.1.3  字符串作為抽象類型        350
14.1.4  字符串參數(shù)        350
14.1.5  字符串變量        351
14.1.6  指針和數(shù)組變量間的區(qū)別        352
14.1.7  決定字符串的表示方法        354
14.2  ANSI字符串庫        354
14.2.1  strcpy函數(shù)        355
14.2.2  strncpy函數(shù)        357
14.2.3  strcat和strncat函數(shù)        358
14.2.4  strlen、strcmp和strncmp函數(shù)        359
14.2.5  strchr、strrchr和strstr函數(shù)        359
14.2.6  ANSI字符串函數(shù)的應(yīng)用        360
14.3  strlib庫的實(shí)現(xiàn)        360
14.3.1  實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換函數(shù)        360
14.3.2  strlib分配函數(shù)的實(shí)現(xiàn)        363
小結(jié)        364
復(fù)習(xí)題        365
程序設(shè)計練習(xí)        365
第15章  文件        368
15.1  文本文件        368
15.2  C語言中文件的使用        369
15.2.1  聲明FILE*類型的變量        370
15.2.2  打開文件        370
15.2.3  執(zhí)行I/O操作        371
15.2.4  關(guān)閉文件        371
15.2.5  標(biāo)準(zhǔn)文件        371
15.3  字符I/O        371
15.3.1  文件更新        374
15.3.2  在輸入文件中重新讀取字符        376
15.4  面向行的I/O        377
15.5  格式化I/O        379
15.5.1  printf的三種形式        380
15.5.2  scanf函數(shù)        380
15.5.3  用scanf讀入字符串        381
15.5.4  格式化I/O的一個實(shí)例        383
15.5.5  使用scanf的局限        385
小結(jié)        385
復(fù)習(xí)題        386
程序設(shè)計練習(xí)        387
第16章  記錄        393
16.1  數(shù)據(jù)記錄的概念        393
16.2  記錄在C語言中的使用        394
16.2.1  定義一個結(jié)構(gòu)類型        394
16.2.2  聲明結(jié)構(gòu)變量        395
16.2.3  記錄選擇        395
16.2.4  記錄初始化        395
16.2.5  簡單記錄        396
16.3  數(shù)組與記錄的結(jié)合        397
16.4  記錄的指針        399
16.4.1  定義一個指向記錄類型的指針        399
16.4.2  為記錄數(shù)據(jù)分配空間        400
16.4.3  對記錄指針進(jìn)行操作        401
16.5  創(chuàng)建記錄的數(shù)據(jù)庫        402
16.5.1  創(chuàng)建員工信息數(shù)據(jù)庫        402
16.5.2  數(shù)據(jù)庫的使用        404
16.6  基于記錄的應(yīng)用程序設(shè)計        405
16.6.1  使用數(shù)據(jù)庫的重要性        405
16.6.2  問題的框架        405
16.6.3  設(shè)計內(nèi)部表示        406
16.6.4  設(shè)計外部結(jié)構(gòu)        408
16.6.5  程序代碼        409
16.6.6  數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計方法的重要性        415
小結(jié)        415
復(fù)習(xí)題        417
程序設(shè)計練習(xí)        418
第17章  深入學(xué)習(xí)        424
17.1  遞歸        424
17.1.1  遞歸的簡單說明        425
17.1.2  Factorial函數(shù)        425
17.1.3  遞歸信任        429
17.1.4  遞歸范例        430
17.1.5  排列的生成        431
17.1.6  用遞歸的思想思考        433
17.2  抽象數(shù)據(jù)類型        433
17.2.1  隊(duì)列抽象        434
17.2.2  以隊(duì)列抽象表示類型        434
17.2.3  queue.h 接口        436
17.2.4  實(shí)現(xiàn)隊(duì)列抽象        437
17.2.5  隊(duì)列抽象的另一種實(shí)現(xiàn)方法        441
17.3  算法分析        444
17.3.1  評估算法效率        444
17.3.2  O標(biāo)記        444
17.3.3  再看選擇排序        445
17.3.4  分而治之策略        446
17.3.5  合并兩個數(shù)組        447
17.3.6  合并排序算法        447
17.3.7  合并排序的計算復(fù)雜性        448
17.3.8  比較平方復(fù)雜性與NlogN復(fù)雜性的性能        450
小結(jié)        450
復(fù)習(xí)題        451
程序設(shè)計練習(xí)        451
附      錄
附錄A  C語言的語法和結(jié)構(gòu)總結(jié)        457
附錄B  庫源代碼        471
索引        491