第10章函数与程序结构

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五核券苌
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1 第 10 章函数与程序结构

2 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

3 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

4 结构化程序设计使用结构化程序设计方法解决复杂的问题把大问题分解成若干小问题, 小问题再进一步分解成若干更小的问题写程序时, 用 main() 解决整个问题, 它调用解决小问题的函数这些函数又进一步调用解决更小问题的函数, 从而形成函数的嵌套调用

5 程序结构示意图 main( ) 函数 1 函数 2 函数 m 函数 1_1 函数 1_2 函数 m_1 函数 m_n

6 关于函数的定义函数命名的一些原则描述函数所做的所有事情避免使用无意义的模糊或表述不清的动词给过程起名时使用语气强烈的动词加宾语的形式例如 checkorderinfo(...) calcmonthlyrevenues(...) 一个函数只实现一个功能

7 关于函数参数的一些原则按照输入 - 修改 - 输出的顺序排列参数考虑对参数采用某种表示输入修改输出的命名规则使用所有的参数把状态或出错变量放在最后不要把函数的参数用作工作变量在接口中对参数的假定加以说明尽可能少的参数 ( 限制在大约 7 个以内 )

8 关于函数的长度函数的长度与错误量之间成反比 ( 上至 200 行代码 ) 没有关联, 而结构复杂度和数据量却与错误量有关短小的函数 ( 32 行 ) 与更低的成本或错误率无关 ; 较长的函数 ( 65 行 ) 使得每行代码的成本更低相对较长的函数, 短小的函数 ( 含注释 143 行 ) 中每行代码所含的错误数量要多 23%, 而较长函数的修改成本却高 2.4 倍平均长度 100 到 150 行的函数需要修改的几率最低超过 500 行之后, 函数出错率就会与其长度成正比

9 编码规范高质量的程序正确性 : 语法正确功能正确使之可行可读性 : 通用的必需的习惯用语和模式可以使代码更加容易理解使之优雅可维护性 : 程序应对变化的能力使之优化 9

10 编码规范网上搜索资料 (bing 或者百度 C 编码规范 ) 1+%E8%A7%84%E8%8C%83&FORM=AWRE 仅供参考 ( 标准不唯一, 批判性接受 ) 10

11 [ 例 10-1] 计算常用圆形体体积设计一个常用圆形体体积计算器, 采用命令方式输入 1 2 3, 分别选择计算球体圆柱体圆锥体的体积, 并输入计算所需相应参数输入选择计算 3 种体积, 其它输入结束计算设计一个控制函数 cal(), 经它辨别圆形体的类型, 再调用计算球体圆柱体圆锥体体积的函数设计单独的函数计算不同圆形体的体积

12 程序结构 main( ) cal ( ) vol_ball ( ) vol_cylind ( ) vol_cone ( ) 3 层结构,5 个函数降低程序的构思编写调试的复杂度可读性好

13 例 10-1 源程序 #include <stdio.h> #include <math.h> #define PI void cal ( int sel ); double vol_ball(void); double vol_cylind(void); double vol_cone(void); int main(void) { int sel; while( 1 ){ printf(" 1- 计算球体体积 \n"); printf(" 2- 计算圆柱体积 \n"); printf(" 3- 计算圆锥体积 \n"); printf(" 其他 - 退出运行 \n"); printf( 请输入计算命令 : ); scanf("%d",&sel); if (sel<1 sel>3) break; else cal(sel); /* end for while */ return 0;

14 主控函数 cal void cal ( int sel ) { switch (sel) { case 1: printf(" 球体积为 :%.2f\n", vol_ball( )); break; case 2: printf(" 圆柱体积为 :%.2f\n", vol_cylind( ) ); break; case 3: printf(" 圆锥体积为 :%.2f\n", vol_cone( ) ); break;

15 球体体积函数 vol_ball double vol_ball( ) { double r ; printf(" 请输入球的半径 :"); scanf("%lf",&r); return(4.0/3.0*pi*r*r*r);

16 圆柱体积函数 vol_cylind( ) double vol_cylind( ) { double r, h ; printf(" 请输入圆柱的底圆半径和高 :"); scanf("%lf%lf",&r,&h); return(pi*r*r*h);

17 圆锥体积函数 vol_cone double vol_cone( ) { double r, h ; printf(" 请输入圆锥的底圆半径和高 :"); scanf("%lf%lf",&r,&h); return(pi*r*r*h/3.0);

18 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

19 函数的嵌套调用 int main(void) { y = fact(3); z = mypow(3.5, 2); double fact(int n) { double mypow(double x, in n) { fact main main mypow fact mypow

20 函数的嵌套调用 main int main(void) { cal (sel); void cal (int sel) { vol_ball() double vol_ball( ) { main cal cal vol_ball vol_ball

21 函数的嵌套调用在一个函数中再调用其它函数的情况称为函数的嵌套调用如果函数 A 调用函数 B, 函数 B 再调用函数 C, 一个调用一个地嵌套下去, 构成了函数的嵌套调用具有嵌套调用函数的程序, 需要分别定义多个不同的函数体, 完成不同的功能, 它们合起来解决复杂的问题循环嵌套调用递归函数, 递归调用

22 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数类型定义与宏定义编译预处理

23 递归函数基本概念阶乘的递归定义 : n! = n * (n-1)! 当 n>1 时 ; n! = 1 当 n=0 或 n=1 时递归通式递归出口 double fact( int n ) { double result; 函数 fact 自己调用自己 if( n<=1 ) 称作 : 递归调用 result = 1.0; else 不能写成 : result = n * fact(n-1); fact(n) = n*fact(n-1); return result;

24 递归函数基本概念直接递归调用间接接递归调用 int f(int x) { y = f(x-1) return y; int f(int x) { y = g(x-1) return y; int g(int x) { z = f(x-1) return z;

25 递归函数 fact( n ) 的实现过程 fact(3) = 3*fact(2) =3*2=6 2*fact(1) =2*1=2 同时有 4 个函数在运行, 且都未完成 3 个 f 是不一样的变量 : 名字都是 f, 值不相同 fact(1) =1 main() {... printf(fact(3)); fact(3) {... f=3*fact(2); return(f); fact(2) {... f=2*fact(1); return(f); fact(1) {... f=1; return(f);

26 函数递归调用调用有着相同名字和相同代码的函数调用时 : 分配参数和局部变量的存储空间退出时 : 释放相应的空间随着递归调用的层层深入, 存储空间的一端逐渐增加 ; 然后随着函数调用的层层返回, 存储空间的一端又逐渐缩短函数堆栈递归存在着可用堆栈空间过度使用的危险

27 堆栈 (stack) 堆栈 (stack): 栈或堆叠计算机科学中的一种抽象数据类型, 只允许在有序的线性数据集合的一端 ( 称为堆栈顶端 :top) 进行加入数据 (push) 和移除数据 (pop) 的运算操作 : 后进先出 (LIFO, Last In First Out)

28 递归程序设计用递归实现的问题, 满足两个条件 : 问题可以逐步简化成自身较简单的形式 ( 递归式 ) 参数逐渐减小递归最终能结束 ( 递归出口 ) 两个条件缺一不可解决递归问题的两个着眼点

29 例 10-3 将整数按照逆序输出 void reverse(int num ) { printf( %d, num%10); if( num>9 ) reverse( num/10 ); 执行 reverse(12345) 输出 :5 执行 reverse(1234) 输出 :4 执行 reverse(123) 输出 :3 执行 reverse(12) 输出 :2 执行 reverse(1) 输出 :1 因此, 最终输出为 54321

30 例 10-5 汉诺 (Hanoi) 塔 A B C 将 64 个盘从座 A 搬到座 B (1) 一次只能搬一个盘子 (2) 盘子只能插在 A B C 三个杆中 (3) 大盘不能压在小盘上

31 分析 n-1 A B C

32 汉诺 (Hanoi) 塔问题求解伪代码描述 hanoi (n 个盘,A B,C 为过渡 ) { if (n == 1) 直接搬运盘子 :A B else { hanoi(n-1 个盘, A C, B 为过渡 ) 运第 n 个盘子 :A B hanoi(n-1 个盘, C B, A 为过渡 ) C 语言代码 void hanoi(int n, char A, char B, char C) { if (n == 1) printf("%c-->%c\n", A, B); else { hanoi(n-1, A, C, B); printf("%c-->%c\n", A, B); hanoi(n-1, C, B, A);

33 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

34 宏定义 #define 命令 #define 宏名标识符宏定义字符串例如 :#define PI 编译时, 把程序中所有与宏名相同的标识符, 用宏定义字符串替代说明 : 宏名一般用大写字母, 以与变量名区别宏定义不是 C 语句, 后面不得跟分号宏定义可以嵌套使用多用于符号常量简单的操作和函数等 #define MAX(a, b) ((a)>(b)? (a) : (b))

35 宏定义的作用范围宏定义可以写在程序中任何位置, 它的作用范围从定义书写处到文件尾可以通过 #undef 强制指定宏的结束范围

36 #define A This is the first macro void f1() { printf( A\n ); printf( %s\n, A); #define B This is the second macro void f2( ) { printf( B ) ; B 的有效范围 #undef B int main(void) { f1( ); f2( ); return 0; A 的有效范围

37 带参数的宏定义 #define MAX(a,b) a>b? a : b #define SQR(x) int x, y, z x = MAX(x,y); y = SQR(x); y = SQR(z+x); x*x x>y? x : y x*x z+x*z+x

38 带参数的宏定义 : 建议使用 ( ) #define MAX(a,b) (a)>(b)? (a):(b) #define SQR(x) int x, y, z x = MAX(x,y); y = SQR(x); y = SQR(z+x); (x)*(x) (x)>(y)? (x):(y) (x)*(x) (z+x)*(z+x)

39 用宏实现两个变量的交换 #define f(a, b, t) (t)=(a),(a)=(b),(b)=(t) void main( void ) { int x, y, t ; scanf( %d%d, &x, &y); f(x,y,t); (t)=(x),(x)=(y),(y)=(t); /* 使用宏 */ printf( %d %d\n, x, y) ;

40 嵌套的宏定义与调用 #define F(x) x - 2 #define D(x) x*f(x) void main() { printf("%d,%d", D(3), D(D(3))) ;

41 嵌套的宏定义与调用 #define F(x) x - 2 #define D(x) x*f(x) 计算 D(3), D(D(3)) 先全部替换好, 最后再统一计算不可一边替换一边计算, 更不可以人为添加括号 D(3) = 3*F(3) = 3*3-2 = 7 D(D(3)) = D(3)*F(D(3)) = 3*F(3)*D(3)-2 = 3*3-2*3*F(3)-2 = 3*3-2*3*3-2-2 = -13

42 宏定义应用示例判断字符 c 是否为小写字母 #define LOWCASE(c) (((c) >= 'a') && ((c) <= 'z') ) 将数字字符 ( 0 ~ 9 ) 转换为相应的十进制整数, -1 表示出错 #define CTOD(c) (((c) >= '0') && ((c) <= '9')? c - '0' : -1) 最大值最小值 #define MAX(a,b) ((a) >= (b)? (a) : (b)) #define MIN(a,b) ((a) <= (b)? (a) : (b))

43 文件包含 #include 命令为避免一个文件过长, 可把程序组织为多个文件每一个文件包含若干个函数程序文件程序文件模块程序文件函数各程序文件模块分别编译, 再连接整个程序只允许有一个 main() 函数

44 文件包含 #include 命令格式 #include < 文件名 > #include " 文件名 " 例如 #include <stdio.h> #include "myfunc.h" 作用把被包含的文件内容插入到 #include 命令所在位置注意编译预处理命令, 以 # 开头行尾没有分号

45 例 10-7 文件包含举例文件 length.h /* 1 英里 =1609 米 */ #define mile_to_meter 1609 /* 1 英尺 =30.48 厘米 */ #define foot_to_centimeter /* 1 英寸 =2.54 厘米 */ #define inch_to_centimeter 2.54

46 [ 例 10-7] 文件包含举例文件 prog.c #include <stdio.h> #include length.h void main( ) { float foot, inch, mile; /* Input mile, foot and inch */ printf( %f miles = %f\n, mile, mile*mile_to_meter);

47 .h 头文件常规用法统一的定义和声明宏定义变量声明函数申明外部变量申明自定义的数据类型 ( 结构 ) 好处避免多次重复定义避免不一致方便维护和修改

49 包含 (#include) 头文件头文件可以嵌套包含 A.h 包含 B.h,B.h 包含 C.h, 避免循环包含, 避免头文件被多重复包含虽然函数变量的声明都可以重复, 不会影响程序编译和运行, 但会增加编译处理的时间当头文件中包含结构定义枚举定义等一些类型定义时, 这些定义是不可以重复的, 必须通过一定措施防止发生 49

50 头文件的作用通过头文件了解函数功能用户经常不能拿到源代码 ( 涉密 ), 但是可以拿到头文件和库文件 ( 编译后的二进制文件 ) 用户可以按照头文件中的 ( 接口 ) 函数声明, 调用库函数, 而不必关心接口怎么实现的编译器会从库中提取相应的二进制代码例如我们使用 printf, scanf 等标准库函数通过头文件能加强类型安全检查如果某个接口 / 函数被实现或被使用时, 其方式与头文件中的声明不一致, 编译器就会报错该简单规则能大大减轻程序员调试和改错负担 50

51 常用标准头文件 ctype.h 字符处理 math.h 与数学处理函数有关的说明与定义 stdio.h 输入输出函数中使用的有关说明和定义 string.h 字符串函数的有关说明和定义 stddef.h 定义某些常用内容 stdlib.h 杂项说明 time.h 支持系统时间函数

52 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

53 编译预处理编译预处理是 C 语言编译程序的组成部分, 它用于解释处理 C 语言源程序中的各种预处理指令文件包含 (#include) 和宏定义 (#define) 都是编译预处理指令在形式上都以 # 开头, 不属于 C 语言中真正的语句增强了 C 语言的编程功能, 改进 C 语言程序设计环境, 提高编程效率

54 编译预处理由于 #define 等编译预处理指令不是 C 语句, 不能被编译程序翻译需要在真正编译之前作一个预处理, 解释完成编译预处理指令从而把预处理指令转换成相应的 C 程序段, 最终成为由纯粹 C 语句构成的程序经编译最后得到目标代码

55 编译预处理主要功能文件包含 :#include 宏定义 :#define 条件编译

56 条件编译 #define _flag 1 #define _flag 0 #if _flag 程序段 1 #else 程序段 2 #endif #define _zhongwen #ifdef _zhongwen #define msg " 早上好 " #else #define msg "Good morning" #endif main() { printf(msg);

57 条件编译 ( 用于调试 ) #define _mydebug 0 #if _mydebug #define _dbg(x) (x) #else #define _dbg(x) #endif main() { int x; _dbg(printf("%d",x));

58 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

59 源程序文件组织.c 文件 : 实现文件函数实现全局变量定义.h 文件 : 自定义的头文件类型定义, 函数说明一个程序通常包含多个.c 和.h 文件几个到几千个系统越大越复杂, 文件越多

60 头文件 (.h 文件 ) 为方便模块函数被其它模块调用, 头文件中保存 : 宏定义常量定义数据类型定义外部变量声明函数声明 ( 函数原型要求 ) 60

61 头文件 (.h 文件 ) 正确使用头文件可以提高代码的可读性可维护性以及开发效率在.c 文件中通过命令包含.h 头文件 : 句末无 ; 系统头文件 : #include <stdio.h> 自定义头文件 : #include "mydata.h" 61

62 文件模块 (.c 文件 ) 编译单元在编译一个.c 文件时, 预处理器首先递归包含头文件, 形成一个含有所有必要信息的单个源文件每个.c 文件都对应一个编译单元, 生成一个目标文件连接程序把各个目标程序中产生的符号联系起来, 构成一个可执行程序 62

63 模块编译链接 prog1.c a1.h,, b1.h 编译 prog1.o prog2.c a2.h,, c2.h 编译 prog2.o 链接可执行文件 progm.c a.h, b.h, c.h 编译 progm.o 63

64 大程序构成 - 多文件模块学生信息库系统建立 new_student() 输出 output_student() 计算平均成绩 average() 平均成绩排序 sort() 修改 modify() 查询 search_student() 文件模块 student.h input_output.c aver_sort.c modify.c student_system.c

65 大程序构成 - 多文件模块用户头文件 student.h : 宏定义, 数据类型定义 ( 结构 ) #include<stdio.h> #include<string.h> #define MaxSize 50 struct student { int num; char name[10]; int computer, english, math; float average; ;

66 大程序构成 - 多文件模块 ( 续 ) 用户头文件 student.h : 外部变量, 外部函数 extern int count; void new_student(struct student students[]); void output_student(struct student students[]); void average(struct student students[]); void sort(struct student students[]); void modify(struct student students[]); void search_student(struct student students[], int num);

67 大程序构成 - 多文件模块输入 / 出程序文件 input_output.c #include "student.h" void new_student(struct student students[]) { void output_student(struct student students[]) {

68 大程序构成 - 多文件模块计算平均成绩及排序文件 aver_sort.c #include "student.h" void average(struct student students[]) { void sort(struct student students[]) {

69 大程序构成 - 多文件模块查询和修改文件 modify.c #include "student.h" void modify(struct student students[]) { void search_student(struct student students[], int num) {

70 大程序构成 - 多文件模块主函数程序 student_system.c #include "student.h" int count = 0; int main() { struct student students[maxsize]; /* 调用函数, 实现功能 */

71 文件模块之间的沟通外部变量在文件 A 中使用文件 B 中定义的全局变量 c 的时候, 需要在使用之前进行声明声明格式如下 : extern 类型名变量名 ; 例如 : extern int count ; 如果不希望其它文件使用某个全局变量, 那么需要将其定义为 static 类型的全局变量

72 文件模块之间的沟通外部函数在文件 A 中使用文件 B 中定义的函数 f 的时候, 需要在使用之前进行声明声明格式如下 : extern 类型名函数名 ( 参数类型表 ); 关键字 extern 可以省略例如 : void new_student(struct student students[]); void output_student(struct student students[]);

73 文件模块之间的沟通静态函数 : 内部函数如果不希望文件中的某个函数在其它的件中调用, 那么可以将其定义为静态的声明格式如下 : static 类型名函数名 ( 参数类型表 );

74 内容结构化程序设计函数嵌套调用递归函数宏定义与文件包含编译预处理大程序构成

chap07.key

chap07.key #include void two(); void three(); int main() printf("i'm in main.\n"); two(); return 0; void two() printf("i'm in two.\n"); three(); void three() printf("i'm in three.\n"); void, int 标识符逗号分隔,

第10章 函数与程序结构

第10章函数与程序结构