Программирование на языке высокого уровня
Подождите немного. Документ загружается.
Н.В. Пермякова
ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ
ВЫСОКОГО УРОВНЯ
Часть 1
Учебное пособие
ТОМСК – 2007
Томский межвузовский центр
дистанционного образования
Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра автоматизации обработки информации (АОИ)
Н.В. Пермякова
ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ
ВЫСОКОГО УРОВНЯ
Часть 1
Учебное пособие
2007
Корректор: Осипова Е.А.
Пермякова Н.В.
Программирование на языке высокого уровня: Учебное пособие.
В 2-х частях. — Томск: Томский межвузовский центр дистанци-
онного образования, 2007. — Ч.1. — 195 с.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управ-
ления» и всех, начинающих изучать основы программирования на
языке Си/Си++.
Рассмотрены основные аспекты алгоритмизации, изложены осно-
вы структурного программирования в примерах на языке Си, описаны
типовые алгоритмы суммы, произведения, поиска и сортировки.
Каждая глава снабжена контрольными вопросами и заданиями на
выполнение по ее материалу.
Ó
Пермякова Н.В., 2007
Ó Томский межвузовский центр
дистанционного образования, 2007
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение....................................................................................... 7
1 Основы алгоритмизации ........................................................ 8
1.1 Основные понятия и определения...................................... 8
1.2 Основные конструкции структурного
программирования.............................................................10
1.3 Системы кодирования алгоритмов....................................11
1.3.1 Система псевдокод .....................................................11
1.3.2 Блок-диаграммы..........................................................13
1.3.3 Диаграммы Насси-Шнайдермана...............................15
1.4 Основные алгоритмы.........................................................16
1.4.1 Алгоритмы суммы и произведения............................16
1.5 Пример решения задания для самостоятельного
выполнения ........................................................................18
1.6 Задания на выполнение .....................................................21
1.7 Контрольные вопросы и упражнения................................25
2 Интегрированная среда программирования
Borland C.311 ............................................................................28
2.1 Подготовка программного обеспечения для работы
в среде Borland C 3.11........................................................28
2.2 Настройка редактора..........................................................29
2.3 Создание и редактирование текста программы................30
2.4 Структура простой программы .........................................32
2.5 Отладка программ..............................................................34
2.6 Создание проектов. Многофайловая компиляция ............37
2.7 Работа с окнами .................................................................39
2.8 Сообщения об ошибках .....................................................39
2.9 Контрольные вопросы и упражнения................................51
3 Синтаксис и алфавит языка Си............................................52
3.1 Алфавит языка Си..............................................................52
3.2 Синтаксис...........................................................................52
3.2.1 Лексемы языка ............................................................52
3.2.2 Ключевые слова..........................................................52
3.2.3 Идентификаторы.........................................................53
3.2.4 Константы ...................................................................53
3.2.5 Литеральные строки ...................................................56
4
3.2.6 Операторы...................................................................56
3.2.7 Знаки пунктуации .......................................................60
3.3 Контрольные вопросы и упражнения................................62
4 Типы данных языка Си .........................................................64
4.1 Основные типы данных.....................................................64
4.1.1 Простые типы .............................................................64
4.1.2 Приставки к типам данных.........................................64
4.1.3 Преобразование типов................................................65
4.2 Производные типы данных ...............................................66
4.2.1 Указатели ....................................................................66
4.2.2 Ссылки ........................................................................67
4.2.3 Разыменование указателей .........................................67
4.3 Сложные типы данных ......................................................68
4.3.1 Массивы......................................................................68
4.3.2 Структуры ...................................................................71
4.3.3 Объединения ...............................................................73
4.3.4 Перечисления..............................................................74
4.4 Объявления и инициализация переменных ......................75
4.5 Контрольные вопросы и упражнения................................76
5 Подготовка и исполнение программы на языке Си...........78
5.1 Этапы подготовки программы к исполнению ..................78
5.2 Директивы препроцессора.................................................78
5.2.1 Директива #include......................................................78
5.2.2 Директивы #define, #undef, #ifdef, #ifndef...................79
5.2.3 Директивы условной компиляции..............................80
5.2.4 Управляющая директива #line....................................81
5.2.5 Директива #error.........................................................81
5.2.6 Директива #pragma.....................................................82
5.3 Ввод-вывод информации...................................................84
5.3.1 Функция printf.............................................................84
5.3.2 Функция scanf .............................................................86
5.4 Простая программа на языке Си .......................................88
5.5 Контрольные вопросы и упражнения................................89
6 Конструкции структурного программирования в Си........92
6.1 Следование.........................................................................92
6.2 Ветвление...........................................................................94
6.2.1 Оператор проверки условия if <else> ........................94
5
6.2.2 Множественный выбор...............................................97
6.3 Циклы.................................................................................99
6.3.1 Цикл с фиксированным числом операций for............99
6.3.2 Циклы while и do while..............................................101
6.3.3 Операторы безусловной передачи управления
continue и break.........................................................102
6.4 Примеры использования операторов цикла....................103
6.4.1 Вычисление суммы бесконечного ряда ...................103
6.4.2 Вычисления по итерационной формуле...................104
6.4.3 Программирование численных методов ..................105
6.5 Контрольные вопросы и упражнения..............................107
6.6 Задания на выполнение ...................................................109
6.6.1 Проверка ошибок ввода, нахождение
максимальных и минимальных значений................109
6.6.2 Геометрия на плоскости ...........................................112
6.6.3 Сумма бесконечного ряда.........................................116
6.6.4 Программирование итерационных формул .............116
7 Функции.................................................................................118
7.1 Синтаксис.........................................................................118
7.2 Объявление и вызов функций .........................................118
7.3 Локальные переменные ...................................................123
7.4 Выход из функций ...........................................................124
7.4 Передача параметров по ссылке......................................125
7.5 Рекурсивные функции .....................................................126
7.6 Контрольные вопросы и упражнения..............................128
8 Массивы.................................................................................130
8.1 Одномерные массивы ......................................................130
8.1.1 Инициализация массива ...........................................130
8.1.2 Поиск значений в массиве........................................132
8.1.2.1 Поиск по заданному значению..........................132
8.1.2.2 Поиск экстремальных элементов массива ........138
8.1.3 Сортировка массивов................................................139
8.1.3.1 Сортировка обменом .........................................139
8.1.3.2 Сортировка выбором .........................................140
8.1.3.3 Сортировка вставками.......................................141
8.2 Многомерные массивы....................................................142
8.2.1 Инициализация матриц.............................................142
6
8.2.2 Печать матриц...........................................................144
8.2.3 Примеры решений задач с использованием матриц ...145
8.3 Строки ..............................................................................152
8.3.1 Инициализация строк ...............................................152
8.3.2 Представление строки в памяти компьютера ..........153
8.3.3 Стандартные функции для работы со строками ......154
8.3.4 Примеры решений задач со строками......................157
8.4 Задания на выполнение ...................................................161
8.4.1 Одномерные массивы...............................................161
8.4.2 Функции и матрицы..................................................164
8.4.3 Работа со строковыми данными...............................167
8.5 Контрольные вопросы и упражнения..............................169
9 Файлы в Си............................................................................171
9.1 Типы файлов в Си............................................................171
9.2 Механизм чтения-записи.................................................171
9.3 Функции для поточного доступа к файлам.....................172
9.4 Примеры работы с текстовыми файлами........................176
9.4.1 Запись данных в текстовый файл.............................176
9.4.2 Чтение данных из текстового файла ........................177
9.4.3 Изменение текстового файла....................................180
9.5 Двоичные файлы..............................................................182
9.5.1 Запись и чтение информации в двоичный файл ......182
9.5.2 Реализация прямого доступа в двоичном файле......184
9.6 Задания на выполнение ...................................................190
9.6.1 Текстовые файлы ......................................................190
9.6.2 Двоичные файлы.......................................................192
9.7 Контрольные вопросы и упражнения..............................194
7
ВВЕДЕНИЕ
Данное пособие представляет собой конспективный учеб-
ник по основам программирования. Учебное пособие ориенти-
рованно на студентов, только начинающих изучение курса.
Пособие основано на лекционном курсе, который автор чи-
тает для студентов кафедры автоматизации обработки информа-
ции Томского государственного университета систем управле-
ния и радиоэлектроники.
В пособии рассмотрены основные приемы алгоритмизации,
способы представления алгоритмов. В качестве инструменталь-
ного средства для реализации полученных знаний в пособии
рассматривается язык программирования высокого уровня Си.
В первой части пособия рассматривается структурный под-
ход к программированию. Материал, изложенный в пособии,
подкреплен примерами программ.
Задания на выполнение, предложенные для самостоятель-
ной разработки, фактически являются заданиями на практиче-
ские занятия и лабораторные работы, выполняемые студентами
дневной формы обучения. Выполнение этих заданий поможет
подготовиться к решению компьютерной контрольной работы.
8
1 ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ
1.1 Основные понятия и определения
Начнем курс с некоторых определений, без которых невоз-
можна дальнейшая работа. Основным понятием данного раздела
является понятие алгоритма. Само слово «алгоритм» произошло
от латинского слова algorism — правило выполнения арифмети-
ческих действий с использованием арабских цифр (около 825 г.).
Постепенно слово изменилось, и первоначальный вид и значение
забылись. В 17 веке в словарях встречается слово algorithmus —
объединение понятий о четырех типах арифметических дейст-
вий. К 1950 году под словом алгоритм чаще всего подразуме-
вали так называемый алгоритм Евклида — Нахождение наи-
большего общего делителя. Приведем этот алгоритм:
Условие — даны два положительных числа m и n. Найти их
наибольший общий делитель.
1. Разделить m на n. Пусть остаток равен r.
2. Если r = 0, то алгоритм закончен; n — наибольший об-
щий делитель.
3. Заменим m = n, n = r. Перейти к шагу 1.
Эти же самые действия могут быть записаны в виде блок-
схемы, представленной на рис. 1.1.
Рис. 1.1
Задать
m
и
n
m
r
n
=
0
r
=
Да
Нет
mn
=
nr
=
Вернуть r
Дадим определения алгоритма различными способами:
9
Общее определение
Алгоритм — заранее заданная последовательность четко
определенных правил или команд для получения решения зада-
чи за конечное число шагов.
Математическое определение
Алгоритм — процесс построения величин, идущий в дис-
кретном времени, который позволяет из системы величин в пре-
дыдущий момент времени получить систему величин в после-
дующий момент, для которого задается начальная система и
сформулировано правило окончания процесса.
Из второго определения видно, что первая часть алгоритма
обязательно должна описывать данные, названные начальными
системами. Вторая часть алгоритма — это действия над этими
данными. Таким образом, можно дать третье определение алго-
ритма, интуитивное:
алгоритм — это описание данных и действий, производи-
мых над ними для получения нужного результата.
Данные, описанные в алгоритме, имеют имена и могут быть
следующими: константа — величина, сохраняющая свое значе-
ние на протяжении работы алгоритма. Например — a = 5. ‘a’ —
имя константы. Имя может состоять из нескольких символов.
Переменные — данные, которые изменяются в процессе работы
алгоритма. К таким данным операция присваивания := может
применяться один или несколько раз. Например: k:=a, k:=a+10.
Можно выделить в отдельную группу такую переменную, как
счетчик, — переменная, начальное значение которой равно
фиксированному числу, наиболее часто нулю, по которой ведет-
ся счет определенных одинаковых действий.
Данные могут быть простыми — целое число, веществен-
ное число, символ. И сложными — массивы простых данных,
матрицы простых данных.
Массив — это вектор, который имеет конечное число эле-
ментов. Например, массив x= {1,3,5,7} состоит из четырех эле-
ментов. Каждый элемент массива имеет свой индекс — целое
число, определяющее положение элемента в массиве. Сущест-
вует несколько видов записей индексов — например — x
1
=1,
или x[2] = 3. Читается — x первое равно единице, x второе равно 3.