前言
第1章程序設計和C/C ?語言 1
1.1程序和程序語言 1
1.1.1計算機程序與程序設計 1
1.1.2程序設計語言及其發展 4
1.1.3高級語言及其實現 5
1.1.4具體語言和程序設計 6
1.2C語言和C ?語言簡介 6
1.3C/C ?程序快速入門 8
1.3.1程序的加工和執行 8
1.3.2一個簡單程序 9
1.3.3源程序的格式 12
1.3.4程序開發過程 13
1.3.5程序除錯 14
1.4集成開發環境Dev-C ?使用簡介 14
1.4.1源程序的編輯、保存、關閉和
打開 15
1.4.2源程序的加工和運行 18
本章討論的重要概念 21
練習 21
第2章數據與簡單計算程序 23
2.1基本字符、名字表示、標識符和
?關鍵字 23
2.1.1名字（標識符）的構成 24
2.1.2關鍵字 24
2.2常用數據類型 25
2.2.1整數類型和整數 25
2.2.2實數類型和實數 27
2.2.3字符和字符串 28
2.3運算符、表達式與計算 31
2.3.1算術運算符 31
2.3.2算術表達式 31
2.3.3表達式求值 32
2.3.4計算和類型 33
2.3.5簡單計算程序 36
2.4數學函數及其使用 38
2.4.1函數與函數調用 38
2.4.2函數調用中的類型轉換 41
2.4.3inf與nan 42
2.5基本輸出功能 43
2.5.1C ?的基本輸出功能 43
*2.5.2C語言中的輸出函數printf 45
*2.6計算機中的數值表示與存儲 48
2.6.1數制 48
2.6.2數據存儲單位 49
2.6.3基本類型數據的表示 50
2.7Dev-C ?中的輔助編輯功能 52
2.7.1插入頭部注釋和標準代碼模塊 52
2.7.2其他編輯功能 53
本章討論的重要概念 53
練習 54
第3章變量和控制結構 56
3.1語句、復合結構和順序程序 56
3.2變量的概念、定義和使用 57
3.2.1變量的定義 57
3.2.2變量的使用：賦值與取值 60
3.3數據輸入 71
3.3.1通過輸入流獲取數據 71
*3.3.2C語言的格式輸入函數scanf 72
3.4關繫表達式、邏輯表達式和條件
?表達式 74
3.4.1關繫運算符與關繫表達式 74
3.4.2邏輯運算符與邏輯表達式 76
3.4.3條件表達式 78
3.5語句與控制結構 79
3.6選擇語句 80
3.6.1if語句 80
3.6.2if語句的嵌套 83
3.6.3if語句的優化 85
3.6.4使用if語句的技術 87
3.6.5開關語句 89
3.7循環語句 91
3.7.1while語句 91
3.7.2do-while循環結構 94
3.7.3for語句 95
3.7.4多重循環 98
3.7.5與循環有關的控制語句 100
3.7.6死循環 104
3.8程序動態除錯方法（一） 107
3.8.1動態運行錯誤的分析與確認 107
3.8.2排除程序的動態運行錯誤 108
3.8.3源代碼的可讀性 111
本章討論的重要概念 112
練習 113
第4章基本程序設計技術 115
4.1循環程序設計 115
4.1.1輸出一繫列完全平方數 116
4.1.2整數範圍與浮點誤差 117
4.1.3迭代與遞推 119
4.1.4通項計算 123
4.1.5循環中的幾種變量 125
4.2常用標準庫函數 126
4.2.1庫函數 126
4.2.2程序計時 127
4.2.3隨機數生成函數 128
4.3交互式程序設計的輸入輸出 130
4.3.1通過計數器控制循環輸入 130
4.3.2用結束標志控制循環輸入 131
4.3.3輸入函數的返回值及其作用 131
4.3.4輸入輸出流：字符串流與
文件流 134
4.3.5字符輸入輸出與字符相關函數 140
4.4程序設計實例 145
4.4.1編程實例1：一個簡單猜數
遊戲 145
4.4.2編程實例2：一個簡單計算器 147
4.4.3編程實例3：文件中的單詞
計數 149
*4.4.4編程實例4：圖形界面程序 152
本章討論的重要概念 154
練習 154
第5章函數與程序結構 157
5.1函數的定義與調用 157
5.1.1對自定義函數的需求 158
5.1.2函數的定義 159
5.1.3函數的調用 162
5.1.4函數和程序 165
5.1.5局部變量的作用域和生存期 166
5.1.6函數調用的參數傳遞機制 170
5.2程序的函數分解、封裝與測試 173
5.2.1程序的函數分解 173
5.2.2函數封裝和兩種視角 174
5.2.3函數的測試 175
5.2.4自定義函數和測試 176
5.3循環與遞歸 183
5.3.1階乘和乘冪 183
5.3.2斐波那契數列 185
5.3.3公約數 188
5.3.4河內塔問題 191
5.4外部變量與靜態局部變量 193
5.4.1外部變量 194
5.4.2變量定義的嵌套 196
5.4.3靜態局部變量 198
5.4.4外部變量與靜態局部變量的
初始化 199
*5.4.5名字空間 201

隨著信息社會的發展，計算機領域的知識和能力越來越受到人們的重視，作為計算機入門知識的程序設計自然備受重視。本書作為程序設計的入門課程教材和自學讀物，致力於幫助讀者理解程序和計算，理解並掌握程序設計的思想、方法和基本技術，學習一種實用的編程語言，以便為在信息社會中繼續學習和工作打下堅實的基礎。本書詳細介紹了程序設計語言與基本程序設計的各方面情況和問題，包括與計算機程序和程序設計有關的基本概念，用計算機解決問題的思維方法，以及程序設計的基本技術。本書的內容選擇、撰寫方式和章節安排都認真考慮了入門課程和自學者的需求。
本書在內容編排上特別重視由易到難、穩步推進，以遞進的方式講解概念，解釋細節，展示簡單用例，再給出完整的問題實例分析和程序源代碼，輔以對完整程序的分析和評價等，通過多種方式相互呼應，幫助讀者領悟並掌握與程序設計有關的概念、方法和技術。本書特別考慮了內容的安排順序、難點的分解和多種角度的解釋等，使學習曲線盡可能平滑，讓讀者更容易接受。
本書用標準C語言作為基本教學語言，輔以C ?的少量易用功能以降低初學者的學習難度。這樣安排的主要理由是：
（1）C語言包含了重要的基本程序設計機制，能較好地滿足編程學習的需要，完善的開發工具也很容易獲得。
（2）C語言是許多計算機專業課程的支撐語言，這種安排有利於與後續的學習和課程接軌。
（3）C語言一直是業界廣泛使用的語言之一。
由於C語言中少數機制的技術細節較多，初學者不易掌握，因此，本書采用C ?語言中相應的特性作為替代（主要是輸入輸出和存儲分配機制），從而降低學習和編程的難度，使讀者能專注於程序設計的學習。
本書以程序設計為主線，貫徹“在做中學”的理念，致力於幫助讀者通過正確的實踐去深入理解“計算思維”，以及用計算機解決問題的方法和技術。書中介紹了C/C ?語言的各種重要結構，其中特別關注它們在程序中的作用和相互聯繫。在討論編程實例時，本書摒棄了一些教材中常見的“敘述問題，列出代碼，簡單說明”三步法，改為詳細闡釋從問題到程序的思考和工作過程。書中通過大量編程實例，反復展示對問題的分析和分解、找出主要步驟、確定函數抽像、找出循環、選擇語言結構直至開發出能正確完成工作的良好程序的全過程，幫助讀者理解程序設計的真諦。
學習程序設計需要理解這種工作的繫統性、科學性和工程性。進行程序設計就是為了用計算機解決問題，步工作應該是深入分析問題，設法找出解決問題的線索和方法，為後續編程做好準備。分析中有可能發現多種可用的解決方案，這時就需要比較不同方案並做出選擇，還要對所做的選擇有清醒的評價（優點、缺點、傾向性等）。這又是典型的工程問題：實際中常常無法找到完美的解，需要權衡、折中和選擇。第二步工作是程序的功能分解，把復雜功能分解為較簡單的部分。正確、有效的分解是科學性問題，而在多種可能分解中選擇又具有明顯的工程性。之後的編碼也同樣需要科學和工程思維的結合。總之，正確的好程序不是隨便做出來的，必須基於科學的方法，輔以正確的工程處理。
書中的大量實例給出了完整的開發過程，有些包含比較詳細的分析和討論，有些給出了基於不同考慮的多種解法。書中仔細比較了它們的特性，有時還指出了其他可能性。一些實例完成後有回顧與分析，提出了關於還可能如何想、如何做的思考。書中經常給讀者提出一些問題，啟發讀者積極思考，發揮讀者的主觀能動性，幫助讀者更好地理解程序設計的真諦。書中的練習題也力圖反映這些想法。
本書中的討論還特別強調對程序設計過程的正確認識，強調良好的程序設計風格，強調通過函數抽像建立清晰結構的重要性，強調程序的良好結構、可讀性、易修改性等。書中的源代碼示例都力圖反映這些良好性質，也盡量避免出現晦澀難懂的語句或結構。書中根據內容進展及時介紹一些重要的標準函數庫，幫助讀者建立對標準函數庫的清晰認識。此外，書中還簡單介紹了一些與計算和程序有關的一般問題，如通過統計程序運行時間介紹計算的基本性質（復雜性），通過分析循環過程能否完成所需工作介紹“循環不變關繫”的概念等。這些既能豐富讀者的知識，也能作為思考程序的線索。
程序設計是一種實踐性活動，僅靠讀書、抄寫現成代碼做試驗是不可能學好的。作為初學者，不但需要深入閱讀和理解教科書上的內容，還必須“在做中學”，一次次地親身經歷“從問題到程序”的思考和把初步的代碼設計構想逐漸細化直至變成能正確實現預期目標的具體程序代碼的工作過程。在這些過程中，既需要發揮自己的聰明纔智，也需要細致認真、踏踏實實地工作。
請讀者注意，對同一個問題可以有不同的考慮和分析、不同的設計選擇和不同的具體實現方法，因此可能得到許多不同的程序。它們可能各有長短或側重，也可能反映了對問題的不同想法，但都是對原問題的合理解答。不應將各種書籍（包括本書）裡的程序看作標準答案，這些程序隻是作者對問題的一種解答。為了學好程序設計，希望讀者能養成一種習慣：在閱讀書中程序時注意思考作者的考慮和選擇，分析其中哪些是合理且有價值的（或不合理、無價值的），還可能怎樣選擇，采納其他選擇可能得到什麼（或失去什麼），等等。這樣思考將使你受益無窮。當然，雖然程序設計中有很多選擇，但本書中的實例還是努力給出好的選擇，說明選擇的理由，指出有關選擇帶來的問題（缺點和限制等），供讀者參考。
今天，計算機繫統的安全問題變得越來越重要，程序的強健和安全是計算機繫統安全的基礎。本書在討論程序設計的基本問題時，也簡單討論了一些C程序結構的脆弱點和可能的安全缺陷，以及提高程序健壯性的基本技術。這些初步討論意在幫助讀者提高認識，理解計算機安全的重要性。
本書的討論不依賴於具體開發繫統，讀者可以用任何符合C和C ?標準的繫統作為學習工具。但在討論編程中的一些具體情況時，參考一種具體程序開發環境也可能有所助益。本書選用相對簡單的Dev-C ?集成開發環境作為展示工具，借助它介紹一些開發中的實際問題，特別是程序的調試。
本書包含如下8章和若干附錄：
第1章程序設計和C/C ?語言：介紹程序與程序語言的概念、C語言和C ?語言的發展及其特點，用一個簡單例子介紹C/C ?程序及其加工和執行，後介紹集成開發環境Dev-C ?的基本使用。
第2章數據與簡單計算程序：討論程序語言中基本的概念，包括字符集、標識符和關鍵字，數據與類型，數據表示，運算符、表達式與計算過程，數學函數庫的使用，等等。
第3章變量和控制結構：介紹C/C ?基本編程機制及其使用，包括語句和復合結構，變量，關繫運算和邏輯運算，以及支持選擇和循環執行的控制結構，並介紹程序的動態除錯方法。
第4章基本程序設計技術：首先討論循環程序設計的基本方法，通過實例分析循環的構造過程；然後介紹常用標準庫函數，交互式程序設計的輸入輸出，特別是C ?字符流和文件流輸入輸出技術。
第5章函數與程序結構：首先介紹函數的定義與調用、程序的函數分解和遞歸函數，以及外部變量等概念；在此基礎上討論與更復雜的C/C ?程序和多文件開發有關的技術，包括函數和變量的聲明與定義、預處理程序；後介紹集成開發環境中的程序調試工具。
第6章數組：介紹數組的概念、定義和相關程序設計技術。
第7章指針：介紹指針的概念和指針變量的使用，指針與數組的關繫，多維數組作為參數的通用函數，以及動態存儲管理、指向函數的指針等概念及其在程序中的應用。
第8章結構體和其他數據機制：首先介紹類型定義，然後介紹結構體的定義及其在程序中的使用，並簡單介紹鏈接結構的概念和類（class）的概念。
後安排了5個附錄，分別介紹C和C ?語言運算符、ANSI C關鍵字、C和C ?語言常用功能、命名規範以及編程形式規範，並給出進一步學習的建議。
為了方便讀者閱讀，本書中的重要名詞概念用黑體字標記，重要詞句用粗楷體字標記，重要源代碼用波浪線標記，附加注釋性的詞句用楷體字標記。本書中一些高級主題用星號標記，供學有餘力的讀者閱讀。
作者特別感謝參加相關課程學習的學生，他們提出的問題給了作者許多啟示，促使作者更深入地思考了許多問題。作者感謝家人與同事多年的支持。雖然本書凝結了作者的多年思考，但仍難免有錯誤或不足，希望得到讀者的指正和同行的意見、建議。相關教學資料（教學課件、編程練習題參考答案和額外的習題等）可以從如下網址獲取：https://devcpp.gitee.io/ptop。如果需要聯繫作者，請發郵件至qzy@math.pku.edu.cn或anbangli@mail.ccnu.edu.cn。

裘宗燕（北京大學數學學院信息科學繫）
李安邦（華中師範大學物理科學與技術學院）
2022年5月