作者： Wenbo

一、实验目标

1. 能够运用计算思维分析解决简单的实际问题。
2. 能够熟练应用 while、do...while 和 for 语句的基本语法和执行流程。
3. 能够在 VS2010 开发环境中综合运用循环结构编写较强功能的程序。

二、知识回顾

1. 循环的四要素

• 循环体：重复执行的核心操作。
• 循环初始条件：初始化循环控制变量。
• 循环控制条件：构建循环控制表达式。
• 循环控制变量的修改：构建循环退出机制，避免死循环。

2. 三种循环语句

（1）while 循环

• 语法：

  while (表达式) {
      循环体;
  }
  

• 特点：先判断后执行，循环体执行次数为 0 到多次。

（2）do...while 循环

• 语法：

  do {
      循环体;
  } while (表达式);
  

• 特点：先执行后判断，循环体至少执行一次。

（3）for 循环

• 语法：

  for (表达式1; 表达式2; 表达式3) {
      循环体;
  }
  

  • 表达式1：初始化循环变量。
  • 表达式2：循环控制条件。
  • 表达式3：更新循环变量。

• 特点：结构紧凑，适合已知循环次数的情况。

3. 循环注意事项

• 循环控制变量必须在循环开始前初始化。
• 循环体内必须有修改控制变量的语句，确保循环能正常终止。
• 避免死循环：确保循环条件最终能变为假。
• 若进入循环前条件为假，则循环体一次也不执行（while 和 for）。

三、实验内容与实现

1. 实验1：统计字符串中各类字符个数

• 要求：输入一行字符，统计英文字母、空格、数字和其他字符的个数。
• 实现方法：
  • 使用 while((c = getchar()) != '\n') 逐字符读取。
  • 使用 if-else 结构判断字符类型并计数。
• 扩展：可分别统计大写字母、小写字母、数字、空格等。

2. 实验2：输出所有“水仙花数”

• 定义：一个3位数，其各位数字的立方和等于该数本身，如 (153 = 1^3 + 5^3 + 3^3)。
• 实现方法：
  • 方法一：遍历100到999的所有数，分解出各位数字，判断是否满足条件。
  • 方法二：使用三重循环遍历百位、十位、个位，组合成三位数进行判断。
• 输出：153、370、371、407。

3. 实验3：猴子吃桃问题

• 问题描述：猴子每天吃前一天剩下的一半又一个，第10天只剩1个，求第一天摘了多少桃子。
• 解决方法：逆向推导，从第10天开始往前推：
  • 第10天：1个
  • 第9天：(1 + 1) × 2 = 4个
  • 通用公式：(前一天 = (当天 + 1) × 2)
• 扩展：若每天吃前一天剩下的一半又两个，结果会不同。

4. 实验4：牛顿迭代法求方程的根

• 方法：利用切线逼近方程的根。
  • 迭代公式：(x_{n+1} = x_n – \frac{f(x_n)}{f’(x_n)})
  • 终止条件：(|x_{n+1} – x_n| < \varepsilon)
• 示例方程：(2x^3 – 4x^2 + 3x – 6 = 0)
• 实现：使用 do...while 循环进行迭代，直到满足精度要求。
• 扩展：可修改初始值、输出迭代次数和每次迭代结果，分析不同初始值对迭代收敛的影响。

四、重点与难点

重点

• 循环结构的构建。
• 三种循环语句的语法与使用。
• 循环与选择结构的结合运用。

难点

• 实际问题中循环要素的判定与设计。
• 循环嵌套的逻辑理解与实现。
• 迭代算法的设计与实现（如牛顿迭代法）。

五、思考题

1. 如何灵活中断循环的执行？举例说明（如使用 break、continue）。
2. 多重循环语句的执行过程是怎样的？内外层循环如何协同工作？

一、实验目标

1. 能够正确使用 if 语句实现两分支、多分支选择结构。
2. 能够正确使用 switch 语句实现多分支选择结构。
3. 初步形成编写C程序解决复杂问题的能力。

二、知识回顾

1. if 语句实现两分支选择结构

• 语法形式：

  if (表达式) 
      语句1;
  else 
      语句2;
  

• 表达式可以是任意合法的C表达式。

• 语句1和语句2可以是单条语句或复合语句（用 {} 括起来的多条语句）。

• 执行逻辑：若表达式为“真”（非0），执行语句1；否则执行语句2。

2. if 语句嵌套实现多分支选择结构

• 语法形式：

  if (表达式1) 
      语句1;
  else if (表达式2) 
      语句2;
  else 
      语句3;
  

• 注意事项：

  • else 总是与它上面最近的未配对的 if 配对。
  • 可使用 {} 明确配对关系，增强代码可读性。
  • 建议缩进对齐，便于理解嵌套结构。

3. switch 语句实现多分支选择结构

• 语法形式：

  switch (表达式) {
      case 常量1:
          语句1;
          break;
      case 常量2:
          语句2;
          break;
      // ...
      default:
          语句n;
  }
  

• 注意事项：

  • 表达式必须是整型或字符型。
  • case 后面的常量值必须互不相同，且与表达式类型一致。
  • 若无 break，程序会继续执行下一个 case，直到遇到 break 或 switch 结束。
  • default 分支可选，用于处理未匹配的情况。

三、实验内容与要点

1. 实验1：比较三个数大小（输出最小值）

• 使用两两比较法，先假设第一个数为最小，再依次与后两个数比较。

• 代码示例（整型）：

  if (min > b) min = b;
  if (min > c) min = c;
  

2. 实验2：计算小于等于1000的正数的平方根

• 使用 sqrt() 函数（需包含 <math.h>）。

• 注意输入数据合法性判断：

  if (x <= 1000) {
      // 计算平方根
  } else {
      // 提示输入过大
  }
  

3. 实验3：分段函数计算

• 使用多分支 if-else if-else 结构。

• 注意条件范围的划分，如：

  if (x < 1) y = x;
  else if (x < 10) y = 2*x - 1;
  else y = 3*x - 11;
  

4. 实验4：百分制成绩转等级

• 方法一：使用 if-else if-else 结构。

• 方法二：使用 switch 结构，结合 score/10 进行等级匹配。

• 增强程序健壮性：添加输入合法性检查（0~100之间）：

  if (score > 100 || score < 0) {
      printf("成绩输入错误\n");
  }
  

5. 实验5（思考题）：三个数从小到大排序

• 方法一：最值法（找出最大值、最小值、中间值）。

• 方法二：排序法（两两比较并交换）：

  if (a > b) { temp = a; a = b; b = temp; }
  if (a > c) { temp = a; a = c; c = temp; }
  if (b > c) { temp = b; b = c; c = temp; }
  

四、重难点总结

重点

• 选择结构的构建方法。
• if 语句及其嵌套的使用。
• switch 语句的使用。

难点

• if 嵌套的配对逻辑。
• switch 语句中 break 的作用与使用时机。
• 如何确保程序能覆盖所有可能的输入情况，增强程序的完备性和健壮性。

五、思考

1. 如何优化三个数的排序算法？
2. 是否能用更简洁的代码实现？

一、实验目标

1. 熟练运用标准输入输出函数（scanf、printf）处理不同类型数据的输入与输出。
2. 掌握简单文本文件的读写操作，能编写完整的文件操作程序。

二、核心知识回顾

（一）标准输入函数：scanf

• 语法格式：scanf(格式控制字符串, 变量地址列表)。
• 核心要求：第2至n个参数必须是变量地址（加&）或指向变量地址的指针。
• 常用格式控制符
  • 整型：%d（有符号十进制）、%u（无符号十进制）、%o（八进制）、%x/X（十六进制）。
  • 实型：%f（小数/指数形式）、%e/E（指数形式）、%g/G（自动选最短格式）。
  • 字符/字符串：%c（单个字符）、%s（字符串）。
• 附加格式符：l（长整型/双精度）、h（短整型）、域宽（指定输入宽度）、*（读入不赋值）。
• 关键注意事项
  • 输入数据需与格式控制字符串完全匹配，否则停止读取。
  • 读取整型数据时，遇空格、回车、非小数点符号或字母即结束。
  • %c会读取空格、回车等空白字符，需注意输入顺序。

（二）标准输出函数：printf

• 语法格式：printf(格式控制字符串, 输出数据列表)。
• 常用格式控制符：与scanf基本一致，%f默认输出6位小数。
• 附加格式符：l（长整型）、m（最小输出宽度）、.n（指定小数位数/字符串截取长度）、-（左对齐）。
• 功能：可输出变量、常量或表达式的值，支持多类型数据同时输出。

（三）文本文件操作

• 核心流程：包含头文件（#include <stdio.h>）→ 定义文件指针（FILE *fp）→ 打开文件（fopen）→ 读写操作（fscanf/fprintf）→ 关闭文件（fclose）。
• 关键函数
  • 打开文件：fp = fopen("文件名", "打开方式")，常用方式有"w"（只写，创建新文件）、"r"（只读，需文件已存在）。
  • 写文件：fprintf(文件指针, 格式字符串, 输出表列)，用法与printf类似，多文件指针参数。
  • 读文件：fscanf(文件指针, 格式字符串, 地址表列)，用法与scanf类似，需指定文件指针。
  • 关闭文件：fclose(文件指针)，避免数据丢失和资源占用。

三、实验内容与示例代码

（一）实验1：字符型数据的双重显示

• 实验要求：定义两个字符型变量，分别用字符方式和整数方式显示，验证字符与ASCII码的对应关系。
• 示例代码

#include <stdio.h>
int main() {
    char c1, c2;
    c1 = 'a';  // 可替换为97、197等数值
    c2 = 'b';  // 可替换为98、198等数值
    printf("%c %c\n", c1, c2);  // 字符方式显示
    printf("%d %d\n", c1, c2);  // 整数方式显示（ASCII码）
    return 0;
}

• 预期结果：字符初始化时输出对应字符及ASCII码（如a b和97 98），超出ASCII范围的数值输出特殊字符及对应整数。

（二）实验2：多类型数据的输入与输出

• 实验要求：通过scanf输入指定数据（a=3、b=7、x=8.5、y=71.82、c1=A、c2=a），并用printf显示。
• 示例代码（两种格式控制方式）

1. 基础格式

#include <stdio.h>
int main() {
    int a, b;
    float x, y;
    char c1, c2;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    scanf("%f%f", &x, &y);
    scanf("%c%c", &c1, &c2);
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    printf("x=%f, y=%f\n", x, y);
    printf("c1=%c, c2=%c\n", c1, c2);
    return 0;
}

2. 带提示字符格式

#include <stdio.h>
int main() {
    int a, b;
    float x, y;
    char c1, c2;
    scanf("a=%d, b=%d,", &a, &b);
    scanf("x=%f, y=%f,", &x, &y);
    scanf("%c,%c", &c1, &c2);
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    printf("x=%f, y=%f\n", x, y);
    printf("c1=%c, c2=%c\n", c1, c2);
    return 0;
}

（三）实验3：文本文件写入

• 实验要求：创建文本文件，写入整型、实型、字符型数据。
• 示例代码

#include <stdio.h>
int main() {
    int a;
    float b;
    char c;
    FILE *fp;
    scanf("%d,%f,%c", &a, &b, &c);  // 输入格式：123,4.5,n
    fp = fopen("test1.txt", "w");    // 以只写方式创建文件
    fprintf(fp, "%d %f %c\n", a, b, c);  // 写入文件
    fclose(fp);  // 关闭文件
    return 0;
}

（四）实验4：文本文件读取与显示

• 实验要求：读取已创建的文本文件数据，显示到屏幕上。
• 示例代码

#include <stdio.h>
int main() {
    int a1;
    float b1;
    char c1;
    FILE *fp;
    fp = fopen("test1.txt", "r");  // 以只读方式打开文件
    fscanf(fp, "%d,%f,%c", &a1, &b1, &c1);  // 按写入格式读取
    printf("a1=%d, b1=%f, c1=%c\n", a1, b1, c1);  // 显示数据
    fclose(fp);  // 关闭文件
    return 0;
}

四、重难点总结

（一）重点

1. scanf和printf的格式控制符匹配与参数使用。
2. 文本文件“打开-读写-关闭”的完整流程。
3. 不同类型数据的输入输出格式规范。

（二）难点

1. scanf输入时的格式匹配问题，尤其是空白字符的处理。
2. 文件操作函数的正确调用，包括文件路径、打开方式的选择。

五、思考题

1. 为何scanf需要使用变量地址，而printf不需要？
2. 文件操作结束后，为何必须用fclose关闭文件？

一、实验目标

1. 掌握变量的正确定义与赋值方法。
2. 熟练运用运算符构建合法的C表达式。
3. 能够使用顺序结构编写简单C程序。
4. 熟悉VS2010开发环境，完成程序的创建、编写、运行与调试。

二、核心知识回顾

（一）变量基础

1. 变量使用原则：遵循“先定义，后使用”，未定义的变量无法在程序中调用。
2. 变量定义格式：数据类型 变量名1, 变量名2, ..., 变量名n;
   • 数据类型：决定变量占用的字节数、存储形式及取值范围（如int占4字节，char占1字节）。
   • 变量名：需为合法标识符，由字母、数字、下划线组成，且不能以数字开头（错误示例：int 0_cj;，正确示例：int a, b; float x;）。
3. 变量初始化：定义时为变量赋初始值（推荐编程习惯，避免内存中随机值干扰），格式为数据类型 变量名 = 初始值;
   • 示例1：int x = 1, y, z;（仅x初始化，y、z未初始化）
   • 示例2：int x = y = z = 1;（x、y、z均初始化为1）

（二）不同类型数据混合运算规则

整型（int）、字符型（char）、浮点型（float/double）可混合运算，转换遵循“低精度→高精度”“少字节→多字节”原则，具体优先级（从低到高）：char/short → int → float → double。

运算示例解析

已知 int i = 3; float f = 2.5; double d = 7.5;，计算表达式 10 + 'a' + i * f - d / 3：

1. 10 + 'a'：'a'的ASCII值为97（int型），结果为107（int型）。
2. i * f：i（int）与f（float）均转换为double，计算得3*2.5=7.5（double型）。
3. 步骤1结果 + 步骤2结果：107（int）转换为double，得114.5（double型）。
4. d / 3：3（int）转换为double，计算得7.5/3=2.5（double型）。
5. 最终运算：114.5 - 2.5 = 112.0（double型）。

（三）简单程序编写步骤

1. 编写main函数：C程序入口，格式为int main() { ... return 0; }。
2. 定义与初始化变量：根据需求选择合适的数据类型，必要时初始化。
3. 输入数据：使用scanf函数为变量赋值（如scanf("%f", &r);）。
4. 实现算法语句：通过表达式、公式等完成核心计算（如圆面积公式、速度位移公式）。
5. 输出数据：使用printf函数展示结果（如printf("圆面积S=%.6f", s);）。

三、实验内容与实现

（一）实验1：观察整型与字符型变量的地址、值与占用空间

1. 实验需求：存储1个整数和1个字符，观察其存储地址、占用字节数及具体值，支持断点调试与结果打印（选做）。
2. 参考代码：

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int a = 2;    // 初始化整型变量a
    char c = '2'; // 初始化字符型变量c
    // 打印字符变量信息
    printf("字符c的值是%c\n", c);
    printf("字符c的存储地址是0x%x\n", &c);
    printf("字符c占用内存%d个字节\n", sizeof(c));
    // 打印整型变量信息
    printf("整数a的值是%d\n", a);
    printf("整数a的存储地址是0x%x\n", &a);
    printf("整数a占用内存%d个字节\n", sizeof(a));
    return 0;
}

3. 关键说明：
   • sizeof(变量名)：获取变量占用的字节数（char占1字节，int占4字节）。
   • &变量名：获取变量的内存地址，打印格式用%x（十六进制）。

（二）实验2：计算圆的面积与周长

1. 实验需求：输入圆的半径r，根据圆周率3.14计算面积S（公式：S=3.14*r*r）与周长C（公式：C=2*3.14*r）。
2. 参考代码：

#include<stdio.h>
int main()
{
    float r, s, c; // 定义半径r、面积s、周长c（浮点型）
    printf("请输入圆半径r:");
    scanf("%f", &r); // 输入半径
    s = 3.14 * r * r; // 计算面积
    c = 2 * 3.14 * r; // 计算周长
    printf("圆面积S=%.6f\n", s); // 保留6位小数输出面积
    printf("圆周长C=%.6f\n", c); // 保留6位小数输出周长
    return 0;
}

3. 运行示例：输入3.5，输出“圆面积S=38.465000，圆周长C=21.980000”。

（三）实验3：计算物体的速度与位移

1. 实验需求：输入初速度v0（浮点型）、加速度a（浮点型）、时间t（整型），根据物理公式计算t时刻的速度与位移。
2. 核心公式：
   • 速度：v = v0 + a * t
   • 位移：s = v0 * t + 0.5 * a * t * t（用0.5避免整数除法精度问题）
3. 参考代码：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    float v0, a; // 初速度v0、加速度a（浮点型）
    int t;       // 时间t（整型）
    float v, s;  // t时刻速度v、位移s（浮点型）
    
    printf("请输入初始速度、加速度和经过的时间:\n");
    scanf("%f%f%d", &v0, &a, &t); // 输入三个参数
    
    v = v0 + a * t;                  // 计算速度
    s = v0 * t + 0.5 * a * t * t;    // 计算位移
    
    printf("当初始速度为%f时\n", v0);
    printf("%.1fs时的速度为%f\n", t, v); // 时间t保留1位小数
    printf("%.1fs时的位移为%f\n", t, s);
    return 0;
}

4. 运行示例：输入0 0.19 30，输出“当初始速度为0.000000时，30.0s时的速度为5.700000，30.0s时的位移为85.500000”。

（四）实验4（选做）：计算平面两点间距离

1. 实验需求：输入两点坐标(x1,y1)和(x2,y2)，计算两点间距离（保留2位小数）。
2. 核心公式：distance = sqrt((x2-x1)*(x2-x1) + (y2-y1)*(y2-y1))（需调用math.h头文件的sqrt函数）。
3. 参考代码：

#include<stdio.h>
#include<math.h> // 包含sqrt函数的头文件
int main() 
{
    float x1, y1, x2, y2; // 两点坐标
    float distance;        // 两点间距离
    
    scanf("%f%f%f%f", &x1, &y1, &x2, &y2); // 输入坐标
    // 计算距离的平方
    distance = (x2 - x1) * (x2 - x1) + (y2 - y1) * (y2 - y1);
    distance = sqrt(distance); // 开平方得距离
    
    printf("%.2f", distance); // 保留2位小数输出
    return 0;
}

4. 运行示例：输入3 5 6 7，输出“3.61”。

四、程序调试（VS2010环境）

（一）调试核心步骤

1. 设置断点：在需观察的代码行左侧单击，出现红色圆点（如变量初始化行）。
2. 启动调试：点击“调试”→“启动调试”（或按F5），程序运行至断点处暂停。
3. 观察变量：
   • 打开“局部变量”窗口，查看变量的实时值。
   • 若需查看地址或自定义变量，使用“快速监视”（按Shift+F9），输入&变量名查看地址。

（二）常用调试快捷键

五、思考题

1. 如何在程序运行时测试多组数据以验证正确性？（提示：可结合循环结构实现）
2. 能否让程序从文件中读取数据，或把运行结果保存到文件中？（提示：需使用文件操作函数）