实验 2：让计算机学会运算

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

功能	快捷键
启动调试	F5
停止调试	Shift+F5
逐语句执行（进入函数）	F11
逐过程执行（跳过函数）	F10
跳出当前函数	Shift+F11
切换断点	F9
快速监视	Shift+F9

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）