前 言

當(dāng)您第一眼見(jiàn)到這本書，一定詫異于它的厚度，但只要您翻開(kāi)閱讀，我想，您一定不會(huì)覺(jué)得這是一本難啃的大部頭，而像是一本娓娓道來(lái)的程序設(shè)計(jì)故事書。

當(dāng)我想要編寫一本關(guān)于程序設(shè)計(jì)的教材時(shí)，難抑內(nèi)心的激動(dòng)。我的第一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是BASIC，然后學(xué)習(xí)C語(yǔ)言，后來(lái)學(xué)過(guò)C 、Java、Python等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。多數(shù)學(xué)過(guò)程序設(shè)計(jì)的人，對(duì)第一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的印象大抵是艱難而晦澀的。一些人秉承對(duì)程序設(shè)計(jì)的執(zhí)著和熱愛(ài)，從這種艱難中走過(guò)來(lái)了，并且從此愛(ài)上了程序設(shè)計(jì)，享受程序設(shè)計(jì)在解決現(xiàn)實(shí)生活的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題后帶來(lái)的快樂(lè)和成就感。但更多的人對(duì)編程望而生畏，面對(duì)堪如天書的代碼，始終難解心中諸多困惑：這些代碼是如何寫出來(lái)的？為什么要寫成這樣？必須寫成這樣嗎？為什么我這樣寫就不對(duì)呢？解決此問(wèn)題還有其他寫法嗎？為何當(dāng)我面對(duì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題時(shí)總感到無(wú)從下手呢？怎樣才能創(chuàng)造出屬于自己的程序呢？

我盡最大努力，使程序設(shè)計(jì)的每個(gè)細(xì)節(jié)變得簡(jiǎn)單清晰。為了讓您理解程序的來(lái)龍去脈，對(duì)于每次需要解決的編程任務(wù)，不是一次性地拋出最終程序代碼，而是必須對(duì)解決此問(wèn)題的思路、方法進(jìn)行詳盡分析。并且遵循由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)的設(shè)計(jì)過(guò)程，盡可能完整地展示程序是怎樣煉成的。對(duì)于同一編程任務(wù)，提供盡可能多的設(shè)計(jì)思路和不同的算法以及實(shí)現(xiàn)代碼，幫助您打開(kāi)程序設(shè)計(jì)思維的匣子。

本書側(cè)重于培養(yǎng)您作為程序設(shè)計(jì)者必須具備的計(jì)算思維。所謂的計(jì)算思維，就是以計(jì)算機(jī)的方式去思考問(wèn)題的求解過(guò)程。作為機(jī)器的計(jì)算機(jī)思考問(wèn)題的方式與作為萬(wàn)物之靈的人的思考問(wèn)題方式是不同的。人通過(guò)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)去理解并掌握計(jì)算機(jī)思考問(wèn)題的方式，這個(gè)過(guò)程就是培養(yǎng)計(jì)算思維的過(guò)程。因此，本書以求解具體應(yīng)用問(wèn)題為目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)相關(guān)程序設(shè)計(jì)知識(shí)的應(yīng)用。

本書強(qiáng)調(diào)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是求解問(wèn)題的工具，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是為求解問(wèn)題服務(wù)的。本書對(duì)語(yǔ)法的講解以夠用為準(zhǔn)，不提倡代碼中應(yīng)用古怪、費(fèi)解的語(yǔ)法。當(dāng)然，程序設(shè)計(jì)必須掌握相關(guān)語(yǔ)法，有語(yǔ)法錯(cuò)誤的程序過(guò)不了編譯關(guān)。掌握C語(yǔ)言語(yǔ)法不是程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，更不是學(xué)習(xí)目的。培養(yǎng)計(jì)算思維，能利用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題才是最終目的，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)必須過(guò)實(shí)際運(yùn)行關(guān)。

C語(yǔ)言具有語(yǔ)法簡(jiǎn)潔、概念清晰、底層控制力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是值得程序設(shè)計(jì)初學(xué)者首選的語(yǔ)言。C語(yǔ)言雖是面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，但是學(xué)好C語(yǔ)言將為面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C 、Java、C#、Python等）的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

學(xué)好編程沒(méi)有捷徑，上機(jī)練習(xí)、獨(dú)立思考、保持興趣、學(xué)用結(jié)合、日積月累、持之以恒是成為編程高手的秘籍。關(guān)于如何學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的建議請(qǐng)參見(jiàn)附錄10.1關(guān)于程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)方法（掃描前言中的二維碼）。

本書特色：

一、本書貫徹以求解應(yīng)用問(wèn)題（實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的一部分或?qū)嶋H應(yīng)用問(wèn)題的簡(jiǎn)化問(wèn)題）為導(dǎo)向，以具體編程任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)方法，將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)融入實(shí)際編程任務(wù)中。因此，展現(xiàn)在您面前的代碼是一個(gè)完整的、可運(yùn)行的、有輸入/輸出的、實(shí)現(xiàn)了一定功能的應(yīng)用程序，而不是僅僅為了講解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的片段的、不完整的代碼。

二、作為例題的編程任務(wù)生動(dòng)有趣。每個(gè)編程任務(wù)力求有現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用背景，讓您時(shí)刻不忘學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的目的是能運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序解決現(xiàn)實(shí)生活中或大或小的實(shí)際問(wèn)題，體會(huì)計(jì)算機(jī)是如何按您的意圖行動(dòng)的，體會(huì)計(jì)算機(jī)給我們生活帶來(lái)的方便，體會(huì)計(jì)算機(jī)的威力與魅力。編程不再是單純地學(xué)習(xí)C語(yǔ)言語(yǔ)法，也不是純粹為了實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)的數(shù)值計(jì)算。

三、圖表豐富。本書秉承能用圖和表表達(dá)的，一定畫圖做表的思想。因此，書中配有大量圖解、表格，大量地運(yùn)用了類比、對(duì)比、小貼士、小問(wèn)答等形式，盡量用直觀的形式幫助您理解程序設(shè)計(jì)的概念、原理、機(jī)制等方面。

四、講解深入淺出。本書融入了我多年程序設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)成果、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)程序設(shè)計(jì)的體會(huì)與理解。對(duì)程序中諸多概念的理解，需要程序設(shè)計(jì)者（以后簡(jiǎn)稱為程序員）對(duì)操作系統(tǒng)的有關(guān)原理有一定的理解。因此，本書在講解程序的同時(shí)，盡量對(duì)發(fā)生在程序運(yùn)行背后的機(jī)制特別是操作系統(tǒng)中與編程相關(guān)的機(jī)制進(jìn)行了深入剖析。對(duì)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)原理的介紹，能幫助程序員深入地理解程序在底層的運(yùn)行機(jī)制，使程序員在編程時(shí)做到知其然且知其所以然。

五、程序代碼箭指代碼解釋，閱讀代碼一目了然、易讀易懂。對(duì)于程序代碼中每個(gè)重要語(yǔ)句，均引出箭頭指向相應(yīng)的代碼解釋，代碼和對(duì)應(yīng)的解釋是左鄰右舍、如影相隨的，方便閱讀。此外，在排版上，也盡量將一個(gè)完整程序或函數(shù)模塊的代碼排在同一頁(yè)中，確保代碼的形式整體性。

六、本書站在程序員的角度來(lái)看待和學(xué)習(xí)C語(yǔ)言，而不是站在C語(yǔ)言的角度羅列C語(yǔ)言知識(shí)本身。站在程序員的角度，面對(duì)編程任務(wù)時(shí)，我們應(yīng)該思考的是如何運(yùn)用C語(yǔ)言為我（即程序員）的設(shè)計(jì)目標(biāo)服務(wù)。從這個(gè)角度出發(fā)，您就更容易理解和接受C語(yǔ)言的知識(shí)了。

本書的例題全部采用編程任務(wù)的形式給出。每個(gè)編程任務(wù)由8部分構(gòu)成：標(biāo)題、任務(wù)描述、輸入、輸出、輸入舉例、輸出舉例、分析，以及參考代碼。本書例題采用此形式是基于以下四點(diǎn)考慮的。

其一，這種方式對(duì)要解決的任務(wù)有清晰、準(zhǔn)確的編程描述，因此每個(gè)程序代碼需要達(dá)到的目標(biāo)和需要實(shí)現(xiàn)的功能非常明確。學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)是為了能用自己設(shè)計(jì)的程序解決實(shí)際問(wèn)題，因此，我們將本書讀者的角色定為軟件開(kāi)發(fā)者。軟件開(kāi)發(fā)是軟件開(kāi)發(fā)者按照用戶提出的需求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。設(shè)計(jì)得到的軟件必須達(dá)到指定功能，滿足軟件用戶的需求。描述清晰、準(zhǔn)確的軟件需求對(duì)軟件開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。因?yàn)樾枨蟮男∽兓�，可能�?dǎo)致軟件設(shè)計(jì)的巨大改變，甚至從頭重新設(shè)計(jì)。

其二，有利于獨(dú)立思考和尋求解決問(wèn)題的多種方法，培養(yǎng)計(jì)算思維。在達(dá)到既定軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)的情況下，鼓勵(lì)讀者學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，開(kāi)動(dòng)腦筋獨(dú)立思考，嘗試用不同思路、不同算法或不同的代碼去完成同一個(gè)任務(wù)，對(duì)比不同實(shí)現(xiàn)方式之間的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)編程任務(wù)，本書代碼僅供參考。本書絕不鼓勵(lì)讀者僅滿足于將本書代碼照抄照搬，死記硬背。

其三，對(duì)C語(yǔ)言知識(shí)點(diǎn)均采用融入具體編程任務(wù)的方式講解，使我們對(duì)每個(gè)C語(yǔ)言知識(shí)要素所適用的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合有最感性的認(rèn)識(shí)。

其四，方便使用OJ作為程序設(shè)計(jì)在線練習(xí)平臺(tái)。本書的編程任務(wù)便于自動(dòng)裁判（可簡(jiǎn)單地將裁判理解為教師批改學(xué)生所交的程序設(shè)計(jì)作業(yè)這一過(guò)程）。國(guó)內(nèi)外有許多大學(xué)和組織提供了開(kāi)放式的在線裁判系統(tǒng)（Online Judge，OJ），它能對(duì)提交的程序源代碼進(jìn)行自動(dòng)裁判。OJ系統(tǒng)24小時(shí)在線練習(xí)資源豐富，裁判結(jié)果公正客觀。OJ系統(tǒng)原本為程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽所用，但是好的工具為什么不能用于學(xué)習(xí)呢？參加過(guò)信息學(xué)競(jìng)賽（IOI，NOI）或大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽（CPC）的讀者一定對(duì)這種編程任務(wù)的形式不陌生，因?yàn)楦?jìng)賽題采用此形式。希望本書讀者不要對(duì)此表示疑惑，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)當(dāng)然不是為了參加比賽。在此，只是取其長(zhǎng)而用之，更好地服務(wù)于學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)這一目標(biāo)。我早在2009年就開(kāi)始將OJ系統(tǒng)作為練習(xí)平臺(tái)引入到信息類本科專業(yè)的C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，得到了學(xué)生和同行的好評(píng)與認(rèn)可。目前，將OJ作為程序設(shè)計(jì)教學(xué)練習(xí)平臺(tái)的做法在越來(lái)越多的學(xué)校的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中得到運(yùn)用。

本書提供所有編程任務(wù)的描述、測(cè)試用例數(shù)據(jù)和標(biāo)程，并且不斷補(bǔ)充高質(zhì)量的編程任務(wù)作為練習(xí)或測(cè)試用。讀者（包括教師或?qū)W生）可在OJ上練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和上機(jī)考試。如果您所在學(xué)校尚未建立OJ系統(tǒng)，可自主開(kāi)發(fā)OJ，也可利用開(kāi)源系統(tǒng)部署自己的OJ，或者直接利用互聯(lián)網(wǎng)上開(kāi)放的OJ系統(tǒng)。如果OJ上沒(méi)有想要練習(xí)的編程任務(wù)，則需要先在OJ上添加它。歡迎使用湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)程序設(shè)計(jì)在線練習(xí)系統(tǒng)（http://210.43.224.19/oj）。

本書適合作為本科低年級(jí)程序設(shè)計(jì)課程教材，也非常適合程序設(shè)計(jì)初學(xué)者自學(xué)使用。對(duì)參加奧林匹克信息學(xué)競(jìng)賽的隊(duì)員和參加ACM/ICPC大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽的隊(duì)員來(lái)說(shuō)，也是一本非常好的入門教材。對(duì)于有一定程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的讀者，本書也不失參考價(jià)值。書中有許多對(duì)程序深入的剖析很有啟發(fā)意義，值得一讀。

眾所周知，C程序設(shè)計(jì)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)、信息類專業(yè)極其重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。我從事本科程序設(shè)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)課一線教學(xué)十余年，希望能有一本讀起來(lái)不那么枯燥，同時(shí)又不失專業(yè)性和系統(tǒng)性的面向程序設(shè)計(jì)初學(xué)者的C語(yǔ)言圖書，這是我寫本書的意圖。如何利用本書，各位見(jiàn)仁見(jiàn)智。

希望通過(guò)本書帶給讀者更多愉悅的程序設(shè)計(jì)經(jīng)歷，提振編程信心，激發(fā)編程的興趣，為今后的學(xué)習(xí)、工作、科研培養(yǎng)良好的計(jì)算思維和軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

本書的寫作是我將頭腦中紛繁的思緒變成有條理文字的過(guò)程，既艱辛又充滿快樂(lè)。常常為了設(shè)計(jì)一個(gè)恰到好處的編程任務(wù)或?yàn)榱烁�好地表述某個(gè)概念，靈感突現(xiàn)，即使是已臥床或半夜醒來(lái)，也立刻記錄，唯恐遺漏。本書力求知識(shí)更加系統(tǒng)、表述更加準(zhǔn)確、語(yǔ)言更加通俗、例子更加貼近生活，這使寫作過(guò)程充滿挑戰(zhàn)性，字句斟酌，直到自己滿意為止，以致成書過(guò)程如此漫長(zhǎng)。對(duì)本書內(nèi)容安排、章節(jié)設(shè)置、設(shè)置每個(gè)例子代碼甚至每段表述，都經(jīng)過(guò)反復(fù)琢磨和權(quán)衡，力求語(yǔ)言描述精準(zhǔn)、思想表達(dá)透徹。漫長(zhǎng)的成書過(guò)程，讓我體會(huì)到了寫書的不易，不過(guò)，本書寫作過(guò)程帶給我更多的是快樂(lè)。在寫作期間，不僅有將存在于腦海的點(diǎn)滴心得隨著鍵盤的敲擊變成文字的快感，而且，在此期間我的兒子不經(jīng)意間長(zhǎng)成了帥小伙，陪伴他的時(shí)間總是短暫而歡快的。我的妻子雖常常擔(dān)心因長(zhǎng)時(shí)伏案而有腰椎疾病的我，但她送來(lái)鍵盤旁的一杯熱茶、一碟水果，頓時(shí)讓我滿血復(fù)活。特別感謝我的妻子陳海燕女士包容我無(wú)數(shù)個(gè)日夜以計(jì)算機(jī)為伴而少有陪伴她，家務(wù)操持多勞她費(fèi)心，雖偶有抱怨，但忍韌而堅(jiān)強(qiáng)。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給我的家人。

感謝電子工業(yè)出版社高等教育分社譚海平社長(zhǎng)和冉哲編輯對(duì)我蝸牛般寫稿進(jìn)度的容忍。

感謝我的學(xué)生盧晨曦、邵振宇、王舒心、王鵬、陳慧、張洋、唐朝宇、廖顏勤、姚沛豐、熊嘉奇、唐航、周子翔、沈煜恒為本書的校對(duì)付出了辛勤勞動(dòng)。

雖然我對(duì)本書寫作用心盡力，但由于學(xué)識(shí)水平有限，錯(cuò)誤與不足之處在所難免，懇請(qǐng)批評(píng)指正（我的郵箱：390199309@qq.com）。

限于篇幅，本書第1章至第9章的綜合應(yīng)用實(shí)例和知識(shí)拓展部分以及附錄部分，以掃描二維碼下載相應(yīng)文檔的形式提供。

附錄：

賀細(xì)平