c 语言程序设计实验指导郑莉

虽然我无法直接提供一本“郑莉《C语言程序设计》实验指导书”的完整扫描版或PDF（这涉及版权问题），但我可以为您构建一个高度符合其教学风格和知识体系、循序渐进的实验指导框架，这个框架可以作为您完成实验的“路线图”和“备忘录”，涵盖了从入门到核心知识点的几乎所有关键实验。

郑莉《C语言程序设计》实验指导框架

本实验指导按照教材的章节顺序,分为多个实验模块，每个模块包含实验目的、实验内容、实验指导与提示、以及思考与拓展。

C语言程序设计初步

实验目的：

1. 熟悉C语言程序的开发环境（如Visual Studio, Dev-C++, Code::Blocks, VS Code等）。
2. 掌握C语言程序的基本结构,包括头文件、主函数、注释等。
3. 学习简单的输入/输出函数 printf 和 scanf 的使用。
4. 理解编译、链接、运行的基本概念。 **
5. 经典入门： 编写一个程序，在屏幕上输出 "Hello, World!"。
6. 简单计算器： 编写一个程序，提示用户输入两个整数，然后计算并输出它们的和、差、积、商。
7. 个人信息打印： 编写一个程序，使用 scanf 接收用户输入的姓名、年龄和身高，然后使用 printf 将这些信息格式化地打印出来。

实验指导与提示：

• 环境搭建： 选择一个你熟悉的IDE并完成安装，确保可以成功创建、编译、运行一个C源文件（.c）。

  
  （图片来源网络，侵删）

• 程序结构： 一个最简单的C程序结构是：

  #include <stdio.h> // 包含标准输入输出库
  int main() {       // 主函数，程序的入口
      // 在这里写你的代码
      printf("Hello, World!\n");
      return 0;     // 返回0，表示程序正常结束
  }

• printf 和 scanf：

  • printf 用于格式化输出。%d 用于整数，%f 用于浮点数，%c 用于字符，%s 用于字符串，\n 是换行符。
  • scanf 用于格式化输入。注意： scanf 的变量名前必须加上取地址符 &，scanf("%d", &a);。

• 常见错误：

  • 忘记写 #include <stdio.h>。
  • main 函数拼写错误或返回值类型错误。
  • printf 或 scanf 中的格式控制符与变量类型不匹配（用 %d 读取一个浮点数）。
  • 忘记在 scanf 的变量名前加 &。

思考与拓展：

• 如何让程序输出一个浮点数,并保留两位小数？（提示：printf("%.2f", num);）
• 如果输入一个字符,应该用什么格式控制符？
• 如果用户输入的不是数字,scanf 会发生什么？如何处理这种情况？

数据类型、运算符与表达式

实验目的：

1. 掌握C语言的基本数据类型（int, float, double, char）及其特点。
2. 熟悉算术运算符、赋值运算符、关系运算符和逻辑运算符的优先级和结合性。
3. 学习使用强制类型转换。
4. 理解自增（）和自减（）运算符的使用。 **
5. 数据类型大小： 编写程序，使用 sizeof 运算符输出 int, float, double, char 在你使用的编译器中所占的字节数。
6. 混合运算与类型转换： 定义一个 int 型变量 a 和一个 double 型变量 b，计算 a / b 和 b / a 的值，并观察结果类型的变化，尝试使用强制类型转换 (double)a 并观察结果。
7. 逻辑判断： 编写程序，判断一个输入的年份是否为闰年，闰年的条件是：能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除。
8. 复杂表达式： 设 int a=3, b=4, c=5;，计算表达式 a + b > c && b == c 的值。

实验指导与提示：

• sizeof： sizeof 是一个运算符，不是函数。sizeof(int) 或 sizeof(a)。
• 类型转换： 当参与运算的类型不一致时，C会进行隐式类型转换（也叫“算术转换”），除法运算中，如果两个操作数都是整数，结果也是整数（小数部分被舍弃），强制类型转换 (type)expr 可以将 expr 的结果临时转换为 type 类型。
• 运算符优先级： , > , , > , > 关系运算符 > 逻辑与(&&) > 逻辑或(||) > 赋值运算符，可以使用括号 来明确运算顺序，这是个好习惯。
• 闰年判断： 这是 && (与), (或), (非), (取模) 运算符的经典应用案例。

思考与拓展：

• i++ 和 ++i 在单独使用时效果一样，但在表达式中（如 a = i++ 和 a = ++i）有什么区别？
• 如何判断一个字符是数字（'0'-'9'）还是字母（'a'-'z', 'A'-'Z'）？（提示：利用字符的ASCII码值和关系运算符）

逻辑控制语句

实验目的：

1. 熟练掌握 if-else 语句及其嵌套，实现多分支选择结构。
2. 掌握 switch 语句的使用，理解其与 if-else 的区别。
3. 掌握 for, while, do-while 三种循环语句，并能用它们解决重复性问题。
4. 学习 break 和 continue 语句在循环中的作用。 **
5. 分段函数： 编写程序，根据输入的 x 值，计算并输出 y 的值。
   • y = x (x < 1)
   • y = 2x - 1 (1 ≤ x < 10)
   • y = 3x - 11 (x ≥ 10)
6. 简单菜单系统： 使用 switch 语句实现一个简单的计算器菜单，用户可以选择进行加、减、乘、除或退出运算。
7. 循环求和：
   • 计算 1 到 100 的累加和。
   • 计算 1 到 100 之间所有偶数的和。
8. 循环嵌套： 打印九九乘法表。
9. 素数判断： 输入一个正整数，判断它是否为素数（质数），素数是指只能被1和它本身整除的大于1的自然数。

实验指导与提示：

• if-else： 适用于范围判断，注意 else 总是和它最近的、未配对的 if 配对。
• switch： 适用于等值判断。switch 后面的表达式必须是整型（或字符型），case 后的值必须是常量。break 语句用于跳出 switch 结构，不要忘记写 break，否则会发生“case穿透”。
• for vs while vs do-while：
  • for 循环：次数确定时首选。
  • while 循环：条件控制，循环次数不确定时常用。
  • do-while 循环：至少执行一次。
• 循环嵌套： 外层循环控制行，内层循环控制列，九九乘法表是理解嵌套循环的经典案例。
• 素数判断： 最直观的方法是，从 i=2 开始到 sqrt(n)（或 n/2），检查 n 是否能被 i 整除，如果能，则 n 不是素数。

思考与拓展：

• 如何用 do-while 循环改写素数判断程序？
• 在打印九九乘法表时,如何只打印下三角或上三角？
• break 和 continue 有什么区别？break 会跳出整个循环，而 continue 只会结束本次循环，进入下一次循环。

数组

实验目的：

1. 掌握一维数组的定义、初始化和引用方法。
2. 学习使用数组进行批量数据处理,如排序、查找、统计等。
3. 掌握字符串的表示方法（字符数组）和常用字符串处理函数（strlen, strcpy, strcmp 等）。
4. 了解二维数组的基本概念和使用。 **
5. 数组基本操作： 定义一个包含10个整数的数组，用循环为其赋值（如1到10），然后逆序输出数组中的所有元素。
6. 排序算法： 实现一个简单的排序算法（如冒泡排序或选择排序）对一个包含10个随机整数的数组进行升序排序，并输出排序前后的数组。
7. 查找与统计：
   • 在一个已排序的数组中,使用二分查找法查找一个指定的数字，并输出其位置或“未找到”的提示。
   • 统计一个字符串中英文字母、数字、空格和其他字符的个数。
8. 二维数组： 使用二维数组实现一个3x3的矩阵，并计算其主对角线元素之和。

实验指导与提示：

• 数组定义： int arr[10];，C语言中，数组下标从0开始。
• 冒泡排序： 核心思想是相邻元素比较，如果顺序错误就交换，通过多轮遍历，将最大的元素“冒泡”到数组末尾。
• 字符串处理函数： 使用这些函数需要包含头文件 <string.h>。
  • strlen(s)：求字符串 s 的长度（不包括结尾的 \0）。
  • strcpy(dest, src)：将字符串 src 复制到 dest。
  • strcmp(s1, s2)：比较两个字符串，s1 > s2 返回正数，s1 == s2 返回0，s1 < s2 返回负数。
• 二维数组： int matrix[3][3];，访问元素使用 matrix[i][j]，主对角线元素是 matrix[0][0], matrix[1][1], matrix[2][2]。

思考与拓展：

• 如何将一个字符串反转？（提示：可以交换首尾字符）
• 除了冒泡排序,你还知道哪些排序算法？（如插入排序、选择排序）
• 为什么 strcpy 函数不安全？有没有更安全的替代函数？（如 strncpy）

函数

实验目的：

1. 掌握函数的定义、声明和调用方法。
2. 理解函数参数传递（值传递）的机制。
3. 学习使用 return 语句从函数返回值。
4. 掌握递归函数的设计思想和应用场景。 **
5. 模块化计算器： 将实验三中的计算器功能用函数实现，编写 add(), subtract(), multiply(), divide() 四个函数，main 函数通过调用这些函数来完成计算。
6. 素数判断函数： 将实验四中的素数判断逻辑封装成一个函数 int isPrime(int num);，该函数返回1（是素数）或0（不是素数），在 main 函数中调用它来测试多个数字。
7. 递归应用：
   • 使用递归函数计算一个非负整数 n 的阶乘 n!。
   • 使用递归函数计算斐波那契数列的第 n 项。（斐波那契数列：1, 1, 2, 3, 5, 8, ...，即 F(n) = F(n-1) + F(n-2)）

实验指导与提示：

• 函数三要素： 返回值类型、函数名、参数列表。
• 函数声明 vs 定义： 如果函数定义在 main 函数之后，需要在 main 之前进行声明，告诉编译器这个函数的存在。int isPrime(int num);。
• 值传递： C语言中，函数参数传递是值传递，这意味着函数内部操作的是实参的副本，修改副本不会影响外部的实参。数组作为参数是个例外（传递的是数组首地址）。
• 递归：
  • 递归出口（基准情形）： 必须有一个或多个不需要再次递归调用就能直接返回结果的情形，否则会无限递归导致栈溢出。
  • 递归规则（递归情形）： 函数调用自身，但参数必须向基准情形逼近。
  • 递归与栈： 每次递归调用都会在栈上分配一个新的栈帧，递归过深可能导致栈溢出。

思考与拓展：

• 为什么传递数组不需要加 &？（因为数组名 arr 会“退化”为其首元素的地址）
• 如何通过指针实现地址传递,从而在被调用函数中修改外部变量的值？（这是后续指针实验的内容）
• 递归和循环（迭代）有什么优缺点？递归代码更简洁易读，但通常效率较低且可能栈溢出。

指针

实验目的：

1. 掌握指针变量的定义、初始化和基本使用。
2. 理解指针与数组的关系,能用指针遍历数组。
3. 学习使用指针作为函数参数,实现地址传递。
4. 了解指针数组与指向指针的指针（进阶内容）。 **
5. 指针基本操作： 定义一个整型变量 a 和一个指向 a 的指针 p，通过指针 p 修改 a 的值，并分别通过 a 和 p 输出 a 的值和地址。
6. 指针与数组： 定义一个整型数组，使用指针（而不是下标）来遍历并打印数组中的所有元素。
7. 指针作为函数参数：
   • 编写一个函数 void swap(int *x, int *y);，用于交换两个整数的值，在 main 函数中调用它，验证交换是否成功。
   • 编写一个函数 void bubble_sort(int arr[], int n);，使用指针（数组）参数对数组进行排序。
8. 动态内存分配（进阶）： 使用 malloc 函数在堆上动态分配一个大小为10的整型数组，用指针指向它，进行一些操作后，使用 free 函数释放内存。

实验指导与提示：

• 指针定义： int *p;。 是指针运算符，& 是取地址运算符。p = &a; 表示 p 存储 a 的地址。
• 指针解引用： *p 表示访问 p 所指向地址的值，通过 *p = 100; 可以修改 a 的值。
• 指针与数组： 在C语言中，数组名 arr 和 &arr[0] 几乎可以互换。arr[i] 等价于 *(arr + i)。
• swap 函数： 这是理解指针作为函数参数最经典的例子，因为没有值传递的限制，函数可以直接修改外部变量的内存。
• malloc 和 free： 使用 malloc 需要包含头文件 <stdlib.h>。int *p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));。动态分配的内存在使用完毕后必须手动 free(p)，否则会造成内存泄漏。

思考与拓展：

• int *p; 和 int *p = NULL; 有什么区别？为什么后者更好？
• char *str = "hello"; 和 char str[] = "hello"; 有什么根本区别？（前者指向一个只读字符串字面量，后者是一个可修改的字符数组）
• 函数指针是什么？它有什么用？（函数指针可以指向一个函数，作为参数传递或作为返回值，是实现回调等高级功能的基础）

结构体与共用体

实验目的：

1. 掌握结构体（struct）类型的定义和使用。
2. 学习结构体变量的初始化、成员访问。
3. 理解结构体数组的概念。
4. 了解结构体指针的使用。 **
5. 学生信息管理：
   • 定义一个结构体 Student，包含成员：学号（int id）、姓名（char name[20]）、成绩（float score）。
   • 定义一个 Student 类型的变量，并对其进行初始化和成员访问。
   • 定义一个 Student 类型的数组，用于存储5个学生的信息，并编写一个函数 void printStudents(Student s[], int n); 来打印所有学生的信息。
6. 结构体指针： 修改上题，使用 Student 类型的指针来遍历和打印结构体数组中的学生信息。

实验指导与提示：

• 结构体定义：

  struct Student {
      int id;
      char name[20];
      float score;
  };

• 定义变量： struct Student s1; 或 struct Student s1 = {1001, "Zhang San", 95.5};。
• 成员访问： 使用点运算符 。s1.id = 1001; 或 printf("%s", s1.name);。
• 结构体指针： 定义 struct Student *p = &s1;，通过指针访问成员使用箭头运算符 ->。p->id 等价于 (*p).id。

思考与拓展：

• 结构体的大小为什么不一定是其所有成员大小之和？（内存对齐）
• 共用体（union）和结构体有什么区别？共用体的所有成员共享同一块内存空间。

文件操作

实验目的：

1. 掌握文件指针（FILE *）的概念。
2. 学习文件的打开、关闭、读写等基本操作。
3. 熟悉常用的文件读写函数（fopen, fclose, fgetc, fputc, fgets, fputs, fscanf, fprintf）。
4. 学习使用二进制方式读写文件。 **
5. 文本文件写入与读取：
   • 编写程序,将实验七中5个学生的信息（格式化文本）写入到一个名为 students.txt 的文件中。
   • 编写另一个程序,从 students.txt 文件中读取学生信息，并打印到屏幕上。
6. 命令行参数： 编写一个程序，它接受两个命令行参数：第一个是源文件名，第二个是目标文件名，程序将源文件的内容复制到目标文件中。
7. 二进制文件（进阶）： 将一个结构体数组以二进制形式写入文件，然后再从文件中读出，验证数据是否一致。

实验指导与提示：

• 文件指针： 所有文件操作都通过 FILE * 类型的指针来完成。
• fopen： FILE *fp = fopen("filename.txt", "r");，第二个参数是打开模式：
  • "r"：只读，文件必须存在。
  • "w"：只写，文件不存在则创建，存在则清空。
  • "a"：追加，文件不存在则创建，存在则在末尾写入。
  • "r+", "w+", "a+"：读写模式。
• 错误检查： 每次调用 fopen 后，都应该检查返回值是否为 NULL，以判断文件是否成功打开。
• 读写函数：
  • fprintf(fp, "%d %s", id, name); // 格式化写入
  • fscanf(fp, "%d %s", &id, name); // 格式化读取
  • fputs("Hello", fp); // 写入一个字符串
  • fgets(buffer, 100, fp); // 读取一行
• fclose： 使用完文件后，必须调用 fclose(fp); 来关闭文件并释放资源。

思考与拓展：

• 文本模式和二进制模式有什么区别？在什么情况下必须使用二进制模式？
• 如何定位文件中的读写位置？（使用 fseek 函数）
• 如何获取文件的大小？

综合项目设计

实验目的：

1. 综合运用前面所学的C语言知识。
2. 学习设计一个结构完整、功能清晰的程序。
3. 培养分析问题、设计算法、编写代码和调试程序的综合能力。 三选一或自定）：**

学生成绩管理系统

• 功能要求：
  1. 从文件中加载学生信息（学号、姓名、多门课程成绩）。
  2. 添加、删除、修改学生信息。
  3. 按学号或姓名查找学生。
  4. 计算每个学生的总分和平均分,并可以按总分排序。
  5. 将修改后的学生信息保存回文件。
• 涉及知识点： 结构体、数组、文件操作、指针、排序算法、循环、分支。

简易图书管理系统

• 功能要求：
  1. 管理图书信息（书号、书名、作者、库存数量）。
  2. 添加、删除、修改图书信息。
  3. 按书名或作者查找图书。
  4. 模拟借书和还书功能（减少/增加库存）。
  5. 可以查看所有图书的列表。
• 涉及知识点： 结构体、数组、文件操作、字符串处理、菜单界面设计。

贪吃蛇游戏

• 功能要求：
  1. 使用控制台字符界面实现。
  2. 蛇可以由方向键控制移动。
  3. 随机生成食物,蛇吃到食物后身体变长，得分增加。
  4. 撞到墙壁或自己的身体则游戏结束。
• 涉及知识点： （可能需要平台相关的库，如Windows的 conio.h 或Linux的 ncurses）数组（表示地图和蛇身）、循环（游戏主循环）、键盘输入、随机数生成、延时。

实验指导与提示：

• 模块化设计： 将不同功能封装成独立的函数。addStudent(), deleteStudent(), saveToFile() 等。
• 数据结构选择： 使用结构体数组来存储学生或图书信息，如果数据量可能很大，可以考虑使用链表（这是数据结构课程的内容，但用数组实现项目已足够）。
• 用户界面： 设计一个清晰的菜单循环，让用户可以选择不同的功能。
• 调试： 学会使用 printf 在关键位置打印变量值，来追踪程序的执行流程和数据变化，这是程序员最重要的技能之一。

希望这份详细的实验指导框架能对您学习郑莉老师的《C语言程序设计》有所帮助！祝您实验顺利！