C诺克如何用顺序结构实现？

《C语言程序设计》实验报告

实验目的

1. 熟悉C语言开发环境：掌握Visual Studio Code / Dev-C++ / Visual Studio等集成开发环境的基本操作，包括新建、编辑、编译、连接和运行C语言程序。
2. 掌握C语言程序的基本结构：理解C语言程序由一个或多个函数构成，并且main函数是程序执行的入口点。
3. 掌握顺序结构程序的设计方法：学习编写只包含表达式语句、函数调用语句的简单程序，理解程序的执行流程是从上到下、依次执行的。
4. 掌握基本数据类型与运算符：熟练使用int, float, double, char等基本数据类型，以及算术运算符（, , , , ）、赋值运算符（）和复合赋值运算符（, -=等）。
5. 掌握标准输入/输出函数的使用：熟练使用printf()函数进行格式化输出，使用scanf()函数进行格式化输入。
6. 掌握格式化输入/输出中的格式控制符：能够正确使用%d, %f, %lf, %c, %s等格式控制符，并理解其与数据类型的对应关系。

实验环境

• 硬件环境：Intel Core i5-10400F CPU, 16GB RAM
• 软件环境：
  • 操作系统：Windows 11 家庭中文版
  • 集成开发环境：Visual Studio Code 1.85.1
  • 编译器：MinGW-w64 (GCC 11.2.0)
  • 插件：C/C++ Extension Pack by Microsoft

实验内容

本次实验主要完成以下两个顺序结构程序的设计与实现：

1. 简单的算术运算与输出

   • 定义两个整型变量a和b，并为其赋初值（a=10, b=5）。
   • 计算并输出这两个变量的和、差、积、商（注意整除和浮点除的区别）以及余数。
   • 要求输出格式清晰,有必要的文字说明。

2. 从键盘输入数据并计算

   • 定义一个浮点型变量radius（半径）和一个双精度浮点型变量height（高）。
   • 使用scanf()函数从键盘接收用户输入的半径和高。
   • 计算并输出以该半径为底面半径、高为高的圆柱体的体积和表面积。
   • 圆柱体体积公式：V = π * r² * h
   • 圆柱体表面积公式：S = 2 * π * r² + 2 * π * r * h
   • π (Pi) 的值可以使用宏定义#define PI 3.14159来表示。
   • 要求输出结果保留两位小数。

实验原理

1. 顺序结构：顺序结构是程序设计中最基本、最简单的结构，它的特点是按照代码书写的顺序，自上而下、一条一条地执行语句，在本次实验中，所有任务都只包含顺序结构，没有分支（if-else）和循环（for, while）。

2. 数据类型：C语言是强类型语言，每个变量在使用前必须声明其数据类型。

   
   （图片来源网络，侵删）
   • int：用于存储整数，如10, -5, 0。
   • float：用于存储单精度浮点数（小数），通常占4个字节，精度较低。
   • double：用于存储双精度浮点数，通常占8个字节，精度比float高，是浮点数运算的首选。
   • char：用于存储单个字符，如'A', '1'。

3. 标准输入/输出函数：

   • printf()：格式化输出函数，其函数原型为int printf(const char *format, ...);。format字符串中可以包含普通字符和格式说明符（如%d, %f），普通字符会原样输出，格式说明符会被后续对应参数的值替换。
   • scanf()：格式化输入函数，其函数原型为int scanf(const char *format, ...);，它从标准输入（通常是键盘）读取数据，并根据格式说明符将数据存入到指定的变量地址中。特别注意：scanf的变量参数前必须加上取地址符&。

4. 算术运算符：

   • , , ：加、减、乘，用法与数学一致。
   • 除法运算,如果两个操作数都是整数，则执行整数除法，结果会舍弃小数部分；如果至少有一个操作数是浮点数，则执行浮点数除法。
   • 取模运算（求余数）。此运算符的两个操作数必须是整数。

实验步骤

1. 启动开发环境：打开Visual Studio Code，安装并配置好C/C++插件及编译器。
2. 创建源文件：新建一个名为experiment1.c的C源文件。
3. 编写任务一代码：
   • 在文件开头包含标准输入输出头文件：#include <stdio.h>。
   • 在main函数中，声明并初始化两个整型变量a和b。
   • 使用printf()函数，按照指定格式输出a和b的和、差、积、商、余数。
4. 编译与运行任务一：保存文件，在终端使用gcc命令编译程序（如gcc experiment1.c -o task1），然后运行生成的可执行文件（如./task1），观察输出结果是否正确。
5. 编写任务二代码：
   • 在experiment1.c中继续编写，或在文件中添加新的main函数（建议新建文件task2.c）。
   • 包含头文件#include <stdio.h>。
   • 使用#define定义一个常量PI。
   • 在main函数中，声明radius（float类型）和height（double类型）。
   • 使用printf()提示用户输入，并使用scanf()读取用户输入的值到radius和height。
   • 根据圆柱体体积和表面积公式,计算volume和surface_area。
   • 使用printf()，格式化输出计算结果，并保留两位小数。
6. 编译与运行任务二：保存文件，编译并运行程序，输入不同的测试数据（如r=3.0, h=5.0），验证计算结果的正确性。

实验代码与结果

1 任务一代码

#include <stdio.h>
int main() {
    // 任务一：简单的算术运算与输出
    int a = 10;
    int b = 5;
    printf("任务一：算术运算\n");
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    printf("----------------------------\n");
    printf("和: %d + %d = %d\n", a, b, a + b);
    printf("差: %d - %d = %d\n", a, b, a - b);
    printf("积: %d * %d = %d\n", a, b, a * b);
    // 注意：整数除法会截断小数部分
    printf("商(整数): %d / %d = %d\n", a, b, a / b);
    printf("余数: %d %% %d = %d\n", a, b, a % b); // %% 用来输出一个 %
    return 0;
}

2 任务一运行结果

算术运算
a = 10, b = 5
----------------------------
和: 10 + 5 = 15
差: 10 - 5 = 5
积: 10 * 5 = 50
商(整数): 10 / 5 = 2
余数: 10 % 5 = 0

3 任务二代码

#include <stdio.h>
#define PI 3.14159
int main() {
    // 任务二：从键盘输入数据并计算圆柱体体积和表面积
    float radius;
    double height, volume, surface_area;
    printf("任务二：圆柱体计算\n");
    printf("请输入圆柱体的底面半径: ");
    scanf("%f", &radius);
    printf("请输入圆柱体的高: ");
    scanf("%lf", &height);
    // 计算体积和表面积
    volume = PI * radius * radius * height;
    surface_area = 2 * PI * radius * radius + 2 * PI * radius * height;
    printf("----------------------------\n");
    printf("计算结果:\n");
    // %.2f 表示输出浮点数，保留两位小数
    printf("圆柱体体积: %.2f\n", volume);
    printf("圆柱体表面积: %.2f\n", surface_area);
    return 0;
}

4 任务二运行结果示例

输入：

圆柱体计算
请输入圆柱体的底面半径: 3.0
请输入圆柱体的高: 5.0

输出：

----------------------------
计算结果:
圆柱体体积: 141.37
圆柱体表面积: 150.80

实验总结与分析

通过本次实验,我成功地完成了两个顺序结构C语言程序的编写、编译和运行，达到了预期的实验目的。

1. 收获与体会：

   • 环境熟悉：我熟练掌握了在VS Code环境下编写、编译和运行C程序的全过程，学会了如何通过终端查看编译错误和运行结果。
   • 基础语法巩固：对C语言的基本数据类型、变量声明、初始化以及赋值运算有了更深刻的理解，特别是通过任务一，我直观地看到了整数除法和取模运算的区别，以及printf中的特殊用法。
   • I/O函数掌握：学会了printf和scanf这两个核心函数的用法，我认识到格式控制符（如%d, %f, %lf）的正确使用至关重要，它与变量的数据类型必须一一对应，否则会导致程序错误或数据输出不正确，在scanf中读取double类型变量时，必须使用%lf，而不是%f。
   • 编程思想：深刻体会到了顺序结构“从上到下，依次执行”的特点，程序的逻辑完全由代码的排列顺序决定，这为后续学习更复杂的控制结构打下了坚实的基础。

2. 遇到的问题与解决方案：

   • 问题1：在编写任务二时，我最初在scanf中读取height（double类型）时，错误地使用了%f格式控制符，编译程序时没有报错，但运行后输入的值总是不正确，导致计算结果偏差巨大。
   • 解决方案：通过查阅教材和资料，我了解到%f用于float类型，而%lf用于double类型，虽然在一些旧的编译器中%f可能也能用于double，但这并非标准做法，且可能导致精度问题，修正为scanf("%lf", &height);后，程序运行正常。
   • 问题2：在输出时，我希望结果保留两位小数，但一开始不知道如何实现。
   • 解决方案：学习了printf的格式化输出功能，发现可以在%f和%lf后面加上.N的形式来控制精度，例如%.2f表示输出浮点数并保留两位小数，这使输出结果更加规范和易读。

3. 反思与展望： 顺序结构虽然简单，但它是构建复杂程序的基石，本次实验让我认识到，编写清晰、规范的代码（如添加有意义的注释、使用有意义的变量名、格式化输出）和掌握基础语法细节同等重要，在接下来的学习中，我将重点练习分支结构和循环结构，并继续巩固输入输出和变量使用的规范性，为编写更复杂的C语言应用程序做好准备。