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isbn号码:9787040241884

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编程基础与数据结构实践：C语言入门与算法解析 本书特色： 本书旨在为初学者提供一个全面、深入且实用的C语言编程入门指南，并在此基础上系统讲解计算机科学的核心——数据结构与算法。内容设计兼顾理论的严谨性与实践的易操作性，力求帮助读者建立扎实的编程思维和解决复杂问题的能力。 目标读者： 零基础的编程爱好者、希望系统学习计算机核心课程的在校学生、转行或希望提升软件开发技能的职场人士。 --- 第一部分：C语言核心概念与编程实践 本部分聚焦于C语言的基础语法、核心机制以及面向过程的编程思想，确保读者能够熟练运用C语言进行基础程序开发。 第一章：C语言环境搭建与程序结构 1.1 编程语言概述： 简要介绍编译型语言与解释型语言的区别，C语言在系统编程中的地位。 1.2 开发环境配置： 详细指导读者在Windows、macOS和Linux环境下安装并配置主流的C语言集成开发环境（如GCC/Clang、VS Code或Dev-C++），并完成第一个“Hello, World!”程序的编译与运行。 1.3 C程序的基本构成： 讲解`main`函数、头文件（`.h`）与源文件（`.c`）的作用、预处理指令（如`include`, `define`）的用法。 1.4 数据类型与变量： 深入剖析C语言内置数据类型（`int`, `float`, `double`, `char`）的存储机制、取值范围以及内存占用。讲解变量的声明、初始化与命名规范。 1.5 常量与输入输出： 介绍常量（字面量与符号常量）的定义。详细讲解`printf`和`scanf`函数的高级用法，特别是格式控制符的使用与注意事项，强调输入安全问题。 第二章：运算符、表达式与流程控制 2.1 算术、关系与逻辑运算： 掌握各类运算符的优先级、结合性，并重点讲解了位运算（`&`, `|`, `^`, `~`, `<<`, `>>`）的基础应用，如快速乘除法和位掩码操作。 2.2 赋值与复合运算符： 讲解复合赋值操作符，以及自增/自减运算符（`++`, `--`）在不同上下文中的行为差异。 2.3 顺序结构与程序执行流程： 程序的自然执行顺序回顾。 2.4 选择结构： 详述`if-else`的多重嵌套、`switch`语句的穿透特性及其在复杂条件判断中的应用。 2.5 循环结构： 深入对比`for`, `while`, `do-while`循环的适用场景。讲解循环的嵌套、控制语句（`break`和`continue`）的使用，并提供使用循环解决经典数学问题的案例（如斐波那契数列、求素数）。 第三章：数组、指针与内存管理 本章是C语言学习的重点与难点，旨在构建坚实的内存和地址操作概念。 3.1 一维数组： 数组的定义、初始化、越界访问的风险。数组名作为常量指针的特性。 3.2 多维数组： 二维数组的内存逻辑与线性存储的映射关系，特别是在函数参数传递中的“降维”处理。 3.3 指针基础： 讲解指针变量的定义、取地址符（`&`）和取值符（``）。指针与变量的关系，理解“指针是一个存储地址的变量”。 3.4 指针与数组的交互： 深入解析“指针算术”，数组名和指针在访问元素时的等价性，以及指针数组的概念。 3.5 函数与指针： 讲解函数参数传递的“值传递”机制，并重点介绍如何使用指针实现“引用传递”，例如在函数内部修改外部变量的值。 3.6 动态内存分配： 介绍堆（Heap）内存管理。详细讲解`malloc`, `calloc`, `realloc`, `free`的使用规范，强调内存泄漏的预防和野指针的避免。 第四章：函数、结构体与文件操作 4.1 函数的定义与调用： 讲解函数的参数传递、返回值，以及递归函数的概念和设计原则。 4.2 函数的存储类别： 区分自动（`auto`）、静态（`static`）和外部（`extern`）变量的作用域和生命周期。 4.3 结构体（Struct）： 学习自定义复合数据类型。结构体的定义、初始化、成员访问，以及结构体变量作为函数参数的效率考量。 4.4 结构体与指针： 讲解指向结构体的指针（`struct `）以及使用箭头运算符（`->`）访问成员。 4.5 文件I/O操作： 讲解流（Stream）的概念。使用`FILE `指针进行文件的打开（`fopen`）、读写（`fprintf`, `fscanf`, `fgetc`, `fputc`）和关闭（`fclose`）。重点介绍文本文件与二进制文件的处理差异。 --- 第二部分：数据结构与算法核心解析 在掌握C语言基础后，本书转向计算机科学的基石——数据结构与算法。所有算法均使用C语言实现，以便读者直观理解其底层逻辑和内存消耗。 第五章：基础数据结构——线性表 5.1 数据结构概述： 抽象数据类型（ADT）的概念、数据结构的逻辑结构与物理结构的区分。时间复杂度和空间复杂度的度量标准（大O表示法）。 5.2 顺序表（静态/动态数组）： 实现基于数组的线性表，重点分析在表头/中间插入和删除操作的时间复杂度。 5.3 链表精讲： 单向链表： 节点结构定义、头插法、尾插法、任意位置插入/删除的完整流程与指针操作技巧。 双向链表： 结构体设计及与单链表的对比，解决特定场景下的遍历和删除效率问题。 循环链表： 特殊应用场景和实现要点。 第六章：栈与队列 6.1 栈（Stack）： LIFO（后进先出）原则。使用数组和链表两种方式实现栈，并应用栈解决括号匹配问题、表达式求值（中缀转后缀）。 6.2 队列（Queue）： FIFO（先进先出）原则。顺序队列（及其“假溢出”问题）、循环队列的优化实现，以及链式队列的构建。 6.3 队列的应用实例： 模拟银行排队系统或广度优先搜索（BFS）的初步概念引入。 第七章：树形结构 7.1 树的基本概念： 树的术语（根、叶子、度、深度），树的存储表示法（父节点法、子节点链表法）。 7.2 二叉树（Binary Tree）： 核心概念及其性质。 7.3 二叉树的遍历算法： 深入实现前序、中序、后序遍历的递归和非递归（使用栈）方法。特别强调中序遍历在重构树结构中的重要性。 7.4 二叉搜索树（BST）： BST的定义、插入、查找操作的效率分析。实现BST的删除操作（处理0个、1个或2个子节点的情况）。 7.5 堆（Heap）结构入门： 最大堆与最小堆的概念，堆的插入与删除操作，并初步介绍堆排序的思想。 第八章：经典查找与排序算法 本章聚焦于算法效率的对比和优化。 8.1 查找算法： 顺序查找与二分查找： 详细分析二分查找对有序性的要求及$O(log n)$效率的来源。 哈希查找： 散列表（Hash Table）的基本原理、哈希函数设计（除留余数法等）和冲突解决策略（链地址法、开放定址法）。 8.2 内部排序算法： 简单排序： 冒泡排序、选择排序、插入排序（及其在接近有序数据时的优势）。 高效排序： 快速排序（Pivot选择策略与分区操作的实现）、归并排序（分治法的经典应用）。 性能比较： 对比不同排序算法在最坏、最好和平均情况下的时间复杂度。 --- 附录 附录A： C语言常见错误排查手册（编译错误与运行时错误）。 附录B： 常用数学函数与标准库函数速查表。 附录C： 练习题与参考解答（覆盖基础语法、指针操作和数据结构实现）。

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