初识C语言（三）

欢迎来到《初识C语言（三）》！这一部分将深入探讨C语言的高级特性、常见场景和实际案例。通过实例，帮助你更好地理解C语言的应用。

目录

1. 引言
2. C语言数据结构的回顾
3. 函数的高级用法
4. 指针与内存管理
5. 文件操作
6. 实际案例分析
   • 计算器程序
   • 学生成绩管理系统
7. 总结

1. 引言

在前面的章节中，我们已经对C语言的基础知识有了全面的了解。在本章中，我们将深入研究一些更复杂的概念和应用，通过案例帮助大家理解如何在实际编程中运用这些知识。

2. C语言数据结构的回顾

在学习C语言的过程中，数据结构起着至关重要的作用。以下是一些常用的数据结构：

• 数组：存储同一类型的多个元素。
• 结构体：可以存储不同类型的多个元素。
• 链表：动态数据结构，可以根据需要增减元素。
• 栈和队列：分别遵循后进先出（LIFO）和先进先出（FIFO）的原则。

示例：定义一个结构体

cCopy Code
#include <stdio.h>

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float grade;
};

int main() {
    struct Student student1 = {"Alice", 20, 89.5};
    printf("Name: %s, Age: %d, Grade: %.2f\n", student1.name, student1.age, student1.grade);
    return 0;
}

3. 函数的高级用法

函数不仅可以提高代码的可读性和可重用性，还可以通过递归等方式解决复杂问题。

3.1 递归函数

递归是一种解决问题的方法，其中函数直接或间接调用自身。

示例：计算阶乘

cCopy Code
#include <stdio.h>

int factorial(int n) {
    if (n == 0) {
        return 1; // 基础情况
    }
    return n * factorial(n - 1); // 递归情况
}

int main() {
    int number = 5;
    printf("Factorial of %d is %d\n", number, factorial(number));
    return 0;
}

4. 指针与内存管理

指针是C语言的一大特点。它们允许直接访问内存，对于动态内存分配尤为重要。

4.1 指针的基本概念

指针是变量的地址，使用&运算符获取变量的地址，使用*运算符解引用指针。

示例：指针的基本用法

cCopy Code
#include <stdio.h>

int main() {
    int var = 20;   
    int *ptr;       // 声明指针变量
    ptr = &var;    // 存储 var 的地址

    printf("Value of var: %d\n", var);
    printf("Value available at ptr: %d\n", *ptr); // 使用指针访问值
    return 0;
}

4.2 动态内存分配

使用malloc和free进行动态内存分配和释放。

示例：动态数组

cCopy Code
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n, i;
    printf("Enter number of elements: ");
    scanf("%d", &n);

    // 动态分配内存
    int *arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));

    // 检查内存是否成功分配
    if (arr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed!\n");
        return 1;
    }

    for (i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i + 1; // 初始化数组
    }

    printf("Array elements: ");
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);
    return 0;
}

5. 文件操作

C语言提供了强大的文件处理能力，可以用来读取和写入数据。

5.1 打开和关闭文件

使用fopen打开文件，使用fclose关闭文件。

示例：文件写入

cCopy Code
#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file;
    file = fopen("example.txt", "w"); // 打开文件用于写入

    if (file == NULL) {
        printf("Error opening file!\n");
        return 1;
    }

    fprintf(file, "Hello, World!\n"); // 写入文件
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

5.2 文件读取

示例：文件读取

cCopy Code
#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file;
    char buffer[255];

    file = fopen("example.txt", "r"); // 打开文件用于读取
    if (file == NULL) {
        printf("Error opening file!\n");
        return 1;
    }

    fgets(buffer, 255, file); // 读取一行
    printf("%s\n", buffer);
    
    fclose(file); // 关闭文件
    return 0;
}

6. 实际案例分析

接下来，我们将通过两个实际案例来巩固所学知识。

6.1 计算器程序

案例描述

设计一个简单的计算器，可以进行基本的四则运算。

示例代码

cCopy Code
#include <stdio.h>

int main() {
    char operator;
    float num1, num2, result;

    printf("Enter an operator (+, -, *, /): ");
    scanf(" %c", &operator);
    printf("Enter two operands: ");
    scanf("%f %f", &num1, &num2);

    switch (operator) {
        case '+':
            result = num1 + num2;
            printf("%.2f + %.2f = %.2f\n", num1, num2, result);
            break;
        case '-':
            result = num1 - num2;
            printf("%.2f - %.2f = %.2f\n", num1, num2, result);
            break;
        case '*':
            result = num1 * num2;
            printf("%.2f * %.2f = %.2f\n", num1, num2, result);
            break;
        case '/':
            if (num2 != 0) {
                result = num1 / num2;
                printf("%.2f / %.2f = %.2f\n", num1, num2, result);
            } else {
                printf("Error! Division by zero.\n");
            }
            break;
        default:
            printf("Error! Operator is not correct.\n");
    }

    return 0;
}

6.2 学生成绩管理系统

案例描述

创建一个简单的学生成绩管理系统，允许用户输入学生信息，并计算平均成绩。

示例代码

cCopy Code
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

struct Student {
    char name[50];
    float grade;
};

int main() {
    int n, i;
    printf("Enter number of students: ");
    scanf("%d", &n);

    struct Student *students = malloc(n * sizeof(struct Student)); // 动态分配内存

    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("Enter name of student %d: ", i + 1);
        scanf("%s", students[i].name);
        printf("Enter grade of student %d: ", i + 1);
        scanf("%f", &students[i].grade);
    }

    float total = 0;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        total += students[i].grade; // 计算总成绩
    }

    printf("Average grade: %.2f\n", total / n); // 计算并打印平均成绩

    free(students); // 释放内存
    return 0;
}

7. 总结

通过本章的学习，我们进一步了解了C语言的高级特性，包括数据结构、函数的高级用法、指针与内存管理、文件操作等内容。我们还通过实际案例巩固了这些知识，希望能够帮助你在实际编程中熟练应用C语言。

希望你在学习C语言的旅程中继续探索、实践，不断提高自己的编程能力！