程序设计与数据结构

定　　价：59 元

• 作者：周立功
• 出版时间：2018/11/1
• ISBN：9787512428706
• 出 版 社：北京航空航天大学出版社

• 中图法分类：TP311.1 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开

内容简介

本书是C程序设计的进阶书籍，在介绍C语言基础知识的同时，重点强调了软件设计的思想：共性与可变性分析、面向对象的编程思想等，并提供了详尽的范例程序。使读者体会到思想的重要性，面向对象编程并不局限于特定语言，使用C语言同样可以进行面向对象的编程。本书分为4章：第1章，主要介绍C语言的基础知识，并提及了共性与可变性分析；第2章，主要介绍C语言的进阶用法，特别是结构体及函数指针；第3章，主要介绍算法与数据结构，包含链表、哈希表、队列等；第4章，主要介绍面向对象的编程思想，包含面向对象的基础概念、虚函数的妙用、状态机设计等。

本书既可作为高等院校本科、高职高专电子信息工程、自动化、机电一体化及计算机专业的教材，也可作为电子及计算机编程爱好者的自学用书，还可作为软件开发工程技术人员的参考书。

编辑推荐

1. C语言学习中的痛点：针对当前工程师在C语言学习中的痛点，如指针函数与函数指针，如何灵活应用结构体等。从变量的三要素（变量的类型，变量的值和变量的地址）出发，采用推导的方式，深入浅出的分析了广大C程序员学习和开发中遇到的难点。

2. 从方法论的高度对C语言在数据结构和算法方面的应用进行了深入讲解和阐述。

3. 讲解了绝大多数C程序员开发生涯中没有考虑过的问题。

序 言

1.存在的问题

最近十多年来,软件产业和互联网产业的迅猛发展,给人们提供了用武之地,同时也对软件工程教育提出了巨大的挑战。从教育现状看,通过灌输知识可以让人具有很强的考试能力,却往往经不起用人单位的检验(笔试和机试)。虽然大家都知道,教育的本质在于培养人的创造力、好奇心、独特的思考能力和解决问题的能力,但实际上我们的教学实践背离了教育理念。代码的优劣不仅直接决定了软件的质量,还将直接影响软件成本。软件成本是由开发成本和维护成本组成的,但维护成本却远高于开发成本,蛮力开发的现象比比皆是,大量来之不易的资金就这样被无声无息地吞没了,造成了社会资源的严浪费。

2.核心域和非核心域

一个软件系统封装了若干领域的知识,其中一个领域的知识代表了系统的核心竞争力,这个领域就称为核心域,其他领域称为非核心域。虽然更通俗的说法是业务和技术,但使用核心域和非核心域更严谨。非核心域就是别人的领域,如底层驱动、操作系统和组件,即便自己有一些优势,那也是暂时的,竞争对手也能通过其他渠道获得。非核心域的改进是必要的,但不充分,还是要在核心域上深入挖掘,让竞争对手无法轻易从第三方获得。只有在核心域中深入挖掘,达到基于核心域的复用,才能获得和保持竞争力。要达到基于核心域的复用,有必要将核心域和非核心域分开考虑。因为过早地将各个领域的知识混杂,会增加不必要的负担,从而导致开发人员腾不出脑力思考核心域中更深刻的问题,待解决问题的规模一旦变大,而人脑的容量和运算能力又是有限的,就会造成顾此失彼,因此必须分而治之。核心域与非核心域的知识都是独的,比如,一个计算器要做到没有漏洞,其中的问题也很复杂。如果不使用状态图对程序设计与数据结构?领域逻辑显式地建模,再根据模型映射到实现,而是直接下手编程,领域逻辑的知识靠临时去想,最终得到的代码肯定破绽百出。其实有利润的系统,其内部都是很复杂的,千万不要幼稚地认为我的系统不复杂。

3.利润从哪里来

早期创业时,只要抓住一个机会,多参加展会,多做广告,成功的概率就很大了。在互联网时代,突然发现入口多了,聚焦用户的难度也越来越大了。当产品面临竞争时,你会发现没有最低只有更低。而且现在已经没有互联网公司了,携程变成了旅行社,新浪变成了新媒体……机会驱动、粗放经营的时代已经过去了。Apple之所以能成为全球最赚钱的手机公司,关键在于产品的性能超越了用户的预期,且因为大量 可 重 用 的 核 心 领 域 知 识,综 合 成 本 做 到 了 极 致。Yourdon 和Constantine在《结构化设计》一书中,将经济学作为软件设计的底层驱动力,软件设计应该致力于降低整体成本。人们发现软件的维护成本远远高于它的初始成本,因为理解现有代码需要花费时间,而且容易出错。同时改动之后,还要进行测试和部署。更多的时候,程序员不是在编码,而是在阅读程序。由于阅读程序需要从细节和概念上理解,因此修改程序的投入会远远大于最初编程的投入。基于这样的共识,让我们操心的一系列事情,需要不断地思考和总结使之可以重用,这就是方法论的缘起。通过财务数据分析可知,由于决策失误,我们开发了一些周期长、技术难度大且回报率极低的产品。由于缺乏科学的软件工程方法,不仅软件难以重用,而且扩展和维护难度很大,从而导致开发成本居高不下。显而易见,从软件开发来看,软件工程与计算机科学是完全不同的两个领域的知识。其主要区别在于人,因为软件开发是以人为中心的过程。如果考虑人的因素,软件工程更接近经济学,而非计算机科学。如果不改变思维方式,则很难开发出既好卖成本又低的产品。

4.优秀人才在哪里

学徒模式是过去造就大师、传承技艺的方法,而现在指导和辅导却成为了一项被忽略的活动,团队成员得不到所需的支持。技术领导人不仅要引导整个项目,而且还要为员工提供必需的协助。除此之外,指导和辅导提供了一种增强员工技能的方式,可帮助他们完善自己的职业生涯。这种协助有时是技术性的,有时是软技能的。可惜的是,在我们的行业里,许多优秀的开发者在转向管理岗位之后,就放弃了对技术的追求,甚至再也不写代码了,因而团队中失去了最有价值的技术领导和导师,导致今天的开发者还会继续重蹈覆辙。很多优秀的导师都消失了,让开发者到哪里去获得经验呢? 未来的优秀人才从哪里来?

5.告知读者

这本书如同培训讲师的教案,是我和同事们的读书笔记及程序设计实践的心得,并不是一本从零开始编写的专著或图书。其中的很多内容并非我们原创,而是重用了一些公开出版物的内容,详见本书的参考文献。

6.丛书简介

这套丛书命名为《嵌入式软件工程方法与实践丛书》,目前已经完成《程序设计与数据结构》、《面向 AMetal框架和接口的 C编程》和《面向 AWorks框架和接口的 C编程(上)》,后续还将推出《面向 AWorks框架和接口的 C编程(下)》、《面向 AMetal框架和 接 口 的 LoRa 编 程》、《面 向 AWorks 框 架 和 接 口 的 C 编 程》、《面 向AWorks框架和接口的 GUI编程》、《面向 AWorks框架和接口的 CAN 编程》、《面向AWorks框架和接口的网络编程》、《面向 AWorks框架和接口的 EtherCAT 编程》和《嵌入式系统应用设计》等系列图书,最新动态详见 www.zlg.cn(致远电子官网)和www.zlgmcu.com(周立功单片机官网)

周立功

2018年9月2

作者介绍

周立功：周立功单片机发展有限公司总经理，江西理工大学机电学院自动化教研室教授，硕士生导师，嵌入式系统技术方向学科带头人，中国计算机学会高级会员，中国计算机学会嵌入式系统学会（微机专委）理事，中国单片机学会理事。从1981年开始从事单片机与嵌入式系统的应用、开发与推广。在教学实践过程中，为了培养具有较好工程实践能力"零适应期"的大学生，周立功创立了"3＋1"嵌入式系统应用创新教学模式。

目 录

第1章 程序设计基础………………………………………………………………… 1

1.1 思想的力量 ……………………………………………………………………… 1

1.1.1 过程主题 …………………………………………………………………… 1

1.1.2 思维差异 …………………………………………………………………… 2

1.1.3 语言的鸿沟…………………………………………………………………… 3

1.2 变量与指针 ……………………………………………………………………… 12

1.2.1 变 量 ……………………………………………………………………… 12

1.2.2 值的表示形式 ……………………………………………………………… 16

1.2.3 数据的输入/输出 …………………………………………………………… 23

1.3 指针变量与指针的指针…………………………………………………………… 28

1.3.1 声明与访问 ………………………………………………………………… 28

1.3.2 变量的访问 ………………………………………………………………… 33

1.3.3 指针的指针 ………………………………………………………………… 36

1.4 简化表达式 ……………………………………………………………………… 38

1.4.1 逻辑表达式 ………………………………………………………………… 39

1.4.2 综合表达式 ………………………………………………………………… 40

1.4.3 条件表达式 ………………………………………………………………… 42

1.5 共性与可变性分析 ……………………………………………………………… 42

1.5.1 分析方法 …………………………………………………………………… 42

1.5.2 建立抽象 …………………………………………………………………… 44

1.5.3 建立接口 …………………………………………………………………… 44

1.5.4 实现接口 …………………………………………………………………… 48

1.5.5 使用接口 …………………………………………………………………… 50

1.6 数组与指针 ……………………………………………………………………… 51

1.6.1 数 组 ……………………………………………………………………… 51

1.6.2 数组的访问形式 …………………………………………………………… 57

1.6.3 泛型编程 …………………………………………………………………… 60

1.7 数组的数组与指针 ……………………………………………………………… 69

1.7.1 指向数组的指针 …………………………………………………………… 69

1.7.2 二维数组 …………………………………………………………………… 71

1.7.3 将二维数组作为函数参数 …………………………………………………… 73

1.8 字符串与指针 …………………………………………………………………… 77

1.8.1 字符常量 …………………………………………………………………… 77

1.8.2 字符串常量 ………………………………………………………………… 81

1.8.3 指针数组 …………………………………………………………………… 92

1.9 动态分配内存 …………………………………………………………………… 99

1.9.1 malloc()函数 ……………………………………………………………… 100

1.9.2 calloc()函数 ……………………………………………………………… 101

1.9.3 free()函数 ………………………………………………………………… 101

1.9.4 realloc()函数 ……………………………………………………………… 103

第2章 程序设计技术……………………………………………………………… 105

2.1 函数指针与指针函数 …………………………………………………………… 105

2.1.1 函数指针 …………………………………………………………………… 105

2.1.2 指针函数 …………………………………………………………………… 108

2.1.3 回调函数 …………………………………………………………………… 112

2.1.4 函数指针数组 ……………………………………………………………… 119

2.2 结构体 ………………………………………………………………………… 120

2.2.1 内存对齐 …………………………………………………………………… 121

2.2.2 内含基本数据类型 ………………………………………………………… 124

2.2.3 内置函数指针 ……………………………………………………………… 130

2.2.4 嵌套结构体 ………………………………………………………………… 134

2.2.5 结构体数组 ………………………………………………………………… 138

2.3 栈与函数返回…………………………………………………………………… 142

2.3.1 堆 栈 …………………………………………………………………… 142

2.3.2 入栈与出栈 ………………………………………………………………… 143

2.3.3 函数的调用与返回 ………………………………………………………… 144

2.4 栈 ADT ………………………………………………………………………… 146

2.4.1 不完全类型 ………………………………………………………………… 146

2.4.2 抽象数据类型 ……………………………………………………………… 150

2.4.3 开闭原则(OCP) …………………………………………………………… 160

第3章 算法与数据结构…………………………………………………………… 165

3.1 算法问题 ……………………………………………………………………… 165

3.1.1 排 序 …………………………………………………………………… 165

3.1.2 搜 索 …………………………………………………………………… 167

3.1.3 O 记法 …………………………………………………………………… 169

3.2 单向链表 ……………………………………………………………………… 175

3.2.1 存值与存址 ………………………………………………………………… 175

3.2.2 数据与p_next分离 ………………………………………………………… 184

3.2.3 接 口 …………………………………………………………………… 190

3.3 双向链表 ……………………………………………………………………… 201

3.3.1 添加结点 …………………………………………………………………… 205

3.3.2 删除结点 …………………………………………………………………… 208

3.3.3 遍历链表 …………………………………………………………………… 210

3.4 迭代器模式 …………………………………………………………………… 213

3.4.1 迭代器与容器 ……………………………………………………………… 213

3.4.2 迭代器接口 ………………………………………………………………… 214

3.4.3 算法的接口 ………………………………………………………………… 219

3.5 哈希表 ………………………………………………………………………… 225

3.5.1 问 题 …………………………………………………………………… 225

3.5.2 哈希表的类型 ……………………………………………………………… 229

3.5.3 哈希表的实现 ……………………………………………………………… 231

3.6 队列 ADT ……………………………………………………………………… 240

3.6.1 建立抽象 …………………………………………………………………… 240

3.6.2 建立接口 …………………………………………………………………… 240

3.6.3 实现与使用接口 …………………………………………………………… 243

第4章 面向对象编程……………………………………………………………… 252

4.1 OO 思想 ……………………………………………………………………… 252

4.1.1 职责转移 …………………………………………………………………… 252

4.1.2 OO 机制 …………………………………………………………………… 254

4.1.3 OO 收益 …………………………………………………………………… 255

4.2 类与对象 ……………………………………………………………………… 256

4.2.1 对 象 …………………………………………………………………… 256

4.2.2 类 ………………………………………………………………………… 258

4.2.3 封 装 …………………………………………………………………… 262

4.3 继承与多态 …………………………………………………………………… 268

4.3.1 抽 象 …………………………………………………………………… 268

4.3.2 继 承 …………………………………………………………………… 269

4.3.3 职责驱动设计 ……………………………………………………………… 272

4.3.4 多态性 …………………………………………………………………… 276

4.4 虚函数 ………………………………………………………………………… 279

4.4.1 二叉树 …………………………………………………………………… 279

4.4.2 表达式算术树 ……………………………………………………………… 280

4.4.3 虚函数 …………………………………………………………………… 288

4.5 状态机 ………………………………………………………………………… 292

4.5.1 有限状态机 ………………………………………………………………… 292

4.5.2 State模式 ………………………………………………………………… 296

4.5.3 动作类 …………………………………………………………………… 306

4.6 框架与重用 …………………………………………………………………… 308

4.6.1 框 架 …………………………………………………………………… 308

4.6.2 契 约 …………………………………………………………………… 309

4.6.3 建立契约 …………………………………………………………………… 310

4.6.4 框架与重构 ………………………………………………………………… 311

参 考 文 献…………………………………………………………………………… 313