程序设计课程在计算机科学教育中的重要性是无庸置疑的。.pdfVIP

前言 程序设计课程在计算机科学教育中的重要性是无庸置疑的。人们一直在思考第一门程序 设计课应该教授什么，其教材应该是怎样的？在用 C 作为第一门程序设计课教学语言的过 程中，我编写了这个教材，是对于自己教学经验的总结。 教学过程中学生们提出的问题使我看到，教材（或适合自学者的书籍）中需要对可能的 问题做出合理而充分的解释，无论是关于 C 语言本身，还是关于程序设计过程，使读者在 阅读时能了解问题实质，而不是在模糊中去设法感悟。这对于帮助初学者尽快进入程序领域 非常重要，也使教师有更大自由度，灵活选择实例和教学方式。由于程序设计的性质，这里 的实例不应采用“提出问题，给出解答，再加点解释”的简单三步形式，而应着重帮助读者 认识程序设计活动的实质，理解从问题到程序的思考过程。本书在这些方面做了些努力。 本书的一个基本想法是希望反映程序设计的两个重要特征，科学性和工程性。科学性指 程序构造过程应有充分科学依据：分解弄清问题各部分的意义和互相联系，需要人对程序实 现过程有科学认识。有关研究的发展形成了程序的理论。入门书不可能去讨论这些理论成果， 但也必须反映其精神实质，使初学者从开始就接触程序的一些本质性问题。这无论对于提高 读者对计算机科学技术认识水平，还是对他们的进一步深入学习，都是非常重要的。 随着计算机的日益普及，不少人在进大学前就有了计算机经验，有的已将计算机玩得很 熟，甚至写过许多程序。但也应看到另一面：在学习大学课程前，学生中对程序及程序设计 已建立起正确认识的人很少。即使那些很熟悉计算机的学生，也有许多观点需要建立，或有 一些错误观点需要纠正。这也是本课程中应该特别强调科学性的原因。 我们常发现学生有些对计算机实质的不正确认识。例如有些学生在头脑深处把计算机看 成很不驯服的东西，觉得程序设计就是设计一些计谋，“骗”计算机干活。有些学生把程序 设计看成玩计算机游戏，到处是陷阱和妖魔，需要在试探和失败中找一条绕过障碍的路。 日益完善的程序开发环境也可能成为学习的障碍。很好的环境造就出一类学生：遇到编 程工作时不细致分析和设计，粗一想就动手，很快写出一堆代码，随后进入运行、追踪、打 补丁改错的三步循环。简单程序可能这样做出来了，但质量很差，很简单问题常常写出一大 篇，自己也说不清解决问题的过程。即使很熟悉程序的人，不花些工夫也难判断这类程序的 对错，错误在哪里。当问题更复杂时，这些同学就遇到了困难：程序难以通过测试，弄不清 错误出在那儿，该怎样修改。这种程序像建在沙滩上的大楼，无论如何修补都不行，只能推 倒重来。这些情况的提示是：从简单程序开始就应该注意程序设计的正确途径。 这些都说明了强调程序设计过程中科学性的必要。本书从开始就强调问题的分析和分 解，反复讨论函数抽象方法。后面不断有进一步论述，实例中也特别注意这方面的问题。一 些地方还通过实例介绍了一些更深入的理论问题，如通过对程序运行时间的测试介绍计算过 程的基本性质（复杂性）；通过分析循环过程是否完成了所需工作，介绍“循环不变关系” 的概念和意义等。当然，这些只是希望读者了解有关情况，作为思考程序问题的线索。 这里说程序设计的工程性，并不是指规模大，参加人员多等，而是从另一个角度看问题。 工程设计中需要分析和理解问题，寻找可能解决方案，对各种方案做出评价和选择。对所做 选择应有清醒认识（优点和缺点，是否对问题的某些方面有所偏向或不足等），进而确定具 体实施方案。这些问题在程序设计中都有直接反映。如果学习程序设计的目的是希望提高能 力、真正理解程序设计过程的话，这些问题都需要特别强调。 本书始终强调一种观点：程序问题并没有需要记住的标准答案。由于分析问题时的不同 考虑，设计过程中的不同决定或选择，人们对同一问题常会得到许多合理而正确的不同程序。 这些程序常各有长短，可能各有侧重点，也可能反映了对问题的不同认识。应该特别注意思 考和解决问题的方法，包括如何分析问题，逐步把问题弄得更清楚明确；如何寻找可能求解 途径，把复杂问题分解为相对简单的步骤；如何在可用的语言结构中做出选择等。这里的每 一步都可能产生分支，应该认清各种选择的后果，无论是收获还是损失。 工程中通常没有完美的选择，更多的是权衡和折衷，这些对程序设计也是本质性的。本 书对许多实例给出了较详细的分析过程，常常对一个问题给出多个解答，有时还指出了其他 可能性：还可能如何看问题，还可能如何做等等。这里还常常给读者提出一些问题，希望读 者发挥自己的思维能力和主观能动性。各章节后面的练习也试图反映这些看法。 我们希望读者能建立一种认