本书以C语言为基础，系统地介绍程序语言、算法与数据结构，注重系统能力培养。全书由10章组成，以程序设计语言、程序设计方法、程序设计技术三大主题组织教材内容，采用“数据表示”和“程序实现”双线索知识体系。本书结构清晰、语言通俗易懂，具有专业的编程风格；内容由浅入深、知识循序渐进，例题丰富，注重案例的精选与提炼，配套程序设计综合训练平台、系列教学软件、教辅参考书、混合式教学和慕课资源等。本书可作为高等院校和信息技术类培训机构“程序设计”“计算机高级语言”等课程的教材，也可作为软件开发、学科竞赛实践活动和编程爱好者的自学教材。

前言 程序设计（computer programming,CP）课程是大学计算机教育的核心课程，它既是各类专业技术的计算机基础，又是各种实践环节的软件工具，更是实习实训、学科竞赛、毕业设计、创新创业、创客科技等实践活动的重要平台。C语言是国内外广泛使用的计算机程序设计语言。其功能强大、灵活自由、运行效率高、可移植性好，包含高级语言和低级语言的优点，非常适合编写各种系统程序和应用软件。在TIOBE编程语言排行榜上，C、C++语言多年来一直位居前列。C语言的学习难度较大。面对庞大且复杂的语言知识体系，不少学生在学习过程中会感觉“一叶障目，不见森林”，学了前面的忘了后面的，对学过的编程思路了解不深，数据描述不清楚，算法设计不到位，基本知识掌握不好，开发环境不会使用。没有树立思维、能力、素养的学习目标是造成这一局面的重要原因之一。为此，我们在多年一线教学经验和软件开发工作的基础上，结合自主研发的程序设计综合训练平台等系列教学软件，推出以计算思维为主线、以语言知识为工具、以能力培养为目标、以编程技术为核心的系列教材。遵循“技能提升、思维训练、系统培养、价值塑造”教学理念，在知识体系的选取、深度的把握，以及算法、数据结构与程序设计的结合等方面，精心设计，力图适合高等院校和专业培训的教学目标和学习要求。1． 程序设计中的计算思维程序设计中的逻辑过程如图1所示。 图1程序设计中的逻辑过程从一个待求解的问题，到编写出程序代码，或者从一个现实的需求，到编写出应用软件，中间经过分析、抽象、模型、设计、实现五大逻辑过程，涉及对现实问题的观察、理解能力，对问题现象及本质的分析与归纳能力，对事物的抽象思维能力，建立（数学、计算机）模型的能力，工程表达与设计能力，运用计算机程序语言的代码实现、实践能力，以及反复迭代优化的系统思想。模型之前是人类的现实世界，模型之后是计算机世界，因此，编程的实质就是把现实世界抽象为一个计算特征的模型，然后使用计算机语言实现，在计算机里能够正确运行。在上述展现“武”的技术硬实力过程中，其实隐含着“文”的软实力，彰显“文武”之道，体现了程序员世界观、认识论、方法论的深度，逻辑推理、实证精神、辩证法的高度，科学素养和思想、实践观，情怀、信念意志和品格的高度。所以，学习程序设计，不仅要学习程序设计语言知识，还要有意识地开展思维训练，有目的地提高综合的、系统的能力，有计划地提升信息素养。为此，学习或教学过程中，阅读计算机科学发展史、计算机科学中的数学、逻辑学、程序员修养等课外读物是十分有益的。2． 程序设计中的“元知识”学习科学认为，知识是有层次的，需要优先掌握有效知识，即组成知识本身的基础知识，以及控制与调节知识的知识——元知识。要形成正确的知识体系，必须从自己的元知识开始，用科学、辩证和逻辑的思维逐渐添加，形成一个小体系，再形成大体系。C语言有庞大的知识体系，如果只以语言知识为线索往往会使学生抓不住重点，容易陷入凌乱无序的状态。本书首创“双线索”程序设计元知识体系，以“数据表示”和“程序实现”作为教学上的两条主线索，螺旋上升、交叉推进，如图2所示。 图2双线索C语言元知识体系首先，本书通过简单程序引出程序基本结构，以编程为目标给出两条线索： 数据表示和程序实现。其次，从引入简单数据开始，逐步解决计算和程序组织，进而上升到程序模块化的实现。再次，从基本数据类型上升到复杂数据类型，然后上升到数据结构层面的数据表示，程序模块进阶到算法实现。最后，两条线索交汇到高级编程技术应用专题，揭示程序设计与软件开发的一般规律。“双线索”给出了程序语言领域的知识，同时也给出了使用和控制领域知识的元知识。元知识不解决具体编程问题，而是关于程序语言的性质、结构、功能、特点、规律、组成与使用的知识，用来管理、控制和使用程序语言知识，进而使得学习者能够站在更高的高度、更长的时间纬度“俯瞰”程序语言，做到“概念为本，理解为先，范式学习”。3． 程序设计中的专业融合如果是低年级大学生学习程序设计，还会遇到“学在当下、用在未来”的实际问题，那么如何做到“学以致用、知行合一”？许多编程教学集中于做题，如同数学一般，将程序设计演变成“程序语言+计算方法”，C语言成了数学工具。殊不知计算方法（数值计算、非数值计算）仅仅是程序设计方法的一种，程序方法学中还有诸如操作系统、人机界面、图形图像、多媒体、网络通信、数据库、硬件接口等技术领域，每个领域都有独特的编程技术和精巧的解决方法。衡量程序设计学习效果有两个重要指标： 编程累计行数（total lines of code， TLOC）和单个程序行数（single lines of code, SLOC）。以解题为主的编程训练能提高TLOC，但却止步于SLOC。即使在在线判题系统（online judge, OJ）上做几百个习题，虽然TLOC指标上去了，但SLOC却不见长。一般地，在专业的软件开发技术领域，SLOC小于300行时很难让人体会到应用开发的“感觉”。高级编程技术是本教材的创新点之一。通过将理工类专业和计算机应用融合，导入丰富的应用场景，衔接行业领域及IT前沿，激发学习的内在需求。通过研究型专题的技术方法教学，拓宽应用知识面，充分认识程序是如何实现应用需求的，使学习者有极大兴趣开展探究式项目学习。在这样的环境下，才能从根本上提高SLOC，提升技能训练层次。限于篇幅，高级编程技术的内容放在慕课上，可参照后面的方法进入课程自行学习、下载和练习。4． 程序设计中的系统能力程序设计与算法、数据结构实际上是一个统一体，不应该也不可能将它们对立与分割。数据结构——编程之“道”。计算机工作原理的核心就是“计算”，也就是用一定的方法加工数据。因此，数据是加工的对象，是编程的目的，是应用的主体，这是程序设计亘古不变的规律。数据结构是计算机存储、组织数据的方式，分为逻辑结构和存储结构。当编不出程序来的时候，就要回到数据的“初心”，实施“结构性改革”。编程训练时，应该先“头脑风暴”出数据及其结构。编程之美首先是“结构之美”。算法——编程之“法”。算法包括策略思想、算法设计与分析，是经过实践思考、归纳总结出的规则体系和方法原则。编程时，依据结构确定一定的指导思想和策略，然后开展方法的设计以及对方法的性能评估分析，广义的“设计”是“思想→策略→设计→评估→优化”过程。编程训练时，不能只解决问题，还要反复优化，“深度迭代”出系统的方法论。编程之美其次是“设计之美”。实现——编程之“术”。在“简洁、易懂、高效”等原则下，具体实现技术可以千变万化，包括语言工具、实现方法、编程抽象、编程范式、设计模式等。本质上，程序代码是逻辑演绎的形式化表达，反映的是人类对这个世界的数字化理解。因此，编程具有独创性和艺术性，是知识、技能、理念高度融合的创作。编程之美实质是“艺术之美”。本书在案例教学中给出了算法和数据结构的初步知识，克服了算法与程序设计脱节、数据结构与数据表示脱节的问题，融为一体，力求理论与实际相结合，数据描述与数据表示、算法与实现相统一。本书有以下特色。(1) 精选典型案例本书针对精选的程序，设计了初等难度语言示范、中等难度算法和数据结构应用、较高难度综合设计三种梯度的案例。这些案例的精选与提炼，有利于提高学生的学习兴趣，有利于在计算机问题求解方面开阔视野，使学习者在程序设计方法、思路、技巧的应用方面有较高层次的锻炼与提高。其中难度较大的高级编程技术综合设计案例可作为课程设计、大作业及课后专题研究选用。(2) 注重编程风格本书使用ISO/IEC 9899：1999 C语言标准（简称C99标准），充分体现程序语言的最新进展和当前业界的最佳实践。广泛采纳各专业软件公司编程规范，无论语法语义、书写形式、示例代码，均采用专业风格编写，潜移默化地引导学习者与行业领域接轨，书中所有程序均在Visual C++和GCC（Code::Blocks、Dev\|C++）平台调试通过。同时，书中的所有源代码和各章习题代码可在清华大学出版社网站下载。(3) 配套教学平台自2001年以来，基于软件开发科研优势，结合一线教学和课程改革的经验，围绕课堂、实验、作业、实训、考核五个教学环节，我们开发了系列教学软件。例如“程序设计在线评测系统NOJ”大规模开展习题训练解决TLOC，“软件设计协同开发平台DevForge”按行业模式管理、评阅学生课程设计解决SLOC，“远程网络考试系统inTest”实现线上考试和实践考核，等等。这些教学工具的使用，使得实验机房变成了学生讨论、思考、赛课训练的场所，形成数字化课堂教学、在线教学、电子教室、智能答疑、综合训练等立体化教学环境，为落实教学理念和教学目标提供了先进工具。(4) 配套教辅参考《C程序设计实验教程》分为4部分，前两部分详细介绍Visual C++和GCC开发工具的使用方法和程序调试技术，第3部分是与教材相对应的实验内容，分为验证型、设计型实验，第4部分是课程设计专题实验，训练应用程序开发，掌握高级编程技术。《C程序设计习题与解析》包括3方面的内容： 知识点与考点提炼、经典例题解析、典型习题与解答，目的是进一步促进学习者对程序语言理论知识的掌握。(5) 配套混合式教学向使用本书的高校提供电子课件文稿和素材，以节省教师的备课时间，包括“教学指南”等文档，方便教学组织，课程管理。本书对应课程为首批“国家级一流本科课程”（线上线下混合式），提供混合式教案，如图3所示。(6) 配套慕课资源本书对应课程为首批“国家精品在线开放课程”，可申请MOOC或SPOC学习，使用方法如下。① 进入爱课程（中国大学MOOC）平台，选择“西北工业大学”，再选择“C程序设计”或者搜索“C程序设计”。② 进入学堂在线平台，选择“西北工业大学”，再选择“C程序设计”或者搜索“C程序设计”。 图3融合能力培养的KTCPD混合式教学模式本书第1～8章和附加的高级编程技术由姜学锋编写，第9～10章由刘君瑞编写，全书由姜学锋统稿。相比第1版，本版在理念、方法、手段、资源方面有较大进步。在书稿的编写过程中，得到了多位专家的关心和支持，清华大学出版社对本书十分重视，做了周到的安排。在此，对所有鼓励、支持和帮助过本书编写工作的领导、专家、同事和广大读者表示诚挚的谢意！由于时间紧迫以及作者水平有限，书中难免有错误、疏漏之处，恳请读者批评指正。2021年7月于秦岭·终南山·竹园