C语言上机实验与习题，如何高效掌握？

C语言程序设计上机实验指导与习题集

前言

C语言是计算机科学的基石，其高效、灵活和接近硬件的特性使其在系统编程、嵌入式开发、游戏引擎等领域长盛不衰，学习C语言，上机实验是至关重要的环节，本指导书旨在通过一系列精心设计的实验，帮助你将理论知识转化为实际编程能力，并通过习题巩固所学,最终达到能够独立编写中等规模C语言程序的目标。

第一部分：上机实验指导

本部分按照C语言的知识体系，设计了8个核心实验，每个实验都包含实验目的、实验环境、实验内容、实验步骤与提示。

C语言程序入门与开发环境

• 实验目的：

  1. 熟悉C语言程序的基本结构（#include, main函数，注释等）。
  2. 掌握在集成开发环境（如Visual Studio, Dev-C++, Code::Blocks, VS Code）中编写、编译、链接和运行C语言程序的完整流程。
  3. 理解编译错误和链接错误的基本信息,并学会排查简单错误。
  4. 掌握printf和scanf函数的基本用法,实现简单的数据输入输出。

• 实验环境：

  • 操作系统：Windows / macOS / Linux
  • IDE/编译器：Visual Studio 2025/2025, Dev-C++, Code::Blocks, 或 GCC/GDB (命令行)

• 
  （图片来源网络，侵删）
  1. “Hello, World!”程序： 编写一个经典的“Hello, World!”程序,并成功运行。
  2. 简单计算器： 编写一个程序，提示用户输入两个整数，计算并输出它们的和、差、积、商。
  3. 个人信息打印： 编写一个程序，提示用户输入姓名、年龄和学号,然后按格式打印出来。

• 实验步骤与提示：

  1. 新建项目： 在你的IDE中创建一个新的C语言项目（Console Application）。

  2. 编写代码： 创建一个新的C源文件（.c）,输入以下代码并运行。

     #include <stdio.h> // 引入标准输入输出库
     int main() {
         // printf函数用于向控制台输出文本
         printf("Hello, World!\n"); // \n是换行符
         int a, b, sum, diff, product, quotient;
         printf("请输入两个整数，用空格隔开: ");
         // scanf函数用于从键盘读取输入
         // %d表示读取一个整数，&a表示将读取的值存入a的内存地址
         scanf("%d %d", &a, &b);
         sum = a + b;
         diff = a - b;
         product = a * b;
         quotient = a / b; // 注意：整数除法会截断小数部分
         printf("和为: %d\n", sum);
         printf("差为: %d\n", diff);
         printf("积为: %d\n", product);
         printf("商为: %d\n", quotient);
         return 0; // main函数返回0，表示程序正常结束
     }

  3. 调试与排错： 故意修改代码（如去掉分号、拼写错误、忘记&符号），观察编译器的错误提示,并尝试修复。

     
     （图片来源网络，侵删）

基本数据类型与运算符

• 实验目的：

  1. 掌握C语言的基本数据类型：int, float, double, char。
  2. 熟悉算术运算符（, , , , ）、关系运算符（>, <, , ）和逻辑运算符（&&, , ）。
  3. 理解不同类型数据间的混合运算规则和类型转换。
  4. 掌握自增自减运算符（, ）的前置和后置区别。

• 1. 数据类型大小： 使用sizeof运算符输出int, float, double, char在系统中所占的字节数。
  2. 类型转换： 编写程序，验证整数除法和浮点数除法的区别,以及强制类型转换的效果。
  3. 运算符优先级： 编写一个包含多种运算符的复杂表达式，并分步计算其值,验证优先级规则。

• 实验步骤与提示：

  1. sizeof示例：

     printf("int size: %zu bytes\n", sizeof(int));
     printf("float size: %zu bytes\n", sizeof(float));
     // ...

  2. 类型转换示例：

     int a = 5, b = 2;
     float c = 5.0, d = 2.0;
     printf("a / b = %d\n", a / b); // 输出 2
     printf("c / d = %.2f\n", c / d); // 输出 2.50
     printf("(float)a / b = %.2f\n", (float)a / b); // 输出 2.50

流程控制（选择结构）

• 实验目的：

  1. 熟练掌握if-else语句和switch语句的使用。
  2. 理解if-else if-else的多分支结构。
  3. 能够运用选择结构解决实际问题，如分段函数、成绩评定等。

• 1. 分段函数： 编写程序，根据输入的x值，计算并输出y的值。
     • y = x + 2 (x < 0)
     • y = x² (0 ≤ x < 10)
     • y = x - 2 (x ≥ 10)
  2. 简易计算器（升级版）： 扩展实验一的计算器，增加一个菜单让用户选择要进行加、减、乘、除的运算。
  3. 成绩等级评定： 输入一个学生的百分制成绩，输出其对应的等级（A: 90-100, B: 80-89, C: 60-79, D: <60）。

• 实验步骤与提示：

  1. 使用if-else if-else实现分段函数。
  2. 使用switch语句实现简易计算器的菜单选择。
  3. 注意if条件的边界值（如>=和>的使用）。

流程控制（循环结构）

• 实验目的：

  1. 掌握for循环、while循环和do-while循环的使用方法和区别。
  2. 理解循环嵌套的概念和应用。
  3. 学会使用break和continue语句控制循环流程。
  4. 掌握累加、累乘、计数等基本循环算法。

• 1. 累加求和： 计算1到100之间所有整数的和。
  2. 阶乘计算： 计算一个非负整数n的阶乘 (n!)。
  3. 图形打印： 打印一个由星号(*)组成的直角三角形或金字塔。
  4. 猜数字游戏： 程序随机生成一个1-100的整数，用户输入猜测的数字，程序提示“猜大了”或“猜小了”,直到猜对为止。

• 实验步骤与提示：

  1. 累加求和和阶乘非常适合用for或while循环。
  2. 打印图形需要用到循环嵌套，外层控制行数,内层控制每行的星号数量。
  3. 猜数字游戏需要用到rand()和srand()函数来生成随机数，并用while(1)无限循环，配合break在猜对时退出。

数组

• 实验目的：

  1. 掌握一维数组和二维数组的定义、初始化和引用。
  2. 学习使用循环对数组进行遍历、输入和输出。
  3. 掌握常用的数组算法，如查找、排序（冒泡排序）、最大/最小值等。

• 1. 数组基本操作： 定义一个包含10个整数的数组，由用户输入数据,然后输出数组中的所有元素。
  2. 最大值与最小值： 在上述数组中找出最大值和最小值及其位置。
  3. 数组排序： 使用冒泡排序算法对数组进行升序排序,并输出排序后的结果。
  4. 二维数组应用： 定义一个3x3的二维数组,计算并输出两条对角线上的元素之和。

• 实验步骤与提示：

  1. 数组的下标从0开始。
  2. 使用for循环遍历数组是标准做法。
  3. 冒泡排序的核心是双重循环，外层控制轮数,内层进行相邻元素比较和交换。
  4. 二维数组的对角线元素满足规律：主对角线i == j，副对角线i + j == 2 (对于3x3矩阵)。

函数

• 实验目的：

  1. 掌握函数的定义、声明和调用方法。
  2. 理解函数参数的值传递（传值）机制。
  3. 掌握return语句的使用,理解函数返回值。
  4. 学习使用void类型的函数。

• 1. 函数封装： 将实验四中的累加求和、阶乘计算等功能封装成独立的函数。
  2. 素数判断： 编写一个函数is_prime(int n)，判断一个整数是否为素数，如果是返回1，否则返回0，在main函数中调用该函数，打印1-100之间的所有素数。
  3. 数组作为参数： 编写一个函数print_array(int arr[], int size)，用于打印一个数组，再编写一个函数find_max(int arr[], int size),用于查找数组中的最大值。

• 实验步骤与提示：

  1. 函数定义：返回类型 函数名(参数列表) { 函数体 }
  2. 函数声明（如果定义在使用之后）：返回类型 函数名(参数列表);
  3. C语言中，数组作为参数传递时，传递的是数组首元素的地址（类似传址）,可以在函数内部修改数组元素的值。

指针

• 实验目的：

  1. 理解指针的本质（内存地址）。
  2. 掌握指针变量的定义、初始化和基本运算（&取地址，解引用/间接寻址）。
  3. 学习使用指针作为函数参数，实现通过函数修改主调函数中的变量（传址调用）。
  4. 了解指针与数组的关系。

• 1. 指针基本操作： 定义一个整型变量a和一个指向a的指针p，通过指针p修改变量a的值,并打印结果。
  2. 交换两个变量的值： 编写一个swap函数，使用指针作为参数,实现交换两个整数的值。
  3. 指针遍历数组： 使用指针来遍历并打印一个整型数组的所有元素。

• 实验步骤与提示：

  1. int a = 10;
  2. int *p = &a; // p指向a的地址
  3. *p = 20; // 通过p间接修改a的值，此时a的值变为20
  4. swap函数原型：void swap(int *x, int *y)

结构体与文件操作

• 实验目的：

  1. 掌握结构体（struct）的定义、声明和使用方法。
  2. 学习使用fopen, fclose, fscanf, fprintf等标准I/O函数进行文件读写。
  3. 理解文本文件和二进制文件的区别。
  4. 能够将结构体数组中的数据写入文件,并能从文件中读出。

• 1. 学生信息管理（文件版）：
     • 定义一个结构体Student，包含学号（id）、姓名（name）、成绩（score）。
     • 编写程序，可以从键盘输入多个学生的信息，并将它们保存到一个文本文件（如students.txt）中。
     • 编写另一个程序，可以从students.txt文件中读取学生信息,并打印到屏幕上。

• 实验步骤与提示：

  1. 定义结构体：

     struct Student {
         int id;
         char name[50];
         float score;
     };

  2. 写入文件：

     FILE *fp = fopen("students.txt", "w"); // "w"表示以写入模式打开文件
     if (fp == NULL) {
         printf("Error opening file!\n");
         return 1;
     }
     fprintf(fp, "%d %s %.2f\n", s.id, s.name, s.score); // 格式化写入
     fclose(fp); // 关闭文件

  3. 读取文件：

     FILE *fp = fopen("students.txt", "r"); // "r"表示以读取模式打开文件
     if (fp == NULL) {
         printf("Error opening file!\n");
         return 1;
     }
     while (fscanf(fp, "%d %s %f", &s.id, s.name, &s.score) != EOF) {
         // 处理读取到的数据
     }
     fclose(fp);

第二部分：习题集

本部分提供与实验内容对应的习题,用于巩固和拓展你的编程能力。

第一章：C语言基础

1. 编写程序，将华氏温度转换为摄氏温度，公式：C = (F - 32) * 5 / 9。
2. 编写程序,计算一个半径为r的圆的周长和面积。
3. 编写程序，交换两个变量的值（不使用临时变量，可以使用异或运算）。

第二章：流程控制

1. 编写程序，判断一个年份是否为闰年。（闰年条件：能被4整除但不能被100整除,或者能被400整除）
2. 编写程序,输出100到200之间所有能被3或5整除的数。
3. 编写程序,打印九九乘法表。

第三章：数组

1. 在一个整型数组中,找出出现次数最多的数字。
2. 将一个数组中的元素逆序存放。
3. 编写程序,实现两个3x3矩阵的加法和减法。

第四章：函数

1. 编写一个函数,计算一个整数的绝对值。
2. 编写一个递归函数,计算斐波那契数列的第n项。
3. 编写一个函数str_len，用于计算一个字符串的长度（不能使用strlen库函数）。

第五章：指针

1. 编写一个函数str_copy，实现字符串的复制（不能使用strcpy库函数）。
2. 编写一个函数str_cmp，实现两个字符串的比较（不能使用strcmp库函数）。
3. 编写一个函数,使用指针实现字符串的逆序。

第六章：综合应用

1. 通讯录管理： 设计一个更完善的通讯录程序，要求：
   • 使用结构体存储联系人信息（姓名、电话、邮箱）。
   • 实现添加联系人、删除联系人、查找联系人、显示所有联系人、保存到文件、从文件加载等功能。
   • 使用函数模块化设计,每个功能由一个函数实现。
2. 学生成绩管理系统： 设计一个学生成绩管理系统，要求：
   • 使用结构体存储学生信息（学号、姓名、多门课程成绩）。
   • 实现录入学生成绩、计算每个学生的平均分和总分、计算每门课程的平均分、按总分排序、查询学生信息等功能。

第三部分：上机实验技巧与常见问题

1. 多使用调试器： 不要只靠printf打印信息，学会使用IDE自带的调试器，设置断点、单步执行、查看变量值,这能让你更直观地理解程序执行流程。
2. 代码风格： 从一开始就养成良好的代码风格，如适当的缩进、清晰的注释、有意义的变量名,这能极大提高代码的可读性和可维护性。
3. 分模块测试： 在编写复杂程序时，先确保每个小功能模块都能独立正确工作,然后再将它们组合起来。
4. 善用搜索引擎和文档： 遇到问题时，先尝试自己解决，如果无法解决，可以搜索错误信息或查阅C语言标准库文档（如Cplusplus.com）。
5. 常见错误：
   • 语法错误： 最常见的是缺少分号、括号不匹配、拼写错误,编译器通常会给出明确的行号和提示。
   • 逻辑错误： 程序能编译运行，但结果不正确，这是最难排查的，需要仔细分析算法和流程,或使用调试器。
   • 内存错误： 如数组越界、空指针解引用等，这类错误可能导致程序崩溃或不可预测的行为,要格外小心。

希望这份详细的指导与习题集能对你的C语言学习之路有所帮助,祝你编程愉快！