软件设计师考试 | 第十二章 软件系统分析与设计 | 算法分析与

（一）C程序设计语言与实现

指针是C语言的精华部分，它极大地丰富了C语言的功能。通过利用指针，可以描述复杂的数据机构，在编程时能很好地利用内存资源，使其发挥最大的效率。

1. 指针类型

（1）变量和指针

变量： 是内存单元的抽象。变量具有类型、值、地址、作用域和生存期等属性。

变量的本质是程序中用来存放数据的一段存储空间。一般情况下，变量所对应的存储空间在内存区域，在C语言中程序员可以通过关键字register声明变量的存储单元是CPU中的寄存器。

变量的数据类型不同，它所占的内存单元数也不同。

在访问变量时，首先应找到其在内存的地址。如果在程序中将变量的地址保持在另一个变量中，则形成指针变量，通过指针对所指向变量的访问是一种对变量的“间接访问”。

例如：

定义了两个变量：
整形变量 a 和指针变量 ptr ，
在存取变量 a 中的数据时，
可通过变量 a 或指向变量 a 的指针来进行，
分别称为直接访问和间接访问。
//a是整形变量，其值为整数
int a;
/*
ptr是指针变量，
其值为一个整型变量的地址
*/
int *ptr;

（1）直接访问变量 a 中的数据
a = 5;
a + 10;
（2）简介访问变量 a 中的数据
/*
将变量 a 的地址赋值给指针变量 ptr ，
称 ptr 指向变量 a
*/
ptr = &a;
/*
指针变量 ptr 指向的对象用 *ptr 表示
等价于 a=5; ，
通过指针变量 ptr 访问变量 a
*/
*ptr = 5;

经过上述定义和处理后，变量a和指针变量ptr之间的关系如下图所示：

指针变量ptr与指针变量指向的对象*ptr(a)

（2）通过指针访问数组中的元素

C程序中常利用指针对数组和字符串进行处理。

一个数组由连续的一块内存单元组成，数组名就是这块连续内存单元的首地址（起始地址）。一个数组是由各个数组元素组成的，每个数组元素按其类型不同占有若干个连续的内存单元。

1）指针变量与一维数组

指针变量指向一维数组的方法如下所示：

定义一个整型数组 st 
和指向数组元素的指针 ptr。
//定义包含10个整型数据的数组
int st[10];
/*
定义 ptr 为指向整型变量 st[0] 的指针，
等价于 int *ptr = st
*/
int *ptr = &st[0];

若ptr指向数组的第一个元素（即下标为0的元素），则*(p+i)指向数组的第i+1个元素（即下标为i的元素）。

2）指针变量与二维数组

指针变量指向二维数组的情形比较复杂，举例说明：
定义int a[3][4]，其元素布局如下图所示：

二维数组a[3][4]元素布局

数组a[3][4]可看作是由3个一维数组（a[0]、a[1]、a[2]）构成的一维数组，每个一维数组的元素是4个。a是二维数组名，它代表整个二维数组的首地址。

a[0]是第0个一维数组的数组名和首地址。*(a+0)、*a和a[0]是等效的，它们都表示一维数组a[0]的0号元素的首地址。&a[0][0]表示a的第0行和第0列元素的首地址。因此，a、a[0]、*(a+0)、*(a+1)和&a[0][0]所表示的内容相同。

对于二维数组a[m][n]、a+i、a[i]、*(a+i)和&a[i][0]是相同的。

（3）指针与函数

C程序中将指针与函数结合使用的常见方式有函数参数为指针、函数返回值为指针及通过函数指针变量调用函数（函数指针变量）。

1）函数参数为指针

参数使用指针类型的作用是将一个变量的地址传送到另一个函数中。

C语言中实参向形参传值，反之则不行。

例如：

定义函数 swap(a,b)的功能是
交换 a 和 b 的值，代码如下：
void swap(int a,int b){
  int temp;
  temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}

如果发生函数调用swap(x,y)，则系统将x的值传给a、y的值传给b，在函数中实现了a和b的值的交换，但是x和y的值并没有发生交换。

为实现将函数中对形参的修改结果返回给调用函数，可使用指针参数。

对上个例子进行修改，代码如下：

void swap_1(int *a,int *b){
  int temp;
  temp = *a;
  *a = *b;
  *b = temp;
}

当形参为指针类型时，传递给形参的应该是地址信息，因此调用swap_1的形式为swap_1(&x,&y)。这样通过“间接访问”，实现了在被调用函数中修改实参所对应的变量。

2）函数返回值为指针

函数类型是指函数返回值的类型。返回指针的函数称为指针型函数。需要注意的是，不能返回局部数据的指针。

例如下面的函数，函数get_str虽然返回了局部数组str的首地址，但调用get_str的其他函数并不能通过此地址访问字符串testing local pointer。

char* get_str(void){
  char str[] = {"testing local pointer"};
  return str;
}

int main(){
  char *p;
  int i;
  p = get_str();
  for(i = 0; *(p+i); i++)
    putchar(*(p+i));
  return 0;
}

将函数get_str中的char str[] = {"testing local pointer"};改成char *str = {"testing local pointer"};即可。

3）指针变量

程序中的一个函数总是占用一段连续的内存区，而函数名就是该函数所占内存区的首地址。可以把函数的首地址（或称入口地址）赋给一个指针变量，使指针变量指向该函数，然后通过指针变量就可以找到并调用这个函数。

指针函数的指针变量称为“函数指针变量”。

函数指针变量定义的一般形式为：

类型说明符 (*指针变量名)();

其中，“类型说明符”表示被指明函数的返回值的类型；“(*指针变量名)”表示*后面的变量是指针变量；最后的一对空括号表示指针变量所指向的对象是一个函数。

例如，下面定义了一个函数指针变量funptr。

int (*funptr)();

2. 指针与数据结构

随着软件开发环境的不断完善和程序语言的抽象程度不断提高，数据结构的内部设计细节被封装和屏蔽起来，在很多应用软件的开发中没有必要也不再涉及底层细节，但是在系统级程序设计或嵌入式应用的软件设计中，指针及相关机制的应用仍然是十分必要的。

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（二）算法设计与实现

1. 算法设计过程

1. 理解问题
2. 确定相关因素
   预测所有可能的输入，在精确解和近似解之间做选择，确定适当的数据结构，确定算法设计技术。
3. 设计算法
4. 证明算法的正确性
5. 分析算法的效率
6. 根据算法编写代码

2. 算法问题类型

• 查找问题
• 排序问题
• 图问题
• 组合问题
• 几何问题

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