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小朋友学C语言(23):二进制与十进制之间的转换

小朋友学C语言(23):二进制与十进制之间的转换

作者: 海天一树X | 来源:发表于2017-10-06 14:16 被阅读0次

在学本节之前,请先复习 小朋友学C语言(17):二进制

一、二进制转换为十进制的C语言代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int binary2decimal(char str[])
{
    int sum = 0;
    int j = 1;
    int pos = strlen(str) - 1;
    for(; pos >= 0; pos--) 
    {
        sum += (str[pos] - '0') * j;
        j *= 2;
    }
    
    return sum;
}

int main()
{
    // 字符用单引号,字符串用双引号 
    int result = binary2decimal("1101");
    printf("Output decimal: %d\n", result);
    
    return 0;
}

运行结果:

Output decimal: 13



思路:
以"1101"为例。
(1)先计算出最右侧的“1”, sum("1") = 1
(2)再计算出最右侧的“01”,并且要用到上次计算的结果。sum("01") = sum("0") + sum("1") = 1
(3)再计算出最右侧的“101”,并且要用到上次计算的结果。sum("101") = sum("1") + sum("01") = 4 + 1 = 5
(4)最后计算出“1101”,并且要利用上次计算的结果。sum("1101") = sum("1") + sum("101") = 8 + 5 = 13



程序分析:
(1)for(; pos >= 0; pos--)
这里第一个表达式没有内容,那是因为在上一步已经赋值了,这里可以省略。

(2)sum += (str[pos] -‘0’) * j 等价于 sum = sum + (str[pos] - ‘0’) * j
j *= 2 等价于 j = j * 2

(3)数组的下标是从左往右递增的。
例1:str[] = “abcde”,则str[0] = ‘a’, str[1] = ‘b’, str[2] = ‘c’, str[3] = ‘d’, str[4] = ‘e’
例2:str[] = “1101”,则str[0] = ‘1’,str[1] = ‘1’, str[2] = ‘0’, str[3] = ‘1’

二进制与数组相反,二进制的最低位在最右边,最高位在最左边。十进制也是如此。
比如二进制1101,第0位的值是1,第1位的值是0,第2位的值是1,第3位的值是1。

程序中的for采用了从高位向低位递减,就是因为二进制与数组的下标顺序相反。

(4)for的计算过程
刚开始时,pos = strlen(“1101”) - 1 = 4 - 1 = 3
① 第1 次循环,pos = 3,str[pos] - ‘0’ = ‘1’ - ‘0’ = 49 - 48 = 1, sum = sum + 1 * j = 0 + 1 * 1 = 1, j = j * 2 = 1 * 2 = 2, pos自减后变为2
② 第2次循环,pos = 2, str[pos] - ‘0’ = ‘0’ - ‘0’= 48 - 48 = 0,sum = sum + 0 * j = 1 + 0 * 2 = 1, j = j * 2 = 2 * 2 = 4,pos自减后变为1
③ 第3次循环,pos = 1, str[pos] - ‘0’ = ‘1’ - ‘0’= 49 - 48 = 1,sum = sum + 1 * j = 1 + 1 * 4 = 5, j = j * 2 = 4 * 2 = 8,pos自减后变为0
④ 第4次循环,pos = 0, str[pos] - ‘0’ = ‘1’ - ‘0’= 49 - 48 = 1,sum = sum + 1 * j = 5 + 1 * 8 = 13, j = j * 2 = 8 * 2 = 16,pos自减后变为-1,循环结束。
所以,最终的结果就是13

二、十进制转换为二进制的C语言代码

#include<stdio.h>

void decimal2binary(int dec)
{
    if(dec / 2)
    {
        decimal2binary(dec / 2); // 递归
    }
    printf("%d", dec % 2);
}

int main()
{
    int num = 6;
    printf("%d转化为二进制:", num);
    decimal2binary(num);
    
    return 0;
}

运行结果:

6转化为二进制:110

程序分析:
(1)这里decimal2binary()函数调用了decimal2binary()函数,说明用到了递归。

(2)程序中,运算符“/”表示除号。
例1:6 / 2 = 3
例2:3 / 2 = 1
例3:1 / 2 = 0
运算符“%”表示求余数。
例4:6 % 2 = 0
例5:3 % 2 = 1
例3:1 % 2 = 1

(3)递归调用过程
第一次在main()中调用decimal2binary(6)      
在这个函数中,if(6 / 2) = if(3)判断为真,
所以会调用decimal2binary(3)            
在这个函数中,if(3 / 2) = if(1)判断为真,
所以会调用decimal2binary(1)            
在这个函数中,if(1 / 2) = if(0)判断为假。递归结束。

所以,这里decimal2binary()总共被调用了三次,第一次是在main()中调用的,第二次和第三次都是自己调用自己。
按照递归函数从外到内,再从内到外的执行顺序,这里的执行顺序是①-->②-->③-->②-->①

执行decimal2binary(1)时,因为if不成立,所以跳过if语句,执行printf语句。因为1 % 2 = 1,所以打印出了1。
接着跳出本次递归,继续执行decimal2binary(3),执行printf语句。因为3 % 2 = 1,所以打印出了1。
接着跳出本次递归,继续执行decimal2bianry(6),执行printf语句,因为6 % 2 = 0,所以打印出了0。
这时所有的递归都结束了。所以最终打印出来的结果是110

(4)递归调用完全展开的代码为:

// 执行deimal2binary(6)
if(6 / 2)           // 6 / 2 = 3, 条件为真
{       
    // 执行decimal2binary(3)
    if(3 / 2)       // 3 / 2 = 1, 条件为真 
    {
        // 执行decimal2binary(1)
        if(1 / 2)   // 1 / 2 = 0, 条件为假
        {
                    // 这里的句子不被执行,所以不再递归 
        }
        printf("%d", 1 % 2);    // 打印出1,控制台中可看到“1”      
    }
    printf("%d", 3 % 2);        // 打印出1,控制台中可看到“11” 
}
printf("%d", 6 % 2);            // 打印出0,控制台中可看到“110”,即最终结果

这样,假如不写decimal2bianry函数的话,整个程序可以写成

#include<stdio.h>

int main()
{
    int num = 6;
    printf("%d转化为二进制:",num);
    if(6 / 2)           // 条件为真
    {       
        if(3 / 2)       // 条件为真 
        {
            if(1 / 2)   // 条件为假
            {
                        // 无论什么语句,都不会被执行 
            }
            printf("%d", 1 % 2);    // 打印出1,控制台中可看到“1”      
        }
        printf("%d", 3 % 2);        // 打印出1,控制台中可看到“11” 
    }
    printf("%d", 6 % 2);            // 打印出0,控制台中可看到“110”,即最终结果
    
    return 0;
}

运行结果:

6转化为二进制:110

这里因为6比较小,产生的if语句只有三个,所以像上面这样直接写也不算太麻烦。
但是,假如是一个很大的十进制要转化为二进制,比如500000000,会有很多个if语句,不可能直接在main函数里写这么多if语句。这样就有必要独立写一个decimal2binary函数,让main去调用decimal2binary,decimal2binary再调用自己,几行代码就能搞定,程序看起来就简洁多了。

当然,还可以用for来实现,也会很简单。不过咱们这个程序的另一目的是为了强化学习递归思想。



(5)程序的执行流程图为:

1.png

(6)作业
断点调试;
默写。

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