实验3 C语言函数应用编程

一、实验目的

1. 能正确使用c语法规则定义、声明、调用函数
2. 能正确编写递归函数
3. 针对具体问题场景，能合理抽象出独立的功能模块，正确定义函数并使用，使得代码更具可读性、 可维护性
4. 针对具体问题场景，能正确、合理使用全局变量和局部static变量，解决实际问题

二、实验准备

1. 函数定义、声明、调用的语法规则
2. 什么是形参、什么是实参，以及，参数传递和返回过程
3. 什么是递归函数，以及，递归函数的编写规范
4. 全局变量、局部static变量的特性

三、实验内容

1. 实验任务1

在c开发环境下，输入如下程序。结合注释和运行结果，理解程序的功能，观察源代码中是如何使用函数 模块组织代码的。

task1.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>
#define N 80

void print_text(int line, int col, char text[]);  // 函数声明 
void print_spaces(int n);  // 函数声明 
void print_blank_lines(int n); // 函数声明

int main() {
    int line, col, i;
    char text[N] = "hi, November~";

    srand(time(0)); // 以当前系统时间作为随机种子

    for (i = 1; i <= 10; ++i) {
        line = rand() % 25;
        col = rand() % 80;
        print_text(line, col, text);
        Sleep(1000);  // 暂停1000ms
    }
    return 0;
}

// 打印n个空格 
void print_spaces(int n) {
    int i;

    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf(" ");
}

// 打印n行空白行
void print_blank_lines(int n) {
    int i;

    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf("\n");
}

// 在第line行第col列打印一段文本 
void print_text(int line, int col, char text[]) {
    print_blank_lines(line - 1);      // 打印(line-1)行空行 
    print_spaces(col - 1);            // 打印(col-1)列空格
    printf("%s", text);         // 在第line行、col列输出text中字符串
}

2. 实验任务2

在c开发环境下，输入如下程序:

task2_1.c

// 利用局部static变量的特性，计算阶乘
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

long long fac(int n); // 函数声明

int main() {
    int i, n;

    printf("Enter n: ");
    scanf("%d", &n);
    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf("%d! = %lld\n", i, fac(i));

    return 0;
}

// 函数定义
long long fac(int n) {
    static long long p = 1;

    p = p * n;

    return p;
}

编译、运行程序，从键盘输入5，结合运行结果，理解函数模块fac()定义中，局部static变量p在这里起到的作用。

在代码line20和line22之间，增加一行代码，打印每次进入函数fac时局部变量p的值，结合实践结果，理解局部static变量的特性。

printf("p = %lld\n", p);

基于上述实践，先从理论上分析程序task2_2.c的结果是什么，然后，在软件中运行该程序，验证是否一致。

task2_2.c

// 练习：局部static变量特性
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <stdio.h>

int func(int, int);     // 函数声明

int main() {
    int k = 4, m = 1, p1, p2;

    p1 = func(k, m);    // 函数调用
    p2 = func(k, m);    // 函数调用
    printf("%d, %d\n", p1, p2);

    return 0;
}

// 函数定义
int func(int a, int b) {
    static int m = 0, i = 2;

    i += m + 1;
    m = i + a + b;

    return m;
}

3. 实验任务3

已知数学函数式如下：（限定n取值范围为[0, 32]）

 设计一个函数模块func()，用来实现：提供n的数值，返回该函数计算式的结果。

要求：

• 使用递归算法实现
• 不使用标准库函数pow()

补足代码task3.c中的函数模块定义部分，实现题目要求。

task3.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

long long func(int n); // 函数声明

int main() {
    int n;
    long long f;

    while (scanf("%d", &n) != EOF) {
        f = func(n); // 函数调用
        printf("n = %d, f = %lld\n", n, f);
    }

    return 0;
}

4. 实验任务4

编写函数计算组合数，要求算法分别用迭代方式和递归方式实现。

设函数原型如下：int func(int n, int m);其功能是计算从n个不同元素中取出m个元素的组合数。

main函数代码已经在task4.c中给出，补足函数func()的定义，实现题目要求。

补足代码task4.c中函数模块定义部分，分别用两种方式实现函数：

• 实现方式1：迭代方式

 

• 实现方式2：递归方式

待补足的源码task4.c

#include <stdio.h>
 int func(int n, int m);
 int main() {
    int n, m;
    while(scanf("%d%d", &n, &m) != EOF)
        printf("n = %d, m = %d, ans = %d\n", n, m, func(n, m));
    
    return 0;
 }
 // 函数定义
// 待补足。。。（分别用迭代思维和递归思维实现）

5. 实验任务5

对教材「例4.9 Hanoi塔问题」稍做改写，使其满足以下要求：

• 支持多组输入：输入不同的n值，打印输出不同的移动盘子方案
• 对于每个n，除了打印盘子移动方案之外，还要打印输出移动盘子的总次数

6. 实验任务6

编写函数func，实现将一个长整型数s的每一数位上的奇数依次取出来，构成一个新的数，高位仍在高位，低位仍在低位，返回这个新数。例如，s=20231030时，调用函数fun后，返回313。

在主函数中，通过多组输入方式，多次调用fun()，实现对多组数据的测试。

7.实验任务7

编写程序，找出一个符合下列条件的数字：它的平方值与立方值一共使用了0到9十个数字，且一个数字只是用一次。

以17为例：

17² = 289

17³ = 4913

17不满足条件，因为它的平方和立方只包含1,2,3,4,8,9这几个数字，没有包含0,5,6,7，而且，9重复了两次。

编写程序，找出符合条件的一个数字，只要找到一个就终止程序。打印出找到的数字。

四、实验结论

1. 实验任务1

task1.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>
#define N 80

void print_text(int line, int col, char text[]);  // 函数声明 
void print_spaces(int n);  // 函数声明 
void print_blank_lines(int n); // 函数声明

int main() {
    int line, col, i;
    char text[N] = "hi, November~";

    srand(time(0)); // 以当前系统时间作为随机种子

    for (i = 1; i <= 10; ++i) {
        line = rand() % 25;
        col = rand() % 80;
        print_text(line, col, text);
        Sleep(1000);  // 暂停1000ms
    }
    return 0;
}

// 打印n个空格 
void print_spaces(int n) {
    int i;

    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf(" ");
}

// 打印n行空白行
void print_blank_lines(int n) {
    int i;

    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf("\n");
}

// 在第line行第col列打印一段文本 
void print_text(int line, int col, char text[]) {
    print_blank_lines(line - 1);      // 打印(line-1)行空行 
    print_spaces(col - 1);            // 打印(col-1)列空格
    printf("%s", text);         // 在第line行、col列输出text中字符串
}

运行截图：

 

回答问题：

　　该程序的功能是在随机的位置（25行，80个空格内）生成打印文本“hi, November~”。

2. 实验任务2

task2_1.c

// 利用局部static变量的特性，计算阶乘
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

long long fac(int n); // 函数声明

int main() {
    int i, n;

    printf("Enter n: ");
    scanf("%d", &n);
    for (i = 1; i <= n; ++i)
        printf("%d! = %lld\n", i, fac(i));

    return 0;
}

// 函数定义
long long fac(int n) {
    static long long p = 1;
    printf("p = %lld\n", p);
    p = p * n;

    return p;
}

 运行截图：

 task2_2.c

// 练习：局部static变量特性
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include <stdio.h>

int func(int, int);     // 函数声明

int main() {
    int k = 4, m = 1, p1, p2;

    p1 = func(k, m);    // 函数调用
    p2 = func(k, m);    // 函数调用
    printf("%d, %d\n", p1, p2);

    return 0;
}

// 函数定义
int func(int a, int b) {
    static int m = 0, i = 2;

    i += m + 1;
    m = i + a + b;

    return m;
}

运行截图：

 运行结果与我分析得到的结果一致。

回答问题：

1. 局部static变量的生命周期与程序的执行周期相同，而不是随着函数的调用和返回而创建和销毁。它会在首次执行到定义它的代码行时初始化，并保持其值直到程序终止。
2. 局部static变量仅在定义它的函数中可见，不能被其他函数访问。这使得它成为在函数内部共享信息的一种方式。
3. 局部static变量被定义时，它会被自动初始化为默认值（例如数值类型为0，指针类型为NULL）。只有在第一次执行到定义它的代码行时才会发生初始化，之后每次函数调用都会保留上一次执行结束时的值。
4. 局部static变量的内存空间在程序的整个生命周期中保持不变。它通常存储在静态数据区，而不是栈上，因此不会受到函数调用和返回的影响。

 3. 实验任务3

task3.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

long long func(int n); // 函数声明

int main() {
    int n;
    long long f;

    while (scanf("%d", &n) != EOF) {
        f = func(n); // 函数调用
        printf("n = %d, f = %lld\n", n, f);
    }

    return 0;
}

long long func(int n) {
    if (n == 0) {
        return 0;
    }
    else {
        return 2 * func(n - 1) + 1;
    }
}

运行截图：

 4. 实验任务4

task4_1.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

int func(int n, int m);

int main() {
    int n, m;

    while (scanf("%d%d", &n, &m) != EOF)
        printf("n = %d, m = %d, ans = %d\n", n, m, func(n, m));

    return 0;
}
// 函数定义
//迭代方法
int func(int n, int m) {
    double ans = 1.0;
    if (m > n) {
        return 0;
    }

    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        ans = ans * ((double)(n - i + 1) / (double)(i));
    }

    return (int)ans;
}

运行截图：

 task4_2.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

int func(int n, int m);

int main() {
    int n, m;

    while (scanf("%d%d", &n, &m) != EOF)
        printf("n = %d, m = %d, ans = %d\n", n, m, func(n, m));

    return 0;
}
// 函数定义
//递归方法
int func(int n, int m) {
    if (m > n) {
        return 0;
    }
    else if (m == n || m == 0) {
        return 1;
    }
    else {
        return func(n - 1, m) + func(n - 1, m - 1);
    }
}

运行截图：

 5. 实验任务5

task5.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

int a = 0;

void moveplate(unsigned nth, char from, char to) {
    printf("%u: %c --> %c\n", nth, from, to);
    ::a++;
}

void hanoi(unsigned n, char from, char temp, char to) {
    if (n == 1) {
        moveplate(n, from, to);
    }
    else {
        hanoi(n - 1, from, to, temp);
        moveplate(n, from, to);
        hanoi(n - 1, temp, from, to);
    }
}

int main() {
    unsigned n;

    while (scanf("%u", &n) != EOF) {
        hanoi(n, 'A', 'B', 'C');
        printf("一共移动了%d次\n", ::a);
        ::a = 0;
    }

    return 0;
}

运行截图：

 6. 实验任务6

task6.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <math.h>

long func(long s);   // 函数声明

int main() {
    long s, t;

    printf("Enter a number: ");
    while (scanf("%ld", &s) != EOF) {
        t = func(s); // 函数调用
        printf("new number is: %ld\n\n", t);
        printf("Enter a number: ");
    }

    return 0;
}
// 函数定义
long func(long s) {
    int num = 0;
    int a;
    int b = 1;

    while (s != 0) {
        a = s % 10;
        if (a % 2 != 0) {
            num = num + b * a;
            b = b * 10;
        }
        s = s / 10;
    }

    return num;
}

运行截图：

7.实验任务

task7.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int a[10];

int if_OK() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (a[i] != 1) {
            return 0;
        }
    }

    return 1;
}

int main() {
    int n = 1;
    int pingf;
    int lif;
    int yicif;

    while (true) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            a[i] = 0;
        }
        pingf = pow(n, 2);
        lif = pow(n, 3);

        int temp;
        while (pingf != 0) {
            temp = pingf % 10;
            a[temp]++;
            pingf = pingf / 10;
        }
        while (lif != 0) {
            temp = lif % 10;
            a[temp]++;
            lif = lif / 10;
        }

        if (if_OK()) {
            printf("%d\n", n);
            break;
        }
        else {
            n++;
        }
    }
}

运行截图：