過(guò)程化程序設(shè)計(jì)中典型案例的多思路分析

焦華

摘要：過(guò)程化編程是面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)，它的規(guī)律和特點(diǎn)適合采用案例教學(xué)、適合進(jìn)行思維訓(xùn)練。通過(guò)對(duì)典型案例的剖析，在給出了多種解決方案的過(guò)程中，本文的亮點(diǎn)是哲學(xué)視野下的思維拓展和思維創(chuàng)新。作為基礎(chǔ)編程訓(xùn)練，本文對(duì)《C/C++程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：過(guò)程化編程；案例教學(xué)；輾轉(zhuǎn)相除法；創(chuàng)新思路

過(guò)程化程序設(shè)計(jì)方法即結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法是“自頂向下、逐步細(xì)化、模塊化。”，也就是說(shuō)，過(guò)程化程序的基本組成單元是函數(shù)（模塊），一個(gè)程序是由若干個(gè)函數(shù)組成的；而面向?qū)ο蟪绦虻幕窘M成單元是類（class） ，一個(gè)程序是由若干個(gè)類組成的。類里面包含有成員函數(shù)，因此過(guò)程化編程是面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)。過(guò)程化編程要求編程人員一步一步地安排好程序的執(zhí)行過(guò)程，根據(jù)著名的Wirth公式“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) =程序”，[1]在過(guò)程化程序設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就像物質(zhì)、算法就像意識(shí)。如同人類的身體和靈魂！哲學(xué)告訴我們：意識(shí)是依賴于物質(zhì)而存在的，物質(zhì)會(huì)由于意識(shí)的發(fā)展而發(fā)展。雙方是相互依存、缺一不可的！因此算法依賴于具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系到算法的選擇與效益！在面向?qū)ο缶幊讨?，是將算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看成一個(gè)整體，稱做對(duì)象。Wirth公式也就擴(kuò)展為：“對(duì)象=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“程序=對(duì)象1+對(duì)象2+……+對(duì)象n”。過(guò)程化程序通俗來(lái)說(shuō)就是告訴計(jì)算機(jī)做什么？怎么做？計(jì)算機(jī)要把做出來(lái)的結(jié)果展示給我們……人機(jī)交互性和操作性決定了采用案例教學(xué)的可行性和有效性。過(guò)程化編程強(qiáng)調(diào)三種基本結(jié)構(gòu)，所以這里選擇了分支結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)有代表性的典型案例。由于算法的靈活性及多樣性決定了程序的豐富多彩，因此每個(gè)案例我們都給出了三種解決方案。

一、分支結(jié)構(gòu)案例及解決方案

案例1：白云服裝公司經(jīng)營(yíng)套服，同時(shí)也單件出售，如果整套買入服裝，一次性購(gòu)買的多于50套（含50套），每套為80元；如果一次性購(gòu)買的不足50套，每套90元；如果只買進(jìn)上衣，每件60元；如果只買進(jìn)褲子，每條45元；請(qǐng)輸入需要購(gòu)買的上衣和褲子的件數(shù)，計(jì)算出應(yīng)付金額。[2]

問(wèn)題分析：充分理解題意找到解決思路：輸入上衣數(shù)量（用c表示）和褲子數(shù)量（用t表示），哪個(gè)數(shù)量小，哪個(gè)按成套數(shù)算，剩下的部分按單件算。例如：c=65，t=60，應(yīng)付金額應(yīng)當(dāng)是m=60*80+（65-60）*60=5100而不是m=65*60+60*45=6600或其他。這里顧客要熟悉定價(jià)規(guī)則，防止商家往高處算。要讓同學(xué)們知道，在過(guò)程化編程中，我們要尋找解決方案，然后將這個(gè)解決思路用某種語(yǔ)言寫成代碼讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行。顯然這是一個(gè)多分支結(jié)構(gòu)，多分支結(jié)構(gòu)編程關(guān)鍵是把各種可能性都要考慮到。通過(guò)方法1中的程序代碼注釋部分可看出編程思路。

方法1：

#include

void main（）

{

int c， t； /*變量c代表買上衣的件數(shù)，t代表買褲子的件數(shù)*/

int m； /*變量m表示應(yīng)付金額*/

cout << "請(qǐng)輸入你需要買的上衣和褲子的件數(shù)：＼n"；

cin >> c >> t； /*輸入需要買的上衣和褲子的件數(shù)*/

if （c == t） /*成套買*/

{

if （c >= 50）

m = c * 80； /*買50套以上，每套80元*/

else

m = c * 90； /*買50套以下，每套90元*/

}

else /*不成套買*/

{

if （c > t） /*買的上衣比褲子多*/

if （t >= 50）

m = t * 80 + （c - t） * 60；/*多于50套，成套部分按每套80元算，單件另算*/

else

m = t * 90 + （c - t） * 60；/*少于50套，成套部分按每套90元算，單件另算*/

else /*買的褲子比上衣多*/

if （c>=50）

m = c * 80 + （t - c） * 45；/*多于50套，成套部分按每套80元算，單件另算*/

else

m = c * 90 + （t - c） * 45；/*少于50套，成套部分按每套90元算，單件另算*/

}

cout << "＼n應(yīng)付金額是： " << m << "＼n"；

}

運(yùn)行結(jié)果如下：

c=65，t=60時(shí)，應(yīng)付金額是5100，程序計(jì)算結(jié)果和前面手工計(jì)算結(jié)果一致。

在上課過(guò)程中要引導(dǎo)同學(xué)們積極思考，雖然問(wèn)題分析、程序代碼、程序運(yùn)行結(jié)果都已經(jīng)出來(lái)，但我們考慮一下定價(jià)臨界值問(wèn)題：買50套服裝花費(fèi)50*80=4000元，買49套服裝花費(fèi)49*90=4410元……買45套服裝花費(fèi)45*90=4050元，買44套服裝花費(fèi)44*90=3960元。結(jié)果很有意思：買50套服裝比買49套服裝便宜410元……比買45套服裝便宜50元、僅僅比買44套服裝貴40元。定價(jià)規(guī)則出了問(wèn)題？商家需要修改定價(jià)規(guī)則嗎？

至此問(wèn)題已圓滿解決，作為思維拓展我們還要考慮其他思路的解決方法。后面的方法2和方法3教科書上一般不會(huì)有，有一定的創(chuàng)新性。但有了方法1的基礎(chǔ)，容易理解這兩種方法。讀者可仔細(xì)閱讀、細(xì)心體會(huì)。

方法2：

#include

int main（）

{ /* d1表示單件上衣數(shù)，d2表示單件褲子數(shù)。 */

int c，t，ts，d1=0，d2=0，m； /* ts表示c與t的最小值，構(gòu)成套數(shù)。 */

printf（"請(qǐng)輸入你需要買的上衣件數(shù)：＼n"）；

scanf（"%d"，&c）；

printf（"請(qǐng)輸入你需要買的褲子件數(shù)：＼n"）；

scanf（"%d"，&t）；

if（c>t）

{

ts=t；

d1=c-t；

}

else

{

ts=c；

d2=t-c；

}

if（ts>=50）

m=ts*80+d1*60+d2*45；

else

m=ts*90+d1*60+d2*45；

printf（"應(yīng)付金額是： %d＼n"，m）；

return 0；

}

這里if（ts>=50） m=ts*80+d1*60+d2*45； else m=ts*90+d1*60+d2*45；是個(gè)關(guān)鍵的式子，找到了規(guī)律也就找到了簡(jiǎn)化的方向，有了思路也就有了方法！為保證思維效果的完備性，程序運(yùn)行結(jié)果分為以下六種有意思的情形：

1、50套以上（含50套），上衣多于褲子。

2、50套以上（含50套），上衣少于褲子。

3、50套以上（含50套），上衣和褲子相等（成套）。

4、50套以下，上衣多于褲子。

5、50套以下，上衣少于褲子。

6、50套以下，上衣和褲子相等（成套）。

方法3：

#include "stdio.h"

int main（）

{ int c，t，ts，m；

printf（"input c，t：＼n"）；

scanf（"%d%d"，&c，&t）；

ts=c

m=（ts>=50）？（ts*80）：（ts*90）；

m=m+（c-ts）*60+（t-ts）*45；

printf（"m=%d＼n"，m）；

getch（）；

return 0；

}

注：m=（ts>=50）？（ts*80）：（ts*90）； 與m=m+（c-ts）*60+（t-ts）*45；這兩個(gè)語(yǔ)句可合成一個(gè)語(yǔ)句：

m=（ （ts>=50）？（ts*80）：（ts*90） ）+（c-ts）*60+（t-ts）*45；效果是一樣的。

整理思路我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，方法2是方法1的簡(jiǎn)化，方法3是方法2的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，用條件表達(dá)式代替了if語(yǔ)句（代替的前提是雙分支中對(duì)同一變量賦值）。規(guī)律決定了簡(jiǎn)化的方向！需要“畫龍點(diǎn)睛”的是：付款金額是成套數(shù)的錢加上單件的錢，套數(shù)是上衣數(shù)與褲子數(shù)的最小值，單件數(shù)用上衣數(shù)或褲子數(shù)減去套數(shù)即可（其中必有一個(gè)為0）。

二、循環(huán)結(jié)構(gòu)案例及解決方案

案例2：從鍵盤輸入兩個(gè)自然數(shù)，求出它們的最大公約數(shù)與最小公倍數(shù)，輸出結(jié)果。[3]

問(wèn)題分析：根據(jù)代數(shù)學(xué)的知識(shí)，求最大公約數(shù)的算法可以采用“輾轉(zhuǎn)相除法”，這就找到了解決該問(wèn)題的思路：對(duì)于兩個(gè)自然數(shù)a和b，若a=b，則其最大公約數(shù)和最小公倍數(shù)都是a；若a與b不相等，不妨設(shè)大數(shù)是a，分為以下兩種情況：1、用a除以b得到余數(shù)r，若r=0，則b（小數(shù)）就是兩數(shù)的最大公約數(shù)。2、若r不等于0，則令a=b，b=r，再轉(zhuǎn)去執(zhí)行第1種情況。用數(shù)學(xué)式子表達(dá)如下：

a=q*b+r， b=q1*r+r1， r=q2*r1+r2， ……，（a，b）=（b，r）=（r，r1）=（r1，r2）=…=（rn，0）= rn。rn即為所求結(jié)果。其中（m，n）代表m和n的最大公約數(shù)。

“輾轉(zhuǎn)相除”是一個(gè)重復(fù)過(guò)程，可用循環(huán)實(shí)現(xiàn)，循環(huán)的前提是r，r1，r2…不等于0。

最小公倍數(shù)的算法是：a與b最小公倍數(shù)= （a*b）/（ a與b最大公約數(shù)）。

方法1：

#include

void main（）

{

int a，b，r，sa，sb；

cout<<"請(qǐng)輸入兩個(gè)正整數(shù)："<

cin>>a>>b；

sa=a；

sb=b；

if（a

{r=a；a=b；b=r；}

r=a%b；

while（r！=0）

{a=b；b=r；r=a%b；}

cout<<"最大公約數(shù)："<

cout<<"最小公倍數(shù)："<

}

注：程序中語(yǔ)句if（a

下面我們考慮將“輾轉(zhuǎn)相除法”求最大公約數(shù)寫成一個(gè)函數(shù)，通過(guò)主函數(shù)調(diào)用此函數(shù)得到解決方案。

方法2：

#include

int gys（int a，int b）/* 求兩數(shù)的最大公約數(shù)*/

{

int r；

while（b！=0）

{

r=a%b；

a=b；

b=r；

}

return a；

}

void main（） //主函數(shù)

{

int x，y，m，n；/* x，y為任意兩數(shù)，m，n為最大公約數(shù)與最小公倍數(shù)*/

cout<<"請(qǐng)輸入兩個(gè)自然數(shù)："<

cin>>x>>y；

m=gys（x，y）；n=（x*y）/m；

cout<<"最大公約數(shù)是："<

}

前面兩種方法通常是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的編程者的思路，也是大多數(shù)教科書作者能想到的方法。但不知道“輾轉(zhuǎn)相除法”的編程者怎么辦？不知道也沒(méi)關(guān)系，不知道就不會(huì)有“已知障礙”，沒(méi)有“已知障礙”就可能有所創(chuàng)新！下面的方法3就比較新穎，用“循環(huán)篩選法”思路可找到最大公約數(shù)和最小公倍數(shù)。編程的“循環(huán)篩選法”是本人自行命名的，其他文獻(xiàn)不一定能查到。古代難題“百錢買百雞”就是用“循環(huán)篩選法”編程解決的一個(gè)典型案例，但教科書上提的是“用循環(huán)求解不定方程”。

方法3：

#include "iostream"

using namespace std；

int zxgbs（int a，int b）//求出最小公倍數(shù)

{

int i，j；

i=a；

if（b>i）

i=b；

for（j=i；；j++）

{

if（j%a==0 && j%b==0）

break；

}

return j；

}

int zdgys（int a，int b）//求出最大公約數(shù)

{

int i，j；

i=a；

if（b

i=b；

for（j=i；；j--）

{

if（a%j==0 && b%j==0）

break；

}

return j；

}

void main（）//主函數(shù)

{

int x，y；

cout<<"請(qǐng)輸入兩個(gè)自然數(shù)："<

cin>>x>>y；

cout<

cout<

}

三、在戰(zhàn)爭(zhēng)中學(xué)習(xí)戰(zhàn)爭(zhēng) 在編程中學(xué)習(xí)編程

“先投入戰(zhàn)斗，再去想解決的辦法?！?，這是拿破侖的名言；“在戰(zhàn)爭(zhēng)中學(xué)習(xí)戰(zhàn)爭(zhēng)”，這是毛澤東的名言。兩位大人物表達(dá)的內(nèi)容是一致的。編程是對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)和描述，自然界與人類社會(huì)的復(fù)雜性決定了我們必須深入其中才能正確地認(rèn)識(shí)和描述。人類思維的局限性也決定了我們學(xué)習(xí)編程要從簡(jiǎn)單到復(fù)雜循序漸進(jìn)地展開(kāi)。所以編程和戰(zhàn)爭(zhēng)一樣，必須身體力行投入進(jìn)去、不斷地學(xué)習(xí)、總結(jié)和提高。高等院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)開(kāi)設(shè)的編程類課程主要有：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析、數(shù)據(jù)庫(kù)、C++面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)、C#編程、JAVA編程、匯編語(yǔ)言、嵌入式編程、軟件工程等。前面的程序就是用C和C++編寫的。一個(gè)優(yōu)秀的程序員除了學(xué)好上述課程、打好扎實(shí)的基礎(chǔ)外，需要不斷地與時(shí)俱進(jìn)、掌握新知識(shí)、在實(shí)踐中鍛煉、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。

綜上所述，學(xué)習(xí)編程采用案例教學(xué)方式是非常適宜的。有關(guān)這方面的探討文章較多，我們這里主要是通過(guò)典型案例的多種解決方案，注重理清編程思路、分析編程方法，尋找思考過(guò)程的蹤跡。但這些只是基礎(chǔ)的編程訓(xùn)練，在信息瞬息萬(wàn)變、技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，程序員之路“痛并快樂(lè)著”。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚浩強(qiáng) C程序設(shè)計(jì)（第四版）[M]清華大學(xué)出版社2010年

[2]王超 C++程序設(shè)計(jì) [M]地質(zhì)出版社 2006年

[3]于帆 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)C++教程 [M]科學(xué)出版社 2009年