基于數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)的C語(yǔ)言中賦值運(yùn)算教學(xué)方法

馬吉權(quán) 金英 郭興凱

摘要：C語(yǔ)言一直是高校信息技術(shù)專業(yè)最重要的課程之一。C語(yǔ)言教學(xué)方法的探討一直以來(lái)也是教研領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。針對(duì)C語(yǔ)言中賦值運(yùn)算學(xué)生理解、運(yùn)用能力相對(duì)偏弱的問(wèn)題，本文引入了基于數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)的C語(yǔ)言賦值運(yùn)算的教學(xué)觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)底層的處理機(jī)制的分析。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)類型的一級(jí)結(jié)構(gòu)化處理，實(shí)現(xiàn)了二級(jí)數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)的直接賦值。

關(guān)鍵詞：C語(yǔ)言；數(shù)據(jù)類型；結(jié)構(gòu)

1 引言

C是軟件開(kāi)發(fā)中最流行的語(yǔ)言之一。相比于Java，C語(yǔ)言在嵌入式軟件、系統(tǒng)軟件、對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的軟件開(kāi)發(fā)中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)等信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)中，C語(yǔ)言通常都是基礎(chǔ)專業(yè)必修課。C語(yǔ)言對(duì)構(gòu)建學(xué)生的計(jì)算思維能力、培養(yǎng)學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力至關(guān)重要。作為第一門程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程，C語(yǔ)言對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)影響很大。如何講好C語(yǔ)言是每一位任課教師必須認(rèn)真思考的問(wèn)題。

C語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則嚴(yán)謹(jǐn)、運(yùn)算豐富。常見(jiàn)的運(yùn)算符包括算數(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、賦值運(yùn)算符等。C語(yǔ)言對(duì)參與運(yùn)算的變量和操作數(shù)的要求是非常嚴(yán)格的，如果不能很好地理解每種運(yùn)算符的運(yùn)算機(jī)制，則容易在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，有些錯(cuò)誤在編譯階段還無(wú)法發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成嚴(yán)重的隱患。其中，賦值運(yùn)算是C語(yǔ)言中使用最多的運(yùn)算符，共分3大類11種：簡(jiǎn)單賦值運(yùn)算符（=），復(fù)合算數(shù)賦值運(yùn)算符（+=，-=，*=，/=，%=），復(fù)合位運(yùn)算賦值運(yùn)算符（&=，|=，^=，>>=，<<=）。這些賦值運(yùn)算均已簡(jiǎn)單賦值運(yùn)算為基礎(chǔ)。

C語(yǔ)言中賦值運(yùn)算看似簡(jiǎn)單，但是當(dāng)它與復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型遇到一起的時(shí)候，也會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)造成一定的困擾。哪些數(shù)據(jù)類型允許賦值，哪些數(shù)據(jù)類型不允許直接賦值是C語(yǔ)言學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn)。很多的教材里面對(duì)賦值的問(wèn)題也進(jìn)行了一些討論，但是更多的是讓學(xué)生記住一些賦值的規(guī)則，并沒(méi)有給出更加深入的解釋，所以造成學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)掌握的并不扎實(shí)，經(jīng)常在做題和實(shí)際程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤。

本文探討基于結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)的C語(yǔ)言賦值運(yùn)算的教學(xué)方法，試圖講清楚為什么賦值運(yùn)算在某些復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（如數(shù)組）中無(wú)法直接使用，而在另外一些復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（如結(jié)構(gòu)體）又可以直接使用的原因。讓學(xué)生更好地理解賦值運(yùn)算計(jì)算機(jī)的分析和處理過(guò)程，從而進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)賦值運(yùn)算的理解。

2 賦值運(yùn)算的本質(zhì)

為了深入理解賦值運(yùn)算，首先分析一下賦值運(yùn)算在計(jì)算機(jī)內(nèi)部完成的實(shí)際操作是什么樣的。賦值運(yùn)算是針對(duì)變量而言的，而變量實(shí)質(zhì)上是操作系統(tǒng)分配給用戶使用的一塊指定的內(nèi)存空間。變量類型代表了分配的內(nèi)存空間的大小以及使用規(guī)則，變量名代表了該變量所分配的內(nèi)存空間，利用取地址運(yùn)算符&可以獲得具體的變量在內(nèi)存中的分配空間的第一個(gè)字節(jié)的址值。變量的賦值，就是將賦值運(yùn)算 = 右側(cè)表達(dá)表達(dá)式的結(jié)果存入指定的內(nèi)存空間中。如果兩側(cè)的數(shù)據(jù)類型一致，則將結(jié)果直接寫入內(nèi)存即可；如果類型不一致，則編譯器會(huì)按照預(yù)先制定的轉(zhuǎn)換規(guī)則首先將結(jié)果處理成滿足變量類型的要求，然后在存入指定的內(nèi)存空間。

這里，不難發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是相同數(shù)據(jù)類型變量賦值，還是可兼容的不同類型的變量賦值，賦值的基礎(chǔ)都是變量的類型，可以說(shuō)賦值是以類型為基本單位進(jìn)行的。

3 C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)

通過(guò)以上的分析，不難發(fā)現(xiàn)，賦值運(yùn)算與數(shù)據(jù)類型是密切相關(guān)的。那么我們就先來(lái)總結(jié)一下C語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型：

C語(yǔ)言中一共包含6種基本的數(shù)據(jù)類型，4種構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，指針數(shù)據(jù)類型和空類型，共計(jì)12種數(shù)據(jù)類型。在所有的這些數(shù)據(jù)類型中，除數(shù)組和枚舉類型外，其余的所有數(shù)據(jù)類型編譯器給分配的存儲(chǔ)空間都是確定大小的唯獨(dú)數(shù)組的空間大小是不確定的。這里的不確定不是對(duì)用戶而言的，而是指作為系統(tǒng)無(wú)法知道一個(gè)數(shù)組到底占用多大的內(nèi)存空間。

這里，我們不妨賦予數(shù)據(jù)類型一種結(jié)構(gòu)的概念，即具有一級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型和具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型。所謂具有一級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型是指系統(tǒng)能夠根據(jù)其數(shù)據(jù)類型計(jì)算得到實(shí)際需要的內(nèi)存空間；所謂具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型是指該數(shù)據(jù)類型是在編譯器已知的數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)之上建立的復(fù)合數(shù)據(jù)類型，如基本數(shù)據(jù)類型數(shù)組、結(jié)構(gòu)體數(shù)組，指針數(shù)組等。通過(guò)以上數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)定義，不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)還是與系統(tǒng)密切相關(guān)的，其本質(zhì)還是反應(yīng)了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)類型的處理機(jī)制。雖然數(shù)組與結(jié)構(gòu)體、共用體和枚舉類型都屬于C語(yǔ)言中的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，但是結(jié)構(gòu)體和共用體為具有一級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型，而數(shù)組和枚舉類型為具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型。

4 C語(yǔ)言中賦值運(yùn)算的教學(xué)方法

一般在C語(yǔ)言賦值運(yùn)算的時(shí)候，教師總是將更多的精力放在介紹賦值運(yùn)算操作本身，而對(duì)數(shù)據(jù)類型對(duì)賦值運(yùn)算的影響介紹的相對(duì)較少，所以造成學(xué)生早后期的學(xué)習(xí)中經(jīng)常犯如下的錯(cuò)誤：

上面的代碼在邏輯上似乎是很合理的，但是如果用數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析的話，就可以發(fā)現(xiàn)：數(shù)組a[5]系統(tǒng)并不知道它占用了多大的內(nèi)存空間；與此同時(shí)，對(duì)于數(shù)組b[5]，系統(tǒng)也不清楚它占用多大的內(nèi)存空間，所以這樣的賦值是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，也可以進(jìn)一步解釋，a與b所保存的均為數(shù)組a[5]和數(shù)組b[5]的首地址，而這個(gè)地址是個(gè)常量值，是不允許修改的。

對(duì)于結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，學(xué)生往往會(huì)因?yàn)檎J(rèn)為數(shù)組無(wú)法直接賦值，而結(jié)構(gòu)體比數(shù)組的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，所以也無(wú)法直接賦值。

這里，教師可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，進(jìn)一步給出解釋：在定義a、b兩個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的時(shí)候，系統(tǒng)給a、b分配了確定大小的一樣的內(nèi)存空間，而且根據(jù)結(jié)構(gòu)體的定義可知，兩個(gè)變量?jī)?nèi)存單元的使用規(guī)則是一樣的，所以可以直接賦值。

接下來(lái)，還可以給學(xué)生提出一個(gè)這樣的問(wèn)題：如果數(shù)組想要直接賦值，有什么辦法嗎？這樣去引起學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)類型，內(nèi)存管理，賦值運(yùn)算等等進(jìn)一步的思考，并積極地鼓勵(lì)學(xué)生大膽地到計(jì)算機(jī)上嘗試。再講解了利用循環(huán)的方式（包括函數(shù)實(shí)現(xiàn)）進(jìn)行兩個(gè)數(shù)組之間的賦值之后，可以給出如下的示例：

5 結(jié)論

C語(yǔ)言的賦值運(yùn)算非常靈活，學(xué)生一般掌握得不夠深入。本文通過(guò)引入數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，將數(shù)據(jù)類型劃分為一級(jí)結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生深刻理解賦值運(yùn)算的基礎(chǔ)條件和處理機(jī)制。以此為基礎(chǔ)，利用這種數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)還可以實(shí)現(xiàn)程序的優(yōu)化。本文也說(shuō)明在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教師需要對(duì)課本知識(shí)進(jìn)一步升華和總結(jié)，才能讓學(xué)生更好的理解、運(yùn)用。

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編輯/岳鳳