C语言--- 字符串数组、预处理器和预处理指令、多文件编程、结构体

1 输入一个姓名，判断是否是五虎上将。

1.1 问题

本案例需要使用交互的方式判断：用户从控制台输入一个名字，由程序判断该名字是否在五虎上将的名单中。五虎上将的名单是：GuanYu、ZhangFei、ZhaoYun、MaChao、HuangZhong。

如果名字在名单中，程序交互过程如图-1所示：

图-1

如果名字不在名单中，程序交互过程如图-2所示：

图-2

1.2 方案

首先，在程序中定义一个字符指针数组，作为五虎上将的名单使用。然后，从控制台输入一个名字，接着，遍历名单，逐个对比输入的名字与名单中的名字是否一致，如果一致，则输出“XX是五虎上将之一”；否则则输出“XX不是五虎上将之一”。

1.3 步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

步骤一：定义五虎上将名单

使用字符指针数组作为名单。

代码如下：

#include <stdio.h>
int main(int argc, const char * argv[])
{
char *tiger[5] = {"GuanYu", "ZhangFei", "ZhaoYun", "MaChao", "HuangZhong"};
return 0;
}

步骤二：输入一个名字

定义一个字符数组，用于存储从控制台输入的名字。

代码如下：

#include <stdio.h>
int main(int argc, const char * argv[])
{
char *tiger[5] = {"GuanYu", "ZhangFei", "ZhaoYun", "MaChao", "HuangZhong"};
char name[20];
printf("请输入一个名字：");
scanf("%s", name);
return 0;
}

步骤三：遍历数组

遍历数组，逐个将数组元素与输入的名字对比，查找是否为五虎上将之一。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, const char * argv[])
{
char *tiger[5] = {"GuanYu", "ZhangFei", "ZhaoYun", "MaChao", "HuangZhong"};
char name[20];
printf("请输入一个名字：");
scanf("%s", name);
int i;
for (i = 0; i < 5; i++)
if (strcmp(name, tiger[i]) == 0)
{
printf("%s是五虎上将之一。\n", name);
break;
}
if (i == 5)
printf("%s不是五虎上将之一。\n", name);
return 0;
}

注意：strcmp函数需要包含string.h这个头函数。

1.4 完整代码

本案例的完整代码如下所示：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, const char * argv[])
{
char *tiger[5] = {"GuanYu", "ZhangFei", "ZhaoYun", "MaChao", "HuangZhong"};
char name[20];
printf("请输入一个名字：");
scanf("%s", name);
int i;
for (i = 0; i < 5; i++)
if (strcmp(name, tiger[i]) == 0)
{
printf("%s是五虎上将之一。\n", name);
break;
}
if (i == 5)
printf("%s不是五虎上将之一。\n", name);
return 0;
}

2 定义宏并在程序中使用

2.1 问题

对于如下在一个有10个数组元素的数组中找出最大值的程序：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int max;
int arr[10];
srand((unsigned)time(0));
for (int i = 0; i< 10; i++)
arr[i] = (int)rand() % 100;
printf("数组中的数据为：");
for (int i = 0; i < 10; i++)
printf(" %d", arr[i]);
printf("\n");
max = arr[0];
for (int i = 1; i < 10; i++)
if (max < arr[i])
max = arr[i];
printf("最大值是：%d\n", max);
return 0;
}

如果程序的需求改变，要求在20个数组元素中找到最大值，上述程序的编写方式就会带来很大的麻烦。因为我们要修改程序中所有与数组长度相关的数字10为20。为了避免这些麻烦，可以的使用宏替换。

2.2 方案

宏定义有如下格式：

#define 标识符替换列表

宏的替换列表可以包括标识符、关键字、数值常量、字符常量、字符串字面量、操作符等。在文件后面的内容中，不管标识符在哪里出现，预处理器都会用替换列表代替它。

在本案例中，首先定义一个宏，让它来代表数组的长度。然后，在主函数中，所有与数组长度有关的地方全部改为宏名。这样如果要修改数组的长度，只需要修改宏定义即可。

2.3 步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

步骤一：定义宏

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 10
int main()
{
int max;
int arr[10];
srand((unsigned)time(0));
for (int i = 0; i< 10; i++)
arr[i] = (int)rand() % 100;
printf("数组中的数据为：");
for (int i = 0; i < 10; i++)
printf(" %d", arr[i]);
printf("\n");
max = arr[0];
for (int i = 1; i < 10; i++)
if (max < arr[i])
max = arr[i];
printf("最大值是：%d\n", max);
return 0;
}

步骤二：将程序中所有与数组长度相关的数字10，均改为宏名

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 10
int main()
{
int max;
int arr[SIZE];
srand((unsigned)time(0));
for (int i = 0; i< SIZE; i++)
arr[i] = (int)rand() % 100;
printf("数组中的数据为：");
for (int i = 0; i < SIZE; i++)
printf(" %d", arr[i]);
printf("\n");
max = arr[0];
for (int i = 1; i < SIZE; i++)
if (max < arr[i])
max = arr[i];
printf("最大值是：%d\n", max);
return 0;
}

这样，当数组长度需要修改时，只需要修改如下宏定义即可。

#define SIZE 10

在编译之前的与处理时，将自动替换程序中的所有宏名，避免了人工查找的麻烦。

2.4 完整代码

本案例的完整代码如下所示：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 10
int main()
{
int max;
int arr[SIZE];
srand((unsigned)time(0));
for (int i = 0; i< SIZE; i++)
arr[i] = (int)rand() % 100;
printf("数组中的数据为：");
for (int i = 0; i < SIZE; i++)
printf(" %d", arr[i]);
printf("\n");
max = arr[0];
for (int i = 1; i < SIZE; i++)
if (max < arr[i])
max = arr[i];
printf("最大值是：%d\n", max);
return 0;
}

3 定义宏函数并在程序中使用

3.1 问题

定义宏函数，完成以下操作：

1) 求最大值。

2) 判断奇偶。

3) 小写字母转大写。

4) 变量值交换。

3.2 方案

宏函数，又被称为带参数的宏，其定义有如下格式：

#define 标识符(x1,x2,…,xn) 替换列表

它的使用方法例如：

#define FUN(x) ((x)*(x))
int main()
{
int a;
a = FUN(5);
……
}

在编译前的预处理阶段，预处理器首先将a=FUN(5)中的5替换#define FUN(x) ((x)*(x))中的x，使其成为#define FUN(5) ((5)*(5))，然后，用替换列表((5)*(5))替换a=FUN(5)中的FUN(5)，使其成为a=((5)*(5))。

在上述宏函数中，在替换列表中会发现存在许多括号，这些括号是必不可少的。例见下面程序：

#define FUN(x) ((x)*(x))
int main()
{
int a;
a = FUN(5+3);
……
}

在编译前的预处理阶段，预处理器首先将a=FUN(5+3)中的5+3替换#define FUN(x) ((x)*(x))中的x，使其成为#define FUN(5+3) ((5+3)*(5+3))，然后，用替换列表((5+3)*(5+3))替换a=FUN(5+3)中的FUN(5+3)，使其成为a=((5+3)*(5+3))。这是符合题意的。

如果上例中宏函数的替换列表没有括号，如下例所示：

#define FUN(x) x*x
int main()
{
int a;
a = FUN(5+3);
……
}

那么，替换的过程将是首先将a=FUN(5+3)中的5+3替换#define FUN(x) x*x中的x，使其成为#define FUN(5+3) 5+3*5+3，然后，用替换列表5+3*5+3替换a=FUN(5+3)中的FUN(5+3)，使其成为a=5+3*5+3。这是不符合题意的。

3.3 步骤

实现此案例需要按照如下步骤进行。

步骤一：求最大值

代码如下：

#include <stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
int main()
{
printf("3和5的最大值为：%d\n", MAX(3, 5));
return 0;
}

步骤二：判断奇偶

代码如下：

#include <stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define IS_EVEN(a) ((a) % 2 == 1)
int main()
{
printf("3和5的最大值为：%d\n", MAX(3, 5));
printf("3是否为奇数：%s\n", IS_EVEN(3) ? "是" : "否");
return 0;
}

步骤三：小写字母转大写

代码如下：

#include <stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define IS_EVEN(a) ((a) % 2 == 1)
#define UPPER(c) c - 32
int main()
{
printf("3和5的最大值为：%d\n", MAX(3, 5));
printf("3是否为奇数：%s\n", IS_EVEN(3) ? "是" : "否");
printf("a转为大写字母是：%c\n", UPPER('a'));
return 0;
}

步骤四：变量值交换

代码如下：

#include <stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define IS_EVEN(a) ((a) % 2 == 1)
#define UPPER(c) c - 32
#define SWAP(a, b) {int t = a; a = b; b = t;}
int main()
{
printf("3和5的最大值为：%d\n", MAX(3, 5));
printf("3是否为奇数：%s\n", IS_EVEN(3) ? "是" : "否");
printf("a转为大写字母是：%c\n", UPPER('a'));
int a = 3;
int b = 5;
SWAP(a, b);
printf("交换后a=%d，b=%d\n", a, b);
return 0;
}

3.4 完整代码

本案例的完整代码如下所示：

#include <stdio.h>
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
#define IS_EVEN(a) ((a) % 2 == 1)
#define UPPER(c) c - 32
#define SWAP(a, b) {int t = a; a = b; b = t;}
int main()
{
printf("3和5的最大值为：%d\n", MAX(3, 5));
printf("3是否为奇数：%s\n", IS_EVEN(3) ? "是" : "否");
printf("a转为大写字母是：%c\n", UPPER('a'));
int a = 3;
int b = 5;
SWAP(a, b);
printf("交换后a=%d，b=%d\n", a, b);
return 0;
}