【第一部分 第一章】The C Programming Language 程序研究 【持续更新】
The C Programming Language程序研究
前言
C语言之父创作的The C Programming Language一书对于所有学习C语言的人来说都可以算作一部圣经。它不到200页的篇幅却几近完整地阐述了C语言的各个方面，不仅如此，书中的每个例程和练习都展现了作者丰富的C编程经验，对于初学者来说这些例程和练习并不是那么简单，即使是对于有些经验的C语言工作者来说，也有很多值得称道的地方。在此，我特意精选了The C Programming Language (second edition)中几个方面的编程例程和练习作深入的探讨和研究，一方面可以帮助自己巩固已学的知识、提高编程能力，另一方面也可以帮助其他C初学者更好地阅读K&R这部圣经。由于博主自己接触编程不久，因此文章中难免会有错误，还请大家不吝赐教，多多批评指正，谢谢。
声明
1、此博文版权归断絮所有，如需转载请注明出处http://blog.csdn.net/duanxu_yzc/article/details/12029803，谢谢。
2、在未经博主断絮允许的情况下，任何个人和机构都不得以任何理由出版此文章，否则必将追究法律责任！
第一部分 字符和字符串
K&R这部书中的例程和练习大多都是和字符以及字符串有关的，博主遴选了几类典型的字符（串）处理问题，还对其中的某些进行了修改和扩展。
第一章 字符（串）统计
一、单词计数（p14）
| 问题描述：统计输入文本中的单词数目。（单词：任何不包含空白字符的连续字符。） 输入：This is a C programme. 输出：5
|
分析
标准输入情况：（用□代表空格，其它不可见字符使用其转义字符表示）
This□is□a
□This□is□a
第一次出现非空白字符时表示已经进入了第一个新单词，程序开始计数，直到遇到空白字符，此时已经读到一个单词之外了，当再次由单词之外进入新单词——出现非空白字符时，再次计数，如此循环，直至文本结束。最后输出统计得到的单词数目。
编码：
/*
* 单词计数
*/
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#define IN 1 //已经进入一个单词的标志
#define OUT 0 //已经退出一个单词的标志
int main ( void )
{
long int ct; //单词数
int state; //是否进入单词的状态
int ch; //读到的字符
ct = 0L; //初始化单词数为0
state = OUT; //初始状态为不在一个单词中
//读取文本，直到EOF
while ( ( ch = getchar() ) != EOF )
{
if ( isspace ( ch ) ) //切勿使用isblank()函数
state = OUT;
else if ( state == OUT ) //在读到一个非空白字符时，如果前一状态为OUT，则表示进入了一个新单词
{
state = IN; //在新单词内部时，要保持状态为IN
ct ++;
}
}
printf ( "%ld\n", ct );
return 0;
}
关键：如何识别已经进入了一个新单词？
在读到一个非空字符时将状态设置为外（OUT），在一个单词内部时，保持状态为内（IN）。
意外：在编码时，在判断读取是否为空白字符时，意外地使用了错误的isblank()函数，出现了错误的结果。这个函数在C99中有定义，int isblank ( int c );当参数为空格或者水平制表符时，函数返回1，否则返回0；随即测试此函数如下：
/*
* 测试isblank()函数
*/
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main ( void )
{
int ch;
int i;
char str[] = " \v\f\r\t\n";
i = 0;
while ( ch = str[i] )
{
if ( isblank ( ch ) )
printf ( "%d\n", i );
i++;
}
return 0;
}
/*
* 输出为 0 4
* 表明只有空格和水平制表符是isblank
*/
扩展：使用枚举类型代替#define常量
/*
* 使用枚举类型替代#include
*/
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int main ( void )
{
enum state { out, in }; //使用枚举类型
int state; //可以与枚举标签使用同样的名字，这样可以使表达更清楚
int ch;
long int ct;
state = out;
ct = 0L;
while ( ( ch = getchar () ) != EOF )
{
if ( isspace ( ch ) )
state = out;
else if ( state == out )
{
state = in;
ct++;
}
}
printf ( "%ld\n", ct );
return 0;
}
小结：此程序的关键是如何判断程序已经读到了一个新单词，另外不要在程序中使用表意不明的“幻数”，可以使用#define常量或者是枚举来代替。
二、统计单词长度并绘制直方图
| 问题描述：统计输入文本中单词的长度，并绘制水平和垂直直方图表示长度的分布情况。 输入：This is a C programme 输出： （水平） 1: ** 2: * 4: * 9: * （垂直） * * * * * 1 2 4 9
|
分析
统计不同长度单词的个数，实际需要统计两类数据——每个单词的字符数和各长度的单词数目，这与前一节中只统计单词数目不同。
我们首先考虑如何获取各单词中字符的数目，单词还是不包含空白字符的连续的字符序列，我们仍旧以空白符为分界点，在出现空白符时就结束字符的计数，重置计数器；在遇到非空白符时增加计数器的数值。
在得到了各个单词的长度之后，如何统计不同长度单词的个数呢？我们不难发现，单词的长度L和这种长度的单词数目C是以数对（L,C）的形式出现的，长度的唯一性确定了这个数对的唯一性，也就是说，每个长度只能有一个数对或者单词数目，但是每个单词数目并不一定只有一种长度。这类似于一维数组，每个下标只能有一个对应元素，而同一个元素值可能对应于不同的下标值。我们利用数组的这个特性来模拟L和C之间的关系：将L作为数组的下标，C作为数组的元素。这样就可以实用一个数组来统计不同长度单词的数目。具体操作如下：首先将所有长度的单词数目（数组的所有元素）置为0，然后在得到了具体长度（下标值）的一个单词之后，使这个长度对应的单词数目（下标对应的元素）增1。
具体程序如下：
/*
* 统计文本中单词长度分布
* 单纯统计数量信息
*/
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
int len[31]; //外部数组自动初始化为0
int main ( void )
{
int ch;
int length;
int i;
length = 0;
while ( ( ch = getchar () ) != EOF )
{
if ( isspace ( ch ) )
{
len[length] ++; //长度所对应的元素自增1
length = 0; //恢复长度为0，以便下一单词的长度计数
}
else
length++; //遇到非空就计数
}
if ( length != 0 ) //处理非空白后直接跟EOF的情况
len[length] ++;
for ( i=1; i<31; i++ ) //输出
if ( len[i] != 0 )
printf ( "length: %2d count: %3d\n", i, len[i] );
return 0;
}
水平直方图
至此我们已经得到了单词长度的统计数据，现在要考虑如何将这个一维数组转换为水平和垂直直方图。首先看看比较简单的水平直方图。
我们可以直接利用得到的数据，按照各长度的数目，打印出相应数目的图案（*）。具体方案如下：
for ( i=1; i<31; i++ ) //输出：将一维数组中元素的大小，转化为相应数目的星号，直接输出
if ( len[i] != 0 )
{
printf ( "length %2d: " , i );
for ( j=0; j<len[i]; j++ )
putchar ( '*' );
putchar ( '\n' );
}
垂直直方图
水平直方图很容易绘制，原因在于打印是按行进行的，也就是说，每行打印完成之后才能打印下一行，这与水平直方图的信息连续性方向刚好吻合，但是垂直直方图的分布并不是这样的，它的信息连续性是按列分布的，而打印只能按行进行，这就产生了矛盾，因此，我们不能直接使用得到的一维数组的数据进行输出，我们可以先看看最终想得到的输出的形式（*的数量代表单词的个数，□表示空格）：
| □ |
□ |
* |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
| * |
□ |
* |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
| * |
□ |
* |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
□ |
| * |
□ |
* |
* |
□ |
□ |
* |
□ |
□ |
□ |
| * |
* |
* |
* |
□ |
* |
* |
* |
□ |
□ |
| * |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
□ |
□ |
| * |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
□ |
| * |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
* |
我们将上面的表格转化一下，用1代表*，用0代表□：
| R0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| R1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| R2 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
| ... |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
| ... |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
| ... |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
| ... |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
| r_max-1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
这样我们就得到了一个二维数组，按照这个二维数组就可以输出得到最终的分布图，现在的问题就是如何通过已经得到的一维数组生成这个二维数组。
将一维数组转换为二维数组并不难，只需要将一维数组中每个元素的值转换为对应个数的1即可。观察这个二维数组，发现1的分布都是从最下面一行开始的，在转换的过程中应该从最后一行开始。还有一点需要注意，输出数组的行数由含有1最多的列决定（如图中被框住的列），因此我们需要找到包含有最多单词数的长度。最终思路如下：
初始化二维数组→找出一维数组中的最大元素→将一维数组转化为二维数组→按照二维数组输出结果
完整的代码如下：
/*
* 统计文本中单词长度分布
* 垂直直方图
*/
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#define R_MAX 1000
int len[31]; //外部数组自动初始化为0
int len_2d[R_MAX][31]; //不确定最多有多少行，预估为R_MAX行
int main ( void )
{
int ch;
int length;
int i;
int j;
int r_max;
length = 0;
while ( ( ch = getchar () ) != EOF )
{
if ( isspace ( ch ) )
{
len[length] ++; //长度所对应的元素自增1
length = 0; //恢复长度为0，以便下一单词的长度计数
}
else
length++; //遇到非空就计数
}
if ( length != 0 ) //处理非空白后直接跟EOF的情况
len[length] ++;
/*
* 获取实际的最大行
*/
for ( r_max=len[1], i=1; i<31; i++ )
if ( len[i] > r_max )
r_max = len[i];
/*
* 转化为二维垂直数组
*/
for ( j=1; j<31; j++ )
if ( len[j] != 0 )
for ( i=r_max-1; i>=r_max-len[j]; i-- )
len_2d[i][j] = 1;
/*
* 输出
*/
for ( i=0; i<r_max; i++ )
{
for ( j=1; j<31; j++ )
if ( len_2d[r_max-1][j] != 0 ) //len_2d[r_max-1][j] 不输出空列（即没有单词的长度）
{
if ( len_2d[i][j] != 0 )
{
putchar ( ' ' ); //空格美化间隔
putchar ( ' ' );
putchar ( '*' );
}
else
{
putchar ( ' ' ); //空格美化间隔
putchar ( ' ' );
putchar ( ' ' );
}
}
putchar ( '\n' );
}
for ( j=1; j<31; j++ ) //打印长度数
if ( len_2d[r_max-1][j] != 0 )
printf ( "%3d", j );
return 0;
}
小结
1、在遇到问题时要善于分解，然后各个击破。比如这个题目中需要绘制单词长度分布的直方图，可以分解为3个子问题：统计各单词包含字符数、统计各长度包含单词数和绘制图像，当然，这些子问题还可以进一步分解。
2、使用数组下标和元素的关系模拟各种二元数对。
3、逆序分析法：从结果入手一步步往前推理，直到找到可以解决的那一步。比如本节中绘制垂直直方图中，从最终的图形入手分析，一直到已经得到的一维数组，解决问题。
4、一维数组转换为二维数组的方法。
本章中探讨了字符和字符串的统计问题，其中也涉及到了图形绘制以及一维数组和二维数组之间的转换，但没有深入展开讨论，这些内容将在后续的章节里面专门介绍。