本叢書(shū)是基于《CCF青少年計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》開(kāi)發(fā)的一個(gè)系列培訓(xùn)教材。該標(biāo)準(zhǔn)圍繞計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的知識(shí)要求和能力要求，共分十級(jí)，其中1-3級(jí)為基礎(chǔ)級(jí)，4-5級(jí)為提高級(jí)，6-7級(jí)為高手級(jí)，8-10級(jí)為大師級(jí)。本叢書(shū)將評(píng)級(jí)內(nèi)容進(jìn)行歸納，計(jì)劃1-3級(jí)出1本、4-5級(jí)出1本，6-7級(jí)出1本，8-10級(jí)出1本，共4本教材。
適讀人群 ：小學(xué)、初中、高中計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)愛(ài)好者，大學(xué)ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽選手
noip競(jìng)賽必備書(shū)，經(jīng)典
序
由中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）組編的“CCF中學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教材”面世了。
早在1984年，鄧小平就提出“計(jì)算機(jī)的普及要從娃娃抓起”。這很有先見(jiàn)之明，但這里的“計(jì)算機(jī)普及”是泛指，并未明確普及哪些內(nèi)容。在過(guò)去的三十多年中，中小學(xué)廣泛開(kāi)展了計(jì)算機(jī)普及活動(dòng)，2000年教育部也曾發(fā)文，要在全國(guó)中小學(xué)開(kāi)展信息技術(shù)教育。但事實(shí)上，現(xiàn)有的所謂“普及”大多成了對(duì)計(jì)算機(jī)工具的認(rèn)識(shí)，而不是對(duì)中小學(xué)生智力的開(kāi)發(fā)和思維的訓(xùn)練，因而效果不佳。CCF早在1984年就創(chuàng)辦了“青少年信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽NOI”，這是面向那些學(xué)有余力的中學(xué)生的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS）教育活動(dòng)，但具備開(kāi)展這項(xiàng)活動(dòng)的學(xué)校并不很多，每年參加NOI聯(lián)賽的學(xué)生不過(guò)七八萬(wàn)，比例很小，因而普及的面并不大。
計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的核心是算法設(shè)計(jì)和編程，這要求學(xué)生面對(duì)一個(gè)給定的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題要能夠找到一個(gè)正確和高效的辦法（算法）并將其變成計(jì)算機(jī)能理解的語(yǔ)言（程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言），進(jìn)而讓計(jì)算機(jī)計(jì)算出人們需要的結(jié)果來(lái)。像快遞員最佳路徑算法就是一個(gè)典型的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程并不容易，因?yàn)閷⒁粋�(gè)問(wèn)題抽象并構(gòu)造一個(gè)模型，需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，還得理解計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，“指揮”計(jì)算機(jī)干活。這還涉及欲求解問(wèn)題的“可計(jì)算性”，因?yàn)椴⒉皇侨魏螁?wèn)題都可以由計(jì)算機(jī)求解的。計(jì)算機(jī)也并不知道什么是“問(wèn)題”，是人告訴計(jì)算機(jī)，如何按照一步一步的程序求解。這個(gè)過(guò)程，就會(huì)訓(xùn)練一個(gè)人求解問(wèn)題的能力，相應(yīng)地，其具備的讓計(jì)算機(jī)做事的思維能力稱之為“計(jì)算思維”（Computational Thinking）。我們平常操作計(jì)算機(jī)（包括手機(jī)這些終端設(shè)備）僅僅像開(kāi)關(guān)電燈那樣簡(jiǎn)單，并不會(huì)使我們具備計(jì)算思維能力，而只有通過(guò)上述步驟才能訓(xùn)練這樣的能力。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，未來(lái)越來(lái)越多的工作將和計(jì)算（機(jī)）有關(guān)（據(jù)美國(guó)政府的統(tǒng)計(jì)是51%以上）。我們必須知道如何讓計(jì)算機(jī)做事，起碼知道計(jì)算機(jī)是如何做事的，這就要求普及計(jì)算機(jī)科學(xué)教育（注意：不是計(jì)算機(jī)教育，也不是信息技術(shù)教育）。
美國(guó)政府已經(jīng)把在中小學(xué)普及計(jì)算機(jī)科學(xué)當(dāng)成一種國(guó)策（CS for All，每一個(gè)人學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)），并投入40億美元落實(shí)這一項(xiàng)目。奧巴馬總統(tǒng)說(shuō)“在新經(jīng)濟(jì)形態(tài)中，計(jì)算機(jī)科學(xué)已不再是可選技能，而是同閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)一樣的基礎(chǔ)技能……因此，我制定了一項(xiàng)計(jì)劃，以確保所有孩子都有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)。”美國(guó)政府已明確把計(jì)算機(jī)教育列入（從幼兒園到12年級(jí)）教育體系K12中。英國(guó)從2014年起，對(duì)中小學(xué)的計(jì)算機(jī)課程進(jìn)行重大改革，5歲的兒童就開(kāi)始學(xué)寫(xiě)程序。英國(guó)教育部啟動(dòng)了“計(jì)算機(jī)在學(xué)校”（Computing at School，CAS）項(xiàng)目。新西蘭等國(guó)也把計(jì)算機(jī)編程課當(dāng)作中學(xué)的必修課，并為此投入資金培訓(xùn)教師。未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)不是資源的競(jìng)爭(zhēng)，而是人才的競(jìng)爭(zhēng)，如果不具有計(jì)算素養(yǎng)和技能，則在未來(lái)的社會(huì)中處于被動(dòng)地位。
CCF作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的學(xué)術(shù)社會(huì)組織，應(yīng)該勇于承擔(dān)起CS普及的任務(wù)，這比NOI更加艱巨，更難。不過(guò)有NOI三十多年發(fā)展的基礎(chǔ)，會(huì)對(duì)未來(lái)CS的普及提供有益的經(jīng)驗(yàn)。
普及計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的難點(diǎn)在于師資，而培訓(xùn)師資需要合適的教材。CCF組織富有程序設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)老師編寫(xiě)了“CCF中學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教材”，分為入門(mén)篇、基礎(chǔ)篇、提高篇和專業(yè)篇，只要有一定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的老師，均可從入門(mén)篇修起。學(xué)習(xí)編程并不像人們想象的那么困難，只要從現(xiàn)實(shí)中遇到的（簡(jiǎn)單）問(wèn)題出發(fā)，循序漸進(jìn)，通過(guò)和計(jì)算機(jī)的互動(dòng)，一旦入門(mén)就好辦了，以后就可以逐步深入下去。
感謝朱全民、陳穎、徐先友、江濤、邱桂香、宋新波、汪星明、屈運(yùn)華、廖曉剛等老師的貢獻(xiàn)，他們花了兩年時(shí)間寫(xiě)成了這套教材。感謝吳文虎教授、王宏博士審閱本書(shū)，在此向他們表示感謝。
杜子德
中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)
2016 年8 月29 日
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江 濤：全國(guó)先進(jìn)工作者、中學(xué)特級(jí)教師、全國(guó)信息學(xué)奧林匹克高級(jí)指導(dǎo)教師、佛山市南海區(qū)十佳教師
宋新波：全國(guó)青少年信息學(xué)奧賽金牌指導(dǎo)教師、廣東省青少年信息學(xué)競(jìng)賽優(yōu)秀輔導(dǎo)員、中山市十大杰出青年，榮獲中山市學(xué)科競(jìng)賽突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)
朱全民：全國(guó)師德先進(jìn)個(gè)人、雅禮中學(xué)特級(jí)教師、國(guó)際金牌指導(dǎo)教師、NOI十大杰出指導(dǎo)教師
第1章�6�9模塊化編程—函數(shù)
1.1 自定義函數(shù)的引入................................................... 1
1.2 函數(shù)的定義............................................................. 3
1.3 函數(shù)調(diào)用與參數(shù)傳遞................................................ 5
1.4 變量的作用域.......................................................... 9
1.5 函數(shù)的應(yīng)用........................................................... 11
1.6 遞歸函數(shù).............................................................. 20
第2章�6�9字符串處理—string類型
2.1 string類型的引入................................................... 33
2.2 string類型的基本操作............................................. 36
2.3 string類型中字母與數(shù)字的關(guān)系................................ 41
2.4 string類型的應(yīng)用................................................... 48
本章小結(jié)...................................................................... 52
第3章�6�9數(shù)據(jù)類型的組合—結(jié)構(gòu)和聯(lián)合
3.1 結(jié)構(gòu)體(struct)的引入............................................. 61
3.2 結(jié)構(gòu)體(struct)的使用............................................. 66
*3.3 結(jié)構(gòu)體(struct)的擴(kuò)展............................................. 72
*3.4 聯(lián)合(union)的定義和使用........................................ 76
*3.5 枚舉(enum)的定義和使用........................................ 79
本章小結(jié)...................................................................... 81
第4章�6�9功能強(qiáng)大的利器—指針
4.1 指針概念、定義與內(nèi)存分配..................................... 85
4.2 指針的引用與運(yùn)算.................................................. 87
4.3 指針與數(shù)組........................................................... 90
4.4 指針與字符串........................................................ 95
*4.5 函數(shù)指針和函數(shù)指針數(shù)組........................................ 97
4.6 指針的擴(kuò)展......................................................... 100
本章小結(jié).................................................................... 104
第5章�6�9數(shù)據(jù)外部存儲(chǔ)—文件
5.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的分類................................................... 109
5.2 文件類型變量的定義及引用................................... 110
5.3 文件的重定向...................................................... 116
本章小結(jié).................................................................... 118
第6章�6�9數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)用
6.1 什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)................................................... 125
6.2 線性表的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用................................... 126
6.3 隊(duì)列及其應(yīng)用...................................................... 138
6.4 棧及其運(yùn)用......................................................... 145
6.5 二分及其快速排序................................................ 151
第7章�6�9簡(jiǎn)單算法
7.1 什么是算法......................................................... 169
7.2 高精度數(shù)值處理................................................... 171
7.3 簡(jiǎn)單枚舉算法...................................................... 178
7.4 模擬算法............................................................. 184
7.5 簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)規(guī)劃...................................................... 187
7.6 用遞歸實(shí)現(xiàn)回溯算法............................................. 199
第8章�6�9數(shù)學(xué)在程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
8.1 常用數(shù)學(xué)函數(shù)...................................................... 207
8.2 質(zhì)因數(shù)的分解...................................................... 209
8.3 最大公約數(shù)的歐幾里德算法................................... 212
8.4 加法原理與乘法原理............................................. 216
8.5 排列與組合......................................................... 219
8.6 圓排列、可重集排列............................................. 222
第9章�6�9STL（標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)）簡(jiǎn)要說(shuō)明
9.1 STL中的一些新概念.............................................. 227
9.2 幾個(gè)常見(jiàn)的容器介紹............................................. 232
9.3 幾個(gè)常見(jiàn)的算法函數(shù)............................................. 240
索引 245
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