基于數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)觀點的C語言中賦值運算教學方法

馬吉權(quán) 金英 郭興凱

摘要：C語言一直是高校信息技術(shù)專業(yè)最重要的課程之一。C語言教學方法的探討一直以來也是教研領域中的一個熱點。針對C語言中賦值運算學生理解、運用能力相對偏弱的問題，本文引入了基于數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)的C語言賦值運算的教學觀點，強調(diào)計算機底層的處理機制的分析。在此基礎上，利用數(shù)據(jù)類型的一級結(jié)構(gòu)化處理，實現(xiàn)了二級數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)的直接賦值。

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

1 引言

C是軟件開發(fā)中最流行的語言之一。相比于Java，C語言在嵌入式軟件、系統(tǒng)軟件、對實時性要求較高的軟件開發(fā)中，具有明顯的優(yōu)勢。計算機科學與技術(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語言通常都是基礎專業(yè)必修課。C語言對構(gòu)建學生的計算思維能力、培養(yǎng)學生的軟件設計與開發(fā)能力至關(guān)重要。作為第一門程序設計語言類課程，C語言對后續(xù)專業(yè)課的學習影響很大。如何講好C語言是每一位任課教師必須認真思考的問題。

C語言的語法規(guī)則嚴謹、運算豐富。常見的運算符包括算數(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、賦值運算符等。C語言對參與運算的變量和操作數(shù)的要求是非常嚴格的，如果不能很好地理解每種運算符的運算機制，則容易在程序開發(fā)過程中發(fā)生錯誤，有些錯誤在編譯階段還無法發(fā)現(xiàn)，會造成嚴重的隱患。其中，賦值運算是C語言中使用最多的運算符，共分3大類11種：簡單賦值運算符（=），復合算數(shù)賦值運算符（+=，-=，*=，/=，%=），復合位運算賦值運算符（&=，|=，^=，>>=，<<=）。這些賦值運算均已簡單賦值運算為基礎。

C語言中賦值運算看似簡單，但是當它與復雜的數(shù)據(jù)類型遇到一起的時候，也會對學習造成一定的困擾。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語言學習中的一個難點。很多的教材里面對賦值的問題也進行了一些討論，但是更多的是讓學生記住一些賦值的規(guī)則，并沒有給出更加深入的解釋，所以造成學生對這部分知識掌握的并不扎實，經(jīng)常在做題和實際程序開發(fā)過程中發(fā)生錯誤。

本文探討基于結(jié)構(gòu)觀點的C語言賦值運算的教學方法，試圖講清楚為什么賦值運算在某些復雜數(shù)據(jù)類型（如數(shù)組）中無法直接使用，而在另外一些復雜數(shù)據(jù)類型（如結(jié)構(gòu)體）又可以直接使用的原因。讓學生更好地理解賦值運算計算機的分析和處理過程，從而進一步加深學生對賦值運算的理解。

2 賦值運算的本質(zhì)

為了深入理解賦值運算，首先分析一下賦值運算在計算機內(nèi)部完成的實際操作是什么樣的。賦值運算是針對變量而言的，而變量實質(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字節(jié)的址值。變量的賦值，就是將賦值運算 = 右側(cè)表達表達式的結(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，則編譯器會按照預先制定的轉(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，賦值的基礎都是變量的類型，可以說賦值是以類型為基本單位進行的。

3 C語言數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點

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

C語言中一共包含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空間都是確定大小的唯獨數(shù)組的空間大小是不確定的。這里的不確定不是對用戶而言的，而是指作為系統(tǒng)無法知道一個數(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，即具有一級結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型和具有二級結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型。所謂具有一級結(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)類型計算得到實際需要的內(nèi)存空間；所謂具有二級結(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)類型的基礎之上建立的復合數(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)觀點還是與系統(tǒng)密切相關(guān)的，其本質(zhì)還是反應了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)類型的處理機制。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結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型。

4 C語言中賦值運算的教學方法

一般在C語言賦值運算的時候，教師總是將更多的精力放在介紹賦值運算操作本身，而對數(shù)據(jù)類型對賦值運算的影響介紹的相對較少，所以造成學生早后期的學習中經(jīng)常犯如下的錯誤：

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)觀點來進行分析的話，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，對于數(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法實現(xiàn)的。當然，也可以進一步解釋，a與b所保存的均為數(shù)組a[5]和數(shù)組b[5]的首地址，而這個地址是個常量值，是不允許修改的。

對于結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)類型，學生往往會因為認為數(shù)組無法直接賦值，而結(jié)構(gòu)體比數(shù)組的結(jié)構(gòu)更復雜，所以也無法直接賦值。

這里，教師可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點，進一步給出解釋：在定義a、b兩個結(jié)構(gòu)體變量的時候，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，兩個變量內(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，還可以給學生提出一個這樣的問題：如果數(shù)組想要直接賦值，有什么辦法嗎？這樣去引起學生對數(shù)據(jù)類型，內(nèi)存管理，賦值運算等等進一步的思考，并積極地鼓勵學生大膽地到計算機上嘗試。再講解了利用循環(huán)的方式（包括函數(shù)實現(xiàn)）進行兩個數(shù)組之間的賦值之后，可以給出如下的示例：

5 結(jié)論

C語言的賦值運算非常靈活，學生一般掌握得不夠深入。本文通過引入數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)觀點，將數(shù)據(jù)類型劃分為一級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)，使學生深刻理解賦值運算的基礎條件和處理機制。以此為基礎，利用這種數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)觀點還可以實現(xiàn)程序的優(yōu)化。本文也說明在實際的教學過程中，教師需要對課本知識進一步升華和總結(jié)，才能讓學生更好的理解、運用。

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編輯/岳鳳