张新华，一个屡获殊荣的中学高级教师，专注于编程教育，已培养多名在青少年信息学奥赛中摘得桂冠的学生。他拥有浙江大学计算机科学学士和厦门大学软件工程硕士学位，并在2009年荣获全国高中信息技术优质课比赛一等奖。他的著作包括《算法竞赛宝典》、《信息学初级算法艺术 C 版》及《三维图形化 C 趣味编程》，同时他还研发了Dev-C智能开发平台，以及支持Python可视化的界面设计软件Visual Python，为编程教育做出了多方面的贡献。

编程类竞赛活动受各级各类学校重视，受青少年学生欢迎。 本书以Dev-C 为C 语言的开发环境，首先带领读者入门C 语言，然后循序渐进、由浅入深地讲解C 语言的基本结构、数组、函数、指针、结构体、位运算等知识，并编排了竞赛模拟、阶段检测等内容，使读者能及时评估自己的学习效果。 本书在介绍C 语言的同时，更加侧重于计算思维的培养，通过“一题多解”及“数学求解”等方法，拓展读者对题目的本质和内涵的思考与理解。本书还配备了参考程序、习题解答、测试数据、讲解视频等资源供读者参考学习。
 张新华，中学高级教师，编程竞赛教练，长期从事中小学编程竞赛辅导工作。取得浙江大学计算机科学与技术学士学位、厦门大学软件工程硕士学位，获得2009 年普通高中信息技术现场优质课比赛全国一等奖。培养的学生多次获得全国青少年信息学奥林匹克联赛国家一等奖及亚洲与太平洋地区信息学奥林匹克竞赛奖牌。著有《算法竞赛宝典》《信息学初级算法艺术 C 版》《三维图形化 C 趣味编程》。开发的软件有三维图形化 C 编程工具 Dev-C 智能开发平台和 Python 可视化界面设计软件 Visual Python。

本书以Dev-C++为平台，系统讲解了C++语言的基础知识，包括基本结构、数组、函数、指针等。通过竞赛模拟和阶段检测帮助读者检验学习成果。书中注重培养计算思维，通过“一题多解”和“数学求解”等方法，提升读者对问题本质的理解。此外，还提供了丰富的学习资源，如参考程序、习题解答、测试数据和讲解视频，便于读者深入学习和实践。



内容提要

本书编委会的组成，由严开明和胡向荣担任主任，成员包括张义丰、李守志、陈科、王震、谢春玫、梁靖韵、葛阳、徐景全、刘路定、黎旭明、张就序、郭继飞、伍婉秋和热则古丽。这些成员背景多样，共同为书籍的编纂付出了努力。



本书编委会

C++编程语言涵盖了丰富的基本概念和语法，其中变量定义、数据类型、常量、运算符等都是基础。示例程序展示了如何进行输入输出、条件判断、循环控制等操作。此外，文章深入探讨了字符与整数之间的兼容性，解释了ASCII编码和转义字符的含义。通过实例练习，读者能够更好地掌握这些知识，为后续学习打下坚实的基础。

特别值得一提的是C++中的特殊字符，它们以反斜杠“\”开头，用于表示那些无法直接用普通字符表示的控制字符，如换行符、反斜杠自身等。文章详细列举了常见的转义字符及其含义，并展示了如何通过转义字符输出特殊字符。

在C++中，字符串类的操作方法同样重要。文章介绍了添加、删除、插入、查找等功能，并通过示例代码展示了这些方法的使用。此外，还介绍了运算符优先级和结合性，以及自增自减运算符、逗号运算符等特殊运算符的使用方法。这些知识对于C++编程至关重要。

第01章 C++语言入门

如何分解一个三位数，包括取个位、十位和百位的方法。然后介绍了如何反向输出一个四位数，并考虑了前导零的问题。接着，讲解了如何对浮点数进行四舍五入并保留两位小数。此外，还介绍了等差数列的概念，并给出了求等差数列第n项的公式。随后，介绍了徽章的价格和购买数量，以及如何计算梯形的面积。最后，讲解了二进制数、星期日期计算、浮点数除法余数、平方根、勾股定理、直线距离、海伦公式、三角形面积计算以及计算练习时间的方法。



2.1 顺序结构

数学中的数轴是表示数值大小和位置关系的工具，它由定义明确的数轴、原点、正负方向和单位长度组成。借助数轴，我们能直观地处理数值的相对位置和大小。此外，我们学习了如何通过单分支、双分支函数和求绝对值来计算数值与原点之间的距离。

在判断整数奇偶性以及实现多分支选择时，我们运用了if语句。同时，通过逻辑运算符，我们可以进行复杂的条件判断。switch语句是另一种实现多分支选择的手段，它通过匹配圆括号内的表达式和case后的常量表达式值来执行不同的代码块。为了保证逻辑的清晰，case后的常量表达式值必须唯一，否则会产生冲突。值得注意的是，case和default的顺序对执行结果没有影响。switch语句结束后，若不使用break语句，则会继续执行下一个case后的代码，直到遇到break或switch结构的结束。switch语句还可以实现多个case共享一组执行语句的功能。

以上知识在实际问题中的应用十分广泛，如排序、比较大小、判断闰年等。通过这些例子，我们可以更好地理解数轴概念和编程语句在实际问题中的运用。

2.2 选择结构

在C++编程中，while、do…while和for循环是常用的结构，各有其适用场景。while循环适用于循环次数不确定的情况，它会在条件为真时重复执行代码块。do…while循环先执行一次循环体，然后检查条件是否满足，确保至少执行一次循环。for循环则适用于循环次数已知的情况，可以方便地设置循环变量、条件和体。

通过循环，我们可以实现诸如阶乘和斐波那契数列等算法。例如，计算阶乘时，可以使用while或for循环，通过连续乘以自然数直到1来得到结果。斐波那契数列可以通过for循环来生成，利用数列中每一项等于前两项之和的特性。

此外，编程题目多种多样，涵盖数学、逻辑和算法等多个领域。例如，计算平均分、求平方和、计算奇数和等，这些题目通过算法分析和伪代码，帮助读者掌握编程技巧。

在数学计算中，向上取整函数ceil()和四舍五入函数round()非常有用。ceil()返回不小于自变量的最大整数，而round()返回最接近自变量的整数。例如，在换零钱的问题中，使用这些函数可以优化算法，减少循环次数，提高效率。

埃及分数是另一种有趣的数学概念，它是一种特殊的分数表示法。通过枚举法可以解决一些除式问题，这涉及到尝试不同的分数组合，直到找到一个合适的表示。

通过学习和实践这些编程技巧和算法，我们可以提高编程能力，解决实际问题。

2.3 循环结构

第02章 基本结构

NOIP系列比赛，这是一个针对青少年信息学竞赛的赛事。文章详细介绍了比赛的规则和流程，包括参赛资格、赛制、评分标准等。此外，文章还重点讲解了如何准备比赛，包括编写代码、测试程序、对拍检验等。文章强调了比赛中的时间限制和文件格式要求，并提供了大量的示例代码和测试数据，帮助参赛者更好地理解比赛规则和技巧。通过阅读这篇文章，读者可以全面了解NOIP比赛，为参赛做好准备。



第03章 竞赛模拟

楼梯问题的算法分析是动态规划领域的经典问题。通过创建一个数组记录到达每个阶梯的走法数，我们可以递推计算出到达任意阶梯的走法数。此算法的时间复杂度和空间复杂度均为O(n)。此外，介绍了逆序输出数组元素的算法，它通过迭代将数组元素逆序输出，时间复杂度和空间复杂度同样为O(n)。还有数组元素移到末尾的算法，它通过将数组第一个元素移动到最后一个位置，然后遍历数组输出剩余元素，时间复杂度和空间复杂度也为O(n)。

接下来，我们探讨了灯泡开关问题的算法分析。通过模拟每个人拉动开关的过程，可以计算出最终亮着的灯泡数量。该算法的时间复杂度为O(n^2)，但可以通过优化算法降低时间复杂度。

在质数筛选算法方面，介绍了埃氏筛法和欧拉线性筛法两种方法。埃氏筛法通过逐步标记倍数来筛选合数，而欧拉线性筛法基于整数唯一分解定理，确保每个合数只被它最小的质因数筛选一次。这种方法避免了重复筛选，提高了筛选效率。

4.1 一维数组

编程中的矩阵操作，包括矩阵的创建、相加、相乘、转置等基本操作。文章详细讲解了矩阵的概念，以及如何使用编程语言实现矩阵的各种操作。例如，如何创建一个矩阵、如何计算两个矩阵的和、如何计算两个矩阵的乘积、如何转置一个矩阵等。文章中还通过具体的示例代码，展示了如何实现这些操作，并解释了代码的工作原理。此外，文章还介绍了矩阵在计算机图形学、机器学习等领域的应用。



4.2 二维数组

在C++中处理字符串和字符数组是一项基本技能。首先，了解如何读取和存储字符串是关键。示例代码演示了如何计算字符串长度以及逆序字符串。对于字符串比较、复制和连接等操作，介绍了`strcmp`、`strcpy`和`strcat`函数的使用。`strstr`函数则用于查找子串，而字符串类操作能帮助完成更复杂的任务。通过实例程序，我们学习到如何使用这些工具进行排序、搜索和替换等。

接下来，我们探讨手机数字键对应的字母编码规则。该规则允许将数字序列转换为字母组合。例如，输入“123”将转换为字母“abc”。通过这个规则，我们可以筛选出有效的名字，如输入“hello”将输出对应的数字序列“43552257”。

最后，讨论古代竖向排版方式。该方法对输入格式和输出格式有特定要求。了解这些规则有助于正确排版古文。

4.3 字符数组

如何将一根总长度为total的铁丝截成n段，且任意三段铁丝不能拼成三角形。为了达到n的最大值，应遵循斐波那契数列的规律，每段铁丝的长度为前两段铁丝长度之和。代码中通过滚动数组的方式优化空间使用，通过迭代计算斐波那契数列，直到铁丝长度不足，即可得到n的最大值。此外，还介绍了如何使用滚动数组来优化二维数组的存储空间，通过将数据存储在两个一维数组中，并通过取模操作实现数据的滚动计算，提高了算法的效率。



4.4 滚动数组

第04章 数组

在计算机编程中，算法是实现数据排序、查找等功能的核心。本书详细阐述了插入排序、排序排名、查找算法等基本原理及其实现方法，并通过实例代码展示了如何运用这些算法解决实际问题。书中还深入探讨了数据结构和算法在各行各业的应用，如图形处理和机器学习，帮助读者理解算法的实际价值。通过学习这些算法，读者能提升编程能力，解决更复杂的问题。

关于计算阶乘末尾零的个数，文章首先分析了影响末尾零个数的因素，即5的倍数。文章提出了三种计算方法。第一种方法是通过枚举5的倍数来计算，其时间复杂度为O(N/5)。第二种方法则运用数学公式，只需进行log5(N)次循环。第三种方法采用“层层剥皮法”，同样只需log5(N)次循环即可直接计算5的个数。

此外，文章还介绍了多项式求值、二分法、最大子序列和等算法，并分析了它们的时间复杂度和优化方法。以猴子选大王问题和NOI出现次数问题为例，文章展示了如何运用算法解决实际问题。

总体来说，本书旨在帮助读者深入理解算法的原理和应用，提高编程能力。通过学习这些算法，读者不仅能解决实际问题，还能在数据结构和算法领域有更深入的认识。

第05章 阶段检测1

C++编程中，函数是核心组成部分。函数声明可以位于主函数前或后，但声明顺序很重要。函数定义包括返回类型、函数名及参数列表，调用时需指定函数名及参数。C++库函数丰富，使用时需包含相应头文件。局部变量仅在函数内部有效，而全局变量则可被所有函数访问。局部静态变量在函数调用结束后仍保留值。数组作为参数传递时，传递的是首地址。

递归函数在数学问题中尤为有用。例如，求最大公约数、最小公倍数、阶乘和逆序数等问题，递归函数通过递推和回归方式解决。书中通过实例演示了递归函数的应用，如汉诺塔问题，并介绍了递归函数的结束条件和控制递归次数的方法。这些内容有助于读者深入理解递归函数，并提供解决实际问题的思路。

第06章 函数

RSA加密算法基于两个大质数相乘的原理，其乘积作为公开的加密密钥，用于信息的加密和解密。同时，还讲解了英文单词按ASCII值排序的方法，展示了计算两个日期间回文日期数量的技巧，以及如何输出一元多项式和求特定条件下P、Q的个数。此外，文章还探讨了寻找无线网络发射器安装地点，以覆盖最多公共场所的方法，并介绍了机器翻译软件的工作原理及计算查词典次数的方法。

在一个有趣的猜谜游戏中，玩具小人围成一圈，每个小人都了解自己及旁边人的职业和朝向。玩家小光需要通过一系列指令找到藏眼镜的玩具小人。游戏结束后，小光决定编写程序来辅助解决此类谜题，并将解题思路融入程序中。

第07章 阶段检测2

计算机如何通过地址进行数据的存储和读取。每个存储空间都被分配了一个唯一的“门牌号”，即地址，数据需要按照地址存储，而操作数据则需要找到对应的地址。指针则是一种特殊的变量，用来存储内存地址，可以指向内存中的任意位置，并通过指针找到对应的数据。文章还介绍了指针变量作为函数参数的应用，以及如何使用指针模拟Pascal语言中的负下标数组。



第08章 指针

结构体数组在数据存储和操作中的应用。通过定义结构体类型，可以将不同类型的数据组合成一个整体，方便进行管理和操作。例如，可以定义一个学生结构体，包含学号、姓名、性别和成绩等成员变量，然后将每个学生的信息存储在结构体数组中。这种存储方式不仅简化了数据结构，还方便了后续的输入、输出和计算等操作。此外，还可以使用结构体指针来操作结构体变量和结构体数组，使程序更加灵活和高效。



第09章 结构体

数字进制转换和计算的相关知识。首先，文章介绍了如何判断一个数是否是2的整数幂，以及如何判断一个数是否是二进制半整数。接着，文章以N进制数加法运算为例，说明了如何高效地进行进制转换和计算。然后，文章介绍了如何判断一个二进制数是A类数还是B类数，以及如何找出满足特定条件的进制B。最后，文章展示了如何将一个K进制数转换为L进制数。这些内容涵盖了进制转换、计算以及进制之间的相互关系等多个方面，对于学习进制运算和编程算法具有重要的参考价值。



第10章 位运算与进制

本段内容主要介绍了如何判断电话号码列表是否符合特定要求，以及如何处理和输出多种算法问题。首先，对于电话号码列表，通过字典序排序后，逐个检查号码是否为下一个号码的前缀，以此判断是否符合要求。此外，还详细描述了如何处理随机数、两倍关系数字对、12的阶乘的约数配对、01串排序、矩形卡片覆盖、队列操作、射箭位置选择、漂亮数字查找、石头数量统计、水果销售明细表、数对个数统计、加法表解读、朋友排序、银行业务队列等问题，包括输入格式、输出格式和算法分析，并提供了示例程序。

在银行业务处理系统中，系统利用多重映射容器存储客户优先级和编号，能够处理添加客户信息、删除优先级最高或最低的客户等请求。系统将持续处理请求，直至接收到停止信号。此外，还介绍了如何使用栈进行字符操作，判断字符串和表达式中括号是否匹配，计算只包含加法和乘法的表达式值，以及统计船只乘客来自不同国家的情况和模拟排队中队员插队的情况。

编程竞赛宝典