前    言
缘起
2016年底，电子工业出版社与中新金桥信息技术有限公司合作，计划做一批立体化网络课程建设项目，作者因有《C 语言程序设计新视角》（以下简称《新视角》）一书，有幸参与到项目之中。在C语言课程视频的录制过程当中，作者引入了许多新的思路与方法，因此有了对《新视角》进行完善再版的想法。
写作思路
《新视角》一书结合作者多年教学实践经验，针对学生在学习程序设计中的困惑，侧重引入问题、分析问题、讨论解决问题的方法，本书是基于《新视角》的改进版本。在C语言、数据结构等程序设计课程的讲授以及课后和学生的沟通中，笔者认识到在编程学习中大家遇到的普遍问题归纳起来有四难：概念晦涩理解难，规则众多记忆难，法无定法编程难，bug深藏调试难。
著名数学家欧拉（Leonhard Euler）说过，如果不能把解决数学问题背后的思维过程传授给学生，那么数学教学就没有意义，这种观点同样适用于其他各学科或课程的教学。理解原理、掌握解决问题的思维方法是学习过程的要点。分析学生在学习程序设计中的问题，最主要的问题是编程概念建立困难，其次是程序调试技巧难以把握。按照问题轻重的顺序，《新视角》一书尝试从以下这些方面来解决问题——重思维，揭本质，强调试，轻语法。《新视角》经过这些年的使用，发现依然有不少需要改进的地方，特别是在问题引入和解析各种机制设置的原因方面，本书对此做了较大篇幅的增加。 
1．重思维
图灵奖获得者、现代计算机科学的先驱人物高德纳，在其代表作《计算机程序设计的艺术》中指出，编程是把问题的解法翻译成为计算机能“理解”的明确术语的过程，这是在人们开始试图使用计算机时最难以掌握的。C语言又是在高级编程语言中公认属于较难掌握的，有枯燥乏味、规则众多、艰深晦涩的一面。
计算机是一种自动化的工具，人们用这种工具来解决问题，会受到很多机器特性的限制，在一个与人们以往解决问题的运作规则不一样的系统中，已有的处理问题的经验很可能用不上。在程序设计语言中有很多概念是只学习过数理化知识的学生们从未接触过的，课堂上直接按传统教科书的内容讲述解释后，发现他们较难理解和接受。
Garr Reynolds在《演说之禅》中这样写道：“好的故事可以终生受用，用于传道授业，用于分享，用于启迪，当然，也可以用于劝解。讲故事是吸引观众，满足他们对于逻辑、结构以及情感方面需求的一个重要方式。”本书中许多引例都是从有趣的故事开始，从实际问题引出与编程相关的话题，提出问题，引起读者思考，再从人直接解决问题到使用机器解决问题的不同角度加以讨论，分析相同与不同，最后提出相关的程序设计概念。为在叙述中有代入感，书中设计了布朗教授一家参与问题的讨论。布朗教授或以初学者的视角提出问题、探索解决方案，或以专家的身份讨论问题；布朗太太是编程小白，偶尔会有貌似可笑的外行言论；布朗教授的儿子小布朗是小学生，也常会提些看起来幼稚的问题。另外还有布朗教授的学生、同事及亲属参与“演出”。这样的设计思路，是遵循金出武雄（Takeo Kanade）教授在总结科研成功之道时提出的“像外行一样思考，像专家一样实践”方法论的一次实践。
“如果我们从不同的角度对同一个概念进行学习并研究与其相关的问题，就能建立更多且更深层次的信息链接。这些信息链接和与其相关的内容交织，共同构成了我们日常所说的‘理解’。大脑处理的所有信息都不是孤立的，而是具有逻辑关系的一组信息。当这些信息具有结构性，能够和已经学过的知识、和学生的生活实际建立密切的联系时，就容易让人从不同的角度来思考这一信息，从而对其有深入且透彻的理解。”（Salman Khan，《翻转课堂的可汗学院》）《新视角》通过解析人与计算机解决问题的同与不同，探索问题的解决方法，培养学生基于计算机特点进行逻辑思维的素养。根据计算机解决问题的特点，通过介绍读程列表法、算法设计法以及经典的算法描述法等方法，让学生先学读程再学编程，从大的方向上把握编程的一般方法，逐步建立程序的思维。  
2．揭本质
“重视知识的本质，对于程序员来说这一点尤其重要。程序员的知识芜杂海量，而且总是在增长变化的。很多人感叹跟不上新技术。应对这个问题的办法只能是抓住不变量。大量的新技术其实只是一层皮，背后的支撑技术其实都是数十年不变的东西。底层知识永远都不过时，算法数据结构永远都不过时，基本的程序设计理论永远都不过时。”（刘未鹏，《暗时间》）
编程没有现成的公式可以套用，虽然学生通过大量实例的学习可以从中总结出一些规律，但对于程序设计语言为什么设这样或那样的处理规则，可能在短时间内不一定能琢磨明白。知其然还要知其所以然，只有清楚了各种规则设计的原理，才能彻底理解规则，进而熟悉和掌握规则，最后举一反三熟练应用。从原理的剖析入手，这样能提高学习效率，学会用计算机解决问题的方法。本书增加了许多从实际的问题引入概念的内容，让学生知道程序设计各重要概念的来龙去脉；增加了对重要机制的设置原因进行本质讨论分析，把有关联关系的概念进行横向或纵向分析链接，对重点的概念或相关联的概念提炼出其中的要素，以期增加学生对课程关键内容的把握。 
3．强调试
“无论一个程序的设计结构如何合理，也无论文档如何完备，如果不能产生正确的结果，则其一文不值。”（Chris H. Pappas等所著的《C++程序调试》）人们制造的产品，一般都有一定的误差存在，比如设备或仪器。软件产品是一个例外，软件的最终交付形态是二进制的可执行码，执行码是不能容忍误差的，而人类的思维特性正好与之相反，是模糊和充满误差的，因此程序员很难一次就写出完全正确的代码。
张银奎在其《软件调试》一书中指出，“软件调试技术是解决复杂软件问题的最强大工具。如果把解决复杂软件问题看作一场战斗，那么软件调试技术便是一种可以直击要害而且锐不可当的武器。应该说学会调试器命令不难，但如何用调试器调试程序，找到bug，却是一件很不容易的事情。”调试的技巧和经验需要很长时间的练习才能积累起来，对初学者而言是不容易掌握的，由此造成很多学生惧怕编程。
“我们可以在调试程序和侦破谋杀案之间找出相似点来。实际上，在几乎所有的谋杀悬念小说中，谜案都是通过仔细分析线索，将表面上不重要的细节全联结起来而最终侦破的。”（Glenford J. Myers，《软件测试的艺术》）“调试有点像捕鱼：相同的情绪、热情和刺激。长时间静静地工作后最终得到的是别人所不能体验的喜悦。”（Eugene Kotsuba）掌握了程序调试技术，读者在学习和开发程序时就能独立发现问题、解决问题，这样可以大大提高学习的兴趣和信心。
除了查找程序中的错误，调试其实对程序设计中不少概念的理解也是非常有帮助的，比如地址、存储单元、赋值、参数传递、作用域等，课堂上调试演示给予的直接的感性认识，比抽象的语言描述概念生动直观得多。“除了使用调试器调试程序、寻找代码中的问题，还可以认识其他软件、探索操作系统、观察硬件等。”（张银奎，《软件调试》）不同的调试器，基本调试功能的工作方式和工作原理是基本一致的，“与MS-DOS中的第一个调试器Debug.com相比，雨后春笋般涌现的各种调试器，它们的大多数在原理上并没有多少进步，只是界面不同而已。”（Kaspersky，Hacker Debugging Uncovered）可以说，学会调试，对后续诸多的计算机类课程学习都是有益的，因此，教会学生调试的方法和技巧应该是编程类课程的一个非常重要的内容。
笔者在企业任程序员多年，参与过历时4年多、获国家科技进步奖的大型软件开发、开发成功后多用户单位安装调试、售后服务等系列工程工作，对程序测试与调试有一定的实践经验。在授课过程中一直坚持在课堂上穿插演示调试，学生只要有要求，随时可以将任何一个程序展开进行跟踪调试讲解。后来发现，即使在课上多次演示重要程序实例的调试，学生也掌握得并不好。细究原因，调试是一个复杂过程，不同的数据组织、程序逻辑、现场查看处理等情形非简单几句描述就可以清楚明白，学生当时看懂了，但要回想复习时，就没有可以参考的纸面资料，所以在《新视角》一书中把各章很多重点实例的调试过程及技巧都“静态固化”到纸面上，让学习者学习调试时有切实可行的参照方法。调试内容千变万化，技巧也非常多，本书只讨论了最基本的调试方法与技巧，目前鲜有同类教科书有这样全面的处理方法，专门介绍调试的书籍也较少。
编程是一个不断修改才能完善的过程，其间往往要经过多次测试和调试。本书简单介绍了测试样例的设计原则和设计时机，让读者充分认识到程序测试的重要性，在学习编程之初就建立程序健壮性的概念。 
4．轻语法
“轻”不是轻视语法，而是先介绍最基本的语法规则，让初学者在理解中记忆，在使用过程中逐步熟练，使学习者不至于一开始就被C语言繁复的规则所困惑。对于相关深入的语法或复杂的、不常用的规则，作者把握的原则是让学生知道知识归类、会根据线索自己查找说明手册或使用方法。针对计算机编程课程的特点，根据学生程度不同，由浅入深层层递进设置不同难度的练习。
  
内容结构
本书探究从问题到解的计算机解决问题的方法论，以计算机解决问题的流程做主线，按照数据组织、数据处理、处理结果分别涉及的知识点层层展开，通过问题引入、类比解析概念，自顶向下逐步细化描述算法，数据分析实现存储、代码实现问题得解，到最后的测试调试验证结果。
数据的介绍从基本形式开始，随着问题要处理信息复杂程度的增加，通过讨论各种数据可能的组织方式，如数组、数据地址、复合数据、文件等，介绍数据在计算机中的组织结构和存储方法，另外还有数据的输入、输出方法。
算法是解决问题的步骤和方法，计算机算法需根据计算机解题特点来设计。算法由程序语句来实现，程序语句有相应语法规则及使用方法，程序有基本控制结构，程序开发有特定的步骤和方法。
随着问题复杂程度的增加，程序规模需要从单一模块（函数）变为多模块结构，本书通过讨论处理问题规模改变之后需要增加的处理机制，介绍函数的使用规则及相关问题。
在程序实现后，需要对代码进行测试，结果与预期不符则需要调试。本书介绍测试数据的设计原则、程序的运行环境，讨论调试方法。
本书习题丰富、解答详尽。从相对简单的热身题和基础题，到一般难度直至困难的作业题，让读者在循序渐进中保持学习的兴趣并不断进步。
写作分工
本书共12章，周幸妮老师完成了第1～9章、第12章的写作及部分题目的整理；冯磊老师在原书基础上，对第10章、第11章进行重写，完成部分题目的设计；任智源老师完成所有编程题目答案的编码调试工作，孙德春老师完成部分题目的收集整理等工作；全书由周幸妮老师统稿。
书稿说明
同许多高级程序语言相比，1972年诞生的C语言算是一种“古老”的语言，从ANSI C开始，经过不断修订，已经有一系列的标准。本书的C语言语法主要基于ANSI C，可能有些语法规则在最新的C99、C11标准中已经做了修改，但这些属于语法细节，并不影响书中的主要内容，根据“轻语法”的规则，书中未逐一按最新标准做修正。
书中例题分“例子”和“读程练习”两类。“例子”一般按照编程步骤，给出数据结构分析、算法描述、程序实现、跟踪调试等过程。“读程练习”一般只给出题目解释和参考程序，较少给出题目分析、程序实现过程解析，这些需要读者按照列表法等方法阅读理解程序。
为节省排版空间，书中代码格式可能部分缩紧，如花括号未单独占一行等。
本书所有例程在Visual C++ 6.0集成环境中调试通过。Visual C++ 6.0虽然是比较老的运行调试环境，但依然是目前国家计算机等级考试要求的C语言运行环境，且安装容量小，系统兼容性较好；再者，调试的基本思想具有普适性，并不局限于一种程序设计语言和某种运行环境。
致谢
除了《C语言程序设计新视角》一书中致谢提及的屈宇澄、屠仁龙、孙蒙等同学，还要感谢在《新视角》一书使用中提出意见和建议的同事和同学们，他们促使作者反思《新视角》中的缺陷和不足，从心理学、认知规律等各方面做更多的学习和思考，加强问题的引入，改变叙述方式等，这些改进在后续出版的《数据结构与算法分析新视角》中获得了较好的效果。感谢为本书提供帮助的丁煜、郭丽萍、宋昀翀等同学。感谢中新金桥信息技术有限公司支持的课程建设项目，使作者从中学习了很多微课制作的知识和技巧，与网络时代共同进步。
《新视角》历久积累再次重写，宛若生命轮回赤子新生，借2019年初春感言是以为记：春日花繁，生命绽放，雯华若锦，可喜可贺。

周幸妮       
xnzhou@xidian.edu.cn    
2019年仲夏于长安