运算符和表达式

1. 能力目标：

（1） 能够根据问题场景选择合适的运算符编写正确代码；

（2） 能够分析给定代码并给出正确的程序运行结果；

（3） 能够在程序中正确的运用强制数据类型转换；

（4） 能够编写规范的代码。

2. 知识目标：

（1） 能够列举出所有的运算符并举例阐明各个运算符的功能；

（2） 能够描述自动数据类型转化的原则；

（3） 能够描述多种运算符混合运算的编程规范原则。

3. 思政目标：

（1） 培养学生具备“前人栽树，后人乘凉”的奉献意识和精神；

（2） 培养学生“精益求精”的工匠精神，树立“科技强国”意识；

（3）培养学生具有灵活处理“复杂”问题的思维和能力，具备化繁为简的工程意识。

（1） 库函数

（2） 数据类型转换

（3）运算符优先级

（1） 我们今天科技发展有如此的成绩，正是站在巨人的肩上，这是奉献的力量。程序设计过程中调用第三方或者系统函数库，正是站在巨人的肩上，才能让我们更好地聚焦业务代码，高效地开发出程序，在工作过程中，我们也应该具备这种奉献、共享意识和精神。

（2） 亚利安 5 号（Ariane 5）运载火箭事件，是由于程序中整数溢出导致的。在数据类型转换时要考虑溢出问题和精度问题。对待科学问题要有“精益求精”、“刨根问题”的科学精神和态度。

（3）编程语言中运算符的优先级顺序非常庞大，非常难记的，如果记不清楚，在编程应用中就会导致BUG，这个问题换个角度完全可以使用括号来解决。因此当我们面对复杂问题，要灵活处理，换一种视角和思路，就会“柳暗花明又一村”。

在前面的学习过程中我们使用了scanf和printf这两个函数非常方便地实现了输入和输出。大家试想一下，如果系统没有提供这两个函数，我们在编写程序过程中需要自己实现，大家可以想象下，这个工作量有多大。所谓“前人栽树，后人乘凉”，一些经典的算法、标准的接口，前人把他们制式化，做成库函数，那么后来的开发者就可以直接拿来使用，这样可以大大提高开发效率。我们今天科技发展有如此的成绩，正是站在巨人的肩上，这是奉献的力量。小到一个项目，大到一个社会，每个人都应该奉献自己的力量，我为人人，人人为我，这个世界才能更美好。

1：库函数

讲解：库函数的思想

库函数顾名思义是把函数放到库里，就是说是把一些常用到的函数放到一个文件里，供他人用。其他人用的时候把函数所在的文件名用#include <>加到自己的程序里面就可以了。

程序员本身也可以对自己的程序进行“分段”，构造自己的函数，但这些函数我们一般不称之为“库函数”，C语言的库函数一般是指编译器提供的函数。常见的库函数有数学类、字符串操作类、输入输出类等等。

为什么需要库函数？所谓“前人栽树，后人乘凉”，一些经典的算法、标准的接口，前人把他们制式化，做成库函数，那么后来的开发者就可以直接拿来使用，大大提高开发效率。我们今天科技发展有如此的成绩，正是站在巨人的肩上，这是奉献的力量。小到一个项目，大到一个社会，每个人都应该奉献自己的力量，我为人人，人人为我，这个世界才能更美好。

2、讲解 演示：算术运算符 

（1）讲解 运算符家族

（2）讲解 演示：算术运算符

讲解：算术,这两个字对我们来说真是太熟悉了,以前是从小学开始学算术,现在从幼儿园就开始学算术了,从简单的加减,到复杂的乘除,都属于算术运算。

C语言的常见的算术运算符有5种，即+-*/%，分别对应数学中的加、减、乘、除和取余数操作，下面我们来实际编程看看这个几个运算符的使用。

演示:演示算术运算符的用法

一边演示一边讲解，同时注意强调编程过程的规范要求。

（3）讲解：算术表达式

用算术运算将变量或者常量连接起来，满足语言语法要求的式子。例子中的c = a + b, c = a – b……都是算术表达式。

（4）讲解 演示：自增、自减运算符

讲解：编程语言中还有一种运算叫自增(++)运算，这是一个单目运算符。何为单目运算符？引入概念：双目运算符、单目运算符、还有我们后面要学习的三目运算符，是根据操作数的不同划分的：

双目运算符的操作数有2个

单目运算符的操作数有1个

三目运算符的操作数有3个

所谓自增就是自己增1，所谓自减就是自己减1:

自增：a++ ++a 等价于 a = a + 1

自减：a-- --a 等价于a = a – 1 

自增或自减运算符放在变量的前面或者后面有什么区别呢？讲解PPT上的例子。

讲解对于多个运算符连续出现的情况，系统是如何处理的？

演示： i+++j    等价于 (i++)+j

-i+++-j  等价于 -(i++)+(-j)

但是请注意：在实际编程时，应避免编写此类容易因此歧义的代码，必要时使用括号进行区分。不要将问题复杂化，编程的世界与我们的现实世界一样，“与人方便，与己方便”，写别人更易于理解、易于维护的代码，以“代码”会友，“团结协作”，彰显个人的专业素养。

（5）讲解 演示：数据类型转化

实际编程中如果不同的数据类型碰到一起组成了表达式，结果是什么样的数据类型呢？如果不人为去处理这种特殊的情况，C语言的程序会遵守这样一个原则：自动将精度低、表示范围小的运算对象类型向精度高、表示范围大的运算对象类型转换。

在赋值运算中，赋值号两边的数据类型不同时，编译器会把右边表达式的类型转换为左边变量的类型，这可能会导致数据失真，或者精度降低；所以说，自动类型转换并不一定是安全的。

演示： 大家看这样一个例子：

这就是数据类型在自动转化时造成了数据失真，精度变低。

大家听说过亚利安 5 号（Ariane 5）运载火箭事件吗？这是编程史上臭名昭著的bug之一。1996 年 6 月 4 日，欧洲空间局（European Space Agency，ESA）发射的亚利安 5 号（Ariane 5）运载火箭在法属圭亚那的库鲁发射场发射后仅 40 秒就爆炸了。这枚火箭经过长达十年的研发，耗资 80 亿美元后进行首飞，但这一 Bug 的结果导致了 3.7 亿美元的损失。首飞失败的原因是整数溢出，这是计算机编程中一个普遍存在的错误。有人试图在 16 位空间中设置 64 位数字。所以说，在编程过程中关注每个数字的长度和大小，不要随意进行混合类型赋值，对数据关系进行细致的分析，养成“精益求精”的开发习惯。只有这样，你才能成为一个优秀的软件工程师，未来通过你的技术为国家的繁荣富强贡献自己的力量。

讲解强制类型转化：C语言提供强制类型转化，将数据类型转化成你想要的类型，上面的例子可以使用强制类型转化解决数据失真的问题。

（6）实践：给定一个三位数，通过编程分别输出个位、十位、百位。

 教师讲解思路，学生进行编码实践。

3、讲解：关系运算符 

（1）讲解：关系运算符也称为比较运算符，就是用来比较两个值（或表达式的运算结果）谁大谁小，相等还是不等于的问题。

 在编程中如何使用比较运算符呢？之前讲过数学思维和编程思维，在编程的世界中，不是让我们去比较两个值（或表达式的计算结果）究竟谁大谁小，相等或者不相等，二是用于当满足某种条件时，会怎么样？

譬如在计算器中，当你输入“+”号时，我们要对两个数做加法运算，当我们输入“*”时，我们对两个数做乘法运算，这时候我们就用到了比较运算符。

初学者对于关系运算符很容易陷入一个误区，就是使用数学思维，以为是让我们做一道数学题，去判断两个数的大小，而在编程的世界中，往往用关系运算符做条件，这一点要给学生讲明白。

（2）讲解：关系表达式，用关系运算符将运算对象连接起来的式子，运算对象可以是值也可以是表达式。

（3）讲解：关系表达式的结果是逻辑值，即真或假（对或错）。在C语言中用 0 或者1表示，满足逻辑条件即为1，不满足则为0。

（4）特别注意： 当关系表达式中含有多个关系运算符时，与数学上的表达方式是有差别的。 6>x>-3       X>-3&&X<6

（5）演示： 输入一个整数，求这个整数的绝对值。

4、讲解 演示：逻辑运算符

（1）讲解： 逻辑运算符

何为逻辑？举个例子，有两个条件（命题）“我有空”和“天气好”，我们可以通过不同的逻辑连接词把这两个条件（命题）连接成更复杂的条件，譬如：“我有空，且天气好”，“我有空或天气好”，“天气不好”……

在C语言中，用几个符号来表示这种逻辑关系，即“逻辑与”、“逻辑或”以及“逻辑非”，&& || ！。通过逻辑运算符连接起来的式子就是逻辑表达式，

接下来通过一个例子具体看下逻辑运算符是如何应用的。

演示 实践：输入一个年份，判断是否是闰年。

教师先进行演示，再让学生进行编码实践。

5、讲解 演示：条件运算符

（1）讲解：条件运算符又称之为问号运算符，它是一个三目运算符。讲解条件运算符的语法逻辑。

（2）演示： 使用条件运算符计算一个数的绝对值。

6、讲解：赋值运算符

在前面的课程中，我们看到过多个类似于a = 12的这种带“等号”的表达式，在C语言中，“=”不是 数学中的等号，我们称之为“赋值运算符”。所谓“赋值”就是把一个数（一般是常量或者是常量表达式）给一个变量，让这个变量的值等于这个常量或者是表达式的计算结果。

“=”为基本的赋值运算符，赋值运算符与其他运算符结合后称之为复合运算符，譬如，a += b 等价于a = a + b。

特别注意：不一定我们学习了复合赋值运算符，你就得用它，这两种写法虽然不同，但对结果没有任何影响，所以，如果它妨碍了你的理解，可以不用。

7、讲解： 逗号运算符 

从左向右，依次对表达式求值，最后得到表达式n 的值就是逗号表达式的值。

特别说明：除了在定义变量的时候我们使用逗号作为‘间隔符’，上面我们讲的这种用法，在实际编程中尽量不要用，为什么？因为它同样增加了程序的复杂度，降低了程序的可读性。

8、讲解 讨论： 运算符的优先级

讨论：如果多个运算符构成一个复杂的表达式，究竟改先算哪个呢？请大家以小组为单位进行讨论，挑选1-2人发表小组意见。

参考讲解：大家先看一下这个运算符优先级的表，试问一下，你能不能记得住？我反正是记不住。即便是你现在记住了，如果真正用的时候又忘了怎么办？有的同学说，百度呗。还有的同学说，我打印出来揣兜里。那多麻烦，其实很简单，大家从小学就知道，四则混合运算，先算乘除，后算加减，有括号先算括号里面的。注意“括号”，我们管它什么优先级，统统加括号不就完了嘛。复杂的优先级问题，通过一个小小的括号就解决了。未来我们可能会遇到更加复杂的工程问题，有时间换种角度，反而是一条捷径，所以大家不要只拘泥于问题本身，多动脑，多思考，多积累，“化繁为简”。

本节课讲解了库函数、各种运算符以及运算符组成的表达式，要求学生能够领会库函数的思想和意义，能够掌握各类运算符的用法，并灵活应用于编程中，能够依据运算符的基本语法规则分析程序。

课堂上通过讲解、演示、讨论、实践等多种活动，引导学生充分参与，学习目标由记忆、理解迈向高层次的应用、分析、评价层面。

课堂上各个环节融入“思政元素”，将“奉献精神”融入库函数，将“团结协作”融入编程规范，将“工匠精神”融入数据类型转换，将“化繁为简”、“灵活多变”融入运算符的优先级，已达成“润物细无声”的思政教学目标。

（1）知识目标在教学管理平台中通过课堂测试题目进行评价，学生答题，系统自动评分。

（2）能力目标通过课堂编程实践、程序分析、课堂讨论以及课后编程作业进行评价，由教师根据学生完成情况评分。

（3）思政目标通过课堂学生讨论过程、实践过程以及课后作业完成情况进行间接评价。

本节课内容相对较多，知识点比较零散，课堂上学生的实践时间较少，后续课程中可以安排一部分内容进行线上较多，线下课堂重点进行案例演示和学生实践练习，也更容易将思政元素融入其中。