致大朋友
隨著科技的日益發(fā)達(dá)和計(jì)算機(jī)的普及，編程已經(jīng)成為一項(xiàng)的技能。也已經(jīng)發(fā)出了通知，要求把信息技術(shù)課程從興趣課變?yōu)楸匦拚n，并大幅度提升了學(xué)生在編程、算法方面的思維要求�？梢哉f(shuō)，編程教育已經(jīng)得到國(guó)家層面和很多有識(shí)之士的重視，并且編程學(xué)習(xí)日趨低齡化。
與此同時(shí)，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)發(fā)起并主辦的 GESP，即編程能力等級(jí)認(rèn)證（Grade Examination of Software Programming），為青少年計(jì)算機(jī)和編程學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)學(xué)業(yè)能力驗(yàn)證的平臺(tái)。GESP 覆蓋中小學(xué)全學(xué)段，符合條件的青少年均可參加認(rèn)證。GESP 旨在提升青少年的計(jì)算機(jī)和編程教育水平，推廣和普及青少年計(jì)算機(jī)和編程教育。
獲得 GESP 證書(shū)，不僅可以體現(xiàn)學(xué)生的編程水平，而且可以受到各省市重點(diǎn)中學(xué)的歡迎，比如現(xiàn)在很多重點(diǎn)中學(xué)都把獲得 GESP 作為招生條件之一。很多中小學(xué)生也趁此機(jī)會(huì)，早早地投入到了編程學(xué)習(xí)中，各種編程培訓(xùn)機(jī)構(gòu)也如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)，推出各種形式的編程培訓(xùn)課程，筆者也是在這個(gè)大潮流中投身到了中小學(xué)生編程教育之中。
在對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行編程培訓(xùn)的過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，目前市面上雖然有很多 C 書(shū)籍，但是跟 GESP 完全匹配的幾乎沒(méi)有。GESP 的考試內(nèi)容覆蓋面很廣，從計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史到計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)工作原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從編程到算法、流程圖、數(shù)據(jù)編碼，甚至還涉及GESP本身的一些考試規(guī)則等，可以說(shuō)包羅萬(wàn)象、一應(yīng)俱全，但另一方面又都不是很深。
而目前市面上的 C 書(shū)籍，不僅沒(méi)有涵蓋那么多編程語(yǔ)言之外的東西，而且沒(méi)有跟 GESP的 8 個(gè)等級(jí)適配，有些書(shū)一本就覆蓋了 GESP 一級(jí)到五級(jí)甚至六級(jí)的內(nèi)容。因而，筆者深刻感受到需要一套與 GESP 完全適配的書(shū)籍的重要性。
另外，在培訓(xùn)期間，筆者也意識(shí)到，針對(duì)成年人的教課方式不能照搬到中小學(xué)生身上。因?yàn)楹芏嘀�識(shí)點(diǎn)是存在依賴關(guān)系的，一般成年人的教課方式都是遵循點(diǎn)線面的方式并且按照邏輯順序來(lái)的，先講述各個(gè)概念，再講解它們能干什么，然后講解在實(shí)際生活中的應(yīng)用。比如，對(duì)于數(shù)據(jù)類型、變量、算術(shù)運(yùn)算，按照邏輯順序應(yīng)該先講解數(shù)據(jù)類型，然后講解變量，再講解算術(shù)運(yùn)算，因?yàn)橐�講解算術(shù)運(yùn)算，就離不開(kāi)變量，因?yàn)槌绦蛑械乃阈g(shù)運(yùn)算都是對(duì)變量的運(yùn)算；而要講解變量又離不開(kāi)數(shù)據(jù)類型，因?yàn)樽兞柯暶鲿r(shí)必須指定數(shù)據(jù)類型。
在筆者的第一期課程中，就采取了這種方式。但是發(fā)現(xiàn)小朋友們聽(tīng)得云里霧里。數(shù)據(jù)類型對(duì)大家來(lái)說(shuō)是個(gè)全新的概念，整型和長(zhǎng)整型到底有啥區(qū)別，單精度和雙精度又有什么不同？你跟他們講所占的空間不同，存儲(chǔ)方式不同，大家也是似懂非懂。然后再講變量，變量到底是個(gè)什么概念，為什么變量要有數(shù)據(jù)類型？中小學(xué)生由于知識(shí)和思維的局限，對(duì)這些概念很難掌握。加上有些孩子同時(shí)在學(xué)習(xí) Scratch 和 Python，不同的語(yǔ)言定義的數(shù)據(jù)類型并不一樣，很多概念堆在一起就會(huì)打架。
為此，在第二期課程中，筆者放棄了這種傳統(tǒng)的點(diǎn)線面的方式，先不講數(shù)據(jù)類型和變量，一上來(lái)就先講算術(shù)運(yùn)算，需要定義變量的地方就先讓大家照抄。因?yàn)榫幊痰暮诵膬r(jià)值是算法，而算法的基礎(chǔ)是運(yùn)算，NOI 最終考查的也是算法，所以運(yùn)算才是重點(diǎn)，數(shù)據(jù)類型和變量都是輔助性質(zhì)的東西。等到基本的運(yùn)算講完以后，再慢慢引入數(shù)據(jù)類型和變量的概念，大家就容易理解多了。
還有一個(gè)例子是關(guān)于布爾類型、邏輯表達(dá)式以及分支語(yǔ)句。分支語(yǔ)句需要使用邏輯表達(dá)式，而邏輯表達(dá)式的值是布爾類型的，所以要嚴(yán)格按照順序來(lái)講，則必須先講布爾類型，然后講邏輯表達(dá)式，再講分支語(yǔ)句。但是布爾類型太抽象了，如果邏輯表達(dá)式不結(jié)合具體例子，那么也講不明白。所以在講解時(shí)，筆者先講分支語(yǔ)句，即先講應(yīng)用，再講邏輯表達(dá)式，最后講布爾類型。
還有很多其他的例子，這里不一一列舉。筆者想說(shuō)的是，為了讓這些內(nèi)容便于中小學(xué)生理解，筆者花了大量的心思，有時(shí)候一節(jié)一小時(shí)的課程，準(zhǔn)備講義要花好幾天，要反復(fù)修改好幾次。但是，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這樣的講解小朋友們更容易聽(tīng)得懂時(shí)，感覺(jué)一切付出都是值得的。
中小學(xué)生是祖國(guó)的未來(lái)和希望，培養(yǎng)中小學(xué)生是整個(gè)社會(huì)的責(zé)任。筆者覺(jué)得，自己在中小學(xué)生編程培訓(xùn)方面的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)不應(yīng)該自己獨(dú)有，應(yīng)該分享給全天下從事中小學(xué)生編程培訓(xùn)的老師。于是，筆者把所有的講義整理成文字，每級(jí)一本或每?jī)杉?jí)一本，形成一個(gè)系列，希望能給大家?guī)��?lái)幫助。
基于此，這個(gè)系列最大的特點(diǎn)是與 GESP 完全適配，這也是與其他 C 書(shū)籍最大的區(qū)別。這個(gè)系列嚴(yán)格按照 GESP 的 8 個(gè)等級(jí)以及歷年的考試真題來(lái)安排內(nèi)容，這句話有兩個(gè)含義。第一，內(nèi)容的廣度跟 GESP 大綱匹配，比如一級(jí)里講到了計(jì)算機(jī)歷史、計(jì)算機(jī)組成部分，二級(jí)里會(huì)講到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和流程圖等。第二，它講解的深度跟 GESP 大綱匹配，同時(shí)又稍許超前一點(diǎn)點(diǎn)。這是因?yàn)�，GESP 的考試經(jīng)常會(huì)有一些超綱的題目，比如說(shuō)數(shù)組，在大綱里是屬于三級(jí)的，但在二級(jí)的考題里也有一些數(shù)組的影子，這就使得本書(shū)中的有些主題要在不同的級(jí)別里講解兩次，第一次比較淺，第二次比較深。
本書(shū)涵蓋的內(nèi)容
本書(shū)是這個(gè)系列中的第一本，涵蓋 GESP C 一級(jí)的大綱，包括：
? 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與編程環(huán)境。
? 計(jì)算機(jī)歷史。
? 變量的定義與使用。
? 基本數(shù)據(jù)類型（整型、浮點(diǎn)型、字符型、布爾型）。
? 控制語(yǔ)句結(jié)構(gòu)（順序、循環(huán)、選擇）。
? 基本運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）。
? 輸入輸出語(yǔ)句。
本書(shū)分成 4 部分。第一部分編程基礎(chǔ)，內(nèi)容包括 GESP 介紹、二進(jìn)制基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)硬件和發(fā)展歷史、程序的概念和編程的流程等；第二部分算術(shù)運(yùn)算，講解數(shù)據(jù)類型、變量的定義與使用、各種算術(shù)運(yùn)算、輸入輸出語(yǔ)句、位數(shù)拆分、時(shí)間轉(zhuǎn)換等；第三部分分支結(jié)構(gòu)，介紹 if-else 語(yǔ)句、switch 語(yǔ)句、邏輯運(yùn)算符、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，以及它們?cè)谄媾紨?shù)判斷、k幸運(yùn)數(shù)判斷、回文數(shù)判斷、水仙花數(shù)判斷、閏年判斷、優(yōu)等生判斷、特長(zhǎng)生判斷、凱撒加密、公約數(shù)、公倍數(shù)等方面的應(yīng)用；第四部分循環(huán)語(yǔ)句，講解 for 循環(huán)、while 循環(huán)、do-while循環(huán)，以及它們?cè)谒財(cái)?shù)判斷、完全平方數(shù)判斷、數(shù)列求和、冪運(yùn)算、階乘運(yùn)算等方面的應(yīng)用。本書(shū)的特點(diǎn)
（1）與 GESP 一級(jí)的考試大綱完全適配，前面介紹過(guò)這是本系列最大的特點(diǎn)。
（2）文風(fēng)輕松、接地氣，深入為什么的層面。本書(shū)對(duì)各種概念和語(yǔ)法娓娓道來(lái)，就像和人聊天的感覺(jué)。不像有些書(shū)籍只是把概念往那兒一放，本書(shū)仔細(xì)地講解了為什么需要引入這些概念，比如為什么要有數(shù)據(jù)類型，為什么需要定義變量，為什么需要輸出語(yǔ)句，為什么需要布爾數(shù)據(jù)類型，等等，確保大家不但知其然，而且知其所以然。
（3）數(shù)學(xué)知識(shí)先解釋。在講解各種應(yīng)用的時(shí)候，自然離不開(kāi)一些數(shù)學(xué)知識(shí)，比如什么叫素?cái)?shù)，什么叫完全平方數(shù)，什么叫平方根。為了兼顧不同年齡段的學(xué)生，本書(shū)對(duì)所有的數(shù)學(xué)知識(shí)都先解釋一遍，并反復(fù)舉例。
（4）實(shí)戰(zhàn)演練。在講解各種語(yǔ)法知識(shí)時(shí)，會(huì)通過(guò)大量的例題和練習(xí)來(lái)幫助消化，其中很多都是 GESP 真題，幾乎涵蓋了 GESP 自推出以來(lái)所有的考題。
（5）一題多解。本書(shū)對(duì)同一個(gè)問(wèn)題有時(shí)會(huì)給出多種解法，并對(duì)有些解法進(jìn)行非常詳細(xì)的解釋，比較它們的優(yōu)劣，這些解釋可能會(huì)用到一些大家還沒(méi)有學(xué)到的概念，讀者可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇閱讀或跳過(guò)。比如素?cái)?shù)的判斷，給出了 3 份代碼，前兩份效率差，但易于理解，第三份效率高，但用到了平方根的概念，低年級(jí)的小朋友理解起來(lái)就有點(diǎn)困難，這時(shí)就可以跳過(guò)第三份代碼。
（6）難易兼存。每章后面都有很多作業(yè)，這些作業(yè)有難有易，這樣各個(gè)年齡段的孩子都能各取所需，避免有些孩子望而生畏，而另一些孩子又覺(jué)得過(guò)于簡(jiǎn)單。本書(shū)中的編程題，題面描述一般都很簡(jiǎn)單，這一方面是為了節(jié)約版面，另一方面也是為了讓大部分孩子都能理解。但 GESP 的考題（包括其他信息學(xué)的競(jìng)賽）題面描述都很長(zhǎng)，非�？简�(yàn)大家的閱讀理解能力。為了盡量讓準(zhǔn)備參加 GESP 考試的孩子適應(yīng) GESP 的考試模式，本書(shū)中的部分題目也采用了場(chǎng)景式的題目描述，即先構(gòu)造一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，再延伸出一道題目，讓題目看起來(lái)很復(fù)雜。
（7）例題的連貫性。隨著知識(shí)點(diǎn)的深入，例題會(huì)越來(lái)越難，但大部分書(shū)中的例題是互不相關(guān)的。筆者覺(jué)得，雖然知識(shí)點(diǎn)越來(lái)越難，但它們是連貫的，那么例題是不是也可以連貫起來(lái)呢？在筆者的精心構(gòu)思下，創(chuàng)造出了一個(gè)連貫的主題重點(diǎn)中學(xué)的招生政策。這個(gè)政策開(kāi)始為優(yōu)等生策略，即各門功課都很優(yōu)秀，解題時(shí)使用邏輯運(yùn)算符與（&&）；然后推出特長(zhǎng)生策略，即只要有一門特別優(yōu)秀就行，解題時(shí)使用邏輯運(yùn)算符或（||）；然后推出組合招生政策，即優(yōu)等生和特長(zhǎng)生二選一，解題時(shí)需要同時(shí)使用邏輯運(yùn)算符與和或；接著又推出招生政策 2.0，加入新的課程，條件更加復(fù)雜，避免了跛腳（即有一門課特別差）的現(xiàn)象，代碼中需要用到各種邏輯運(yùn)算符以及隱式類型轉(zhuǎn)換；最后又推出招生政策 3.0，不是看一次成績(jī)，而是看幾次的平均成績(jī)，這時(shí)就需要在原來(lái)的基礎(chǔ)上添加循環(huán)。就這樣，通過(guò)一個(gè)招生的主題，把所學(xué)到的知識(shí)全部連貫在了一起。
本書(shū)的適用人群
本書(shū)是為 GESP 量身定制的，因而特別適合準(zhǔn)備參加 GESP 等級(jí)考試的學(xué)生，以及從事 GESP 編程培訓(xùn)的老師。同時(shí)由于本書(shū)結(jié)構(gòu)上的安排，對(duì)于那些不以考試或競(jìng)賽為目的的學(xué)生來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)很好的選擇。對(duì)于編程老師，每章基本上對(duì)應(yīng)兩課時(shí)（按 1 小時(shí) 1 課時(shí)計(jì)算），對(duì)于自學(xué)編程的學(xué)生，則可根據(jù)自己的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)度。
除課后作業(yè)外，書(shū)中有很多例題和練習(xí)，分成 3 類：
【例題】：這類題目是正文內(nèi)容的一部分，以老師講解或者自己看書(shū)為主，并不要求大家自己解答。
【真題解析】：這類題目跟例題一樣，以老師講解為主，區(qū)別在于這些題目是以往考試的真題。
【課堂練習(xí)】：這類題目是給學(xué)生練習(xí)的，學(xué)生先自己做，然后老師再講解答案。對(duì)于自學(xué)的學(xué)生，也應(yīng)該先自己嘗試解答，然后再看答案。
所有的課后作業(yè)都附帶了答案，在本書(shū)的最后。
本書(shū)另外附帶 PPT 課件和視頻講解，供大家參考，掃描封底的本書(shū)資源二維碼即
可獲得這些資源。
致謝
特別感謝中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì) GESP 組委會(huì)主席王延平教授、《軟件簡(jiǎn)史》和《軟件調(diào)試》作者暨格蠹科技創(chuàng)始人張銀奎老師、Boolan 首席咨詢師及 C 專家吳詠煒老師，感謝你們?cè)诎倜χ�中為本�?shū)撰寫(xiě)推薦語(yǔ)，你們的專業(yè)認(rèn)可給予我莫大的鼓舞。
誠(chéng)摯感謝清華大學(xué)出版社編校團(tuán)隊(duì)，感謝你們的專業(yè)支持，使本書(shū)得以順利出版；特別感謝王中英編輯，您不厭其煩地協(xié)助文字潤(rùn)色、圖片編輯和版面設(shè)計(jì)，為本書(shū)的品質(zhì)提供了堅(jiān)實(shí)保障。
衷心感謝國(guó)網(wǎng)湖南省岳陽(yáng)公司高級(jí)工程師余捻宏老師，是您的啟發(fā)和鼓勵(lì)，讓我萌生了將教學(xué)心得整理成書(shū)的想法。感謝學(xué)生家長(zhǎng)趙娟、朱博淵、阮小芬、黃婷婷、嚴(yán)翠紅、羅文浩、商晶瑩等，感謝你們對(duì)我編程培訓(xùn)工作的鼎力支持，感謝你們?cè)敢馀c我分享孩子成長(zhǎng)的喜悅和生活點(diǎn)滴。
還要感謝我的妻子陶娟女士和我的兒子，感謝他們?cè)谏�活中的陪伴，感謝妻子為我做默默無(wú)聲的后勤工作，才讓本書(shū)能夠盡早跟大家見(jiàn)面。祝愿我們永遠(yuǎn)幸福、健康、快樂(lè)。
書(shū)中引用的真題解析，都來(lái)自 CCF 歷年的 GESP 試卷，書(shū)中部分圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，在此一并表示感謝！
最后，由于時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免有錯(cuò)誤疏漏之處，還請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
沈根成
2025 年 4 月 18 日于上海聯(lián)航路盛格塾

致小朋友
小朋友們，大家好！你聽(tīng)說(shuō)過(guò)編程嗎？編程就是在電腦上編寫(xiě)代碼來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，比如算一算你今年一共收了多少壓歲錢，或者你這次考試，各門功課加起來(lái)一共考了多少分，或者如果你很厲害，還可以編一個(gè)小游戲。想一想吧，你不再需要拿出紙和筆，把數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，列個(gè)豎式來(lái)計(jì)算。你只要打開(kāi)電腦，運(yùn)行你編寫(xiě)的程序，把數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，它就能幫你計(jì)算出結(jié)果。而且你只要編寫(xiě)一次，以后可以反復(fù)使用。這是多么神奇和有趣的事情��！
實(shí)際上，上面所列舉的只是兩個(gè)很簡(jiǎn)單的例子。編程的應(yīng)用非常廣泛，如今我們的生活早就離不開(kāi)程序了。我們跟別人聊天溝通使用的微信是一個(gè)程序，我們?cè)诰W(wǎng)上購(gòu)物時(shí)進(jìn)入的淘寶網(wǎng)站是一種程序，我們寫(xiě)文章使用的 Word、做講義使用的 PPT 都是程序，甚至在我們的各種家電設(shè)備中，都有小程序存在。另外，我們?nèi)绻�想要讓電腦模擬人類來(lái)思考，更是離不開(kāi)程序。
編程不光神奇和有趣，學(xué)習(xí)編程還有很多好處。編程可以讓大家養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧?xí)慣，編寫(xiě)代碼時(shí)，要求大家嚴(yán)格按照代碼規(guī)范來(lái)書(shū)寫(xiě)，不可以有半點(diǎn)馬虎。編程能提高大家的抽象思維和想象的能力，編程時(shí)我們往往要在腦海里構(gòu)思一幅圖畫(huà)，想清楚代碼的結(jié)構(gòu)，使用什么算法等。編程也能提高大家的總結(jié)能力和舉一反三的能力，通過(guò)分析不同題目的代碼，找出其中的規(guī)律，可以總結(jié)出一個(gè)結(jié)論，進(jìn)而就能解決類似的問(wèn)題。編程還能提高大家的創(chuàng)新能力，通過(guò)對(duì)同一道題目采用不同的解法，打開(kāi)我們的思路，讓我們的大腦變得更加靈活。
此外，編程對(duì)小朋友們的升學(xué)也有實(shí)實(shí)在在的好處。通過(guò)學(xué)習(xí)編程，去參加編程能力等級(jí)認(rèn)證（即 GESP）考試，獲得 GESP 證書(shū)，就可以輕松進(jìn)入你喜歡的重點(diǎn)中學(xué)。如果沿著這條路走下去，后續(xù)參加全國(guó)青少年信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽（NOI）并獲獎(jiǎng)，那么像北大、清華這樣的高等名校就會(huì)向你拋來(lái)橄欖枝。
編程有好幾種語(yǔ)言可以選擇，到底應(yīng)該選擇哪種語(yǔ)言呢？其實(shí)這并沒(méi)有絕對(duì)的答案，GESP 一～四級(jí)的認(rèn)證可以選擇 3 種語(yǔ)言：Scratch、Python、C 。Scratch 有點(diǎn)類似搭積木，在游戲中學(xué)習(xí)編程，適合低年級(jí)的小朋友。但是 GESP 五～八級(jí)就沒(méi)有 Scratch 了，只剩Python 和 C ，其中 Python 簡(jiǎn)單易學(xué)，初學(xué)者容易上手。但是到了 NOI 競(jìng)賽，又只能選擇 C 了。所以綜合考慮下來(lái)，筆者覺(jué)得不如一開(kāi)始就學(xué)習(xí) C 。
那么，如何才能學(xué)好 C 編程呢？一本好的教材是必要的。雖然目前市面上有不少關(guān)于少兒編程的書(shū)籍，但是完全跟 GESP 考試大綱吻合的還沒(méi)有。本書(shū)是完全按照 GESP考試大綱編排的教程，涵蓋了 GESP 一級(jí) C 的所有內(nèi)容。本書(shū)在講解各個(gè)概念時(shí)，盡量使用小朋友們能夠看得懂的語(yǔ)言，并且列舉了大量的例子。本書(shū)有大量的真題解析，這些真題全部來(lái)自 GESP 的試卷。本書(shū)也配有很多課后作業(yè)，這些作業(yè)難度有深有淺，大家可以根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)選擇。如果小朋友們想自學(xué)的，本書(shū)也附帶視頻講解，只需掃描封底的二維碼就可以找到視頻鏈接。
本書(shū)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是大部分章節(jié)的最后都會(huì)有延伸閱讀，這些延伸閱讀的內(nèi)容大多是一些有趣的小故事，可以幫助大家理解本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容，同時(shí)拓寬大家的視野。比如在講解閏年判斷的時(shí)候，延伸閱讀部分就講解了閏年的形成原因；在講解水仙花數(shù)判斷的時(shí)候，延伸閱讀部分就介紹了自冪數(shù)的知識(shí)。
最后，希望小朋友們喜歡這本書(shū)，希望每個(gè)小朋友都能成為編程高手！
沈根成
2025 年 4 月 18 日于上海聯(lián)航路盛格塾