第1章 程序设计和C语言

1.1什么是计算机程序

程序，就是一组计算机能识别和执行的指令。每一条指令使计算机执行特定的操作。只要让计算机执行这个程序，计算机就会“自动地”执行各条指令，有条不紊地进行工作。

1.2什么是计算机语言

计算机语言——计算机和人都能识别的语言

计算机语言的发展阶段：

机器语言 计算机工作基于二进制，从根本上说，计算机智能识别和接受由0和1组成的指令。在计算机发展的初期，一般计算机的指令长度为156，即以16个二进制数（0或1）组成一条指令，16个0和1可以组成各种排列组合。

这种计算机能直接识别和接受的二进制代码称为机器指令（machine instruction）。机器指令的集合就是该计算机的机器语言（machine language）。

显然，机器语言与人们习惯用的语言差别太大，难学、难记、难检查、难修改、难以推广使用、难写。因此初期只有极少数的计算机专业人员会编写计算机程序。

符号语言 为了克服机器语言的上述缺点，人们创造出符号语言（symbolic language），它用一些英文字母和数字表示一个指令，例如用ADD表示“加”，SUB代表“减”，LD代表“传送”等。

显然，计算机并不能直接识别和执行符号语言的指令，需要用一种称为汇编程序的软件，把符号语言的指令转换为机器指令。一般，一条符号语言的指令对应转换为一条机器指令。转换的过程称为：“代真”或“汇编”，因此，符号语言又称为符号汇编语言（symbolic assembler language）或汇编语言（assembler language）。

虽然汇编语言比机器语言简单好记一些，但仍然难以普及，只在专业人员中使用。

不同型号的计算机的机器语言和汇编语言是互不相通的。如，用甲机器的机器语言编写的程序在乙机器上不能使用。机器语言和汇编语言是完全依赖于具体机器特性的，是面向机器的语言。由于它“贴近”计算机，或者说离计算机“很近”，称为计算机低级语言（low level language）.

高级语言 为了克服低级语言的缺点。创造出了高级语言。第一个高级语言为Fortran语言。

这种语言功能很强，且不依赖于具体机器，用它写出的程序对任何型号的计算机都是用（或只须作很少的修改），它与具体机器距离较远，故称为计算机高级语言（high level language）。

当然，计算机也是不能够直接识别高级语言程序的，也要进行“翻译”。用一种称为编译程序的软件把用高级语言写的程序（称为源程序，source program）转换为机器指令的程序（称为目标程序，object program），然后当计算机执行机器指令程序，最后得到记过。高级语言的一个语句往往对应多条机器指令。

高级语言也经历了不同的发展阶段：

（1）     非结构化语言。早期的BASIC、FORTRAN、ALGOL等都术语非结构化语言。

（2）     结构化语言。QBASIC、FORTRAN77和C语言等。

（3）     面向对象语言。C++、C#、visual、Basic、和java等

1.3 C语言的发展及其特点

C语言主要由以下一些主要特点；

1).语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。

2).运算符丰富

3).数据类型丰富

4).具有结构化的控制语句

5).语法限制不太严格，程序设计自由度大

6).C语言允许直接访问物理地址，能进行位（bit）操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作

7).用C语言编写的程序可移植性好

8).生成目标代码质量高，程序执行效率高

1.4 最简单的C语言程序

1.4.1 最简单的C语言程序举例

例，要求在屏幕上输入以下一行信息

Hello world

编写程序：

 #include <stdio.h>                //这是编译预处理命令

 int main()                        //定义主函数
 {                            //函数开始的标志
     printf(" Hello world. ");           //输出锁指定的一行信息
     return ;                    //函数执行完毕时返回函数值0
 }                            //函数结束的标志

Hello.c

/*程序分析：

#include <stdio.h>

#include 编译预处理指令，把括号<>中的信息调入供使用

stdio.h 是系统提供的一个文件名

stdio是”standard Input & output“的缩写

文件后缀.h的意思是头文件（header file），因为这些文件都是放在程序个文件模块的开头

*/

说明:C语言允许两种注释方式：

1).以//开始的单行注释。可以嵌套使用 //xxxx//yyy

2).以/*开始，以*/结束的块式注释。不可以嵌套使用/*xxxxx/*yyyy*/zzzzz*/这是错误的，最后的*/会没有匹配的/*。

 

1.4.2 C语言程序的结构

(1) 一个程序有一个或多个源程序文件组成。

在一个源程序文件中可以包括以下3部分：

①预处理文件

②全局声明

③函数定义

(2) 函数是C语言的主要组成部分。

函数是C语言的基本单位。编写C语言的工作主要就是编写一个个函数，C语言的这种特点容易实现程序的模块化。

(3) 一个函数包括两个部分

①函数首部

int    max       (int          x ,        int             y)

函数类型 函数名  函数参数类型 函数参数名 函数参数类型 函数参数名

②函数体

函数体一般包括以下两部分

·声明部分

·执行部分

(4) 程序总是从main开始执行的

(5) 程序中对计算机的操作都是由函数中的C语言完成的。

(6) 在每个数据声明和语句的最后必须有一个分号

(7) C语言本身不提供输入输出语句

(8) 程序应当包含注释

1.5 运行C程序的步骤与方法

在编号一个C源程序后，怎样上机进行编译和运行呢？一般要经过以下几个步骤：

(1)    上机输入和编译源程序

(2)    对源程序进行编译，先用C编译系统提供的“预处理器”（又称“预处理程序”或“预编译器”）对程序中的预处理指令进行编译预处理。

编译的作用：首先是对源程序进行检查，判定它有无语法方面的错误；若有，则发出“出错信息error”。反复进行，直到没有无法错误为止。

At(Attention):语法错误能够被检查出来，不可以检查出逻辑错误。

在用编译系统对源程序进行编译时，自动包括了预编译和正式编译两个阶段。用户不必分别发出二次指令。

(3)    进行连接处理

必须把所有的编译后得到的目标模块连接装配起来，再与函数库相连接成一个整体，生成一个可供计算机执行的目标程序，称为可执行程序（executive program）。

在Visual C++中其后缀为.exe,如f.exe

(4)    运行可执行程序，得到运行结果。

1.6程序设计的任务

从确定问题到最后完成任务，一般经历以下几个工作阶段：

(1)    问题分析

(2)    设计算法

(3)    编写程序

(4)    对源程序进行编辑、编译和连接，得到可执行程序

(5)    运行程序，分析结果

(6)    编写程序文档