《第1章C語(yǔ)言概述》

1、第1章 C語(yǔ)言概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)（稱(chēng)為裸機(jī)）是計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件系統(tǒng)則是計(jì)算機(jī)的靈魂所在。所有的軟件都是用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展經(jīng)歷了從機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言的歷程，而C語(yǔ)言正是眾多高級(jí)語(yǔ)言中的一種。C語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它適合作為系統(tǒng)描述語(yǔ)言，既可用于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，也可用于編寫(xiě)用戶(hù)應(yīng)用軟件。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的改進(jìn)和發(fā)展，C語(yǔ)言的應(yīng)用范圍已經(jīng)相當(dāng)廣泛，它是目前國(guó)際上廣泛流行的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言之一。1.1 C語(yǔ)言產(chǎn)生的歷史背景1C語(yǔ)言的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程由于匯編語(yǔ)言程序依賴(lài)于計(jì)算機(jī)硬件，其可讀性和可移植性差，而一般的高級(jí)語(yǔ)言又難以

2、實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的直接操作，于是人們希望有一種能對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行直接操作的高級(jí)程序語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。1972年至1973年間，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的D.M.Ritchie在B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了C語(yǔ)言的雛形。最初的C語(yǔ)言保持了B語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，它只是為了描述和實(shí)現(xiàn)UNIX操作系統(tǒng)而提供的一種工作語(yǔ)言。后來(lái)C語(yǔ)言多次做了改進(jìn)，直到1975年NUIX第6版發(fā)布后，C語(yǔ)言的突出優(yōu)點(diǎn)才引起人們的普遍注意。1978年以后，C語(yǔ)言先后移植到大型、中型、小型和個(gè)人計(jì)算機(jī)上，已獨(dú)立于UNIX了。從此開(kāi)始C語(yǔ)言便很快風(fēng)靡全世界，成為世界上應(yīng)用最廣泛的幾種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一。2C語(yǔ)言的幾種不同版本 目前常見(jiàn)

3、的C語(yǔ)言系統(tǒng)有Turbo C/C+，Borland C+，MS（Micro Software）C+和Visual C+ 等，他們都是以ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）C為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并包含了C的幾乎所有功能。本書(shū)選定的上機(jī)運(yùn)行環(huán)境是Visual C+6.0系統(tǒng)。1.2 C語(yǔ)言的特點(diǎn)一種語(yǔ)言之所以能生存和發(fā)展，并具有較強(qiáng)的生命力，總是有其不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)。C語(yǔ)言的主要特點(diǎn)如下。（1）語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活。C語(yǔ)言共有32個(gè)關(guān)鍵字（見(jiàn)附錄B），9種控制語(yǔ)句，C程序書(shū)寫(xiě)形式自由，主要用小寫(xiě)字母表示，壓縮了一切不必要的成分。C程序語(yǔ)言簡(jiǎn)練，源程序短，減少了程序輸入的工作量。（2）運(yùn)算符豐富。

4、C語(yǔ)言共有44種運(yùn)算符（見(jiàn)附錄C），C語(yǔ)言把括號(hào)、賦值和強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理，從而使C語(yǔ)言的運(yùn)算類(lèi)型及其豐富，表達(dá)式類(lèi)型多樣化。（3）數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富，具有現(xiàn)代語(yǔ)言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。C語(yǔ)言提供的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：整形、浮點(diǎn)型、字符型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體類(lèi)型、共用體類(lèi)型等，能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如鏈表、樹(shù)、棧等）的運(yùn)算。（4）具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如ifelse語(yǔ)句、while語(yǔ)句、dowhile語(yǔ)句、switch語(yǔ)句、for語(yǔ)句）。C程序以函數(shù)作為基本模塊單位，便于實(shí)行程序的模塊化設(shè)計(jì)。（5）語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。在書(shū)寫(xiě)C語(yǔ)言源程序時(shí)不像FORTRAN語(yǔ)言那樣有嚴(yán)格的

5、格式要求，其書(shū)寫(xiě)形式比較隨意。比如在C程序中，一行可以寫(xiě)多個(gè)語(yǔ)句，也可以將一個(gè)語(yǔ)句分成多行來(lái)寫(xiě)。（6）C語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址。在C語(yǔ)言程序中能進(jìn)行位（bit）操作，能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的大部分功能，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作。因此C語(yǔ)言既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，可用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)軟件。C語(yǔ)言既是成功的系統(tǒng)描述語(yǔ)言又是通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。（7）生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。C語(yǔ)言一般只比匯編程序的目標(biāo)代碼效率低10%到20%。（8）用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序可移植性好。C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，基本上不做任何修改就能用于各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和各種操作系統(tǒng)。在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，1983年貝爾實(shí)驗(yàn)室又推

6、出了C+語(yǔ)言。C+語(yǔ)言進(jìn)一步擴(kuò)充和完善了C語(yǔ)言，C+是一種面向?qū)ο蟮母呒?jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C語(yǔ)言是C+語(yǔ)言的基礎(chǔ)，C+語(yǔ)言和C語(yǔ)言在很多方面是兼容的。掌握了C語(yǔ)言，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)C+語(yǔ)言就更容易了，并能達(dá)到事半功倍的效果。1.3 簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序介紹1.3.1 幾個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序舉例【例1.1】編寫(xiě)C程序，在屏幕顯示輸出一行信息“這是我的第一個(gè)C程序！”。#include “stdio.h” /*包含標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)函數(shù)的頭文件stdio.h */void main() /*主函數(shù)頭部分*/ /*主函數(shù)開(kāi)始*/printf(“這是我的第一個(gè)C程序！n”); /*調(diào)用庫(kù)函數(shù)printf()輸出一個(gè)字符

7、串*/ /*主函數(shù)結(jié)束*/程序中，第一行的作用是把標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)函數(shù)的頭文件stdio.h包含進(jìn)來(lái)，以便在下面的程序中調(diào)用它們（比如printf()函數(shù)）。C語(yǔ)言程序是由函數(shù)組成，其中主函數(shù)main()有且僅有一個(gè)。在程序中void main()表示主函數(shù)返回類(lèi)型為空類(lèi)型，而在花括號(hào)中的內(nèi)容為主函數(shù)的函數(shù)體部分，在函數(shù)體中調(diào)用了stdio.h中的輸出函數(shù)printf()用來(lái)輸出一行字符?！纠?.2】編寫(xiě)C程序求兩個(gè)整數(shù)之和123+456，并顯示輸出結(jié)果。#include “stdio.h”void main() /*函數(shù)頭部分*/ int a,b,sum; /*定義3個(gè)整形變量a,b,sum*

8、/ a=123; b=456; /*為變量a,b分別賦值123和456*/ sum=a+b; /*求a,b的和到sum中*/ printf(“sum is: %d n”,sum); /*調(diào)用printf函數(shù)輸出：sum si:*/ 【例1.3】通過(guò)調(diào)用自定義函數(shù)求兩個(gè)數(shù)中的較大者。#include “stdio.h” /*包含標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)函數(shù)的頭文件stdio.h*/ int max(int x,int y) /*函數(shù)max()的作用為輸入兩個(gè)整形返回一個(gè)整形*/ int c=x; /*定義一個(gè)整形變量c并賦于初值為x的值*/ if(cy)c=y; /*使c為x,y中的最大值*/ retur

9、n(c); /*返回變量c的值*/void main() /*主函數(shù)首部*/ int a,b,c; /*定義3個(gè)整形變量a,b,c*/ scanf(“%d,%d”,&a,&b); /*調(diào)用庫(kù)函數(shù)scanf()從鍵盤(pán)輸入兩個(gè)整形變量a,b的值*/ c=max(a,b); /*調(diào)用自定義函數(shù)max()返回a,b的最大值到變量c中*/ printf(“最大數(shù)是：%dn”,c); /*調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)printf()輸出“最大數(shù)是：”*/1.3.2 C程序的特點(diǎn)根據(jù)以上幾個(gè)簡(jiǎn)單例子，下面給出C語(yǔ)言源程序的組成和運(yùn)行特點(diǎn)。1C程序的構(gòu)成C程序是由程序源文件組成的，每個(gè)程序文件都是由函數(shù)構(gòu)成的，函數(shù)是C程序的

10、基本單位。在一個(gè)C程序中，有且僅有一個(gè)主函數(shù)main()，同時(shí)還可以包含若干個(gè)其它函數(shù)。C語(yǔ)言程序的這種特點(diǎn)使得容易實(shí)現(xiàn)程序的模塊化。2C程序中函數(shù)之間的關(guān)系在C程序中主函數(shù)main()可以調(diào)用其它函數(shù)，反之不然；其它函數(shù)之間可以相互調(diào)用。程序中的所有函數(shù)都是獨(dú)立的，即不能在一個(gè)函數(shù)中包含另一個(gè)函數(shù)。3C程序中函數(shù)的來(lái)源C程序中的函數(shù)由兩部分組成，即庫(kù)函數(shù)和用戶(hù)自定義函數(shù)。ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）C提供的庫(kù)函數(shù)有300多個(gè)，使用庫(kù)函數(shù)時(shí)要先用#include命令將其所在函數(shù)庫(kù)的頭文件包含進(jìn)來(lái)；在調(diào)用自定義函數(shù)時(shí)，要先定義后使用。4C程序中一個(gè)函數(shù)的組成（1）函數(shù)首部 函數(shù)首部為該函數(shù)代碼

11、的第1行，包括函數(shù)類(lèi)型、函數(shù)名、函數(shù)形參類(lèi)型、形參名。例如，在【例1.3】中求最大值的函數(shù)首部為：int max(int a,int b)，其中每一部分的含義如圖1-1所示。（2）函數(shù)體 函數(shù)體為函數(shù)首部下面一對(duì)花括號(hào)即內(nèi)部的語(yǔ)句部分。如果一個(gè)函數(shù)內(nèi)有多對(duì)花括號(hào)，則最外層的一對(duì)為函數(shù)體的范圍。函數(shù)體內(nèi)一般包括以下兩個(gè)部分：聲明部分: 在聲明部分定義所有用到的變量和聲明程序中所有調(diào)用的自定義函數(shù)。執(zhí)行部分: 執(zhí)行部分由若干個(gè)語(yǔ)句組成，用以完成該函數(shù)的特定功能。例如，在【例1.2】中主函數(shù)的第2行：“int a,b,sum;”為聲明部分，第3、4、5行為執(zhí)行部分。5C程序的執(zhí)行過(guò)程 一個(gè)C程序總是

12、從主函數(shù)main()中的第一個(gè)語(yǔ)句開(kāi)始執(zhí)行，到主函數(shù)的最后一個(gè)語(yǔ)句運(yùn)行結(jié)束，而不論main()在程序中的位置如何。6C程序的書(shū)寫(xiě)格式 在C程序中，一行可以寫(xiě)多個(gè)語(yǔ)句也可以將一個(gè)語(yǔ)句分成幾行來(lái)寫(xiě)。每個(gè)語(yǔ)句的最后必須有一個(gè)分號(hào)“；”作為該語(yǔ)句的結(jié)束標(biāo)記。7C程序的輸入與輸出C語(yǔ)言本身沒(méi)有專(zhuān)用的輸入和輸出語(yǔ)句，C語(yǔ)言系統(tǒng)的輸入和輸出（i/o）操作是通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出庫(kù)函數(shù)：printf()、scanf()、getchar()、putchar()等來(lái)完成的，在調(diào)用這些庫(kù)函數(shù)前要先用命令“#include”將函數(shù)所在的頭文件stdio.h包含進(jìn)來(lái)。C語(yǔ)言的這一特點(diǎn)使得C語(yǔ)言源程序的規(guī)模變小，編譯程序簡(jiǎn)

13、單，同時(shí)增加了程序的可移植性。8C程序的注釋在編寫(xiě)C語(yǔ)言源程序時(shí)，可以對(duì)程序的任何部分進(jìn)行注釋。在程序中加上必要的注釋說(shuō)明可以增加程序的可讀性。在C+環(huán)境中有以下兩種注釋語(yǔ)句格式：（1）塊注釋 在塊注釋中以“/*”表示塊注釋開(kāi)始，以“*/”表示塊注釋結(jié)束。例如：/*語(yǔ)句“printf(“a=%d,b=%dn”,a,b);”表示輸出整形變量a、b的值*/（2）行注釋 行注釋只能在C+運(yùn)行環(huán)境中使用，行注釋以“/”表示注釋開(kāi)始，本行中/后面的內(nèi)容為注釋部分。例如：/語(yǔ)句“printf(“a=%d,b=%dn”,a,b);”表示輸出整形變量a、b的值1.4 C語(yǔ)言程序的編輯與運(yùn)行方法介紹1.4.1

14、運(yùn)行C語(yǔ)言程序的步驟前面已經(jīng)列舉了幾個(gè)C語(yǔ)言源程序。所謂程序，是一組計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令的集合，其中每條指令使計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定的操作。用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)為源程序。由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和執(zhí)行由0和1組成的二進(jìn)制指令，而不能識(shí)別和執(zhí)行用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的指令。為此，在源程序運(yùn)行之前必須用相應(yīng)的編譯程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制的目標(biāo)程序，然后再將該目標(biāo)程序與系統(tǒng)中的庫(kù)函數(shù)以及其它目標(biāo)程序連接起來(lái)形成可執(zhí)行程序。在Visual C+6.0中，C語(yǔ)言程序的運(yùn)行過(guò)程是：（1）上機(jī)編輯C語(yǔ)言源程序代碼文件(file.cpp)（2）對(duì)源程序文件進(jìn)行編譯生成目標(biāo)程序(file.obj)（3）將目標(biāo)程序、程

15、序中的庫(kù)函數(shù)進(jìn)行連接生成可執(zhí)行程序(file.exe)（4）運(yùn)行可執(zhí)行程序得到結(jié)果。如果程序的運(yùn)行結(jié)果不正確或編譯時(shí)存在語(yǔ)法錯(cuò)誤等問(wèn)題，都要從修改源程序開(kāi)始重復(fù)上面的各個(gè)步驟，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。以上程序的執(zhí)行過(guò)程如圖1-2所示。1.4.2 使用Visual C+6.0編輯和運(yùn)行C語(yǔ)言程序1進(jìn)入Visual C+6.0的集成環(huán)境（1）在Windows操作系統(tǒng)的桌面菜單中點(diǎn)擊開(kāi)始（2）在開(kāi)始菜單中點(diǎn)擊所有程序子菜單（3）在所有程序菜單中點(diǎn)擊Microsoft Visual Studio 6.0子菜單（4）在Microsoft Visual Studio 6.0菜單中點(diǎn)擊Microsoft Vi

16、sual C+ 6.0子菜單，如圖1-3所示。此時(shí)進(jìn)入Visual C+ 6.0的集成環(huán)境如圖1-4所示。2在Visual C+6.0中建立程序所在的工程（1）點(diǎn)擊圖1-4中的文件子菜單（2）在文件菜單中點(diǎn)擊新建子菜單（3）點(diǎn)擊新建菜單中的工程子菜單，此時(shí)進(jìn)入Visual C+ 6.0的工程集成環(huán)境如圖1-5所示。（4）在工程菜單中選中Win32 Console Application選項(xiàng)（5）在平臺(tái)菜單中選中Win32（6）在位置菜單中輸入工程所在的目錄（本文為：D:VC60）（7）在工程名菜單中輸入工程名（本文為：C程序2010）（8）單擊確定選中An empty project單擊完成單

17、擊確定后就建立了一個(gè)名為“C程序2010”的工程。該工程的主窗體如圖1-6所示。3進(jìn)入VC+6.0的集成編輯環(huán)境（1）在圖1-6中點(diǎn)擊文件子菜單進(jìn)入文件子窗體如圖1-7所示。（2）在文件菜單中選中C+ Source File（3）文件名菜單中輸入源文件名（本文中輸入：ch1.cpp）（4）選中添加工程（5）單擊確定后就進(jìn)入了對(duì)源程序文件的編輯界面如圖1-8所示。4源程序ch1.cpp的編輯、編譯、運(yùn)行（1）在圖1-8的窗體中輸入【例1.1】的程序（2）點(diǎn)擊編譯窗體中的構(gòu)建C程序2010.exe或快捷鍵F7，進(jìn)行編譯和連接生成可執(zhí)行程序。其編譯過(guò)程如圖1-9所示。（3）在以上操作無(wú)誤的情況下點(diǎn)擊

18、窗體中的“！”或快捷鍵Ctrl+F5運(yùn)行該程序。結(jié)果如圖1-10所示。如果發(fā)現(xiàn)有語(yǔ)法錯(cuò)誤或運(yùn)行結(jié)果不正確，就要重新修改源程序，并重復(fù)上述（1）、（2）、（3）的步驟，直至得到正確的結(jié)果為止。1.5 習(xí) 題一、選擇題1以下并非C語(yǔ)言特點(diǎn)的是（ ）。 A. C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔和緊湊 B. 能夠編寫(xiě)出功能復(fù)雜的程序 C. C語(yǔ)言可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作 D. C語(yǔ)言的可移植性好2一個(gè)C程序的執(zhí)行是（ ）。 A. 從main()函數(shù)開(kāi)始，直到main()函數(shù)結(jié)束 B. 從第一個(gè)函數(shù)開(kāi)始，直到最后一個(gè)函數(shù)結(jié)束 C. 從main()函數(shù)開(kāi)始，直到最后一個(gè)函數(shù)結(jié)束 D. 從第一個(gè)語(yǔ)句開(kāi)始，直到最后一個(gè)語(yǔ)句結(jié)束3在一個(gè)

19、C程序中，main()函數(shù)的位置（ ）。 A. 必須放在它所調(diào)用的函數(shù)之后 B. 可以在程序的任意位置 C. 必須作為程序的最后一個(gè)函數(shù) D. 必須是程序的第一個(gè)函數(shù)4一個(gè)C程序是由（ ）組成的。 A. 一個(gè)或多個(gè)函數(shù) B. 若干個(gè)主函數(shù) C. 若干個(gè)子程序 D. 一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序5以下說(shuō)法中正確的是（ ）。 A. 在執(zhí)行C程序時(shí)不是從main()函數(shù)開(kāi)始的 B. C程序的書(shū)寫(xiě)格式限制嚴(yán)格，一行內(nèi)必須寫(xiě)一條語(yǔ)句 C. C程序的書(shū)寫(xiě)格式比較自由，寫(xiě)一條語(yǔ)句可以分成多行書(shū)寫(xiě) D. 在C程序中每行寫(xiě)一條語(yǔ)句，并且要求有行號(hào)二、填空題6一個(gè)C源程序有（ ）個(gè)main()函數(shù)和（ ）個(gè)其它函數(shù)。7一條C語(yǔ)句必須以（ ）結(jié)束。8組成C語(yǔ)言源程序的基本單位是（ ）。9C編譯程序的功能是（ ）。10本章中討論的3類(lèi)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是（ ）語(yǔ)言、（ ）語(yǔ)言和（ ）語(yǔ)言。11把高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序的過(guò)程稱(chēng)為（ ）。12開(kāi)發(fā)一個(gè)C語(yǔ)言程序可以分為