《C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)》課件第1章

第1章C語言程序設(shè)計概述1.1程序設(shè)計語言1.2程序設(shè)計的基本方法1.3程序設(shè)計語言的內(nèi)容體系1.4C語言的特點(diǎn)1.5基本C語言程序結(jié)構(gòu)任務(wù)一

認(rèn)識程序設(shè)計中的基本概念任務(wù)二

學(xué)習(xí)VC++6.0界面操作，了解C語言程序的組成

1.1程序設(shè)計語言

為什么要學(xué)習(xí)程序設(shè)計語言？

從計算機(jī)外部看它的工作，似乎計算機(jī)具有人的智能，能實現(xiàn)人的各種意圖。而事實上，計算機(jī)是程序控制的高度自動化的信息處理工具。要讓計算機(jī)來實現(xiàn)人的意圖，必須將意圖編寫成程序，輸入并存儲到計算機(jī)的存儲器中，只有當(dāng)計算機(jī)執(zhí)行程序時，才會表現(xiàn)出按人的意圖進(jìn)行規(guī)定的操作。也就是說，沒有程序，計算機(jī)就表現(xiàn)不出任何功能。

程序是把解決某一問題的方法步驟向計算機(jī)的表達(dá)或描述。這種表達(dá)或描述必須采用人與計算機(jī)能進(jìn)行交互的語言。這種與計算機(jī)交互的語言就是程序設(shè)計語言。

編程語言有哪些？各具有什么特點(diǎn)？

隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，程序設(shè)計語言也經(jīng)歷了不同階段的發(fā)展，出現(xiàn)了多種語言。從人與計算機(jī)的交互性而言，程序設(shè)計語言可分為低級語言和高級語言。低級語言包括機(jī)器語言、匯編語言，高級語言則分為面向過程的高級語言和面向?qū)ο蟮母呒壵Z言。

機(jī)器語言是計算機(jī)能夠直接識別的語言，它是一組二進(jìn)制編碼指令。在計算機(jī)應(yīng)用初期，人們用機(jī)器語言編寫程序。但是機(jī)器語言是冗長的二進(jìn)制代碼，難理解、難記憶、難編程，只有少數(shù)計算機(jī)專業(yè)人員才會使用。隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)語言一直朝著“人性化”的方向發(fā)展，先后出現(xiàn)了匯編語言和不同種類的高級語言。匯編語言是用一組便于人們記憶的助記符號來表示機(jī)器語言的指令。匯編語言中的一條指令對應(yīng)一條機(jī)器指令。機(jī)器語言和匯編語言都是面向具體計算機(jī)的語言，每一種類的計算機(jī)都有自己獨(dú)特的機(jī)器語言和匯編語言。由于它們依賴具體的計算機(jī)，所以被稱為“低級語言”。

高級語言不依賴于具體的計算機(jī)，是在各種計算機(jī)上都通用的程序設(shè)計語言。高級語言接近人們習(xí)慣使用的自然語言和數(shù)學(xué)語言，易于學(xué)習(xí)和使用。高級語言出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代。人們認(rèn)為，高級語言的出現(xiàn)是計算機(jī)發(fā)展史上一次驚人的成就，通過它，非計算機(jī)專業(yè)人員能方便地編寫程序，并使用計算機(jī)來解決各專業(yè)領(lǐng)域的問題。隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，高級語言又分化為面向過程的語言和面向?qū)ο蟮恼Z言。

1．面向過程的語言

所謂過程，其實質(zhì)是某個輸入集合到某個輸出集合的一個映射，可以用某種描述形式來說明這種映射的細(xì)節(jié)。從解決問題的角度來講，可以把解決問題的方式抽象為較大的過程，再把這個較大的過程分解為較小的過程，一直到具體的操作步驟。這些過程都可以用某種高級語言按照一定的順序和規(guī)則進(jìn)行描述。這種類型的程序設(shè)計語言稱為面向過程的高級語言。也就是說，用面向過程的語言編程只需根據(jù)解決問題的過程，把過程的每一步按順序用語言描述出來，也稱為基于算法的編程語言。面向過程的編程語言有BASIC、FORTRAN、COBOL、PASCAL、C、Ada、LISP等。

2．面向?qū)ο蟮恼Z言

面向?qū)ο蟮恼Z言是用客觀世界中描述事物的方法來描述一個程序要描述的事物，使程序設(shè)計更接近現(xiàn)實世界的思維方式，更簡捷高效。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計是以處理的數(shù)據(jù)為對象，根據(jù)對象的屬性與操作進(jìn)行封裝并定義接口來組織程序。常用的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言有VisualC++、VisualBasic、Dephi、Java等。計算機(jī)編程語言只是提供了一種人與計算機(jī)進(jìn)行交互的方法或工具。計算機(jī)唯一能識別的語言只有機(jī)器語言，所有非機(jī)器語言編寫的程序都要轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言，才能在計算機(jī)中執(zhí)行。這種轉(zhuǎn)換一般稱為“編譯”。編譯由系統(tǒng)軟件來完成。所以，為了方便用戶使用，任何高級語言都有一個實現(xiàn)編譯等操作功能的語言處理軟件。C語言的語言處理軟件有多種，如TouberC、VisualC++6.0等。如何將非機(jī)器語言程序轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠識別的機(jī)器語言代碼？

由非機(jī)器語言編寫的程序一般稱為源程序，能被計算機(jī)直接執(zhí)行的程序稱為可執(zhí)行程序。把一個源程序變換成一個可執(zhí)行程序，一般要經(jīng)過圖1.1所示的處理。

圖1.1源程序轉(zhuǎn)換處理步驟 1.2程序設(shè)計的基本方法

程序設(shè)計需要哪些知識與技術(shù)？

程序設(shè)計涉及多方面的知識和技術(shù)，可以將程序設(shè)計所包含的內(nèi)容表示為

程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+程序設(shè)計方法+語言工具

程序設(shè)計是以上四個方面知識的綜合運(yùn)用與貫通。事實上，這四個方面中的每一個內(nèi)容都屬于有關(guān)專門課程的范疇。本書的重點(diǎn)是通過C語言來學(xué)習(xí)程序設(shè)計，但對算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計方法應(yīng)有一個初步了解，以便于理解和設(shè)計C語言程序。1.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

1．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

何謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在程序中如何表示？

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指的是數(shù)據(jù)的組織形式，例如，字符數(shù)組、方程組系數(shù)矩陣、人員的基本信息表、反映部門組織機(jī)構(gòu)關(guān)系的樹形圖、反映網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及信息的網(wǎng)狀圖等都是不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

一般情況下，數(shù)據(jù)元素之間不是相互孤立的，常常存在某些邏輯上的聯(lián)系，這些聯(lián)系與存儲無關(guān)，獨(dú)立于計算機(jī)。我們把客觀事物本身的邏輯關(guān)系稱為邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)要能被計算機(jī)處理，就必須存儲在計算機(jī)中，把數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系在計算機(jī)內(nèi)的表示稱為數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，它是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機(jī)存儲器中的映射。

組織和存儲數(shù)據(jù)的目的是能被計算機(jī)處理，即對數(shù)據(jù)施加各種運(yùn)算。因此，可以在邏輯結(jié)構(gòu)上定義運(yùn)算集合，而在存儲結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)這些運(yùn)算。

在程序設(shè)計語言中，一般以數(shù)據(jù)類型來表示一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義一種數(shù)據(jù)類型既表示了其邏輯結(jié)構(gòu)，同時也就定義了其存儲結(jié)構(gòu)。例如C語言中整型、實型、字符型、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體與共用體等都表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2．算法

何謂算法？算法如何表示？

所謂算法，是解決某一問題所采取的方法和步驟。程序設(shè)計中的算法即把解決問題的每一步驟具體化為計算機(jī)的操作。也即算法是解決計算機(jī)在什么情況下應(yīng)該“做什么”和“怎樣做”的問題的。

軟件行業(yè)把軟件開發(fā)分為設(shè)計和編碼兩個不同的階段。所謂設(shè)計就是算法的設(shè)計，編碼則是對算法以編程語言來表示。算法的設(shè)計就是算法的分析與表示。算法設(shè)計沒有固定的模式。同一個問題可有多種算法，不同的設(shè)計者可以設(shè)計出不同的算法。下面通過一個實例來介紹算法及算法設(shè)計。例如：一個班有30個學(xué)生，要求將一門課考試成績不及格的學(xué)生的學(xué)號和成績打印出來。

假設(shè)用c表示學(xué)生的學(xué)號，ci代表第i個學(xué)生的學(xué)號，用s表示學(xué)生的成績，si代表第i個學(xué)生的成績，則問題的算法步驟如下：

(1)?1?i(相當(dāng)于設(shè)立了一個指針，先指向第一個學(xué)生)；

(2)如果si<60，則打印出學(xué)號ci和成績si，否則不打印；

(3)?i+1?i(相當(dāng)于修改指針，使其指向下一個學(xué)生)；

(4)如果i≤30，返回步驟(2)，繼續(xù)執(zhí)行，否則算法結(jié)束。算法要采用一定的形式表示出來，其目的是便于用一種計算機(jī)編程語言把算法變換成能在計算機(jī)上實現(xiàn)的程序。算法的描述有多種方式，如圖解方式、語言方式等。其中，流程圖是最容易理解的一種最基本的算法描述方法。為了使讀者在C語言學(xué)習(xí)中會分析并表示算法，下面對流程圖作一簡單介紹。

流程圖采用一些規(guī)定的圖形符號來表示相應(yīng)的處理流程。常用的圖形元素如圖1.2所示。

上例用流程圖表示則如圖1.3所示。

圖1.2流程圖中常用的圖形元素圖1.3算法流程圖流程圖的另一種表示形式是N_S圖。N_S圖是去掉流程線，把算法寫在一個框內(nèi)的流程圖。幾種基本程序結(jié)構(gòu)的N_S圖符號如圖1.4所示。圖1.3算法的N_S圖表示如圖1.5所示。

圖1.4幾種基本程序結(jié)構(gòu)的N_S圖符號圖1.5N_S圖示例1.2.2程序設(shè)計方法

程序設(shè)計的基本方法有哪些？

程序設(shè)計方法涉及非常豐富的內(nèi)容，但模塊化程序設(shè)計思想始終貫穿在所有程序設(shè)計的過程中。

模塊化程序設(shè)計方法的基本思想就是抽象和分解。

抽象是人類認(rèn)識世界的基本法則之一?，F(xiàn)實世界中的某些事物、狀態(tài)或過程之間總是存在著某些相似的方面，把這些方面集中和概括起來，暫時忽略它們之間的差異，或者說抽出事物的本質(zhì)特性而暫時不考慮其細(xì)節(jié)，這就是抽象。抽象包含了系統(tǒng)的觀點(diǎn)和分層的觀點(diǎn)，即可以把程序設(shè)計問題看成一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可用高級的抽象概念來理解和構(gòu)造，這些高級的抽象概念又可用較低級的抽象概念來理解和構(gòu)造，如此進(jìn)行下去，直到最低層次的模塊可用某種程序設(shè)計語言的語句來表示為止。

實際上，對系統(tǒng)的每一次抽象都是向更具體的方面推進(jìn)的過程，也是進(jìn)一步分解的過程。因此，在抽象的過程中，同時伴隨著分解。當(dāng)我們遇到一個較大、較復(fù)雜的問題時，不應(yīng)急于編寫程序代碼，而應(yīng)該首先把問題自頂向下、逐步分解，細(xì)化成一個個程序模塊，然后再對每一個模塊進(jìn)一步細(xì)化。處于不同層次的模塊應(yīng)該只考慮本模塊內(nèi)部的問題而不必考慮其他模塊內(nèi)部的問題，頂層模塊控制系統(tǒng)的主要功能并影響全局，底層模塊則完成對數(shù)據(jù)的具體處理。信息隱蔽和局部化是模塊化程序設(shè)計方法的另一基本思想。這一思想意即在模塊化的程序設(shè)計過程中，一個模塊內(nèi)包含的信息不能被不需要這些信息的模塊訪問。也就是說，模塊的劃分應(yīng)該遵循獨(dú)立性原則，即模塊彼此之間互相依賴的程度要小，而模塊內(nèi)部各元素彼此結(jié)合要緊密。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是程序設(shè)計的重要方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計是以模塊設(shè)計為中心的，任何簡單或復(fù)雜的算法都可以由順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)這三種基本結(jié)構(gòu)組合而成。所以，這三種結(jié)構(gòu)就被稱為程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)。

1.3程序設(shè)計語言的內(nèi)容體系

程序設(shè)計語言包括哪些基本內(nèi)容？應(yīng)以怎樣的思想方法學(xué)習(xí)程序設(shè)計語言？

程序設(shè)計語言是人與計算機(jī)進(jìn)行交互的語言。它既具有自然語言的要素和規(guī)律，又有計算機(jī)處理所要求的一些特點(diǎn)。為了從自然語言體系來聯(lián)想程序設(shè)計語言體系，圖1.6對自然語言和程序設(shè)計語言進(jìn)行了對比。從圖中可以看出，程序設(shè)計語言與自然語言具有可類比的體系內(nèi)容，但它們又有很大差別。自然語言中，在字詞及符號的基礎(chǔ)上，依據(jù)語法規(guī)則可造句。而程序設(shè)計語言中，每一條語句表示計算機(jī)內(nèi)部的一個功能操作，且有嚴(yán)格的格式規(guī)定，必須按照規(guī)定書寫，否則計算機(jī)系統(tǒng)就不能識別。程序依據(jù)算法，由相應(yīng)的功能語句構(gòu)成，要求計算機(jī)實現(xiàn)一個特定的功能。學(xué)習(xí)了簡單數(shù)據(jù)對象和簡單算法的結(jié)構(gòu)語句就可以編寫簡單程序，進(jìn)一步學(xué)習(xí)復(fù)雜數(shù)據(jù)對象、復(fù)雜算法的結(jié)構(gòu)語句就可以編寫復(fù)雜功能程序了。

圖1.6自然語言和程序設(shè)計語言的對比

1.4C語言的特點(diǎn)

為什么要學(xué)習(xí)C語言？

C程序設(shè)計語言是20世紀(jì)70年代初貝爾實驗室的D.M.Ritchie在總結(jié)之前高級語言優(yōu)、缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,并針對UNIX操作系統(tǒng)的研發(fā)而設(shè)計出的高級編程語言。隨著UNIX操作系統(tǒng)的聞名，C語言很快風(fēng)靡世界，成為最流行的程序設(shè)計語言。在C語言的發(fā)展初期，出現(xiàn)了多種版本，標(biāo)準(zhǔn)不一。1983年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ANSI)制定了C語言標(biāo)準(zhǔn)，稱為ANSIC。隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，C語言也經(jīng)歷了不斷更新與發(fā)展的過程。1990年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(InternationalStandardOrganization)將C89作為國際標(biāo)準(zhǔn)。此后又經(jīng)歷了幾次修訂與增補(bǔ)，最新的標(biāo)準(zhǔn)版本是C99。本書參照C99的標(biāo)準(zhǔn)來介紹C語言程序設(shè)計。

C語言內(nèi)部具有許多功能結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)，這些特點(diǎn)只有在學(xué)習(xí)C語言的過程中才能領(lǐng)悟，下面僅對C語言的一般特點(diǎn)作簡要介紹。

(1)語言簡潔，使用靈活，易于學(xué)習(xí)和使用。C語句接近于自然語言和數(shù)學(xué)語言，功能與語義緊密聯(lián)系，容易理解和應(yīng)用。

(2)數(shù)據(jù)類型豐富。C語言包含豐富的數(shù)據(jù)類型，涵蓋了實際中所面臨的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，幾乎不需要用戶自己定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給程序設(shè)計帶來了很大便利。

(3)數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)。C語言包含數(shù)值運(yùn)算符、字符運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符和字/位運(yùn)算符，它們與豐富的數(shù)據(jù)類型相結(jié)合，構(gòu)成了靈活多樣的表達(dá)式，可以實現(xiàn)其他高級語言難以實現(xiàn)的運(yùn)算。

(4)具有低級語言對計算機(jī)的一些硬件資源進(jìn)行控制的功能。C語言不但具有其他高級語言的功能和應(yīng)用方式，而且還兼有低級語言的許多功能，例如對存儲器或I/O端口的地址訪問、位操作等功能，不僅是通用的程序設(shè)計語言，又廣泛地應(yīng)用于系統(tǒng)軟件開發(fā)和實時控制應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。

(5)既支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，又支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計。隨著程序設(shè)計方法和技術(shù)的發(fā)展，在基本C語言的基礎(chǔ)上，又產(chǎn)生了C語言的超集C++語言，二者具有良好的兼容性和繼承性，使得基本C語言支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，C++語言支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計。學(xué)習(xí)基本C語言是學(xué)習(xí)C++的基礎(chǔ)。C語言程序可以在C++編譯系統(tǒng)中運(yùn)行，本書中的所有程序都是在VisualC++6.0環(huán)境中運(yùn)行的。

(6)生成的目標(biāo)代碼效率較高。只有匯編指令與機(jī)器碼指令一一對應(yīng)，匯編語言源程序生成的目標(biāo)代碼幾乎不包含冗余碼。一般高級語言源程序生成的目標(biāo)代碼都包含一定量的冗余代碼，C語言源程序生成的目標(biāo)代碼所包含的冗余代碼較少，其目標(biāo)代碼的效率僅比匯編語言的低10%～20%。

(7)可移植性好。C語言程序幾乎可在各種類型的計算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。

1.5基本C語言程序結(jié)構(gòu)

C語言程序是什么樣子的？C語言程序書寫有什么基本要求？

在學(xué)習(xí)有關(guān)C語言的具體內(nèi)容之前，對基本程序結(jié)構(gòu)應(yīng)有一個初步了解，這樣一方面能認(rèn)識C語言的一些特點(diǎn)，另一方面能了解一個C語言程序的基本組成，從而有助于后面的學(xué)習(xí)。下面通過一個簡單的C語言程序來說明其構(gòu)成特點(diǎn)。

1.結(jié)構(gòu)角度的C語言程序的構(gòu)成特點(diǎn)

(1)?C語言程序由函數(shù)構(gòu)成。函數(shù)是C語言程序的基本單位，是一個實現(xiàn)特定功能的程序模塊，相當(dāng)于其他語言中的子程序。一個C語言程序必須有一個主控函數(shù)(main)，程序從main()函數(shù)的第一條可執(zhí)行語句開始執(zhí)行。一個C語言程序可以包含若干個函數(shù)(系統(tǒng)提供的庫函數(shù)和用戶定義的函數(shù))，由函數(shù)調(diào)用關(guān)系形成完整的功能體系。從這個角度來說，一個C語言程序的設(shè)計，就是一個個函數(shù)及其調(diào)用關(guān)系的設(shè)計。在例1.1中，因功能簡單，所以只有一個主函數(shù)。

(2)一個函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分構(gòu)成。因為C程序中的函數(shù)是一個功能相對獨(dú)立的模塊，所以在函數(shù)首部要定義本函數(shù)被應(yīng)用的名稱及其模塊之間需傳遞的參數(shù)；函數(shù)體是功能的具體實現(xiàn)部分，函數(shù)體被一對大括號界定。具體的函數(shù)定義內(nèi)容將在后續(xù)章節(jié)中介紹。

(3)函數(shù)體中每一個語句用“；”作為結(jié)束符。也就是說，“；”是C語言程序中語句的唯一標(biāo)識。

(4)在一個C語言程序中若要調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，在程序首部應(yīng)用預(yù)處理命令#include把有關(guān)信息包含在本程序中。C語言編譯系統(tǒng)為各類標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)提供了原型定義，分別包含在擴(kuò)展名為?.h的頭文件中。使用哪一類庫函數(shù)，應(yīng)用#include把相應(yīng)的頭文件包含進(jìn)來。

(5)在C語言程序的任一語句行可以用“//”進(jìn)行注釋。注釋只是為了提高程序的可讀性，對程序的功能及處理沒有絲毫影響。注釋內(nèi)容可以采用程序員習(xí)慣的語言字符。

2.功能角度的C語言程序的構(gòu)成特點(diǎn)

從功能角度來看，一個程序就是對特定數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理，并將處理結(jié)果輸出給用戶的過程。所以，一個C語言程序應(yīng)包含提供原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出這幾個環(huán)節(jié)的操作語句。如例1.1中：

(1)“inta,b,s；”是為存儲數(shù)據(jù)定義了三個變量。在C語言程序中，一個變量代表存放一個數(shù)據(jù)的單元。

(2)“scanf("%d,%d",&a,&b)；”是提供原始數(shù)據(jù)的語句，即從鍵盤上輸入兩個運(yùn)算數(shù)。

(3)“s=a+b；”是對數(shù)據(jù)加工處理的語句，即實現(xiàn)兩數(shù)相加的運(yùn)算。

(4)“printf("sum=%d\n",s)；”是將處理結(jié)果輸送給用戶的語句。沒有這個語句，就得不到