[理学]lecture1C语言.ppt

1,C 语 言 程 序 设 计,Spring 2007,2,Lecture 1,程序设计的预备知识 硬件模型 软件模型 程序设计语言 C语言 程序设计过程 程序开发环境 阅读: Chapter 1,3,Hardware Model,冯 . 诺依曼结构,Secondary Storage,Input Devices,Output Devices,CPU,Main Memory,4,ENIAC,5,IBM Blue Gene,65536 PowerPC 440 700MHz CNK/Linux 峰值：183500GFlops 核能研究,典型应用场景,从磁盘加载程序到内存 分配资源（内存 、文件）；进程 执行 线程调度 与用户交互 I/O管理； 存储 文件系统,6,7,程序执行,隐藏硬件,8,Q1：考虑“自助旅行”和“跟团”的差别？ Q2：OS提供了什么？,BIOS和OS,BIOS（基本输入输出系统） 机器自检、引导 服务例程 OS（Operating System） 进程管理、线程调度（CPU） 内存管理 文件系统 设备管理,9,模块化不要从轮子造起,OS提供了大量公共的基础服务（API） Kernel32.dll;User32.dll;GDI32.dll。 运行时（CRT）、类库 “输入” vs “input” 竖排、自左向右等,10,11,Source code：,void main() float angle,radian ; scanf(“%f”, ,C程序基本结构,G(x,y)=f(x)+h(x,y) f(x)=x*2+3;,12,开发工具链,编辑（Editer） 编译（Complier） 独立编译 链接（Linker） 静态（lib） 动态（dll） 集成开发环境（IDE）,13,obj,exe,lib,科学和工程,科学 算法：建模，形式化工具证明 高层抽象，不同的现实问题归结为一个 eg.SNS中的好友推荐；C2B中的商品推荐 工程 架构：实现，测试工具评价 eg.C/S、B/S、P2P、云计算 粘合剂,14,I/O设备,多样化 硬件上需要扩展：总线 软件上需要抽象：统一的编程接口 如何抽象 OS提供管理机制 要理解这些机制，根据应用的目标合理选择 轮询、中断 同步、异步,15,数据存储,文件系统（File system） 数据库（Database） 关系型：SQL NoSQl,16,网络,结构：C/S、B/S 协议：TCP/IP,17,程序自身的逻辑 时间并行 vs 空间并行 靠编译器自动发现、硬件运行时调度 并行编程,计算性能（并行化）,现代Compiler的结构,小结,20,21,Program（程序）,Program 机器指令的序列，表示了某个任务在计算机上是按什么样的步骤执行的。 程序一般是存储在secondary storage (二级存储 e.g., CD or hard disk)，比如以exe文件的形式存在，在执行时，首先由OS装载到Memory（内存），再由CPU从内存中逐条的取出指令，执行，从而完成程序所表达的功能。 在整个阶段，程序都是以二进制的形式存在,22,Programming Languages (PL),谁能看懂 ?,好一点了吧?,23,PL: Machine（机器） Languages,某个CPU 仅能理解自己的机器语言= 可移植性问题 在Motorola 68000, 下面的字节序列表示一条把register D3的值移动到地址为104的贮存单元中. 在Intel 80486, 相同的字节序列表示不同的指令 代码冗长，容易出错,24,PL: Assembly（汇编） Languages,采用类似英语的助记符号 e.g. 前面的MC68000机器指令可以写成: MOVE D3, 104 更容易理解 需要一个assembler （汇编器）翻译成机器指令 不同的CPU有不同的指令集合 e.g. MOVE D3, 104 在Intel 80486中是非法的，因为其中没有一个叫D3的register（寄存器） = portability problem（可移植性问题）,25,PL: High-level（高级） Languages,接近人类语言 需要compiler/linker(编译器/链接器) 翻译成机器语言 更好的可移植性 相同的程序代码可以运行在不同的机器上 e.g. Fortran, COBOL, Pascal, Ada, Modula, C, C+, Lisp, Prolog, Java, Perl.,26,Example: 华氏转摄氏,void main() float F, C ; scanf(“%f”, ,27,PL: Compiler & Linker,Compiler 把高级语言书写的源代码（source code）转换成目标代码(object code)。 Linker 把程序的目标代码和其他 pre-compiled（预编译）的目标代码组合成可执行代码（ executable code ）,linker,compiler,source code,object code,other object code,executable code,28,C的历史,C 1972年，Bell实验室，Dennis Ritchie B 1970年，Bell实验室，Ken Thompson BCPL 1967年， Cambridge， Martin Richards,29,C 的特点,最初是为系统编程 诸如 OS (操作系统，e.g. UNIX) 和Compiler (编译器) 应用广泛，执行效率比较高 语法灵活，表达自由 容易导致一些不易检测的错误,PDP - 11,30,C: 标准化 & 库,ANSI/ISO标准: 1990 (ANSI C) C Standard Libraries (C标准库) 包含了预定义的函数 对编程的效率和代码的性能都大有益处 通常由编译器厂商(compiler vendors)提供 专有的库由厂商独立提供,31,如何进行程序设计,问题：角度转换弧度 问题细化：输入一个角度，转换成弧度，输出弧度 解决步骤： 1、输入角度 2、转换成弧度 3、输出弧度 编码 (Coding)：转换成C语言的描述 执行程序，进行验证,32,Source code：,void main() float angle,radian ; scanf(“%f”, ,33,设计流程,34,错误类型,Syntax errors (语