第2章用C语言表达程序

1、第2C语言表达程序 2.1 C程序的结构 C程序是由若干个函数组成 其中有且只有一个主函数(main)。主函数是 程序的入口，主函数调用其它函数完成任 务，相当于把一个大任务分成若干小任务 逐块完成。 一个程序的整体思路是：“输入-处理-输出” 的模式。 在程序中需要用到像变量一类的标识符， 必须先定义后使用。 程序中通常需要用到输入输出函数，比如 键盘输入、屏幕输出，因此，希望每一个 程序的第一行都加上 #include 2.1.1 简单结构 【例2-1】输入两个整数，输出其和。 【分析】 输入：用键盘输入两个数存入变量a,b；用 函数scanf实现。 处理：直接用加法运算a+b，将结果存入

2、 变量c；“存入”用C语言的赋值操作实现。 输出：用函数 printf 向屏幕输出。 【说明】 #include 相当于把系统中的文件 stdio.h的内容插入到程序中。 程序中使用到标准输入函数scanf和标准输 出函数printf，在使用它们之前必须先声明， 而文件stdio.h中的主要内容就是对标准输入 输出函数调用格式的说明（称函数声明）， 所以通常放在程序的开头，称*.h(head)的 文件为头文件。这一行叫做“包含标准输 入输出头文件”。 C语言规定，所有标识符都必须先定义 （即规定标识符的名称和其他属性）， 后使用。如变量名、符号常量名、函数 名。 标识符的名字必须是以字母或下划

3、线开头 的字母、数字、下划线串。不能以数字开 头，也不能含有其它符号，如小数点、空 格、逗号等。apple-pric、3W、都不是一 个合法的标识符，下面几种是合法的： apple_price、ApplePrice、ApplePrice2、 W3。 标识符尽量取成有意义的名字，以便 阅读程序方便。如用max表示最大、 min表示最小、ApplePrice表示苹果的 价格等等。现在流行的匈牙利取名法， 比如fApplePrice表示苹果的价格是浮 点数(实数),不但具有实际名字的意义， 而且还具有程序设计的意义。 C语言区别标识符的大小写字母。如max 与Max是两个不同的标识符。 一对花括号表

4、示了一段语义的开始与结束。 上面这个简单程序表达了清晰的“输入-处 理-输出”的工作流程。 程序中给出适当的注释，可以使阅读程序 更容易。 /* */ 方便阅读和备忘。 / 单行注释。 【例2-2】输入两个整数，输出它们的平方和。 【分析】 输入：用函数scanf实现键盘输入两个整数， 存入变量a,b； 处理：计算a2+b2，在C语言中用a*a+b*b 表达，将计算结果存于变量square中； 输出：把第步的计算结果square输出， 用函数printf实现。 【说明】 本例多用了一个printf，目的是在程序运行 时屏幕上出现需要输入数据的提示。 变量名square比变量名c更有意义，增加

5、了程序的可读性。 本程序仍用“输入-处理-输出”的思维模 式，初学者切记此法。 2.1.2 简单函数构造与调用 一个问题可以分解为更容易解决的小问题， 把每一个小问题构造成一个函数，使程序 结构更清晰。另外，有一些问题可能会反 复用到某一个小问题，写程序时只需要构 造一个函数而反复使用。 【例2-3】圆的周长与面积。 【分析】 输入：用函数scanf实现键盘输入圆的半径r。 处理：用求圆的周长和面积的公式，计算 周长c、面积s。 输出：把上面的计算结果c和s用函数printf 向屏幕输出。 圆的半径决定了圆的性质，因此，只要输入圆 的半径，其周长和面积就容易计算了。其中 圆周率只能取近似值。

6、【说明】 如果程序运行时，用户输入的半径是一个 负数，计算还有意义吗? 为了避免这样的情 况发生需要在程序中做“判断”，后面例 题将讲到。 这里用到实数类型float,对应的输入输出函 数中也有变化。对比前面例2-1用到的整数 类型int及其输入输出格式符号(%d）的区别。 输入输出格式控制字符对应输入输出数据 的类型，在后面章节中再细讲。 #include void main( ) float r, c, s; /定义变量r为半径，c为周长， /s为面积，它们都为实数 scanf(%f, / 输入圆的半径 c = 2 * 3.1415926 * r; s = 3.1415926 * r *

7、r; printf(周长为:%f, 面积为:%fn, c, s); 在某些问题中需要反复计算不同半径的周 长和面积，可以把这两个计算专门拿出来 #include float c(float r) return 2*3.1415926*r; float s(float r) return 3.1415926*r*r; void main( ) / 主函数主函数 float r ; /* 定义变量定义变量r为半径为半径 */ scanf(%f, / 输入圆的半径输入圆的半径 printf(周长为周长为:%f, 面积为面积为:%fn, c(r), s(r) ); 上面这个程序把计算周长和面积单独定义

8、 成函数c和函数s,这两个函数只要有一个半 径给它，它就能返回一个值(用return语句返 回函数值). 函数定义的一般格式为 函数值类型函数值类型 函数名函数名(参数表参数表) /函数头函数头 /函数体函数体 语句；语句； 函数函数 参数参数 函数值函数值 图图2.2 函数接口设计函数接口设计 函数的参数可能有多个,但函数返回值最多只有一 个。 如果函数不需要返回值，则函数名前用空类型(如 上面程序的主函数用的void类型)；如果函数需要 返回值，则函数名前需明确返回值的类型，在函 数中用return实现返回值； 函数头部非常重要，它说明了一个函数的“入” 和“出”，至于函数是如何实现的，调

9、用者不关 心。上面程序中周长是如何求出来的，主函数并 不关心，这样，主函数在一个更高的层次上处理 问题，结构就更清晰了。 建议把主函数放到程序最后面，养成这样 的习惯既遵守了“先定义后使用”的规则， 又容易找到。 子函数中的参数是形式参数（形参只是说 明需要一个这种类型的数据,函数才能完成 任务。在执行该函数前形参不占用存储单 元，也没有实际的值），无所谓用什么标 识符。因此注意子函数中的r和主函数里的 变量r不是同一个东西。把子函数的参数名 改一下，上机试试结果如何 ? 系统提供给我们的函数，如printf等等，也 是这样构造的。 可以看出，子函数与主函数的结构是完全 一样的。主函数也可以使

10、用参数，主函数 由操作系统调用，因此，其参数也是由操 作系统传给主函数。如果主函数有返回值， 当然也是返回给操作系统。 定义函数的头部非常重要，如 “float c(float r)”有三部分：函数的返回值 类型、函数名、参数表。定义了函数之后， 调用这个函数就如同调用库函数一样。 2.2 常量、变量与赋值 直接写在程序代码中的数据的值是常量。 不同数据类型的主要差别是取值范围的不 同，其实质是每个数据占用的内存空间大 小不同。无论哪种数据类型，占用的空间 都是有限的。 2.2.1 预处理命令 【例2-4】球的表面积与体积。 #define PI 3.1415926 PI可以看成是一个常量标识

11、符 2.2.2 变量与内存 所谓变量，是与常量相对应的，类似数学 知识中的变元。 计算机领域里用“内存单元”理解。 一个字节(byte)的内存有8个二进制位(bit)， 能表示的无符号数为028-1,即0255共256 个无符号数。如果把这个字节里的数看成 有符号整数，则表示范围为 128127，也是256个数 C语言规定的数据类型(比如前面用到的int 和float)，实际上是告诉编译程序为变量分 配多少字节的内存空间，不同大小的内存 能表示数的范围也不一样。 使用变量就是使用内存。内存里的数据是 可以改变的，因此变量的值也是可以改变 的。但注意，尽管变量的值可以改变，在 某一时刻一个变量只

12、能存一个值，新值覆 盖旧值。 5x10y 10 x10y 图图2.4 执行执行“x=y”后，后，x原来的值被覆盖了，原来的值被覆盖了，y的值不变的值不变 变量的值也是可以复制的，如“x=y”表示 把变量y的值存入变量x中，但y的值不变， 这就是复制，如图2.4所示。 给变量赋值，实际上就是改变相应内存里的值。如 “c=a+b”，就是把a+b的结果放到变量c中去，当然，原 来c里的值就被新值所覆盖，如图2.5所示。 图图2.5 执行执行“c=a+b”后，后，a、b、c变量的变化变量的变化 5a10b20c 5x10y15c + 从变量的实质可以看出，赋值运算符的左 边必须有存放数据的地方，一般都

13、是变量 【例2-6】交换两个变量的值。 【分析】 交换两个变量的值的PAD图如图2.6所示，最 左边的竖线表示程序执行的流程，矩形框 表示执行步骤。由PAD图可以看出各步骤 从上往下执行的顺序 图图2.6 “交换两数值交换两数值”的的PAD图图 a=2 t=a a=b b=t b=3 输出输出a,b 输出输出a,b 【说明】 注意到，一行可以写多个语句，每个语句 后面必须有分号。 用图来表示内存单元数据的交换过程更直 观(如图2.7)。在执行“a = 2; b=3;”后如 图2.7(a)。注意此时变量t单元里的值是内存 原来的“残留物”，但不知道它的值具体 是多少，我们也不关心。 图图2.7

14、变量变量a和和b的值交换过程的值交换过程 2a3bt (a) 执行执行“a = 2; b=3;”后后 2a3b2t (b) 执行执行“t=a;”后后 3a3b2t (c) 执行执行“a=b;”后后 3a2b2t (d) 执行执行“b=t;”后后 计算机处理数据是一个一个地处理，如图 2.7，没有别的捷径，但计算机执行速度非 常快。 交换一对变量的值需要三个赋值语句，在 应用程序中经常需要用到“交换”操作， 一定理解并记熟。 就本题而言，交换两个变量的值，还可以 用下面三句实现，可以节省一个变量，请 读者琢磨： a = a+b; b=a-b; a=a-b; 2.3 表达式 表达式用运算符和括号将

15、运算对象连 接起来的、符合C语言语法规则的式子。 【例2-7】温度的转换：华氏温度转换成摄氏温度。 2.3.1 运算符 【说明】 阅读教学参考书 * % 关系运算符 = = != = 逻辑运算符 ! 否则如果0，则有两个不同的实根： ; 否则有一对共轭复数根： 步5：结束 2 b x a 12 22 bb xx aa 和 22 b xi aa 图图2.8 “求解一元二次方程的根求解一元二次方程的根”的的PAD图图 a=0 =0 输入输入a,b,c 0 不是一元二次方程不是一元二次方程 两个相等的实根两个相等的实根 两个实根两个实根 共轭复根共轭复根 =b24ac 2 b x a 2 b x a

16、 22 b xi aa 2.3.3 赋值表达式与变量的自增自减 x=1+2 赋值表达式 赋值表达式的值是赋值以后左边变量的值。 比如赋值表达式“x=1+2”的值是3 赋值语句就是赋值表达式后面加分号。 自增和自减 x = x +1写成变量x自增：+x或x+； x = x - 1写成变量x自减：- - x或x - -； 自增和自减也是赋值，是变量自己增1或减 1后送回自己，因此，自增自减操作只能用 在可以赋值的变量上。 自增和自减操作只是为了提高程序运行的 速度，其实完全可以用赋值来表示。 +x是先增后用，即先把x的值增加1以后再 把x拿来运算， y=+x; 相当于执行 x=x+1;y=x; x

17、+是先用后增，即先把x的值用作运算以后 再把x增加1， y=x+; 相当于执行 y=x; x=x+1; 单独使用自增的语句, +x与x+效果是相同 的 自减也是一样的道理 x = x+5，C语言中可以写成x+=5 - =、*=、/=、 变量在原来的基础上修改自己的值 注意：复合赋值运算符的运算规则与赋值 运算符一样：先对右边的表达式求值，再 做（复合）赋值运算。 复合赋值运算 2.4 基本输入输出 所有高级语言系统都将输入输出处理成子 程序放到函数库中，程序设计者只需调用 而不需过多掌握硬件性能。 2.4.1 格式输入输出 scanf(按格式扫描scan format)和printf(按指 定

18、格式打印print format ) 格式是指函数中用到的类似%d、%f等以 “%”引导的格式字符，是告诉程序以什么 样的格式输入或输出。 scanf 告诉程序需要输入什么类型的数据，并在 键盘输入结束之后敲入回车键 除了规定的格式字符以外的字符，在程序 运行时必须原样输入 scanf(%d,as%d, double y=1234.5678; printf(十进制输出:%d, %lfn,x,y); printf(加前导0的输出:%05d, %09.2lfn,x,y); printf(十六进制输出(大写字母):%Xn, x); printf(十六进制输出(小写字母):%xn, x); print

19、f(八进制输出:%on, x); 【说明】 有些编译器对输出格式%f和%lf不加区别； 八进制输出格式只能用小写字母o； 输入输出格式字符都是以“%”引导的。 如果需要在屏幕上看见一个“%”，则在程 序中须用“%”。 2.4.2 字符输入输出 特指一个字符的输入输出 字符在计算机里是用代码表示的 ASCII 每个字节代表一个字符的编码 汉字用两个字节编码 字符输入函数 getchar( ) ：键盘输入一个字符，回车以后 返回输入的字符给程序； getch( )：在键盘上按一个键，立即将按键 的字符返回给程序，但不把这个字符显示 在屏幕上。 注意：函数getch不是标准库函数，需要 conio.

20、h预处理说明。conio.h是控制台 (console)输入输出头文件。 字符输出函数 putchar( )：其参数就是待输出字符的代码 【例2-11】键盘输入字符，输出其后面的字 符。如输入A 则输出B . 【分析】 用一个变量去接收键盘的字符，再把这个 变量的值增1然后输出。我们用getch()取键 盘字符。 【程序】 【说明】 字符类型char取值是-128127,本例也可以用无 符号字符型unsigned char。 特殊字符：用引导符 给出一个字符的表示方 法，如 n 表示换行字符，其ASCII码是10。 注意，字符常量用单引号。符号 用于特殊字符 的引导符，如果想在屏幕上看见一个

21、，须在程 序中用连续两个符号 ，用单引号的 代表字符 。 本例中+c与c+是不同的。 字符的运算实际是用对应的ASCII值，如c=A,变 量c的值就是65,+c即c的值变为66,此时用 putchar(c)实际输出ASCII值为66的字符(B)。可 以理解为A与65相等。 如果接收的字符没有别的用途，可不用变 量暂存，但不能用成+getch()。因为自增 或自减是赋值运算，只针对变量操作。 #include #include void main() putchar(getch()+1); putchar(n); 2.5 基本数据类型 数据类型的用途： 明确变量的取值范围； 明确变量占用内存空间

22、大小； 编译程序检查变量在各种情形下的使用是 否合法。 2.5.1 数据在内存中的存储 类型类型标识符标识符 VC占用占用 字节数字节数 取值范围取值范围 字符型字符型char1-128 +127 无符号字符型无符号字符型unsigned char10255 (ASCII表附录表附录) 短整型短整型short int (简写简写short)2-32768+32767 无符号短整型无符号短整型unsigned short20 65535 整型整型int4-231+231-1 无符号整型无符号整型 unsigned int (简写简写unsigned) 40 232-1 (4294967295)

23、长整型长整型long int (简写简写long)4-231+231-1 无符号长整型无符号长整型unsigned long40232-1 浮点型浮点型float4(3.410-383.41038)，有效数字，有效数字7位位 双精度型双精度型double8(1.710-3081.710308)，有效数字，有效数字 15位位 长双精度型长双精度型long double10(3.410-49323.4104932)，有效数字，有效数字 18位位 2.5.2 变量的地址、用指针存取数据 变量其实就是一片内存空间。一片内存空 间实际上由两个条件决定：一是这片空间 的起始地址(首地址)，二是这片空间的长

24、度 (字节数)。 每个存储单元都有一个编号，这个编号就 是内存地址。 每个变量可能不止占用一个单元，如 double型变量占用8个单元，如图2.9. 图图2.9 double类型变量占用的空间与首地址类型变量占用的空间与首地址 变量变量a 首地址首地址&a 第一个条件，需要取得变量的首地址，比 如变量a的首地址用&a得到(&a到底是多少， 我们一般不关心其具体值)，在前面使用格 式输入函数scanf已经用到过&a； 第二个条件由变量的数据类型决定占用空 间大小。 地址有一个特别的名称叫指针；专门用于存地址 的变量就叫指针变量。 例如定义一个指向double数据的指针变量p： double *p

25、 指针变量p的值就是某一片内存的首地址，而这片 内存空间的长度由类型double决定。 如果赋值p=&a，则p的值是变量a的首地址，如图 2.10. 图图2.10 指针变量的值是内存地址指针变量的值是内存地址 &a 变量变量a 指针变量指针变量p 用变量p取得变量a的数据用*p，即*p就是a 的值。 但注意：指针变量必须指向一个确定的地 址才有意义(如上面用了“p=&a”)，否则， 如果p的值是未知区域的地址，向这片空间 存值是危险的，甚至会使得系统崩溃。 指针概念是C语言的精华，通过指针直接使 用内存的方式使设计程序非常灵活而效率 非常高，请读者多理解。更重要的是，指 针概念可以打开程序设计

26、的思路。 【例2-12】用指针存取变量的值。 【分析】 如果用指针变量p存取简单变量a的值，可用 p=&a得到变量a的地址，再用*p存或取a的 值。 【程序】 【说明】 变量定义“int a=5, *p”后，变量a有了空 间而且赋了初值5(如图2.11(a)，但变量p的 值不确定（尽管p也有值，但我们不知道它 的值到底是多少，而且可能每次运行p的值 都不一样）。 语句“p = &a”就明确了p的值，就是a 的地址(如图2.11(b)。从此，只要不改变 p 的值，p指向的地方就是变量a的空间，所 以“*p = 6”就等价于“a=6”。 图图2.11 变量与指针的关系变量与指针的关系 p 5a (

27、b) 执行执行“p=&a”后后 5a (a) 执行执行“int a=5”后后 a的首地址到底是多少呢?一般情况下，我 们并不关心变量的具体地址。但经过编译 链接以后，程序运行时操作系统会分配给 变量一个恰当的空间，也就有了地址。可 由printf(%p, &a)得到变量a的地址，或 “p = &a”后，由printf(%p,p)得到p的值， 即变量a的地址。 指针变量p也是变量，当然p也有地址，p 的地址就是指向指针的指针，因为p的空间 里装的是地址(指针)。 简单理解，指针就是地址。 2.5.3 表达式混合运算的数据类型转换 表达式混合运算的数据类型转换：向占用 空间大的数据类型转换；如果有占用空间 相同的两种类型则向实数类型(浮点型、双 精度型、长双精度型)转换，这样不至于丢 掉小数部分。 数据类型的转换有以下几种： 自然转换。当各种类型的数据混合使用在 表达式中，最后的结果是其中占用空间最 多的那种数据类型，以保证精度不降低。 如果有实数类型，最后结果是占用空间最 多的实数类型。 赋值转换。不管赋值语句的右端是什么类 型