C语言程序设计课件 第1章 初识C语言和程序设计

第1章初识C语言和程序设计第1章初识C语言和程序设计1.1.1C语言的发展及特点1.1.2程序设计语言的发展1.1.3程序设计语言的功能1.1C语言概述第1章初识C语言和程序设计C语言是目前国际上最流行的计算机高级语言之一，既可以用来编写系统软件，也可以用来编写应用软件，集汇编语言和高级语言的优点于一身。1．C语言的发展史C语言的原型是ALGOL60语言。1963年，剑桥大学将ALGOL60语言发展成为CPL（CombinedProgrammingLanguage）。1967年，剑桥大学的马丁·理查德（MartinRichard）对CPL进行了简化，于是产生了BCPL（BasicCPL）。1970年，美国贝尔实验室的肯·汤姆森（KenThompson）将BCPL进行了修改，并为它起了一个有趣的名字“B语言”，意思是将CPL语言中的精华提炼出来，并且他用B语言写了第一个UNIX操作系统。1973年，美国贝尔实验室的丹尼斯·瑞切（DennisM·Ritchie）在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他用BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，即C语言。C语言的诞生是和UNIX操作系统的开发密不可分的。原先的UNIX操作系统都是用汇编语言写的。1973年，UNIX操作系统的核心用C语言改写，从此以后，C语言成为编写操作系统的主要语言。为了推广UNIX操作系统，1977年，DennisM·Ritchie发表了不依赖于具体机器系统的C语言编译文本《可移植的C语言编译程序》。C语言是一种结构化语言。它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护，同时表现能力和处理能力极强。C语言不仅具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类复杂的数据结构，还可以直接访问内存的物理地址，进行位（bit）一级的操作。由于C语言实现了对硬件的编程操作，因此C语言集高级语言和低级语言的功能于一体，既可用于系统软件的开发，也适合于应用软件的开发。此外，C语言还具有效率高、可移植性强等特点，因此被广泛地移植到了各类型计算机上，从而形成了多种版本的C语言。1.1C语言概述1.1.1C语言的发展及特点第1章初识C语言和程序设计随着微型计算机的日益普及，出现了许多C语言版本。由于没有统一的标准，使得这些C语育之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况，1978年，布瑞恩·科尼森（BrianW·Kernighian）和DennisM·Ritchie出版了名著《C语言程序设计》（TheCProsrammingLanguage），从而使C语言成为当时世界上广泛流行的程序设计语言。1983年，美国国家标准协会（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）在此基础上制定了一个C语言标准，称之为ANSIC。随着C语育被广泛关注与应用、ANSIC标准于1989年发布，该标准一般被称为ANSIC/ISOMandardC，成为现行的C语言标准，而且C语言也随之成为最受欢迎的语言之一，许多著名的系统软件都是用C语育编写的。1995年出现了C++语言。C++在ANSIC的基础上增加了一些库函数。进一步扩充和完善了C语言，成为一种面向对象的程序设比语言。C++目前流行的最新版本是MicrosoftVisualC++6.0，提出了一些更为深人的概念，它所支持的面向对象概念很容易将问题空间直接映射到程序空间，为程序员提供了一种与传统结构程序设计不同的思维方式和编程方法，但同时也增加了整个语言的复杂性，掌握起来有一定难度。C语言是C++语言的基础，两种语言在很多方面是兼容的，因此，掌握了C语言，再进一步学习C++语言，就能以一种熟悉的语法面向对象的语言，可以达到事半功倍的目的。1.1C语言概述1.1.1C语言的发展及特点第1章初识C语言和程序设计2．C语言的特点C语言是一种极具生命力的语言、它其有很多特点，一般可归纳如下。（1）C语言具有结构语言的特点、程序之间很容易实现段的共享。它采用结构化的流程控制语句实现选择结构、循环结构、允许采用缩进的书写形式编程。因此，用C语言编写的程序层次结构清晰。（2）C语言的主要结构成分是函数。函数作为C程序的模块单位，便于实现程序的模块化、而且便于模块间相互调用及数据传递。（3）运算符丰富。C语言有34种运算符和15个等级的运算优先顺序，表达式类型多样、可以实现其他语言难以实现的运算。（4）数据类型丰富。C语言数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共同体类型及枚举类型，能用来实现各种复杂的数据结构运算。（5）比较接近硬件。C语言允许直接访问物理地址，能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。（6）语法限制少，程序设计自由度大。C语言允许程序编写者有较大的自由度，放宽了以往高级语言严格的语法检查，较好地处理了“限制”与“灵活”之间的矛盾。（7）生成目标代码质量高，程序执行效率高。C语言描述问题比汇编语言迅速，工作量小，可读性好，易于调试、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当，C语言只比汇编程序生成的目标代码效率低10%~20%。（8）可移植性好。C语言的编译程序便于移植，C语言编制的程序基本上不做修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。1.1C语言概述1.1.1C语言的发展及特点第1章初识C语言和程序设计程序是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言（程序设计语言）编写的一系列语句和指令，计算机能严格按照这些指令去做。程序的执行过程实际上是对程序所表达的数据进行处理的过程。一方面，程序设计语言提供了一种数据表达与数据处理的功能；另一方面，编程人员必须按照程序设计语言的语法要求进行编程。程序具有以下特点。（1）完成某一特定的任务；（2）使用某种程序设计语言描述如何完成该任务；（3）存储在计算机中，并且被运行后才能起作用。自1946年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机应用已经渗透到人们生活的方方面面，极大地推动了社会的进步与发展。特别是因特网（Internet）的发展，从根本上改变了人们的生活方式，人们已经难以摆脱对计算机的依赖。计算机能有如此神奇的力量，与构成计算机系统的硬件与软件密不可分。硬件是物质基础，而软件则是计算机的灵魂。几十年来计算机硬件技术在不断地飞速发展着，同时软件技术也没有停止前进的步伐，用来开发软件的程序设计语言经过多年的发展，其技术和方法日臻成熟，其发展经历了几个阶段。1.1C语言概述1.1.2程序设计语言的发展第1章初识C语言和程序设计1．机器语言机器语言属于第一代计算机语言。按照冯·诺依曼原理，计算机内部运算采用的是二进制，也就是说计算机只能识别和接受由0和1组成的指令，人们要使计算机知道和执行自己的意图，就要编写许多条由0和1组成的二进制指令代码。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（machineinstruction）。机器指令的集合（即指令系统）就是该计算机的机器语言。用机器语言编写的程序称为目标程序（ObjectProgram），目标程序可以被计算机直接执行，且运行效率是最高的。但由于不同类型计算机的指令系统存在差异，因而在一种类型计算机上编写的机器语言程序，在另一种不同类型的计算机上也可能不能运行。显然，机器语言与人们习惯用的语言差别太大，由于其难学、难写、难记、难修改，采用机器语言编程，只是极少数人能够完成的工作。2．汇编语言为了减轻使用机器语言编程的困难，人们采用助记符来代替机器指令的二进制串，如ADD表示加法，SUB表示减法，MOV表示传送数据等。这样就能使运算指令使用符号而不再使用二进制表示。采用这种方法所编写的程序，容易被人读懂，程序的修改与维护也很方便，这种程序设计语言就是汇编语言，也称为第二代计算机语言。汇编语言同样十分依赖于机器硬件，可移植性不好，但运行效率仅次于机器语言。针对计算机特定硬件而编制的汇编语言程序能准确地发挥计算机硬件的功能和特长，程序精炼而且质量高，至今仍有一些专业程序员在使用其开发应用软件。由于机器语言与汇编语言均很“接近”计算机，人们常常称它们为“低级语言”。1.1C语言概述1.1.2程序设计语言的发展第1章初识C语言和程序设计3．高级语言汇编语言依赖于硬件，使得程序的移植性极差，而且编程人员在使用新的计算机时还需学习新的汇编指令，大大增加了编程人员的工作量，为了克服低级语言的缺陷，人们在实践中逐渐认识到，应该设计一种这样的语言：接近于数学语言或人的自然语言（英语），同时又不依赖于计算机硬件，编制的程序能在所有的机器上通用。经过不懈努力，1954年，第一个完全脱离机器硬件的高级语言FORTRAN（FORmulaTRANslator，公式翻译器）语言问世了。在使用该语言所编写的程序中，语句和指令是用英文单词表示的，所用的运算符和运算表达式与人们日常所用的数学公式差不多，很容易理解。这种语言功能很强，且不依赖于具体机器，用它编写的程序几乎可以在任何型号的机器上运行，人们把这种语言称为“高级语言”。高级语言比汇编语言更贴近于人类使用的语言，易于理解、记忆和使用。高级语言和计算机的架构、指令集无关，具有良好的可移植性，人们可以更有效、更方便地用它来编制各种用途的计算机程序。当然，高级语言编写的程序是不能被计算机直接运行的，同样需要经过“翻译”。这里我们将高级语言编写的程序称为源程序（SourceProgram），将源程序翻译成目标程序的程序称为编译程序。自从第一个高级语言问世，几十年来先后出现的高级语言有上千种，比较有影响的有FORTRAN、ALGOL、COBOL、BASIC、QBASIC、Pascal、LISP、C、C++、VC、Delphi、VisualBasic、JAVA、C＃、Python等1.1C语言概述1.1.2程序设计语言的发展第1章初识C语言和程序设计按照语言的特性，高级语言又经历了不同的发展阶段。（1）非结构化的语言。人们在使用早期的高级语言编程时，编程风格比较随意，没有编程规范可以遵循，程序中的流程可以随意跳转。程序员往往只追求程序的执行效率，而不顾及程序的结构，使程序变得难以阅读和维护。早期的FORTRAN、ALGOL和BASIC都属于非结构化的语言。非结构化编程的后果是严重的，到了20世纪60年代中后期，开发的软件越来越多，规模越来越大，但软件的正确性却越来越难以保证，直接导致许多耗费巨资开发的软件由于含有错误而不能使用，计算机界出现了“软件危机”。（2）结构化的语言。为了解决非结构化的语言所带来的问题，1969年提出了“结构化程序设计方法”，1970年第一个结构化程序设计语言Pascal语言出现，标志着结构化程序设计时期的开始。结构化程序设计方法规定：程序必须由具有良好特性的基本结构（顺序结构、分支结构、循环结构）构成，程序中的流程不允许随意跳转，程序总是由上而下顺序执行各个基本结构。采用结构化的语言所编制的程序结构清晰，易于阅读和维护。QBASIC、Pascal和C都属于结构化的语言。（3）面向对象的语言。自20世纪80年代开始，提出了面向对象（ObjectOriented）的程序设计思想。相比而言，之前的高级语言可以称之为面向过程的，程序的执行是流水式的，即在一个模块被执行完成前，不能去执行另一个模块，程序员不能随意地去改变程序的执行流程。除此之外，程序中不仅需要实现每一个过程的细节，而且程序不易重复使用。这些都与人们日常处理事务的方式是不一致的，人们所希望的是在对象（Object）的每一个事件发生时都能得到及时地处理，也就是说，不能面向过程，而是面向一个个对象。对象是数据以及对数据所进行的操作的封装体，所以采用面向对象的程序设计方法开发应用程序变得更容易，耗时更少，效率更高。C++、C＃、VisualBasic和JAVA等语言均是支持面向对象程序设计方法的语言。1.1C语言概述1.1.2程序设计语言的发展第1章初识C语言和程序设计程序设计语言是人与计算机进行交流的桥梁，人要让计算机按照自己的意愿处理数据，就必须用程序设计语言表达所要处理的数据以及控制数据处理的流程。因此，程序设计语言必须具有数据表达（即变量定义）与数据处理（即流程控制）的能力。1．数据表达数据是计算机处理的对象，在解决实际问题时，通常包含着各种类型的数据，数据类型(DataTType)就是对某些具有相同性质的数据集的总称。例如整数、实数均是最基本的数据类型。数据类型有两个含义：该数据类型能表示些什么样的数据（即取值范围）？能对这些数据进行何种操作（即运算类型）？例如，在VisualC++中shortint（短整型）类型的取值范围为-32768～＋32767，而+、-、*、／、％则是作用在该类型上的运算。通常每种程序设计语言中，都事先定义了几种基本的数据类型，用来定义程序中用到的数据。例如，整型、实型、字符型等。这些基本的数据类型可以定义的数据对象表现为两种形式：常量（又称常数）和变量。常量的值在程序中是不改变的。例如，在C语言中，2是一个整型常量，2.0是一个实型常量，＇2＇是一个字符型常量。变量的值则可以随时改变。在C语言中，使用inta定义了一个整型变量a，则a=10表示给变量a赋值10。在许多程序设计语言中，基本的数据类型可以用于构造复杂的数据类型，以表达实际问题中存在的复杂的数据结构。例如，可以用基本的数据类型构造出数组（Array）、结构（Structure）、指针（Pointer）等复杂类型。在C语言中inta［10］是用整型构造出一个包含10个元素的数组，a为数组名，数组中的10个元素均为一个整型变量。1.1C语言概述1.1.3程序设计语言的功能第1章初识C语言和程序设计2．流程控制程序设计语言除了具备良好的数据表达能力之外，还必须提供对不同类型的数据进行处理的手段。对数据的处理是通过语言的一系列流程控制语句实现的。按照结构化程序设计的观点，任何程序的基本结构都可以通过3种基本的控制结构进行组合来实现。分别是顺序结构、选择结构和循环结构。（1）顺序控制结构。一条语句执行完后，按自然顺序执行下一条语句。C语言中的赋值语句、输入、输出等都构成了顺序结构。（2）分支控制结构。又称选择结构。计算机在执行程序时，常常需要根据不同的条件选择执行不同的语句。例如，C语言中的if与switch语句都可以构成选择结构。（3）循环控制结构。许多时候，计算机需要重复执行相同的语句。重复执行一般是有条件的，在条件满足时，重复执行；在条件不满足时，则不会重复执行。C语言中的for、while与do-while语句都可以构成循环结构。这三种结构的共同特点是：①只有单一的入口和单一的出口；②结构中的每个部分都有被执行的可能；③结构内不应出现永不终止的死循环。当所要求解的问题复杂时，所编写的应用程序经常由上万条语句组成，需要由多人来完成。这时，常常要将一个大任务分解为若干个子任务，每个子任务又分成很多个小子任务，每个小子任务只完成一个简单的功能。在程序设计时，用一个个小模块来实现这些小子任务。而每一个小模块基本上均由上述的3种基本结构组合而成，这种程序设计方法就是结构化程序设计（StructuredProgramming），C语言就是典型的结构化程序设计语言。1.1C语言概述1.1.3程序设计语言的功能第1章初识C语言和程序设计1.2.1C语言程序的开发过程1.2.2C语言运行环境的应用1.2C语言开发环境第1章初识C语言和程序设计用C语言编写的程序称为源程序，是不能直接运行的。一般C程序开发要经历编辑、编译、连接和运行4个基本步骤，其操作过程，如图1.1所示。1.2C语言开发环境1.2.1

C语言程序的开发过程第1章初识C语言和程序设计1．编辑一般来说，编辑是指对C语言源程序的录入和修改。要使用字处理软件或编辑工具（VisualC++）将源程序以文本文件形式保存到磁盘，建议采用VisualC++6.0，易于编辑和程序结构布局。源程序文件名由用户自己选定，但扩展名必须为.c。2．编译编译就像某语种的翻详一样，编译的功能就是调用“编译程序”，将已编辑好的源程序翻译成进制的目标代码。如果源程序没有语法错误，将产生一个与源程序同名，以.obj为扩展名的目标程序；如果发现错误，则不能生成目标程序，需要回到编辑状态修改源程序，直到没有错误为止。3．连接编译后产生的目标程序往往形成多个模块，还要和库函数进行连接才能运行，连接过程是使用系统提供的“连接程序”运行的。连接后，会产生以.exe为扩展名的可执行程序。4．运行可执行程序生成后，就可以在操作系统的支持下运行。若执行结果达到预期的目的，则开发工作到此完成；否则就要进一步检查修改源程序，重复上述步骤，直到取得最终的正确结果为止。1.2C语言开发环境1.2.1

C语言程序的开发过程第1章初识C语言和程序设计程序设计语言一般都有其编译运行环境。运行环境一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具，集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能。这种集成了编译、运行、调试等功能的软件套组称作集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE）。C语言的IDE很多，有的教程使用的是TurboC运行环境。本书采用VisualC++6.0（以下简称VC++6.0）编译程序作为C语言的IDE。VC++6.0是C+＋程序默认的编译器，因为C++是在C语言基础上产生的，所以也兼容C语言的编译和运行。VC++6.0具有方便、直观、快捷的编辑器及丰富的库函数，能够把程序编辑、编译、连接和运行等操作全部集中在一个软件中进行，十分方便。1．启动VC++6.0选择“开始”“程序”“MicrosoftVisualC++6.0”选项，或者双击桌面上的快捷方式图标，启动VC++6.0编译系统，VC++6.0主界面窗口，如图1.2所示。1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.2C语言开发环境1.2.2C语言运行环境的应用第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构要用C语言编写程序，就要了解C语言的结构特点、编写规则，学会使用C语言的编译运行环境。1．C语言程序的构成概括地说，一个C语言源程序可由5个部分组合，即预处理（文件包含属于预处理内容）、变量说明、函数原型声明、主函数和自定义函数。（1）并非所有C语言源程序都必须包含上述5个部分，一个最简单的C语言程序可以只有文件包含部分和主函数部分。（2）每个C语言源程序都必须有且只能有一个主函数，主函数的组成形式如下。main(){变量说明部分程序语句部分}（3）每个C语言源程序可以有零个或多个自定义的非主函数，自定义非主函数的形式与主函数形式相同，只是它的名称不能是main，形式如下。函数名（［参数列表］）{变量说明部分程序语句部分}第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构（4）C语言源程序的每个语句必须用分号“；”结束。对于其中各部分的作用、使用方法和采用什么语句来完成，可以在后续章节中通过对基本表达式、结构控制语句的学习进一步掌握，并通过了解模块化设计等方面的内容，来掌握C语言程序设计的思想。（5）当C语言源程序由多个函数组成时，主函数可以定义在程序中的任何位置，但不能在其他函数体内定义，不论主函数处于源程序的任何位置，程序总是从主函数开始执行，且总是在主函数中结束执行的。为了说明C语言源程序结构的特点，先看一下【实例1.1】的程序，这个程序表现了C语言源程序在组成结构上的特点。虽然有关内容还未介绍，但大家可从这个例子中了解到组成一个C语言源程序的基本结构和书写格式。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构【实例1.1】使用C语言编程，在屏幕上显示“欢迎使用C语言程序!”，执行程序如下。/*欢迎使用C语言程序!*/ //第1行：注释#include<stdio.h> //第2行：文件包含命令，预处理语句voidmain() //第3行：主函数{printf("欢迎使用C语言程序!\n"); //第5行：输出语句}程序运行结果，如图1.8所示。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构这个程序只有几行代码，就完成了在屏幕上输出的功能。我们通过分析上面的示例程序，可以掌握以下知识。（1）代码的注释。示例代码中的第1、2、3、5行后面都可以看到关于代码的文字描述。/*欢迎使用C语言程序!*/ //第1行：注释#include<stdio.h> //第2行：文件包含命令，预处理语句voidmain() //第3行：主函数printf("欢迎使用C语言程序!\n"); //第5行：输出语句源程序中需要解释和说明的部分，可以加以注释，以增加程序的可读性。编译系统会跳过注释行，不对其进行编译。“／＊……＊／”表示多行注释，“//”表示单行注释。（2）＃include指令。示例代码中的第2行代码如下。#include<stdio.h> 以“＃”开始的部分是预处理语句。预处理语句的作用不是实现程序的功能，而是给C语言编译系统提供信息，通知C编译器对源程序进行编译之前应该做哪些预处理工作。预处理语句还有其他几种，这里的include称为文件包含语句，其意义是把＜＞或＂＂内指定的文件包含到本程序中，成为本程序的一部分。＃include＜stdio.h＞也可写作＃include＂stdio.h＂。被包含的文件通常是由系统提供的，其扩展名为.h，因此也称为头文件。C语言的头文件中包括了各个标准库函数的函数原型。因此，凡是在程序中调用一个库函数时，都必须包含该函数原型所在的头文件。源程序中可以有预处理语句，预处理语句通常放在源程序的最前面。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构（3）main函数。示例代码中的第3行代码如下。voidmain（）//第3行：主函数main是主函数的函数名，表示这是一个主函数。每一个C语言源程序都必须有且只能有一个主函数。C语言的程序总是从主函数开始执行，并且回到主函数结束。其前面的void代表函数没有返回值。主函数也可写为。intmain（）int表示函数的返回值是整型，此时函数体内需要加语句return0。为保持一致，本书中的主函数都采用无返回值方式。voidmain（）这一部分在函数中称为函数头，main函数下面用花括号{}包含的部分是一个程序模块，称为函数体。函数头和函数体是密不可分的。（4）函数体。示例代码中的4～6行代码，就是函数体。{printf("欢迎使用C语言程序!\n"); //第5行：输出语句}函数体由花括号包含，表明函数要执行的动作。有关函数的内容在本书第7单元详细介绍。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.1C语言的基本结构（5）执行语句。函数体中的第5行代码。printf("欢迎使用C语言程序!\n"); //第5行：输出语句printf函数是格式化输出函数。函数体内调用printf函数的功能是把要输出的内容送到显示器输出。printf函数是一个由系统定义的标准函数，可在程序中直接调用。需要说明的是，C语言规定scanf（输入函数）和printf这两个函数可以省去其头文件的包含语句。所以在本例中也可以删去第1行的包含语句＃include。“\n”称为转义字符，在此可理解为换行符。2．C语言程序的书写规范做任何事情都要遵守规则和规范，编写程序时要注意程序的书写规范，提高代码的质量，同时养成良好的编程习惯。编写C语言程序需注意以下规范。（1）在C语言中，虽然一行可以有多个语句，例如，“a=1;b=2;”，一个语句也可写多行，但建议一行只写一个语句。（2）一般采用缩进格式为书写格式，以提高程序的可读性和清晰性。（3）C语言源程序代码一般用小写字母书写，除非另有约定，C语言区分大小写。（4）在程序代码中，应加上必要的注释。（5）每一个语句都必须以分号结束，但预处理语句、函数头和花括号“}”之后不加分号；标识符和关键字之间，至少要加一个空格。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.3.2第一个C语言程序【实例1.2】制作个人小名片，显示姓名、性别、学校、系别、专业、联系方式等相关信息。1．制作个人小名片

程序代码如下。/********我的小名片********

#include<stdio.h> voidmain() {printf("**************************\n");printf("姓名：王明\t性别：男\n");printf("学校：辽宁交通职业技术大学\n");printf("系别：信息工程系\n");printf("专业：云计算技术应用\n");printf("电话n");printf("**************************\n");}程序运行结果，如图1.9所示。第1章初识C语言和程序设计1.3简单的C语言程序1.