C語言程序設計概述.ppt

第1章C語言程序設計概述,1.1程序設計的基本概念1.2結構化程序及設計步驟1.3C程序的構成和書寫格式1.4C程序的上機操作習題1,1.1程序設計的基本概念,1.1.1程序計算機是一種以二進制數(shù)據(jù)形式在內部存儲信息、以程序存儲為基礎、由程序自動控制的電子設備。人們需要計算機所做的任何工作，都必須以計算機所能識別的指令形式送入計算機內存中。一條條有序指令的集合稱為程序。,一個程序通常包含兩個方面的內容。(1)數(shù)據(jù)的描述：指定數(shù)據(jù)的類型和組織形式(數(shù)據(jù)結構)。(2)操作的描述：編程的操作步驟，也稱算法。數(shù)據(jù)是操作的對象，操作的目的是對數(shù)據(jù)進行加工處理，以便得到結果。打個比方，程序設計就像廚師做菜肴時需要菜譜，菜譜上一般包括兩個方面。(1)配料：制作菜肴所需的原料(類似于程序設計中的數(shù)據(jù)結構)。(2)操作步驟：制作某項菜肴時將原料按規(guī)定的步驟加工成所需的菜肴(類似于程序設計中的算法)。因此，計算機科學家沃思指出：數(shù)據(jù)結構+算法=程序,1.1.2計算機語言程序設計語言是實現(xiàn)程序設計，以便人與計算機進行信息交流的必備工具，又稱計算機語言。目前，社會上廣泛使用的是高級語言，是一種接近人們習慣的程序設計語言，它使用人們所熟悉的文字、符號及數(shù)學表達式來編寫程序，使程序的編寫和操作都顯得十分方便。由高級語言編寫的程序稱為“源程序”。在計算機內部，源程序必須翻譯為機器能夠接受的二進制代碼所表示的“目標程序”(也稱機器語言)。其中，具有這種翻譯功能的程序稱為“編譯程序”。源程序編譯過程如圖1.1所示。,圖1.1源程序編譯過程,每一種高級語言都有與其相應的編譯程序。在計算機內運行編譯程序，才能運行相應的高級語言所編寫的源程序。本書所介紹的C語言是目前國內外廣泛流行的高級程序設計語言，是面向過程的較好的結構化程序設計語言。它不僅可以用來編寫系統(tǒng)軟件，也可以用來編寫應用軟件，同時也是面向對象程序設計技術的主要工具。,1.1.3程序設計下面介紹設計簡單程序時的操作步驟。如果進行系統(tǒng)工程開發(fā)，則操作步驟比較復雜。對于程序設計人員來說，必須掌握更多的知識，比如軟件工程方面的知識等。程序設計的一般步驟如下：1)確定數(shù)據(jù)結構依據(jù)所需要處理的任務要求，規(guī)劃輸入的數(shù)據(jù)和輸出的結果，確定存放數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構。由于在C語言中數(shù)據(jù)結構集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型上，因此，在進行C語言程序設計時，應統(tǒng)籌規(guī)劃程序中所使用的變量、數(shù)組、指針以及它們的類型等。這是很重要的，如果在此期間選擇了不合適的變量或者數(shù)組，將來修改起來就會比較困難。,2)確定算法算法是指為解決某一特定問題而采取的確定的有限的步驟。對同一個問題，每一個人確定的算法都不應該完全相同。算法有優(yōu)有劣，其評判的標準本書不做介紹。對于程序設計人員來說，應該學習比較優(yōu)秀和比較經(jīng)典的算法，本書實例中介紹的均為一些常用的算法。3)編寫程序在充分論證數(shù)據(jù)結構和算法以后才能考慮編寫程序，編寫程序需要結合程序設計方法(面向過程的或是面向對象的)和程序設計語言(C語言、C+、Delphi等)，當然即使是C語言，還有許多集成開發(fā)環(huán)境，例如TurboC或是MicrosoftC等，不同的集成開發(fā)環(huán)境寫出的程序代碼是有所區(qū)別的。,4)程序調試程序開發(fā)人員編寫的程序稱為源程序或源代碼，源代碼不能直接被計算機執(zhí)行。源代碼要經(jīng)過編譯程序編譯，生成目標程序，然后鏈接其他相應的代碼，最后生成可被計算機執(zhí)行的可執(zhí)行文件(.EXE或.COM文件)。TurboC2.0集成開發(fā)環(huán)境提供了相應的編譯程序。一個源代碼有時要經(jīng)過多次的修改才能編譯通過，因此這一步有時是很困難的。程序在編譯時，如果不能通過，則會有錯誤提示信息，程序員要根據(jù)錯誤提示信息調試程序。,5)整理源程序并總結資料有人以為程序調試成功就萬事大吉了，其實這種思想是錯誤的。對于程序設計人員來說，平時的歸納和總結是很重要的。程序員應將平時的源程序進行歸類保存，以方便今后查找，同時一定要注意保留文字資料。1.1.4算法日常生活中做任何事情都有其方法和步驟，這些方法、步驟就是算法，它要求過程合理而有序。不同的問題，有不同的方法和步驟；同一問題，不同的人也可能有不同的方法和步驟。下面介紹一下衡量算法步驟優(yōu)劣的標準、算法的分類和算法設計準則的常用方法。,1)衡量算法步驟優(yōu)劣的標準衡量一個算法步驟是否優(yōu)劣的標準主要有以下三個方面。(1)思路：清晰、正確。(2)過程：簡單、明了、扼要。(3)算法：合適。例如：計算1+2+3+4+5+99+100的值。算法1：1+2=3，3+3=6，6+4=10，10+5=15，15+6=21，4851+99=4950，4950+100=5050,算法2：100+(1+99)+(2+98)+(3+97)+(48+52)+(49+51)+50=100+49100+50=5050相對而言，算法2簡潔明了、易算。2)算法分類按數(shù)據(jù)的處理方式，計算機中的算法可分為兩類。(1)數(shù)值運算：求數(shù)值的解，如求解方程的根，求函數(shù)的定積分等。這類算法研究較深入、成熟，如數(shù)學程序庫中的有關數(shù)學問題的求解，已編制成了標準的子程序供人們使用。,(2)非數(shù)值運算：目前使用的范圍廣泛，如辦公自動化處理、圖書情報檢索等。此類算法一般沒有固定的模式，由編程者自己編制，或參考已有類似的算法重新設計解決特定問題的專門算法。其中，排序是非數(shù)值運算算法中研究較為深入的一種。3)算法設計準則在算法設計中應遵循以下五個準則。(1)有窮性：在合理的范圍內操作步驟是有限的，而不能是無限的。一個算法必須在有限的操作步驟完成后，得出正確結果，能夠使算法結束。,(2)確定性：算法中的每一步驟都應是惟一的和確定無誤的，不能出現(xiàn)含糊而產生歧義性。也就是說，該操作對于相同的輸入必能得出相同的結果。(3)有零個或多個輸入：在執(zhí)行算法時，需從外界得到的必要信息就是輸入。一個算法，可以有零個、一個或多個特定對象的輸入。(4)有一個或多個輸出：算法的目的是為了求解，算法得到的結果就是該算法的輸出，沒有輸出的算法是沒有意義的。一個算法可以有一個或多個與輸入相關的輸出。(5)有效性：算法是編寫程序代碼的主要依據(jù)，算法設計中的每一個步驟，都必須是所使用的高級語言能夠描述的操作。算法中每一步驟都應有效地執(zhí)行，并得到確定的結果。例如，b=0時，a/b是不能有效執(zhí)行的。,1.1.5算法的描述描述算法常用的方法有自然語言、傳統(tǒng)流程圖和N-S結構化流程圖等。1)自然語言自然語言是指人們日常使用的語言，可以是英文、中文或中英文結合。優(yōu)點：通俗易懂。缺點：文字冗長，易出現(xiàn)歧義性。2)傳統(tǒng)流程圖使用ANSI規(guī)定的流程圖符號表示算法，其特點是：直觀形象、易于理解。在用傳統(tǒng)流程圖表示算法時使用以下常用的符號。,起止框：輸入輸出框：判別框：處理框：流程線：注釋框：連接點：,【例1-1】求S=1+2+3+99+100的值的算法可以用下面的方式描述。(1)用自然語言描述。設一整型變量i，并令i=1(這里的“=”不同于數(shù)學里的等號，它表示賦值，這里把1賦給i，以下類同)。設一整型變量s，用其存放累加和；每次將i與s相加后存入s；使i值增1，取得下次的加數(shù)。重復執(zhí)行上步，直到i的值大于100時，執(zhí)行下一步。將累加和s的值輸出。,圖1.2傳統(tǒng)流程圖,(2)用傳統(tǒng)流程圖描述，如圖1.2所示。3)N-S結構化流程圖N-S結構化流程圖(簡稱N-S流程圖)是將算法的每一個步驟，按序連接成一個大的矩形框來表示，從而完整地描述一個算法。N-S流程圖更適合對結構化程序設計的描述，其描述方法將在下一節(jié)介紹。,1.2結構化程序及設計步驟,1.2.1結構化程序設計的概念結構化語言比非結構化語言更易于程序設計，用結構化語言編寫的程序的清晰性使得它們更易于維護，這已是人們普遍接受的觀點了。結構化語言的顯著特征是代碼和數(shù)據(jù)的分離。這種語言能夠把執(zhí)行某個特殊任務的指令和數(shù)據(jù)從程序的其余部分分離出去。獲得隔離的一個方法是調用使用局部變量的子程序。通過使用局部變量，可以寫出對程序其他部分沒有副作用的子程序。,這樣，就使得編寫共享代碼段的程序變得短小簡單。如果開發(fā)了一些分離較好的函數(shù)，在引用時就可以只需知道函數(shù)做什么，而不必知道它是如何做的。(切記：過度使用全局變量會由于意外的副作用而在程序中引入錯誤。)在C語言中，函數(shù)是完成程序功能的基本構件。使用函數(shù)可以將一個程序的諸任務分別定義和編碼，使程序模塊化?？梢源_信，一個好的函數(shù)不僅能正確工作，還不會對程序的其他部分產生副作用。,1.2.2三種基本結構結構化程序由三種基本結構組成：順序結構、選擇結構和循環(huán)結構。已經(jīng)證明，這三種基本結構組成的算法可以解決任何復雜的問題。使用這三種基本結構編寫的程序，稱為結構化程序。下面通過簡單的實例說明結構化程序設計的三種基本結構。1.順序結構順序結構程序中的語句按先后順序逐條執(zhí)行?！纠?-2】順序結構示例。求s=a+b的值。其流程圖如圖1.3所示，圖(a)是傳統(tǒng)流程圖，圖(b)是N-S流程圖。,圖1.3順序結構流程圖(a)傳統(tǒng)流程圖；(b)N-S流程圖,程序如下：#includestdio.hmain()/*主函數(shù)*/inta,b,s;/*定義a，b，s為整型變量*/a=6;b=8;s=a+b;printf(s=%dn,s);/*輸出s的值*/,2選擇結構在執(zhí)行程序中的選擇結構語句時，該語句的執(zhí)行將根據(jù)不同的條件執(zhí)行不同分支的語句?！纠?-3】選擇結構示例。求a、b兩數(shù)中的較大數(shù)。其流程圖如圖1.4所示，圖(a)是傳統(tǒng)流程圖，圖(b)是N-S流程圖。,圖1.4選擇結構流程圖(a)傳統(tǒng)流程圖；(b)N-S流程圖,程序如下：#includestdio.hmain()inta=6,b=8,max;/*定義變量a，b，max，并給a和b賦值*/if(ab)max=a;/*如果a大于b，將a賦給max*/elsemax=b;/*否則將b賦給max*/printf(max=%d,max);,3.循環(huán)結構在執(zhí)行程序中的循環(huán)結構語句時，該語句將根據(jù)各自的條件，對循環(huán)結構所限定的語句(即循環(huán)體)重復執(zhí)行多次或零次。循環(huán)結構又分為當型循環(huán)和直到型循環(huán)兩種情況。1)當型循環(huán)當型循環(huán)的特點是：先進行判斷，當條件滿足時，就執(zhí)行循環(huán)體，否則就退出循環(huán)體。,【例1-4】循環(huán)結構示例。計算n!。其流程圖如圖1.5所示，圖(a)是傳統(tǒng)流程圖，圖(b)是N-S流程圖。,圖1.5當型循環(huán)流程圖(a)傳統(tǒng)流程圖；(b)N-S流程圖,程序如下：#includestdio.hmain()inti,n,t;/*i用來存放階乘中的項，t存放階乘*/i=1;t=1;scanf(%d,2)直到型循環(huán)直到型循環(huán)的特點是：先執(zhí)行循環(huán)體，再判斷循環(huán)條件，直到條件不滿足時，就退出循環(huán)結構?！纠?-5】用直到型循環(huán)求解n!的流程圖(見圖1.6)和程序段。程序如下：#includestdio.hmain()inti,n,t;/*i用來存放階乘中的項，t存放階乘*/i=1;t=1;scanf(%d,do,t=t*i;i=i+1;while(iy)z=x;/*如果xy，將x賦值給z，否則將y賦值給z*/elsez=y;return(z);/*將z的值返回到函數(shù)的調用處*/,說明：(1)本程序由兩個函數(shù)組成，即main函數(shù)和max函數(shù)。(2)由一對花括號“”括起來的是函數(shù)體。(3)在main函數(shù)中通過賦值語句“c=max(a,b);”調用max函數(shù)。max函數(shù)的功能是求a、b的較大數(shù)，并返回主函數(shù)。(4)第一行#includestdio.h是文件包含，將在后面章節(jié)中介紹。,通過例1-6可以看出C語言程序結構有以下特點。(1)C語言是由函數(shù)組成的。函數(shù)是C語言程序的基本單位。一個C語言程序必須包含一個main函數(shù)，也可包含若干個其他函數(shù)。程序的全部工作由函數(shù)來完成。(2)程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行，而不管main函數(shù)的位置如何。main函數(shù)和其他函數(shù)在程序中的先后位置不影響程序的執(zhí)行過程。由main函數(shù)開始調用其他函數(shù)，其他函數(shù)間也可以相互調用，最終返回主函數(shù)結束程序。被調函數(shù)可以是C語言所提供的庫函數(shù)，也可以是為解決具體問題而由用戶自己定義的函數(shù)。,(3)一個函數(shù)有兩個組成部分。函數(shù)的說明部分。確定函數(shù)名并說明函數(shù)類型、函數(shù)的形式參數(shù)名及其類型。如上例中：intmax(intx,inty)類型名函數(shù)名形參x為整型形參y為整型函數(shù)體。由函數(shù)說明部分下的第1對花括號“”內的若干語句構成。一般來說，語句分為兩類：變量定義和執(zhí)行語句。,變量定義：如main函數(shù)中的“inta，b，c；”語句，max函數(shù)中的“intz；”語句(在某些情況下，程序中不需要使用變量的，可不定義變量)。執(zhí)行語句：完成本函數(shù)的功能。(4)程序書寫較自由，一行可寫幾條語句，一條語句也可以分行書寫。(5)分號是一條C語言的結束符，例如：z=y；。(6)在每條C語句后，可用*對該語句進行注釋，以增加程序的可讀性。注釋不影響語句的功能。,1.3.2C語言程序的書寫格式盡管每個人在書寫程序代碼時都有所差別，然而按照規(guī)范的書寫格式，自己和他人在讀寫程序時都會感覺輕松，程序的可維護性也會大大增強，所以掌握基本的書寫規(guī)范至關重要，下面介紹一種書寫格式，這種書寫格式稱為階梯式書寫格式，先看例1-7?！纠?-7】輸入成績，當成績大于或等于85分時，屏幕顯示“A”和“good！”；當成績大于或等于60分而小于85分時，屏幕顯示“B”和“workhard！”；當成績小于60分時，屏幕顯示“C”。,源程序如下：#includestdio.hmain()intscore;printf(Pleaseinputscore:);scanf(%d,/*輸入成績*/if(score=85)/*判斷成績是否大于或等于85分*/,printf(A);printf(ngood!);elseif(score=60)/*判斷成績是否大于或等于60分*/printf(B);printf(nworkhard!);,else/*判斷成績是否小于60分*/printf(C);,從例1-7可以看出階梯式書寫格式的特點如下：(1)程序中包含許多條語句，一般情況下，每一條語句占用一行，當然可以將多條語句寫在同一行中，只要用分號隔開即可。有時一條語句可以占用兩行或多行。(2)不同層次的語句，從不同的起始位置開始。即同一層次中的語句，縮進同樣多的字符數(shù)?？梢杂每崭矜I或用Tab鍵調整各行的起始位置。(3)表示層次的左大括號，占用一行，其相應的右大括號與之匹配，也是占用一行。,(4)程序習慣使用英文小寫字母書寫，當然也可以使用大寫字母，然而大寫字母習慣上常作為常量或另有其他用途，有關內容將在第2章中介紹。,1.4C程序的上機操作,1.4.1TurboC的安裝在DOS操作系統(tǒng)下，建立TurboC編程環(huán)境，即在硬盤上安裝TurboC(此工作可由機房工作人員完成)。安裝結束后，在C盤根目錄下，建立以下子目錄：其中，TC.EXE是啟動TurboC集成環(huán)境的執(zhí)行文件，INCLUDE子目錄中的文件是頭文件，LIB子目錄中的文件均為系統(tǒng)函數(shù)庫文件。以上文件和目錄是在安裝TurboC時自動建立的。,為使用戶進入指定子目錄，可在TurboC子目錄下再建立一個用戶專用子目錄。用戶編輯的源程序文件及目標文件均可放在此子目錄中?？稍贒OS方式下執(zhí)行如下命令：C:MDTCUSER1.4.2TurboC的使用1.啟動TurboC啟動TurboC應在DOS方式下執(zhí)行如下命令：C:CDTC回車或C:CDTC回車即進入TurboC目錄。C:TCTC回車即執(zhí)行TC.EXE文件。,一旦啟動成功后，屏幕上將顯示TurboC的主菜單窗口，如圖1.8所示。,圖1.8TurboC的啟動菜單,2.選擇用戶文件的存放目錄首先，在TurboC主菜單窗口中，用F10鍵和光標移動鍵從主菜單中選擇所需功能。當需設定用戶文件的存放目錄時，用戶應選“File”選項，即將亮塊移到“File”后按下回車鍵，即會彈出文件下拉菜單，如圖1.9所示。,圖1.9“File”菜單,將光標移至“Changedir”選項并按回車鍵，則彈出一個子目錄提示框。用戶可在該提示框中輸入用戶文件的存放目錄，輸入完后按回車鍵即可。如輸入C:TCUSER(前面已創(chuàng)建USER目錄)。3.建立工作環(huán)境這里所說的工作環(huán)境，是指對TurboC工作狀態(tài)的設置以及編譯程序和鏈接程序要求的環(huán)境變量的設置。具體地說，就是告訴TurboC，#include命令(即預編譯命令)所包含的文件和庫文件所在的目錄以及告訴TurboC編程后其輸出文件存放的目錄。簡單地說，就是告訴TurboC到哪里去尋找編譯、鏈接所需的文件，及生成的可執(zhí)行文件放到哪里。,建立工作環(huán)境的操作步驟如下。(1)按F10鍵，在主菜單上選擇“Options”選項并按回車鍵，如圖1.10所示。(2)在“Options”子菜單中選擇“Directories”選項并按回車鍵，將彈出如圖1.11所示的子菜單。,圖1.10“Options”菜單,圖1.11“Options/Directories”菜單,子菜單中各選項的含義如下?！癐ncludedirectories”選項：說明標準包含文件的目錄，即INCLUDE所在的位置。輸入時應包含文件所在的盤符和路徑，這里輸入C:TCINCLUDE。“Librarydirectories”選項：說明TurboC運行時庫文件所在的目錄，即LIB所在的位置。輸入時應包含庫文件所在的盤符和路徑，這里輸入C:TCLIB?！癘utputdirectory”選項：編譯、鏈接后的可執(zhí)行文件所存放的目錄，即用戶的.OBJ、.EXE文件的存放位置。用戶選擇輸入已存在的目錄，若為空，則這些文件被放在當前目錄，這里輸入C:TCUSER。,“TurboCdirectory”選項：即TurboC文件所在的目錄，用于TurboC系統(tǒng)尋找配置文件(.TC)和幫助文件(TCHELP.TCH)，這里輸入C:TC。4.編寫源程序編寫源程序的操作步驟如下。(1)在主菜單中選擇“File”選項并按回車鍵。(2)在“File”的下拉菜單中，選擇“Load”選項，屏幕將出現(xiàn)一個提示框，如圖1.12所示。,圖1.12“File/Load”菜單,用戶輸入要編輯的文件名并按回車鍵，即可進入全屏幕編輯狀態(tài)。說明：如果輸入的文件名為新建文件，則屏幕為空白，用戶可以從鍵盤上直接輸入文件內容。如果用戶輸入的文件名已經(jīng)存在，則屏幕上將顯示文件的內容，可以進行編輯修改。如果記不清要編輯的源程序文件名，則可在屏幕出現(xiàn)“*.C”提示時，直接按回車鍵，TurboC就會顯示出當前目錄下的所有擴展名為“.C”的文件供用戶選擇。,5.常用編輯鍵(1)可用Insert鍵控制工作狀態(tài)是否為“插入狀態(tài)”。按下Insert鍵，可看到屏幕編輯窗口上有“Insert”，這時為插入狀態(tài)，此時可在屏幕當前光標處插入所要輸入的字符。(2)在插入狀態(tài)下，再按一下Insert鍵可取消插入狀態(tài)，狀態(tài)行上的“Insert”標識消失，此時鍵入的字符將覆蓋光標處的字符。(3)Delete鍵將刪除光標所在的字符。(4)Ctrl+Y鍵，可刪除光標所在的一行。(5)Ctrl+N鍵，可用來插入一行。,6.編譯、鏈接和運行1)單一源程序文件的編譯、鏈接和運行對單一源程序文件進行編譯、鏈接和運行的操作步驟如下。(1)按F10鍵選擇“Compile”選項，按回車鍵后出現(xiàn)下拉菜單，如圖1.13所示。,圖1.13“Compile”菜單,(2)將亮條移至“MakeEXEfile”處，按回車鍵對當前編輯窗口的源程序文件進行編譯并生成目標文件(擴展名為.OBJ)，鏈接后生成可執(zhí)行文件(擴展名為.EXE)。若發(fā)現(xiàn)語法錯誤，可進行全屏幕編輯修改。(3)按Esc鍵回到主菜單，選擇“Run”選項出現(xiàn)下拉菜單，在菜單中選擇“Run”命令項，即可運行已生成的可執(zhí)行文件。注意：如果確信源程序無誤可直接按Ctrl+F9鍵，TurboC將一次完成從編譯、鏈接到運行的全過程(指在西文DOS環(huán)境下)。,程序運行后，系統(tǒng)自動返回TurboC編輯屏幕。若想查看程序的運行結果，可在“Run”菜單中選“UserScreen”選項并按回車鍵；也可直接按Alt+F5鍵。查看后按任意鍵返回到編輯窗口。2)兩個以上源程序文件的編譯、鏈接和運行利用TurboC提供的“Project”菜單項，可直接將兩個以上的文件編譯鏈接后生成一個完整的運行程序。其操作步驟如下。(1)假設有兩個文件組成一個程序，首先要生成兩個源文件(如File1.C和File2.C)。(2)構造Project文件。,在編輯狀態(tài)下，編輯一個后綴為.PRJ的文件(文件名由用戶選擇，如MYPROG.PRJ)。此文件內容為File1和File2，擴展名.C可有可無，而且File1.C、File2.C順序無所謂。當File1.C和File2.C不在一個目錄中時，應在Project文件的MYPROG.PRJ中給出各自的路徑，例如文件內容可為TurboCUSERFile1.C和TurboCUSERFile2.C。(3)在主菜單窗口中選擇“Project”選項，即將亮條移至“Project”處回車(也可按Alt+P鍵)，此時出現(xiàn)下拉菜單，如圖1.14所示。,圖1.14“Project”菜單,將亮條移至“Projectname”處，按回車后，輸入Project文件名(如MYPROG.PRJ)并按回車鍵，然后按F9鍵即產生相應的可執(zhí)行文件。此運行文件名即為用戶給出的Project文件名(如MYPROG.EXE)。運行時可用下述的Run命令，也可在操作命令狀態(tài)下直接輸入運行文件名MYPROG。(4)停止編譯的方式。如果同時編譯的幾個程序中有錯誤，就需要停止編譯，由用戶進行修改。用戶可以指定兩種方式來停止編譯。,如果用戶希望同時編譯的幾個文件中出現(xiàn)一個錯誤時，就停止編譯，可用如下方法：將“Project”菜單中的亮條移至“Breakmake