C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)090909

會(huì)計(jì)學(xué)1C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)0909092023/1/172內(nèi)容提要計(jì)算機(jī)組成及工作過(guò)程機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)由低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言Cisthemostbeautifullanguage!C程序開(kāi)發(fā)過(guò)程第1頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/173計(jì)算機(jī)及其組成

計(jì)算工具:石器時(shí)代:石頭、手指、繩子……銅器時(shí)代:算籌（商周時(shí)代）、格子（西方）鐵器時(shí)代:算盤(pán)計(jì)算機(jī):(comput+er):用于計(jì)算的機(jī)器,用來(lái)處理存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),處理和存儲(chǔ)是一個(gè)整體.計(jì)算機(jī)的組成:硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)

物質(zhì)基礎(chǔ)加在硬件之上,控制硬件完成功能通過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)軟件第2頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/174馮·諾依曼的程序存儲(chǔ)思想“計(jì)算機(jī)之父”——馮·諾依曼的程序存儲(chǔ)思想:計(jì)算機(jī)應(yīng)該采用二進(jìn)制操作指令也是一種信息,也用二進(jìn)制數(shù)表示程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式可以完全相同程序本身也可包含數(shù)據(jù)第3頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/175關(guān)于第一臺(tái)計(jì)算機(jī)

1946.2.14ENIAC(埃尼阿克)現(xiàn)在保存在賓夕法尼亞大學(xué)這臺(tái)機(jī)器名為“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”(簡(jiǎn)稱(chēng)埃尼阿克，完全是一個(gè)龐然大物，占地面積達(dá)170m2，質(zhì)量達(dá)30t，耗電量也很驚人，功率為150kW，共使用了近兩萬(wàn)個(gè)電子管，在工作時(shí)這些管子看上去活像兩萬(wàn)只點(diǎn)著的燈泡。埃尼阿克主要用來(lái)進(jìn)行彈道計(jì)算的數(shù)值分析第4頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/176其他版本的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)

圖靈機(jī):計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父,”圖靈獎(jiǎng)”德國(guó)人ConranEuse代號(hào)為“Z”的計(jì)算機(jī)哈佛，IBM的Mark系列大型電子計(jì)算機(jī)真正的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是上面三臺(tái)中之一,無(wú)從考證第5頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/177控制總線(xiàn)CPU計(jì)算機(jī)硬件的組成運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器接口輸入設(shè)備輸出設(shè)備地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

控制和指揮整個(gè)運(yùn)算過(guò)程，使指令按要求一條一條執(zhí)行。

存放程序指令及數(shù)據(jù)

輸入指令代碼和原始數(shù)據(jù)顯示或打印計(jì)算結(jié)果處理第6頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/178關(guān)于二進(jìn)制問(wèn)題“世界上有１０種人，一種人懂二進(jìn)制，另一種人不懂”這里的１０是一個(gè)二進(jìn)制數(shù),就是十進(jìn)制的2第7頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/179關(guān)于二進(jìn)制等進(jìn)制問(wèn)題進(jìn)制每位符號(hào)逢幾進(jìn)一位權(quán)n位數(shù)的不同個(gè)數(shù)例子(結(jié)果統(tǒng)一到十進(jìn)制)十0~91010i10n341=3*102+4*101+1*100=341二0~122i2n101=1*22+0*21+1*20=5八0~788i8n127=1*82+2*81+7*80=87十六0~9A~F1616i16n31D=3*162+1*161+13*160=797另:3位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于1位八進(jìn)制數(shù):101011B=(53)8=53Q4位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于1位十六進(jìn)制數(shù):11011001B=(D9)16=D9H=d9H第8頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1710關(guān)于存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的組成：由存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)單元1個(gè)字節(jié)（1B），1B=8bit，每個(gè)單元有一個(gè)地址。存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容與存儲(chǔ)單元的地址是兩個(gè)概念，其區(qū)別如同房間里的東西與房間號(hào)碼。存儲(chǔ)器的大小指它有多少個(gè)字節(jié)，也就是有多少個(gè)不同的地址號(hào)，取決于地址總線(xiàn)的根數(shù)，n根地址總線(xiàn)，存儲(chǔ)器容量為：2n常用存儲(chǔ)單位：1TB=210GB=220MB=230KB=240B存儲(chǔ)器按功能分為3大區(qū)域：程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和棧存放程序中的指令存放程序中的數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)都在一端，無(wú)需計(jì)算地址，速度快

第9頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1711關(guān)于CPUCPU：CentralProcessorUnit,中央處理器，完成各種處理（運(yùn)算+控制），是計(jì)算機(jī)最核心部件。CPU中設(shè)寄存器的目的：存放數(shù)據(jù)或計(jì)算的中間結(jié)果，不通過(guò)地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，處理速度快。寄存器有兩種：通用寄存器和專(zhuān)用寄存器。熟悉兩個(gè)專(zhuān)用寄存器：（1）累加器A：與算術(shù)邏輯運(yùn)算器ALU一起完成各種運(yùn)算（2）程序計(jì)數(shù)器PC：寄存指令的地址，CPU通過(guò)PC取來(lái)一條指令執(zhí)行時(shí)，PC便“指向”下一條指令，即PC的值變?yōu)橄乱粭l將要執(zhí)行的指令的地址。除非遇到轉(zhuǎn)移指令或子程序調(diào)用指令，CPU都是通過(guò)PC順序地提取指令。是運(yùn)算器的組成部分，暫存操作數(shù)及運(yùn)算的中間結(jié)果

每一個(gè)都有特定的作用

第10頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1712機(jī)器內(nèi)部執(zhí)行程序的過(guò)程示例程序是一組指令，指令聯(lián)系著存儲(chǔ)器和CPU，每條指令有操作碼，有的指令有操作數(shù)，指令存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)區(qū)，操作數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。例：求和程序y=3+4所包含的指令如下：操作碼操作數(shù)指令含義01H3000H將地址為3000H的單元中的數(shù)據(jù)放入累加器A03H3001H將地址為3001H單元中的數(shù)據(jù)與累加器A中的數(shù)據(jù)相加，結(jié)果留在A02H3002H將累加器A中的數(shù)據(jù)存入地址為3002H的單元07H停機(jī)動(dòng)態(tài)演示過(guò)程第11頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1713機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算機(jī)而言：它的各個(gè)硬件部分存在的意義和相互的聯(lián)系通過(guò)指令來(lái)體現(xiàn)。對(duì)程序設(shè)計(jì)而言：計(jì)算機(jī)就是指令系統(tǒng)。用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)：首先要熟悉計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，熟悉每一條指令的含義及用法。設(shè)計(jì)算法，根據(jù)算法編寫(xiě)程序。所編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序體現(xiàn)為一系列指令的集合，每條指令的操作碼和操作數(shù)都用二進(jìn)制數(shù)表示。用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序就是機(jī)器能識(shí)別并執(zhí)行的目標(biāo)程序。第12頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1714一臺(tái)模型機(jī)的指令系統(tǒng)指令名稱(chēng)操作碼|操作數(shù)說(shuō)明取數(shù)01HNA←(N),將地址為N的單元的數(shù)據(jù)存入累加器A存數(shù)02HN(N)←A,將累加器A的數(shù)據(jù)存入地址為N的單元加法03HN將地址為N的單元的數(shù)據(jù)和A中的相加，結(jié)果存入A乘法04HN將地址為N的單元的數(shù)據(jù)和A中的相乘，結(jié)果存入A比較05HNA－(N)比較兩個(gè)數(shù)據(jù)（相減），結(jié)果存入寄存器F轉(zhuǎn)移06HNPC←N用地址N更新程序計(jì)數(shù)器PC的值停機(jī)07H停機(jī)子程序調(diào)用08HN斷口地址進(jìn)棧，用地址N更新程序計(jì)數(shù)器PC的值返回主程序09H斷口地址出棧，用來(lái)更新程序計(jì)數(shù)器PC的值壓棧0aHT寄存器T中的數(shù)據(jù)進(jìn)棧保存（T表示任意寄存器）出棧0bHN出棧，出棧數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器T第13頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1715編程計(jì)算：y=ax2+bx+c

步驟方法一方法二(y=x(ax+b)+c)1取數(shù)a

取數(shù)a2計(jì)算a*x

計(jì)算a*x3計(jì)算a*x*x

計(jì)算a*x+b4計(jì)算b*x計(jì)算x*(a*x+b)5計(jì)算a*x*x＋b*x計(jì)算x*(a*x+b)+c6計(jì)算a*x*x＋b*x+c(書(shū)中未講，此方法無(wú)需調(diào)用子程序）說(shuō)明：方法一的第4步，也需要用累加器A，而此刻A中是第3步的結(jié)果。這時(shí)，只能將第4步定義為一個(gè)子程序，結(jié)果受主程序調(diào)用，因此以上步驟實(shí)質(zhì)上變成：計(jì)算z=b*x(子程序)zz動(dòng)態(tài)演示過(guò)程方法一動(dòng)態(tài)演示過(guò)程方法二第14頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1716子程序調(diào)用中涉及的幾個(gè)概念入口地址：第一條指令在程序存儲(chǔ)區(qū)中的地址。中斷：一個(gè)程序在執(zhí)行過(guò)程中去執(zhí)行另一個(gè)程序。斷口地址：程序中斷時(shí)的下一條指令的地址。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：程序中斷時(shí)，有些寄存器存放著中間結(jié)果，將寄存器中的中間結(jié)果放入某地(堆棧)暫存?；謴?fù)現(xiàn)場(chǎng)：子程序執(zhí)行完畢，再將主程序的中間結(jié)果放回寄存器。第15頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1717子程序調(diào)用過(guò)程第1步：將主程序的斷口地址壓入堆棧保存。第2步：將子程序的入口地址送入PC。第3步：進(jìn)入子程序后，首先保護(hù)主程序現(xiàn)場(chǎng)。

第4步：執(zhí)行子程序。第5步：子程序執(zhí)行完畢，恢復(fù)主程序現(xiàn)場(chǎng)。第6步：將主程序的斷口地址從棧頂送回PC。y=ax2+bx+c

方法一的清單及執(zhí)行過(guò)程見(jiàn)動(dòng)態(tài)演示。動(dòng)態(tài)演示過(guò)程方法一第16頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1718由低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言：是第一代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)能識(shí)別和執(zhí)行的唯一語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言的3個(gè)局限性：（1）程序不容易讀寫(xiě)，操作碼和操作數(shù)都是二進(jìn)制數(shù)（2）對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的依賴(lài)性很強(qiáng)，可移植性差（3）指令功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有按照數(shù)據(jù)類(lèi)型分類(lèi)改進(jìn)：用助記符代替機(jī)器的數(shù)字指令，用符號(hào)地址表示存儲(chǔ)單元的數(shù)字地址——匯編語(yǔ)言(第二代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言)改進(jìn)：面向問(wèn)題而非面向機(jī)器，與計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)改進(jìn)：提供豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型，語(yǔ)句一般都采用自然語(yǔ)匯，一條語(yǔ)句往往相當(dāng)于多條指令。

第17頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1719由低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言第一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：Fortran語(yǔ)言(1954年)高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展：（1）從早期語(yǔ)言到結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（2）從面向過(guò)程到非過(guò)程化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(面向?qū)ο螅?）發(fā)展趨勢(shì)：面向應(yīng)用第一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：Pascal語(yǔ)言(1970年)高級(jí)語(yǔ)言的種類(lèi)有數(shù)百種，比較熟悉的有：Fortran、Basic、Pascal、C、FoxBASE、FoxPro、Lisp、Prolog、C++、Java、C#等第18頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1720由低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言區(qū)分兩組概念：（1）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與程序(類(lèi)似于漢語(yǔ)與文章的關(guān)系)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的工具，是計(jì)算機(jī)全部指令的集合；而任何計(jì)算機(jī)程序都需要用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，是為實(shí)現(xiàn)某個(gè)算法從該語(yǔ)言中選擇所需要指令組成的集合。（2）源程序與目標(biāo)程序：源程序：程序員編寫(xiě)的程序目標(biāo)程序：計(jì)算機(jī)最終能識(shí)別并運(yùn)行的程序(二進(jìn)制)源程序目標(biāo)程序用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)匯編程序用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)編譯程序匯編編譯第19頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1721Cisthemostbeautifullanguage!C語(yǔ)言最早的原型是ALGOL601973年，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的DennisRitchie(D.M.RITCHIE，被尊為“C語(yǔ)言之父”)在BCPL和B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種新的語(yǔ)言——C語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)UNIX操作系統(tǒng)及其上的應(yīng)用程序。

1999年，ANSI和ISO通過(guò)了最新版本的C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)C99，這是關(guān)于C語(yǔ)言的最新、最權(quán)威的定義。選擇學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的理由：C語(yǔ)言不僅是面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中功能最強(qiáng)、效率最高的語(yǔ)言，更是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言C++、Java和C#的基礎(chǔ)。第20頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1722Cisthemostbeautifullanguage!C語(yǔ)言具有很多優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便運(yùn)算符豐富（34個(gè)）數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言，程序?qū)哟吻逦鶦語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，語(yǔ)法比較靈活。C語(yǔ)言允許直接訪(fǎng)問(wèn)物理地址，可直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，既可以開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，又可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件（中級(jí)語(yǔ)言）C語(yǔ)言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高

C語(yǔ)言適用范圍大，可移植性好，適合多種操作系統(tǒng)，多種機(jī)型第21頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1723

開(kāi)

始

編

輯

編

譯

連

接

執(zhí)

行

有錯(cuò)？

結(jié)果正確？

結(jié)

束

有

源程序

file.c

目標(biāo)程序file.obj

庫(kù)函數(shù)和其它目標(biāo)程序

可執(zhí)行目標(biāo)程序

無(wú)

正確

不正確

C程序開(kāi)發(fā)過(guò)程file.exe編輯程序代碼的錄入,生成源程序*.c編譯鏈接運(yùn)行源程序目標(biāo)程序可執(zhí)行程序內(nèi)容程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言代碼機(jī)器語(yǔ)言代碼機(jī)器語(yǔ)言代碼可執(zhí)行？不可以不可以可以擴(kuò)展名.c.obj.exe語(yǔ)法分析查錯(cuò)，翻譯生成目標(biāo)程序*.obj與其它目標(biāo)程序或庫(kù)鏈接裝配,生成可執(zhí)行程序*.exe第22頁(yè)/共27頁(yè)2023/1/1724在VC++6.0下開(kāi)發(fā)程序的過(guò)程C程序的開(kāi)發(fā)在特定的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行本教材中所有的程序在VC++6.0下通過(guò)，并且課程配套實(shí)驗(yàn)也要求在VC++6.0下VC++6.0集成環(huán)境中提供了編輯器、編譯器、鏈接器、調(diào)試器等多種工具，使得程序員從源程序的編輯到最后的運(yùn)行均可在集成環(huán)境中完成舉例：