第1章程序設(shè)計與C語言概述課件

第1章程序設(shè)計與

C語言概述

C

語言程序設(shè)計1

1.1程序與程序設(shè)計1.2程序設(shè)計語言1.3C語言概述1.4程序開發(fā)環(huán)境與程序調(diào)試本章主要內(nèi)容2023/7/2621.1程序與程序設(shè)計1.1.1程序1.1.2算法1.1.3程序設(shè)計方法和風(fēng)格返回2023/7/2631.1.1程序

程序是指存儲在計算機內(nèi)部存儲器中可以連續(xù)執(zhí)行的一條條指令的集合。著名計算機科學(xué)家沃思（NikiklausWirth）提出一個公式：程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。即一個程序應(yīng)該包括兩方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。2023/7/2641.1.1程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（datastructure）是對數(shù)據(jù)的描述，在程序中要指定數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的組織形式。算法（algorithm）是對操作的描述，即操作步驟。是用來解決做什么和怎么做的問題。計算機算法可分為兩大類：數(shù)值運算算法和非數(shù)值運算算法。2023/7/2651.1.1程序設(shè)計一個程序時，除了考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法這兩個因素之外，還應(yīng)當(dāng)采用程序設(shè)計方法進行程序設(shè)計，并且考慮用一種語言來表示。因此，一個程序應(yīng)該表示為：

程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法+程序設(shè)計方法+語言工具和環(huán)境2023/7/2661.1.2算法

1．算法概述算法是指為解決某個問題而采用的方法和步驟。這些步驟是按一定的順序進行的，每個步驟不能缺少，它們之間的次序也不能顛倒。算法體現(xiàn)了人們解決某一類問題時的思維方法和過程，描述了人類解決某類問題所依據(jù)的規(guī)則和操作。

2023/7/2671.1.2算法

計算機算法可分為兩大類：數(shù)值運算算法和非數(shù)值運算算法。數(shù)值運算算法主要用于求解數(shù)值問題，如求函數(shù)值、求方程的根等。一般數(shù)值運算有現(xiàn)成的模型，可以運用數(shù)值分析方法，因此對數(shù)值運算的算法的研究比較深入，各種數(shù)值運算都有比較成熟的算法可供選用。非數(shù)值運算算法常用于事務(wù)管理領(lǐng)域，如人事管理、行車調(diào)度管理等。由于非數(shù)值運算要求各異，很難規(guī)范化，因此一般只對一些典型的非數(shù)值運算算法作比較深入的研究。

2023/7/2681.1.2算法2．算法的特性

有窮性：一個算法應(yīng)包含有限的操作步驟，且每一步都可在有窮的時間內(nèi)完成。

確定性：算法中每一個步驟必須有確切的含義，并且在任何條件下，算法只有惟一的一條執(zhí)行路徑，即對于相同的輸入只能得出相同的輸出。

可行性：一個算法是能行的，即算法中描述的操作都是可以通過已經(jīng)實現(xiàn)的基本運算執(zhí)行有限次來實現(xiàn)的。2023/7/2691.1.2算法有零個或多個輸入：這些輸入取自于某個特定的對象的集合。有一個或多個輸出：這些輸出是同輸入有著某些特定關(guān)系的量，在一個完整的算法中至少會有一個輸出。

2023/7/26101.1.2算法3．算法的描述方法1966年，Bohra和jacopini證明了任何單入口單出口沒有死循環(huán)的程序都可以由三種基本的控制結(jié)構(gòu)構(gòu)造出來。這三種基本結(jié)構(gòu)就是順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，它們作為表示一個良好算法的基本單元。

2023/7/26111.1.2算法算法的表示方法很多，常用的有自然語言、傳統(tǒng)流程圖、N-S流程圖、偽代碼、計算機語言等。2023/7/26121.1.2算法（1）用自然語言表示算法自然語言就是人們?nèi)粘Ｊ褂玫恼Z言，可以是漢語、英語或其他語言。

下面通過實例來說明用自然語言來描述三種基本結(jié)構(gòu)的算法。

2023/7/26131.1.2算法【例1-1】

已知a的值是7，b的值是10，將a、b的值互換，互換后a的值為10、b的值為7，然后輸出交換后a、b的值。步驟1：把7賦給變量a步驟2：把10賦給變量b步驟3：將變量a的值賦給變量c步驟4：將變量b的值賦給變量a步驟5：將變量c的值賦給變量b步驟6：輸出變量a和變量b的值步驟7：算法結(jié)束。2023/7/26141.1.2算法【例1-2】

輸出a、b兩個不同數(shù)中的較大數(shù)。步驟1：輸入a和b的值步驟2：判斷a大于b否，如果a大于b，執(zhí)行第3步，否則執(zhí)行第4步步驟3：輸出a的值步驟4：輸出b的值步驟5：算法結(jié)束。

2023/7/26151.1.2算法【例1-3】求1+2+3+…+100。步驟1：使p=1步驟2：使q=2步驟3：使p+q，和仍放在p中，可表示為p+q→p步驟4：使q的值加1，即q+1→q。步驟5：如果q不大于100，返回重新執(zhí)行步驟3、步驟4和步驟5。否則，算法結(jié)束。最后得到p的值就是1+2+3+…+100的和。

2023/7/26161.1.2算法（2）用流程圖表示算法流程圖是用一些圖框表示各種操作。美國國家標準化協(xié)會ANSI規(guī)定了一些常用的流程圖符號，已為世界各國程序工作者普遍采用。流程圖符號如圖1-1所示。

圖1-12023/7/26171.1.2算法【例1-4】已知a的值是7，b的值是10，將a、b的值互換，互換后a的值為10、b的值為7，然后輸出交換后a、b的值。用流程圖表示算法。流程圖如圖1-2所示。圖1-22023/7/26181.1.2算法【例1-5】輸出a、b兩個不同數(shù)中的大數(shù)。用流程圖表示算法。流程圖如圖1-3所示。圖1-32023/7/26191.1.2算法【例1-6】求1+2+3+…+100。算法用流程圖表示。流程圖如圖1-4所示。圖1-42023/7/26201.1.2算法用流程圖表示算法直觀形象，易于理解，不會產(chǎn)生“歧義性”。三種基本結(jié)構(gòu)的共同特點：只有一個入口只有一個出口結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一部分都有機會被執(zhí)行到結(jié)構(gòu)內(nèi)不存在“死循環(huán)”

2023/7/26211.1.2算法（3）用N-S流程圖表示算法

N-S流程圖是美國學(xué)者I.Nassi和B.Shneiderman于1973年提出的一種新的流程圖。N-S流程圖的主要特點是取消了帶箭頭的流程線，全部算法寫在一個矩形框內(nèi)，在該框內(nèi)還可以包含其他的從屬于它的框。N-S流程圖如同一個多層的盒子，又稱盒圖。

2023/7/26221.1.2算法圖1-5表示順序結(jié)構(gòu)圖1-6表示選擇結(jié)構(gòu)

圖1-5圖1-62023/7/26231.1.2算法圖1-7表示當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)圖1-8表示直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)

圖1-7圖1-82023/7/26241.1.2算法已知a的值是7，b的值是10，將a、b的值互換，互換后a的值為10、b的值為7，然后輸出交換后a、b的值。用N-S流程圖表示算法。如圖1-9所示。圖1-92023/7/26251.1.2算法輸出a、b兩個不同數(shù)中的大數(shù)。用N-S流程圖表示算法。如圖1-10所示。圖1-102023/7/26261.1.2算法求1+2+3+…+100。用N-S流程圖表示算法。如圖1-11所示。圖1-112023/7/26271.1.2算法(4)用偽代碼表示算法偽代碼是用介于自然語言和計算機語言之間的文字和符號來描述算法的。用偽代碼表示算法時，可以用英文偽代碼，也可以用漢字偽代碼，還可以中英文混用。

用偽代碼寫算法并無固定的、嚴格的語法規(guī)則，只要用清晰易讀的形式把意思表達清楚即可。2023/7/26281.1.2算法【例1-7】求1+2+3+…+100。用偽代碼表示算法。BEGIN（算法開始）1→p2→qwhileq<=100{p+q→pq+1→q}printpEND(算法結(jié)束)2023/7/26291.1.2算法（5）用計算機語言表示算法要完成一項工作，包括設(shè)計算法和實現(xiàn)算法兩個部分。前面介紹的只是描述算法，計算機無法識別流程圖和偽代碼，只能識別并執(zhí)行用計算機語言編寫的程序，因此，用流程圖或偽代碼描述出一個算法后，還要將它轉(zhuǎn)換成計算機語言程序。用計算機語言表示算法必須嚴格遵循所用語言的語法規(guī)則。下面用C語言表示一個算法。2023/7/26301.1.2算法【例1-8】

將變量a,b的值互置。用C語言表示。#include<stdio.h>voidmain(){inta,b,c;/*定義a,b,c為整型變量*/a=7;

/*給a賦以整數(shù)7*/b=10;/*給b賦以整數(shù)10*/c=a;/*把a的值賦給c*/a=b;b=c;printf(“a=%d,b=%d\n”,a,b);/*輸出變量a,b的值*/}2023/7/26311.1.2算法【例1-9】

輸出a,b兩個不同數(shù)中的大數(shù)。用C語言表示算法。#include<stdio.h>voidmain(){inta,b,c;scanf("%d%d",&a,&b);if(a>b)printf("%d\n",a);elseprintf("%d\n",b);}2023/7/26321.1.2算法【例1-10】

求1+2+3+…+100）用C語言表示算法。#include<stdio.h>voidmain(){intp,q;p=1;q=2;while(q<=100){p=p+q;q=q+1;}

printf("1+2+3+…+100=%d\n",p);}2023/7/26331.1.3程序設(shè)計方法和風(fēng)格

程序設(shè)計（Programming）是指對提出的問題進行分析、確定數(shù)據(jù)模型、設(shè)計算法、編寫源代碼、調(diào)試并運行程序的方法和過程。按照結(jié)構(gòu)性質(zhì)，程序設(shè)計分為非結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。非結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法設(shè)計出來的程序無章可循，程序常常帶有強烈的個人色彩。這樣的程序可讀性差，編寫、調(diào)試和維護工作都十分困難。2023/7/26341.1.3程序設(shè)計方法和風(fēng)格結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計強調(diào)從程序的結(jié)構(gòu)上和風(fēng)格上來研究程序設(shè)計方法，提倡利用三種基本結(jié)構(gòu)進行規(guī)范化程序設(shè)計，使程序具有良好的結(jié)構(gòu)框架。用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法得到的程序不僅在結(jié)構(gòu)上良好、清晰易讀易寫，而且易維護、易排錯、易驗證正確性。

在前面介紹的算法中，順序、選擇和循環(huán)就是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法強調(diào)使用的三種基本結(jié)構(gòu)。

2023/7/26351.1.3程序設(shè)計方法和風(fēng)格程序設(shè)計風(fēng)格是指編寫程序時表現(xiàn)出的特點、習(xí)慣和邏輯思路。良好的程序設(shè)計風(fēng)格是程序質(zhì)量的重要保證，因為良好的程序設(shè)計風(fēng)格使程序結(jié)構(gòu)清晰合理，便于閱讀和維護，提高軟件的開發(fā)效率。2023/7/26361.2程序設(shè)計語言

程序設(shè)計語言（ProgrammingLanguage）就是計算機所能識別的代碼，計算機代碼通常要能夠向計算機描述清楚做什么，用什么做這兩個問題，因此計算機代碼的一般形式是：操作碼

目的操作數(shù)

源操作數(shù)2023/7/26371.2程序設(shè)計語言

程序設(shè)計語言按照語言級別可以分為低級程序設(shè)計語言和高級程序設(shè)計語言。低級程序設(shè)計語言提供的語句是計算機所能進行的基本操作，如：數(shù)據(jù)傳送指令，算術(shù)運算指令，邏輯運算指令等。高級程序設(shè)計語言是接近于自然語言或數(shù)學(xué)語言的計算機語言。高級語言不再面向機器，而是面向解題的過程，因而又稱為算法語言或稱為過程語言。

2023/7/26381.2程序設(shè)計語言對于計算機本身來說，它并不能直接識別由高級語言編寫的程序，它只能接收和處理由0和1的代碼構(gòu)成的二進制指令或數(shù)據(jù)，這種形式的指令是面向機器的，因此也稱為“機器語言”。計算機所能直接接受的是二進制信息，利用高級語言編寫的程序，應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器代碼，才能在計算機上運行。2023/7/26391.2程序設(shè)計語言利用高級語言編寫程序的過程是：借助每種語言提供的各自的編輯軟件生成各自的高級語言源程序，利用各自的翻譯程序（編譯或解釋程序）將高級語言源程序自動翻譯成目標程序（.obj文件），再將目標程序與高級語言提供的各種庫函數(shù)進行連接，生成一個可執(zhí)行文件（.exe文件）。2023/7/26401.2程序設(shè)計語言利用高級語言編寫程序的過程可以用圖1-12表示。圖1-122023/7/26411.3C語言概述

1.3.1C語言的發(fā)展過程1.3.2C語言的特點返回2023/7/26421.3.1C語言的發(fā)展過程

C語言是在B語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的根源可以追溯到ALGOL語言（算法語言）。1972年，貝爾實驗室的DennisRitchie對B語言進行了擴充和完善，并取BCPL的第二個字母C作為新語言的名稱，這就是C語言。1983年，美國國家標準研究所（ANSI）為C語言制定了一套ANSI標準，成為現(xiàn)行的C語言標準，稱之為ANSIC。

2023/7/26431.3.1C語言的發(fā)展過程為了對C語言先有一個直觀的了解，來看幾個簡單的C程序例子?！纠?-11】編寫一個C語言程序，在屏幕上顯示一行字符“Youarewelcome!”.main(){printf("Youarewelcome!\n");}運行結(jié)果：Youarewelcome!2023/7/26441.3.1C語言的發(fā)展過程【例1-12】編程實現(xiàn)從鍵盤輸入兩個整數(shù)，求和并將其結(jié)果顯示在屏幕上。#include<stdio.h>main(){inta,b,c;scanf("%d,%d",&a,&b);c=a+b;printf("Thesumis%d",c);}程序運行情況如下：5,10↙Thesumis15

2023/7/26451.3.1C語言的發(fā)展過程Ｃ源程序的結(jié)構(gòu)特點：（1）C程序是由函數(shù)構(gòu)成的。一個C源程序至少有且只能有一個main函數(shù)（即主函數(shù)），可以包含若干個其他函數(shù)。因此，函數(shù)是C程序的基本單位。（2）函數(shù)由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成。函數(shù)的第一行是函數(shù)首部，包含函數(shù)類型、函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)等。函數(shù)體是由一對花括號“{}”括起來的語句集合，函數(shù)體中一般包含變量聲明和執(zhí)行語句。2023/7/26461.3.1C語言的發(fā)展過程（3）C程序的函數(shù)可以是用戶自定義的函數(shù)，也可以是系統(tǒng)提供的標準函數(shù)（如printf函數(shù)、math函數(shù)等）。（4）在C程序中，main函數(shù)可以放在程序最前，也可以放在程序最后。不論main函數(shù)在整個程序中的位置如何，C程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行。（5）C程序中的每一個變量聲明和語句都必須以分號結(jié)束，分號是C語句的必要組成部分。（6）C語言本身沒有輸入輸出語句，輸入和輸出的操作是由庫函數(shù)scanf和printf等函數(shù)來完成的。2023/7/26471.3.1C語言的發(fā)展過程（7）C程序書寫格式自由，一行內(nèi)可以寫幾個語句，一個語句也可以分寫在多行上，C程序沒有行號。（8）C語言用“/*……*/”對程序進行注釋，注釋可以出現(xiàn)在程序中任意合適的位置，它對程序的運行不起作用。一個好的C程序應(yīng)有必要的注釋，以便閱讀。2023/7/26481.3.1C語言的發(fā)展過程書寫C程序時應(yīng)遵循以下規(guī)則：

（1）一個說明或一個語句最好獨占一行。（2）用“{}”括起來的部分，通常表示程序的某一種層次結(jié)構(gòu)，“{}”一般與該結(jié)構(gòu)語句的第一個字母對齊，并獨占一行。（3）低一層次的語句或說明可比高一層次的語句或說明縮進若干空格后書寫，以提高程序的可讀性。（4）為源程序添加注釋部分，以增加程序的可讀性。2023/7/26491.3.2C語言的特點

C語言主要具有下列特點：（1）C語言簡潔、緊湊，使用方便。C語言一共有32個關(guān)鍵字（請見附錄Ⅲ），9種控制語句，程序書寫自由。（2）運算功能豐富。C語言不僅提供了34種運算符（請見附錄Ⅱ），還提供了強大的庫函數(shù)（見附錄Ⅳ），從而使C語言的運算類型極為豐富。2023/7/26501.3.2C語言的特點（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富。C語言具有現(xiàn)代化語言的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，C語言的數(shù)據(jù)類型有整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等，能用來實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)運算。（4）C語言具有結(jié)構(gòu)化的特點。以函數(shù)為單位，通過結(jié)構(gòu)化的控制語句（如if…else語句、switch語句、for語句、while語句等），實現(xiàn)了程序的模塊化。（5）語法規(guī)則相對寬松，程序設(shè)計自由度大。2023/7/26511.3.2C語言的特點（6）生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。（7）C語言允許直接訪問物理地址，能進行位操作等，具有匯編語言的大部分功能。（8）可移植性好。基本上不做修改就能用于各種型號的計算機和各種操作系統(tǒng)。2023/7/26521.4C程序開發(fā)環(huán)境與程序調(diào)試對C程序進行編譯的系統(tǒng)比較多，大多數(shù)C編譯系統(tǒng)都是集成環(huán)境，即把編輯、編譯、連接和運行等操作全部集成在一個界面中進行。常用的有TurboC2.0、TurboC++3.0、VisualC++等。由于TurboC2.0是用于DOS環(huán)境的，在進入TurboC2.0環(huán)境后，不能用鼠標操作，主要用鍵盤操作，所以，目前用的比較少。2023/7/26531.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境

TurboC++3.0是美國Borland公司為C++程序的編輯、編譯、連接和運行而研制的集成開發(fā)環(huán)境，由于C++是從C語言發(fā)展而來的，C++對C程序是兼容的，因此可以用C++的編譯系統(tǒng)對C程序進行編譯。TurboC++3.0是DOS環(huán)境下的集成環(huán)境，但是可以把啟動TurboC++3.0集成環(huán)境的DOS執(zhí)行文件“tc.exe”生成快捷方式，并以圖標的形式放在Windows桌面上，只要雙擊該圖標，就能進入TurboC++3.0環(huán)境，并能用鼠標操作菜單。2023/7/26541.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境1．打開TurboC++3.0集成環(huán)境在Windows環(huán)境下，安裝TurboC++3.0時會在桌面上生成一個快捷方式圖標，雙擊該圖標即可進入TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境。TurboC++3.0集成環(huán)境如下圖所示。請進入TurboC++3.0集成環(huán)境對其進行介紹2023/7/26551.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境

2．編輯源文件單擊“File”→“New”菜單命令，新建一個C源程序，在集成環(huán)境的上部出現(xiàn)了編輯窗口，供用戶輸入C源程序。如果想對已經(jīng)保存過的C源程序文件進行修改，單擊“File”菜單項，從其下拉菜單中選擇“Open”菜單命令，在Name下面輸入文件所在的文件路徑和文件名，然后單擊【Open】按鈕，系統(tǒng)將把指定的C源程序調(diào)入內(nèi)存并顯示在編輯窗口中。可以對打開的源文件進行插入、刪除或修改，直到滿意為止。2023/7/26561.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境3．保存源文件對C程序完成編輯之后，應(yīng)該保存它。如果需要保存的C源文件是新創(chuàng)建的，選擇“File”下拉菜單中的“Save”菜單命令，彈出“Save”對話框,在“Save”下方的輸入框中，輸入文件的保存路徑和文件名，然后單擊【OK】按鈕。2023/7/26571.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境需要說明的是，保存源文件時文件沒有加后綴，系統(tǒng)會認為其是C++程序，將自動加上后綴“.cpp”。所以，保存C源程序時需要加上后綴“.c”，在編譯時系統(tǒng)能識別并編譯以“.c”為后綴的C程序。2023/7/26581.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境4．編譯源程序編寫好一個C源程序后，系統(tǒng)需要對程序進行編譯，生成“.obj”目標文件。選擇“Compile”→“Compile”菜單命名，或者按下<Alt+F9>組合鍵，會在屏幕上出現(xiàn)一個編譯消息框，顯示出編譯的信息。如果源程序有語法錯誤，系統(tǒng)將在編譯消息框中顯示出錯信息，用戶根據(jù)信息對程序進行修改，然后再進行編譯，直到不再出現(xiàn)錯誤或警告信息為止。按下任意鍵消息框消失。2023/7/26591.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境5．連接生成可執(zhí)行文件C源程序經(jīng)過編譯后生成目標代碼文件，其后綴為“.obj”，需要讓其和系統(tǒng)提供的函數(shù)庫連接成為一個整體，生成可執(zhí)行文件，其后綴名為“.exe”。方法是選擇“Compile”→“Line”菜單命令，或按下<F9>鍵。直接按下<F9>鍵，系統(tǒng)會把編譯和連接合為一個步驟來進行。2023/7/26601.4.1TurboC++3.0集成開發(fā)環(huán)境6．執(zhí)行C源程序文件選擇“Run”→“Run”菜單命名，或按下<Ctrl+F9>組合鍵，系統(tǒng)會執(zhí)行已經(jīng)編譯和連接好的可執(zhí)行文件。若程序需要輸入數(shù)據(jù)，屏幕會切換到運行窗口。輸入數(shù)據(jù)后，將把執(zhí)行結(jié)果輸出在運行窗口中。為了查看程序的運行結(jié)果，按下