第1章C語言概述

PAGE6程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（C語言）PAGE7第1章C語言概述第1章C語言概述C語言是國際上廣泛流行的、很有發(fā)展前途的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，它既可以用來編寫系統(tǒng)軟件，又可以用來編寫應(yīng)用軟件。C語言也是大學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)選用最多的語言。本章主要介紹C語言的發(fā)展歷史、C語言的特點(diǎn)、C程序的結(jié)構(gòu)和C程序的上機(jī)步驟。通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)重點(diǎn)掌握C語言的特點(diǎn)、C程序的結(jié)構(gòu)和上機(jī)運(yùn)行C程序的方法。1.1C語言的發(fā)展和特點(diǎn)自從計(jì)算機(jī)誕生以來，為了更好地進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，各種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言也在不斷地發(fā)展、進(jìn)步和完善。C語言就是其中最優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)語言之一。1.1.1C語言的發(fā)展過程C語言是目前世界上最流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件和需要對(duì)硬件進(jìn)行操作時(shí)，使用C語言編程明顯優(yōu)于其他高級(jí)語言，許多大型應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件都是用C語言編寫的。C語言的起源可以追溯到ALGOL60。1963年英國的劍橋大學(xué)在ALGOL60的基礎(chǔ)上推出了CPL語言，但是CPL語言難以實(shí)現(xiàn)。1967年英國劍橋大學(xué)的MatinRichards對(duì)CPL語言作了簡化，推出了BCPL語言。1970年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的KenThompson以BCPL語言為基礎(chǔ)，又作了進(jìn)一步的簡化，設(shè)計(jì)出了很簡單且接近硬件的B語言，并用B語言寫了第一個(gè)UNIX操作系統(tǒng)，在DECPDP-7型計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。1971年在DECPDP-11上實(shí)現(xiàn)了B語言。1972年由美國的DennisM.Ritchie在B語言的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了C語言，并首次在UNIX操作系統(tǒng)的DECPDP-11計(jì)算機(jī)上使用。為了推廣UNIX操作系統(tǒng)，1977年DennisM.Ritchie發(fā)表了不依賴于具體機(jī)器系統(tǒng)的C語言編譯文本《可移植的C語言編譯程序》。1978年BrianW.Kernighian和DennisM.Ritchie出版了名著《TheCProgrammingLanguage》，從而使C語言成為目前世界上流行最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言。隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及，出現(xiàn)了許多C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得這些C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況，1983年美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所（ANSI）為C語言制定了第一個(gè)ANSI標(biāo)準(zhǔn)，稱為ANSIC。1987年美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所又公布了新的C語言標(biāo)準(zhǔn)，稱為87ANSIC。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在1989年被國際標(biāo)準(zhǔn)化（ISO）組織采用，被稱為ANSI/ISOStandardC（即C89）。BrianW.Kernighian和DennisM.Ritchie根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，重寫了他們的經(jīng)典著作，并發(fā)表了《TheCProgrammingLanguage,SecondEdition》。1995年又為C語言增加了一些新的函數(shù)，使之具有C++的一些特征，使C89成為C++的子集。1999年推出的C99在基本保留C語言特征的基礎(chǔ)上，增加了一系列面向?qū)ο蟮男绿卣?。C語言也從面向過程的語言發(fā)展成為面向?qū)ο蟮恼Z言。C語言是C++的基礎(chǔ)，因此，掌握了C語言，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)C++就能以一種熟悉的語法來學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮恼Z言，從而達(dá)到事半功倍的目的。本課程是按照ANSI/ISOStandardC（即C89）來講授C語言的。目前最流行的C語言有MicrosoftC或稱MSC、TurboC和AT&TC。這些C語言版本不僅實(shí)現(xiàn)了ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，而且在此基礎(chǔ)上各自作了一些擴(kuò)充，使之更加方便、完美。本課程使用TurboC作為上機(jī)環(huán)境。1.1.2C語言的主要特點(diǎn)C語言發(fā)展迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件，如dBASEIIIPLUS、dBASEIV都是由C語言編寫的。用C語言加上一些匯編語言子程序，就更能顯示C語言的優(yōu)勢(shì)，像PC-DOS、WordSTAR等就是用這種方法編寫的。歸納起來C語言具有下列特點(diǎn)：1．C語言簡潔、緊湊、方便、靈活C語言共有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一些不必要的成分。2．運(yùn)算符豐富C語言的運(yùn)算符包括的范圍很廣泛，共有34個(gè)運(yùn)算符。C語言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C語言的運(yùn)算類型極其豐富、表達(dá)式類型多樣化，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其他高級(jí)語言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。3．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富C語言的數(shù)據(jù)類型有整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、聯(lián)合體類型等，能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。另外TurboC語言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。4．C語言是結(jié)構(gòu)化語言結(jié)構(gòu)化語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便地調(diào)用，并具有多種循環(huán)語句、條件語句來控制程序流程，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。5．C語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大一般的高級(jí)語言語法檢查比較嚴(yán)，能夠檢查出幾乎所有的語法錯(cuò)誤。而C語言放寬了語法檢查，允許程序編寫者有較大的自由度。這是C語言的優(yōu)點(diǎn)，也是C語言的缺點(diǎn)。限制嚴(yán)格就失去了靈活性，而強(qiáng)調(diào)靈活必然要放松限制。在程序設(shè)計(jì)中，程序員不要過分地依賴編譯器的語法檢查。因此，對(duì)于初學(xué)者，編寫一個(gè)正確的C語言程序比編寫一個(gè)其他高級(jí)語言程序更難些。6．C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作C語言既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有低級(jí)語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可以用來寫系統(tǒng)軟件。因此，有人把C語言稱為“中級(jí)語言”。7．C語言程序生成的代碼質(zhì)量高程序執(zhí)行效率高，一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10%～20%。8．C語言適用范圍大，可移植性好C語言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)，如DOS、UNIX，也適用于多種機(jī)型。1.2C程序的結(jié)構(gòu)用C語言編寫的程序稱為C語言源程序，簡稱為C程序。為了說明C語言源程序結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，先看以下幾個(gè)程序。這幾個(gè)程序由簡到難，雖然有關(guān)內(nèi)容還未介紹，但可從這些例子中了解到組成一個(gè)C程序的基本部分和書寫格式?！纠?-1】輸出一行信息的C程序。voidmain(){printf("Hello,world!\n");}main是主函數(shù)的函數(shù)名，表示這是一個(gè)主函數(shù)。每一個(gè)C程序都必須有主函數(shù)，且只能有一個(gè)主函數(shù)。printf是輸出函數(shù)，它的功能是把要輸出的內(nèi)容送到顯示器去輸出。printf函數(shù)是一個(gè)由系統(tǒng)定義的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，可在程序中直接調(diào)用。執(zhí)行這個(gè)程序，會(huì)在顯示器上輸出：Hello,world!【例1-2】計(jì)算三角函數(shù)的C程序。#include<math.h> /*#include稱為文件包含命令，擴(kuò)展名為.h的文件稱為頭文件*/#include<stdio.h>voidmain(){doublex,s; /*定義兩個(gè)實(shí)數(shù)變量，以被后面程序使用*/printf("Inputaangle:"); /*顯示提示信息*/scanf("%lf",&x); /*從鍵盤獲得一個(gè)實(shí)數(shù)x*/s=sin(x*3.14159/180.0); /*求x的正弦，并把它賦給變量s*/printf("sineof%lfis%lf\n",x,s); /*顯示程序運(yùn)算結(jié)果*/printf("Strikeanykeytocontinue!\n");getch(); /*按任何鍵回到集成開發(fā)環(huán)境*/}程序的功能是從鍵盤輸入一個(gè)數(shù)x，求x的正弦值，然后輸出結(jié)果。在main()之前的兩行稱為預(yù)處理命令（詳見后文）。預(yù)處理命令還有其他幾種，這里的#include稱為文件包含命令，其意義是把尖括號(hào)<>或引號(hào)""內(nèi)指定的文件包含到本程序來，成為本程序的一部分。被包含的文件通常是由系統(tǒng)提供的，其擴(kuò)展名為.h。因此也稱為頭文件或首部文件。C語言的頭文件中包括了各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)的函數(shù)原型。因此，凡是在程序中調(diào)用一個(gè)庫函數(shù)時(shí)，都必須包含該函數(shù)原型所在的頭文件。在本例中，使用了3個(gè)庫函數(shù)：輸入函數(shù)scanf、正弦函數(shù)sin和輸出函數(shù)printf。sin函數(shù)是數(shù)學(xué)函數(shù)，其頭文件為math.h文件，因此在程序的主函數(shù)前用#include命令包含了math.h。scanf和printf是標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出函數(shù)，其頭文件為stdio.h，在主函數(shù)前也用#include命令包含了stdio.h文件。在程序的每行后用/*和*/括起來的內(nèi)容為注釋部分，程序不執(zhí)行注釋部分。需要說明的是，C語言規(guī)定對(duì)scanf和printf這兩個(gè)函數(shù)可以省去對(duì)其頭文件的包含命令。所以在本例中也可以刪去第2行的包含命令#include<stdio.h>。在例題中的主函數(shù)體中又分為兩部分，一部分為說明部分，另一部分為執(zhí)行部分。說明是指變量的類型說明。例題1-1中未使用任何變量，因此無說明部分。C語言規(guī)定，源程序中所有用到的變量都必須先說明后使用，否則將會(huì)出錯(cuò)。這一點(diǎn)是編譯型高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言的一個(gè)特點(diǎn)。說明部分是C程序結(jié)構(gòu)中很重要的組成部分。本例中使用了兩個(gè)變量x和s，用來表示輸入的自變量和正弦函數(shù)值。由于正弦函數(shù)要求這兩個(gè)量必須是雙精度浮點(diǎn)型，故用類型說明符double來說明這兩個(gè)變量。說明部分后的4行為執(zhí)行部分或稱為執(zhí)行語句部分，用以完成程序的功能。執(zhí)行部分的第1行是輸出語句，調(diào)用printf函數(shù)在顯示器上輸出提示字符串，請(qǐng)操作人員輸入自變量x的值。第2行調(diào)用scanf函數(shù)，接受鍵盤上輸入的實(shí)數(shù)并存入變量x中。第3行是調(diào)用正弦函數(shù)并把函數(shù)值送到變量s中。第4行是用printf函數(shù)輸出變量s的值，即x的正弦值。程序結(jié)束。運(yùn)行本程序時(shí)，首先在顯示器屏幕上給出提示串Inputaangle:這是由執(zhí)行部分的第1行完成的。用戶在提示串下輸入某一數(shù)，如60，按下回車鍵，接著在屏幕上給出計(jì)算結(jié)果?！纠?-3】包含自定義函數(shù)的C程序。#include<stdio.h>voidmain() /*主函數(shù)*/{intx,y,z; /*變量說明*/intmax(int,int); /*函數(shù)原型聲明*/printf("Inputtwonumbers:\n");scanf("%d%d",&x,&y); /*輸入x，y值*/z=max(x,y); /*調(diào)用max函數(shù)*/printf("maxmum=%d\n",z); /*輸出*/printf("Strikeanykeytocontinue!\n");getch(); /*按任何鍵回到集成開發(fā)環(huán)境*/}intmax(inta,intb) /*定義max函數(shù)*/{if(a>b)returna;elsereturnb; /*把結(jié)果返回主調(diào)函數(shù)*/}程序的功能是由用戶輸入兩個(gè)整數(shù)，程序執(zhí)行后輸出其中較大的數(shù)。本程序由兩個(gè)函數(shù)組成，即主函數(shù)和max函數(shù)，兩函數(shù)之間是并列關(guān)系，可從主函數(shù)中調(diào)用其他函數(shù)。max函數(shù)的功能是比較兩個(gè)數(shù)，然后把較大的數(shù)返回給主函數(shù)。max函數(shù)是一個(gè)用戶自定義函數(shù)。因此在主函數(shù)中要給出函數(shù)原型?？梢?，在程序的說明部分中，不僅有變量說明，還可以有函數(shù)原型說明。關(guān)于函數(shù)的詳細(xì)內(nèi)容將在第6章介紹。以上程序的執(zhí)行過程是，首先在屏幕上顯示提示串，請(qǐng)用戶輸入兩個(gè)數(shù)，然后由scanf函數(shù)接收這兩個(gè)數(shù)送入變量x、y中，接著調(diào)用max函數(shù)，并把x、y的值傳送給max函數(shù)的參數(shù)a和b。在max函數(shù)中比較a、b的大小，把大數(shù)返回給主函數(shù)的變量z，最后在屏幕上輸出z的值。通過以上3個(gè)例子，可以概括出C語言源程序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）一個(gè)C語言源程序可以由一個(gè)或多個(gè)源文件組成。（2）每個(gè)源文件可由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)組成。（3）一個(gè)源程序不論由多少個(gè)文件組成，都有一個(gè)且只能有一個(gè)名字為main的函數(shù)（主函數(shù)）。（4）源程序中可以有預(yù)處理命令（#include命令僅為其中的一種），預(yù)處理命令通常應(yīng)放在源文件或源程序的最前面。（5）每一個(gè)說明、每一個(gè)語句都必須以分號(hào)結(jié)尾。但預(yù)處理命令、函數(shù)頭和最后一個(gè)花括號(hào)“}”之后不能加分號(hào)。（6）標(biāo)識(shí)符、關(guān)鍵字之間必須至少加一個(gè)空格以示分隔。若已有明顯的分隔符，也可不再加空格。程序的書寫格式非常自由，但從書寫清晰，便于閱讀、理解、維護(hù)的角度出發(fā)，建議在書寫程序時(shí)應(yīng)遵循以下規(guī)則：（1）一個(gè)說明或一個(gè)語句占一行。（2）用{}括起來的部分，通常表示了程序的某一層次結(jié)構(gòu)。{}一般與該結(jié)構(gòu)語句的第一個(gè)字母對(duì)齊，并單獨(dú)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(jìn)若干格后書寫，以便看起來更加清晰，增加程序的可讀性。在編程時(shí)應(yīng)力求遵循這些規(guī)則，以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。1.3TurboC上機(jī)步驟TurboC是美國Borland公司的產(chǎn)品，Borland公司是一家專門從事軟件開發(fā)、研制的公司。該公司相繼推出了一套Turbo系列軟件，如TurboBASIC、TurboPascal、TurboProlog。該公司在1987年首次推出TurboC1.0產(chǎn)品，以后又升級(jí)到2.0版。這套軟件使用了全新的集成開發(fā)環(huán)境，使用了一系列下拉式菜單，將文本編輯、程序編譯、連接以及程序運(yùn)行一體化，大大方便了程序的開發(fā)。1.3.1TurboC2.0文件簡介TurboC的主要文件包括：INSTALL.EXE——安裝程序文件TC.EXE——集成編譯TCINST.EXE——集成開發(fā)環(huán)境的配置設(shè)置程序TCHELP.TCH——幫助文件THELP.COM——讀取TCHELP.TCH的駐留程序GRAPHICS.LIB——圖形庫EMU.LIB——8087仿真庫FP87.LIB——8087庫*.h——TurboC頭文件*.BGI——不同顯示器圖形驅(qū)動(dòng)程序*.C——TurboC例行程序（源文件）1.3.2TurboC啟動(dòng)在DOS環(huán)境下運(yùn)行TurboC時(shí)，只要在TC子目錄下輸入TC并按Enter鍵即可進(jìn)入TurboC集成開發(fā)環(huán)境。注意，TC下有兩個(gè)目錄LIB和INCLUDE。LIB子目錄中存放庫文件，INCLUDE子目錄中存放所有頭文件。在Windows環(huán)境下運(yùn)行TurboC時(shí)，只要在文件夾中雙擊TC.EXE即可進(jìn)入TurboC集成開發(fā)環(huán)境。1.3.3源程序的輸入、編譯、連接和運(yùn)行C語言是一種高級(jí)語言，存放C程序的文件擴(kuò)展名必須為“.c”。計(jì)算機(jī)硬件不能直接執(zhí)行源程序，必須將源程序翻譯成二進(jìn)制目標(biāo)程序。翻譯工作是由一個(gè)系統(tǒng)軟件完成的，這個(gè)軟件稱為編譯程序，翻譯的過程稱為編譯，編譯的結(jié)果稱為目標(biāo)程序，存放目標(biāo)程序的文件擴(kuò)展名為“.OBJ”。程序翻譯成目標(biāo)程序后，便可進(jìn)行連接?！斑B接”的目的是使程序變成在計(jì)算機(jī)上可以執(zhí)行的最終形式。在這一階段，把系統(tǒng)程序庫中的函數(shù)與目標(biāo)程序連接，連接的結(jié)果稱為可執(zhí)行程序，存放可執(zhí)行程序的文件擴(kuò)展名為“.EXE”。1．源程序的輸入啟動(dòng)TurboC后，就可以在編輯窗口輸入或修改程序。例如輸入以下程序：voidmain(){printf("Hello，world！\n");}則程序進(jìn)入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。2．程序存盤為防止意外事故丟失程序，最好將輸入的程序存儲(chǔ)到磁盤中。在編輯窗口下，可直接按F2鍵或F10鍵，再按F鍵進(jìn)入File菜單項(xiàng)，接著按S鍵或W鍵將文件存盤。3．編譯程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行編譯有兩種方法：（1）直接按Alt+F9鍵即可。（2）按F10鍵返回主菜單，選擇Compile項(xiàng)，屏幕顯示Compile下拉菜單，從下拉菜單中選擇Compileto.OBJ項(xiàng)，按回車鍵。進(jìn)入編譯狀態(tài)后，屏幕會(huì)出現(xiàn)一個(gè)編譯窗口，幾秒鐘后，如果屏幕顯示一閃爍信息：Success:pressanykey表示編譯成功。此時(shí)可按任意鍵，編譯窗口消失，光標(biāo)返回主菜單。如果程序有語法錯(cuò)誤，編譯時(shí)會(huì)產(chǎn)生出錯(cuò)（Error）信息或警告（Warning）信息，這些具體錯(cuò)誤信息會(huì)顯示在屏幕下部的信息窗口中。對(duì)源程序進(jìn)行修改后，要重新進(jìn)行