高級語言程序設(shè)計-從C到C++(第二版)課件：C語言入門

1.1初識C程序1.2C程序從編輯到運行1.3變量與賦值1.4輸入與輸出1.5流程控制1.6函數(shù)1.7編程風格1.1初識C程序?qū)τ诔鯇W者來說，C語言的詞匯即關(guān)鍵字，接近于我們使用的自然語言(這里指英語)，在某種程度上可以見名知義。下面就讓我們通過一個簡單的程序來認識和了解C語言?！纠?.1】在屏幕上輸出一行文字：歡迎使用C語言！對于上述代碼，我們需要進行編輯、保存、編譯和運行，從而在屏幕上輸出相應(yīng)的文字。編輯代碼，必須有一個可以進行文字編輯的軟件。Windows操作系統(tǒng)中自帶的記事本或者MSWORD等軟件，均可以完成代碼的編輯與存儲功能。在C語言程序設(shè)計中，程序代碼編寫完成后保存在擴展名為“.c”的文件中，該文件即為源程序文件。我們將上述代碼保存在Lianxi_1_1.c源程序文件中。由于C語言是高級語言，因此需要將源程序翻譯成計算機可以識別的機器語言，也就是要對源程序進行編譯。程序在編譯成功以后，即可以運行，在屏幕上輸出相應(yīng)的文字。程序執(zhí)行后，輸出結(jié)果顯示在Windows的Console控制臺(也稱作Windows的命令行DOS框，本書中簡稱為控制臺)中。運行結(jié)果中，在標題欄列出了當前運行的程序“Lianxi_1_1.exe”，該程序即源程序編譯之后的可執(zhí)行程序?？刂婆_上顯示出要求輸出的文字“歡迎使用C語言！”，以及該程序執(zhí)行所用時間與返回值。當根據(jù)控制臺上的提示“請按任意鍵繼續(xù)…”操作時，該程序運行結(jié)束。雖然例1.1僅有短短數(shù)行程序代碼，但是已經(jīng)具備了C語言的基本框架和特征。源程序中符號“//”后面的內(nèi)容為注釋，注釋的作用是在源程序中對特定的代碼進行簡要解釋，起到標記相應(yīng)代碼的作用，以增強程序的可讀性，尤其是在復雜的源程序文件中，注釋對理解源代碼起到了非常重要的作用。當程序運行時，注釋不會對程序產(chǎn)生任何作用。C語言中的注釋有兩種形式：(1)單行注釋：使用雙斜線符號“//”注釋其后的內(nèi)容，表示雙斜線以后到本行結(jié)束的內(nèi)容均為注釋部分。(2)多行注釋：使用一對符號“/*”與“*/”完成內(nèi)容注釋，表示從符號“/*”開始到符號“*/”結(jié)束之間的內(nèi)容均為注釋，無論這些內(nèi)容是在一行還是多行中。單行注釋短小精悍，多用于代碼中對某語句的解釋。多行注釋可以詳細描述某個部分的具體功能。C語言編譯器在編譯源程序時，對注釋部分忽略不計，不會為注釋生成機器代碼。源程序的第二行以“#”開始的部分，是一個預處理指令。該指令在對程序進行編譯之前告訴預處理器，該程序要包括標準輸入輸出函數(shù)庫。其中“stdio”是“standardinput&output”的縮寫，擴展名“.h”中的“h”是英文單詞head的縮寫，意為頭文件。C語言頭文件stdio.h中包含與輸入/輸出相關(guān)的函數(shù)，在本程序中使用的printf(?)函數(shù)即定義在該文件中。因此凡是涉及與輸入/輸出相關(guān)的函數(shù)時，需要確認標準函數(shù)庫中是否已經(jīng)定義，若已定義，則可以直接使用，并在源程序中應(yīng)用上述預處理指令。代碼“intmain(?)”是任何C語言程序必不可少的一部分。C語言程序由一系列的函數(shù)所構(gòu)成，C語言程序設(shè)計的基本單位是函數(shù)，這些函數(shù)可以在一個源文件中，也可以根據(jù)不同功能而分布在多個源文件中。在這一系列的函數(shù)中，必須有一個而且只能有一個以main為名的函數(shù)，這個函數(shù)稱為主函數(shù)，整個程序由主函數(shù)開始執(zhí)行，一般也是以主函數(shù)結(jié)束。該行代碼中，關(guān)鍵字int表示該主函數(shù)需返回一個整型數(shù)值，與程序最后一行的“return0;”相對應(yīng)。代碼“printf("歡迎使用C語言！")；”告訴計算機執(zhí)行一個輸出動作，它是一條可執(zhí)行語句?！皃rintf”為“printfunction”的縮寫，是一個格式化輸出函數(shù)，該函數(shù)在標準輸入/輸出文件stdio.h中定義。該函數(shù)將雙引號中的內(nèi)容輸出到屏幕上。C語言的語法規(guī)定分號“；”是一條語句的終止符號，每一條可執(zhí)行語句都必須以分號結(jié)束，但是只要符合語法，多條語句可以在一行書寫，一條語句也可以在多行書寫。1.2C程序從編輯到運行一個簡單的C語言程序，從編寫到運行經(jīng)過了幾個必不可少的過程，如圖1.2所示。在編輯階段，使用文字處理軟件編寫代碼，并將文件保存為以“.c”為擴展名的源程序文件。在編譯階段，編譯器(Compiler)將源程序翻譯為計算機可識別和執(zhí)行的機器指令，即目標程序，文件以“.obj”為擴展名。和源程序一樣，目標程序也不能直接執(zhí)行，需要經(jīng)過連接器(Linker)，將目標程序同C語言庫中提供的支持程序和其他相關(guān)目標模塊連接起來，然后就生成了可以直接運行的可執(zhí)行文件(以“.exe”為擴展名)。連接器為C語言提供了豐富的手段，通過與外在資源的連接，迅速地擴充了C語言，從而得到了功能強大的可執(zhí)行程序。Dev-C++?是一個Windows環(huán)境下的集成開發(fā)環(huán)境，可用于C語言或者C++?語言程序的開發(fā)。作為一款自由開源軟件，它集成了眾多C/C++?語言開發(fā)環(huán)境的優(yōu)點，免費且實用。Dev-C++?遵循C11標準并兼容C99標準，其開發(fā)環(huán)境包括多頁面窗口、工程編輯器以及調(diào)試器等，在工程編輯器中集成了編輯器、編譯器、連接程序和執(zhí)行程序，提供高亮度語法顯示以減少編輯錯誤，具備基本的調(diào)試功能，可以進行單步語句跟蹤調(diào)試。最重要的是Dev-C++?有中文界面，這也是目前很多C語言開源軟件不具備的優(yōu)勢。該軟件可通過網(wǎng)絡(luò)免費下載使用，在下載了該軟件之后，雙擊該軟件，軟件即開始自動安裝；在安裝完成后第一次運行時，需要對運行環(huán)境進行配置，即選取開發(fā)界面所使用的語言，如圖1.3(a)所示。這時如果選擇中文，軟件的開發(fā)界面則為中文模式(見圖1.3(b))。下面我們結(jié)合例1.1來介紹如何使用Dev-C++?實現(xiàn)從源程序編輯到程序執(zhí)行的完整過程。1．源程序編輯選取菜單項【文件】→【新建】→【源代碼】，進入源代碼的編輯界面。按照例1.1的內(nèi)容輸入代碼，并保存為Lianxi_1_1.c源程序文件。在學習C語言程序之初，就應(yīng)該有一個良好的編程習慣，除了前文提到的對代碼進行詳盡的注釋之外，還應(yīng)該將代碼編寫得錯落有致，不同部分之間以空行間隔，這樣程序的可讀性也會隨之提高。2．源程序編譯在程序編寫完成后，選取菜單項【運行】→【編譯】，如圖1.6所示，即開始對源程序進行編譯。編譯過程中相關(guān)信息的反饋以及編譯結(jié)果會顯示在開發(fā)環(huán)境的編譯日志中。在編譯日志中，我們可以看到當前編譯的文件個數(shù)、文件名及所使用的編譯器的名稱。編譯過程中會進行C語言的語法檢查，對于沒有遵守語法規(guī)則所引起的錯誤，編譯器會顯示錯誤信息，從而使程序編寫人員可以很容易地定位該錯誤并進行修正。如果我們將例1.1中printf語句后的分號去掉，再進行編譯，就會看到，在開發(fā)界面下部的編輯器窗口中顯示了錯誤信息，并且指明了錯誤產(chǎn)生的位置。同時，在編譯日志中，也相應(yīng)地指出了程序錯誤及錯誤發(fā)生的位置。在編譯結(jié)果中，顯示出錯誤發(fā)生數(shù)目(1個)，而且由于編譯過程中有錯誤產(chǎn)生，編譯沒有生成可執(zhí)行程序(如圖1.9所示)。3．程序執(zhí)行當源程序編譯成功之后，即生成了相應(yīng)的可執(zhí)行文件，選取菜單項【運行】→【運行】，可運行該程序。此時，運行的是編譯生成的可執(zhí)行文件，而不是源程序文件。這時將彈出Windows控制臺窗口，顯示運行結(jié)果。1.3變量與賦值【例1.2】使用C語言編寫程序，實現(xiàn)兩個整數(shù)的加法運算，并將結(jié)果顯示在屏幕上。程序第一行的預處理指令引入標準輸入/輸出函數(shù)庫，因此在程序中可以直接使用printf(?)標準輸出函數(shù)。在主函數(shù)main(?)中，定義了三個變量，名稱分別是a、b、sum。所謂變量，就是程序中用來存放數(shù)據(jù)的對象，在程序運行期間其值可以改變。每一個變量都應(yīng)該有一個名字，即變量名，便于在程序設(shè)計過程中使用。C語言規(guī)定所有變量在使用前必須先定義，包括定義變量的數(shù)據(jù)類型和變量名。通常，變量的定義會放在函數(shù)的開始部分、其他可執(zhí)行語句之前。C語言的變量除了可以定義為整型外，還可以定義為其他類型。不同的數(shù)據(jù)類型，對應(yīng)的存儲空間不同，存儲的數(shù)據(jù)也不同。在定義變量的時候，需要遵從C語言的語法規(guī)則：變量的定義至少應(yīng)包含變量的數(shù)據(jù)類型與變量名，即也可以通過逗號間隔，定義同一類型的多個變量：根據(jù)上述規(guī)則，例1.2中的三個變量可以分別定義，如下：由于這三個變量均為整型變量，也可以定義為變量必須先定義后使用，如果變量在使用之前沒有定義，則在對程序進行編譯時，編譯器會返回錯誤信息，指出該變量在使用前沒有定義。C語言強制要求變量在使用之前被定義，可以起到以下作用：

(1)如果在定義變量時明確指定了數(shù)據(jù)類型，則程序在編譯時就能為該變量分配相應(yīng)的存儲空間，并檢查該變量的使用是否正確。(2)在定義變量時，除了指定數(shù)據(jù)類型，還需要為變量命名，如例1.2中的變量名a、b和sum。為變量命名就好像為飯店的每一個包廂指定名稱一樣，便于程序設(shè)計過程中對其進行操作。C語言規(guī)定變量的命名需要遵循一定的規(guī)則：①變量名只能由字母、數(shù)字或下劃線組成；②變量名的第一個字符只能是下劃線或者字母。此外，C語言對字母的大小寫敏感，即認為大寫字母與小寫字母是兩個不同的字符。因此在上述變量名中，firstName與FirstName是兩個不同的變量名。除了上述兩項規(guī)則以外，C語言的相關(guān)標準并沒有規(guī)定變量名的長度，以及如何給變量命名，因此變量名的選擇相對來說是自由的。而且C語言也沒有限定變量名的長度，理論上講，變量名可以無限長。但是為了程序書寫的便利以及閱讀的方便，變量名應(yīng)控制在有限長度內(nèi)，并且變量的名字應(yīng)該有一定的含意(與英文含意相對應(yīng))。變量必須先定義后使用，但是變量也不能重復定義，因為在編譯時會根據(jù)變量的類型進行空間分配，如果變量重復定義，則編譯器會給出錯誤信息。在變量被定義以后即可以按照其數(shù)據(jù)類型來使用。變量可以在使用的時候賦值，也可以在定義的時候賦值。在定義的同時對變量進行賦值稱作變量的初始化。如果變量在定義之后、使用之前沒有賦值，變量中所存儲的數(shù)據(jù)不確定，則編譯程序時并不會出錯，但是程序執(zhí)行的結(jié)果會出錯。1.4輸入與輸出在例1.2的程序中，對變量a和b分別賦值23與24，那么該程序只能實現(xiàn)對整數(shù)23與24的求和運算。如果我們想要實現(xiàn)對任意兩個整數(shù)的求和計算，則需要將程序做適當?shù)男薷?，如下例?！纠?.3】編寫程序，實現(xiàn)對任意兩個整數(shù)的求和運算。對例1.3程序編譯成功之后，運行該程序，Windows的控制臺第一行顯示結(jié)果如圖1.11所示。通過鍵盤輸入數(shù)字23之后按回車鍵，則顯示結(jié)果如圖1.12所示。通過鍵盤輸入數(shù)字24之后按回車鍵，則程序計算出兩個整數(shù)的和。在程序執(zhí)行的過程中實現(xiàn)了簡單的人機交互，按照程序執(zhí)行過程中對數(shù)據(jù)類型的要求，通過鍵盤分別輸入兩個整數(shù)，從而實現(xiàn)了對任意兩個整數(shù)的求和計算。在例1.3中，使用了前面提到的標準輸出函數(shù)printf，給用戶進行提示，并且使用了一個新的函數(shù)scanf，用于獲取從鍵盤輸入的信息。函數(shù)scanf與函數(shù)printf一樣，都被定義在了標準輸入/輸出函數(shù)庫<stdio.h>中。因此，通過程序的預處理指令“#include<stdio.h>”，即可在程序中使用這兩個函數(shù)。在例1.3中，函數(shù)scanf通過逗號分隔開兩個參數(shù)，分別是“%d”和“&a”。第一個參數(shù)，我們在例1.2中的函數(shù)printf中也用到了，該參數(shù)是格式控制字符串，指出程序希望接收的輸入數(shù)據(jù)。字符串“%d”中，字符“d”指出該數(shù)據(jù)應(yīng)該是十進制的整型數(shù)據(jù)(字母d即decimal的首字母)，“%”是一個特定的字符，指出其后緊跟格式控制符。函數(shù)的第二個參數(shù)“&a”中的字符“a”對應(yīng)著前面定義的整型變量a，而符號“&”表示該變量的地址，又稱作取地址運算符，表明了通過該語句輸入的數(shù)據(jù)要存放到變量a中。符號“&”是函數(shù)scanf要求使用的，函數(shù)printf并不需要。例1.3中的標準輸出函數(shù)printf有兩種形式，即無格式輸出和有格式輸出，分別為和無格式輸出時，只有一個參數(shù)，該參數(shù)被雙引號括起來。程序執(zhí)行時將按照雙引號內(nèi)的字符串原樣顯示，即顯示有格式輸出時，函數(shù)printf有兩個參數(shù)，第一個參數(shù)為格式控制字符串，雙引號內(nèi)的字符串將按照順序輸出，但是遇到格式控制符“%d”時，將使用第二個參數(shù)，即變量sum中的數(shù)據(jù)(假設(shè)為47)對格式控制符進行替換，從而輸出函數(shù)scanf與printf的一般形式分別為其中，變量列表即用逗號分隔的一個或多個變量；而格式控制字符串中，需要有對應(yīng)數(shù)目的格式控制符。注意，函數(shù)scanf中變量列表的每一個變量前都需要有地址符號“&”。而函數(shù)printf正如前面所述，可以只有一個參數(shù)，即省略參數(shù)變量列表。1.5流程控制例1.3中實現(xiàn)了最簡單的人機交互，即根據(jù)程序的提示和要求通過鍵盤輸入兩個整數(shù)，然后程序計算出兩個整數(shù)的和?，F(xiàn)在我們希望程序能夠根據(jù)計算的結(jié)果，指出結(jié)果是大于0、等于0還是小于0。因此在源程序代碼中，需要引入能夠根據(jù)結(jié)果進行判斷的語句?！纠?.4】編寫程序，由鍵盤輸入兩個整數(shù)，求和并判斷結(jié)果是大于0還是小于0。程序編譯成功后，執(zhí)行該程序，并根據(jù)屏幕提示分別輸入第一個整數(shù)25和第二個整數(shù)-30，如圖1.14所示。在程序編譯成功而開始執(zhí)行時，首先提示輸入第一個整數(shù)，通過鍵盤輸入25后按回車鍵，將數(shù)值25賦給整型變量a；接著程序提示輸入第二個整數(shù)，通過鍵盤輸入?-30后按回車鍵，將數(shù)值?-30賦給整型變量b。然后，程序計算變量a與變量b的和并賦值給整型變量sum。到目前為止，程序中的語句按照它們在源代碼中的順序一句一句地被執(zhí)行。這就是順序結(jié)構(gòu)。然而在執(zhí)行求和語句之后，需要根據(jù)結(jié)果進行判斷，不同的結(jié)果將顯示輸出不同的內(nèi)容。選擇結(jié)構(gòu)就是為了完成類似的任務(wù)而產(chǎn)生的，在源程序中通過if語句來判斷結(jié)果并根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的內(nèi)容。對于例1.4中的if語句：可以理解為，當程序按順序執(zhí)行到if語句時，判斷變量sum是否大于0，如果成立，則輸出“結(jié)果大于0”。在例題中，整數(shù)a+b的結(jié)果為?-5，不滿足if語句的判斷條件，因此程序?qū)⒉粓?zhí)行緊跟著if的語句，而是執(zhí)行下一條if語句。同理，若該判斷條件也不成立，則程序繼續(xù)執(zhí)行下一條判斷語句。因為sum的值為?-5，小于0，if語句的條件滿足，所以程序執(zhí)行緊跟著該if語句的輸出語句，顯示“結(jié)果小于0”。if語句的出現(xiàn)，為程序的執(zhí)行增添了多種可能性。在需要進行判斷的場合，均可以根據(jù)需要使用if語句。圖1.15的流程圖簡單示意了基于判斷的選擇語句。if語句的一般形式為程序執(zhí)行到if語句時，首先計算條件判斷表達式的結(jié)果。如果該條件成立，則執(zhí)行緊跟著if的語句，否則不執(zhí)行該語句。如果條件成立，有多個操作語句需要執(zhí)行，可以使用“{”和“}”將條件成立時需執(zhí)行的語句括起來。1.6函數(shù)如果我們繼續(xù)將例題的功能復雜化，要求可以判斷從鍵盤輸入的兩個數(shù)據(jù)的大小，則根據(jù)上一節(jié)的內(nèi)容，我們可以很容易地將例1.4修改為例1.5?！纠?.5】由鍵盤輸入兩個整數(shù)，判斷結(jié)果是大于0還是小于0，并判斷哪個數(shù)字較大。在分析題目的要求以及程序時，可以看到程序已經(jīng)具備了兩個基本功能：(1)根據(jù)求和結(jié)果，輸出不同的內(nèi)容。(2)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)大小，輸出較大的數(shù)據(jù)。功能的不斷增加，使主程序本身的功能變得模糊。如果能夠?qū)⒊绦虻拇a根據(jù)功能的不同分別組織起來，程序在閱讀及編寫上將會變得條理清晰。C語言程序設(shè)計的基本單位就是函數(shù)，將復雜功能通過函數(shù)的形式封裝起來，可以重復使用，而通過函數(shù)調(diào)用語句，就可以完成相應(yīng)的復雜功能。因此根據(jù)例1.5的要求，采用函數(shù)調(diào)用形式將其改寫為例1.6?！纠?.6】由鍵盤輸入兩個整數(shù)，判斷結(jié)果是大于0還是小于0，并判斷哪個數(shù)字較大。從程序源代碼中可以看到整個程序由三部分組成，我們用結(jié)構(gòu)圖簡化為圖1.16。正如前面所述，主函數(shù)main是C語言程序中必不可少的函數(shù)，程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，一般也在主函數(shù)結(jié)束運行。通過函數(shù)調(diào)用的形式將不同的功能模塊組合在一起，便于程序代碼的編寫、閱讀以及管理。函數(shù)的重復調(diào)用，也可以減少重復編寫代碼的工作量。主函數(shù)的起始部分：對程序后面使用到的函數(shù)進行了聲明，正如前面提到的C語言對變量要求先定義后使用，對函數(shù)也有同樣的要求。在本例中，因為函數(shù)定義在了主函數(shù)的后面，而主函數(shù)中又需要使用這兩個函數(shù)，因此在主函數(shù)的開始部分，對兩個函數(shù)進行聲明以便在程序中使用。如果兩個函數(shù)的定義部分寫在了主函數(shù)之前，則主函數(shù)中的聲明部分可以省略。編寫函數(shù)的過程也就是定義函數(shù)的過程。函數(shù)定義的基本格式為函數(shù)的定義包含了函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分。函數(shù)頭定義函數(shù)的名字和參數(shù)。函數(shù)體則定義該函數(shù)要完成的功能。函數(shù)的命名也遵循前面提到的與變量命名一致的規(guī)則，即函數(shù)名只能由字母、數(shù)字、下劃線組成，并且首字符只能是字母或下劃線。函數(shù)的聲明則相對要簡單，只需要符合下面的格式即可：函數(shù)定義與聲明的不同是顯而易見的。函數(shù)的聲明有時也稱作是函數(shù)的原型。函數(shù)的定義、函數(shù)的聲明以及函數(shù)的調(diào)用三者應(yīng)一致，否則將導致編譯錯誤。通常一