开讲啦：Chap 01 程序设计和C语言

1.1 程序和指令

• 程序：所谓程序，就是一组计算机能识别和执行的指令；
• 指令：一个特定的指令序列，用来完成一定的功能，每一条指令使计算机执行特定的操作，只要让计算机执行这个程序，计算机就会自动地执行各条指令，有条不紊地进行工作；

1.2 计算机语言

1. 计算机编程语言的分类

• 机器语言
  • 概念：计算机能直接识别和接受的二进制代码成为机器指令，机器指令的集合就是机器语言，如10010011，我们可以将其理解为人类社会发展的原始阶段；
  • 操作方法：当编写完成用0和1组成的指令后，需要用纸带穿孔机以人工的方法在特制的黑色纸带上穿孔，在指定的位置上有孔代表1，无孔代表0，一个程序往往需要一卷长长的纸带，在需要运行此程序时，就将此纸带装在光电输入机上，当光电输入机从纸带读入信息时，有孔处产生一个电脉冲，指令变成电信号，让计算机执行各种操作；
  • 特点：
    • 优点：直接执行，速度快，资源占用少；
    • 缺点：可读性、可移植性差，编程复杂；
• 汇编语言
  • 概念：又称“符号语言”，即用一些英文字母和数字表示一个指令，如用ADD表示加法操作，用SUB表示减法操作，LD表示“传送”，显然，计算机并不能直接识别和执行符号语言的指令，需要使用一种称为汇编程序的软件，将符号语言的指令转换为机器指令；
• 高级语言
  • 按转换方式分类：编译型语言、解释型语言；
  • 按客观系统描述分类：面向过程语言、面向对象语言；
  • 按编程范型分类：命令式语言、函数式语言、逻辑式语言、面向对象语言；

参考链接：https://www.liuchuo.net/archives/130

2. 高级语言的不同发展阶段

• 非结构化的语言：初期的语言属于非结构化的语言，编程风格比较随意，只要符合语法规则即可，没有严格的规范要求，程序中的流程可以随意跳转，人们往往追求程序执行的效率而采用了许多“小技巧”，使程序变的难以阅读和维护，早期的BASIC、FORTRAN和ALGOL等都属于非结构化的语言；
• 结构化语言：为了解决以上问题，提出了“结构化程序设计方法”，规定程序必须由具有良好特性的基本结构（顺序结构、分支结构、循环结构）构成，程序中的流程不允许随意跳转，程序总是由上而下顺序执行各个基本结构，C语言属于结构化语言；
• 面向对象语言：近年来，在处理较大规模的问题时，开始使用面向对象的语言；

1.3 C语言介绍

1. 概述

C语言是国际上广泛流行的计算机高级语言，其祖先是BCPL语言（Basic Combined Programming Language）。1970年，美国AT&T贝尔实验室的Ken Thompson以BCPL语言为基础，设计出了很多简单且很接近硬件的B语言（取BCPL的第一个字母），但B语言过于简单，功能有限；1972～1973年间，美国贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上设计出了C语言，C语言既保持了BCPL和B语言的优点（精炼，接近硬件），又克服了它们的缺点（过于简单，无数据类型等），C语言的新特点主要表现在具有多种数据类型（如字符、数值、数组、结构体和指针等）。开发C语言的目的在于尽可能降低用它所写的软件对硬件平台的依赖程度，使之具有可移植性。

2. 主要特点

• 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活；
• 运算符丰富（34种）；
• 数据类型丰富（C语言提供的数据类型包括：整型、浮点型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型和共用体类型）；
• 具有结构化的控制语句（如if...else语句、while语句、do...while语句、switch语句和for语句）；
• 语法限制不太严格，程序设计自由度大（如不对数组越界进行检查）；
• 允许直接访问物理地址，能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作；
• 程序可移植性好；
• 生成目标代码的质量高，程序执行效率高；

1.4 案例展示

例1.1 Let's say Hello,World!

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

程序分析解释：

• 第一行：用来提供输入输出函数的相关信息，stdio.h是系统提供的一个文件名，即standard input&output的缩写，文件后缀.h的意思是头文件（header file），因为这些文件都是放在程序各文件模块的开头的，输入输出函数的相关信息已事先放在stdio.h文件中，现在用#include指令把这些信息调入供使用；
• 第二行：其中main是函数的名字，表示主函数，main前面的int表示此函数的类型是int类型，在执行主函数后会得到一个值（即函数值），其值为整型，每一个C语言程序都有必须有一个main函数，函数体由花括号括起来；
• 第三行：这是一个输出语句，printf是C编译系统提供的函数库中的输出函数，在上述代码中，printf函数中双撇号内的字符串Hello,World!按原样输出，\n是换行符，即在Hello,World!后，显示屏上的光标位置移到下一行的开头；
• 第四行：当main函数执行结束前将整数0作为函数值，返回到调用函数处；

为使程序规范和可移植性，一般建议将main函数指定为int型，并在main函数的最后加一个return 0;语句。

「注解」：C语言中的两种注解方式：

• 单行注释：//；
• 块式注释：/**/；

例1.2 求两数之和

#include <stdio.h>
int main(){
    int a,b,sum;
    printf("请输入a、b的值：");
    scanf("%d %d",&a,&b);
    sum = a + b;
    printf("两数之和为：%d\n",sum);
    return 0;
}

• printf函数圆括号内有两个参数：一个是双撇号中的内容两数之和为：%d\n，它是输出格式字符串，作用是输出用户希望输出的字符和输出的格式；第二个参数sum表示要输出的变量的值；

例1.3 求两数中的较大者

#include<stdio.h>
int main(){
    int max(int x,int y);
    int a,b,c;
    printf("请输入a、b的值：");
    scanf("%d %d",&a,&b);
    c = max(a,b);
    printf("a和b中的较大者为:%d\n",c);
    return 0;
}
int max(int x,int y){
    int z;
    x > y ? (z=x):(z=y);
    return z;
}

• scanf函数：其作用是输入变量a和b的值，其参数包括两部分内容，一是双撇号中的内容，它指定输入的数据按什么格式输入，%d的含义是十进制整数形式；二是输入的数据准备放到哪里，即赋给哪个变量，如上述代码所示，scanf函数中指定的是a和b，在a和b的前面各有一个&，在C语言中是&地址符，&a的含义是变量a的地址，&b是变量b的地址，执行scanf函数，从键盘读入两个整数，送到变量a和b的地址处，然后把这两个整数分别赋给变量a和b。

2. C语言程序的结构特点

• 一个程序由一个或多个源程序文件组成；
• 一个源程序文件包含以下3部分：
  • 预处理指令
  • 全局声明
  • 函数定义
• 函数是C程序的主要组成部分；
• 一个函数主要包括两个部分；
  • 函数首部：int max(int x,int y)
    • 解释：第一个int表示函数类型，第二个int和第三个int表示参数类型，max表示函数名，x、y表示函数参数名；如果函数没有参数，可以写为int main(void)或int main()；
  • 函数体：
    • 声明部分：定义在本函数中所用到的变量以及对本函数所调用函数的声明；
    • 执行部分：由若干个语句组成，指定在函数中所进行的操作；
• 程序总是从main函数开始执行的；
• 程序中对计算机的操作是由函数中的C语句完成的；
• 在每个数据声明和语句的最后必须有一个分号；
• c语言本身不提供输入输出语句；
• 程序应当包含注释；

3. 如何运行C语言代码？

计算机不能直接识别和执行用高级语言写的指令，必须用编译程序把C源程序翻译成二进制形式的目标程序，然后在将该目标程序与系统的函数库以及其他目标程序连接起来，形成可执行的目标程序。

在编译好一个C源程序后，一般要经过以下几个步骤方可运行：

• 上机输入和编译源程序；
• 对源程序进行编译；
• 进行连接处理；
• 运行可执行程序，得到运行结果；

C源程序的编译和运行