小源同学
小源同学

C程序设计【第一章：程序设计和C语言】

什么是计算机程序

计算机程序是一组计算机能识别和执行的指令，运行于电子计算机上，满足人们某种需求的信息化工具。

什么是计算机语言

计算机语言（Computer Language）指用于人与计算机之间通讯的语言。

C语言的发展及其特点

C语言演变的过程
C语言的祖先是BCLP语言。
1967剑桥大学的马丁·理查兹（Martin Richards）推出了没有类型的BCLP语言。
1970 贝尔实验室的研究员肯·汤普森以 BCPL 为基础设计出了简单且接近硬件的B语言。肯·汤普森用B语言做了一件很重要的事情，他用B语言写出了世界上第一个操作系统——UNIX 操作系统。
1972 丹尼斯·里奇在B语言的基础上最终设计出了C语言。
1973 年初，C语言的主体完成【面向过程语言】。肯·汤普森和丹尼斯·里奇开始用C语言完全重写 UNIX，这就是 UNIX 第 5 版。
C++【面向对象的程序设计语言】 是本贾尼·斯特劳斯特卢普编写的，他也来自贝尔实验室，是C语言创始人丹尼斯·里奇的下属。
Sun 公司又对 C++ 进行改写，产生了 Java
微软公司发现 Java 很流行，就造出了一个类似的语言C#
Java 和 C# 都源自于 C++
可见C语言的重要性。
开发C语言的目的
尽可能降低用它所写的软件对硬件平台的依赖程度，使之具有可移植行。
C语言的特点
具有多种数据类型（如数字，数组，字符，结构体和指针等）。
语言简洁紧凑，使用方便，灵活。
运算符丰富。
数据类型丰富。
具有结构化的控制语句。
语法设计不太严格，程序设计自由的大。
C语言允许访问物理地址，能够进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以对硬件直接进行操作。
用C语言编写的程序移植性好。
生成目标代码质量高，程序执行效率高。
C语言程序举例（以题的形式）

  • 例子：要求在屏幕上输出下一行信息

    This is a C progream.

    • 解题思路：在主函数中用printf函数原样输出以上文字

    • 编写程序

      #include                       //编译预处理指令 
 int main(){                            //定义主函数 
    printf("This is a C progream.");    //输出函数指定的一行信息 
    return 0;                           //函数执行完毕时返回函数值0 
 }

    • 运行结果

      This is a C progream.
--------------------------------
Process exited after 0.03664 seconds with return value 21
请按任意键继续. . .

  • 例子：求两数的和

    • 解题思路：设置三个变量sum,a,b；sum用于存储a,b的和；用赋值运算符"="把结果传给sum

    • 编写程序

      #include               //编译预处理指令 
int main(){                     //定义主函数 
    int sum,a,b;                //定义整型变量
    a=3;                        //给a赋值 
    b=5;                        //给b赋值 
    sum=a+b;                    //运行a+b的运算把结果存放在sum中 
    printf("sum is %d\n",sum);  //输出结果 %d：指的是输出格式，d表示用“十进制整数输出”
    return 0;                   //函数执行完毕时返回函数值0 
}

    • 运行结果

      sum is 8
--------------------------------
Process exited after 0.03384 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .

  • 例子：比较两个整数中的较大者

    • 解题思路：用一个函数来实现求两个整数中的较大者。

    • 编写程序

      #include               //编译预处理指令
int main() {                    //定义主函数
    int max(int x,int y);       //对被调用的函数max声明
    int max_num,x,y;            //定义整型变量
    scanf("%d,%d",&x,&y);       //输入x，y的值,其中&在c语言中是地址符，，&x是x的变量的地址
    max_num=max(x,y);           //调用max
    printf("max=%d\n",max_num); //输出最大值
    return 0;                   //函数执行完毕时返回函数值0
}
int max(int x,int y) {          //定义一个含两个整型参数，返回值为整型的max函数
    int z;                      //定义一个整型的变量用于接收
    if(x>=y) {                  //判断与比较
        z=x;
    } else {
        z=y;
    }
    return z;                   //输出最大值
}

    • 运行结果

      1,2
max=2

--------------------------------
Process exited after 3.688 seconds with return value 0
请按任意键继续. . .
C语言程序的结构
1. 一个程序由一个或多个源程序文件组成。
   * 预处理指令
   * 全局声明
   * 函数定义
2. 函数是C语言的重要组成部分
3. 一个函数包括两部分
   * 函数首部
   * 函数体
     * 声明部分
     * 执行部分
4. 程序总是从main函数开始执行的
5. 程序中对计算机的操作都是由函数中的C语句完成的
6. 在每个数据的声明和语句的末尾必须有一个分号
7. C语言本身不提供输入和输出语句
8. 程序应当包含注释

运行C语言程序的步骤

运行C语言程序的步骤

程序设计的任务

1. 问题分析
2. 设计算法
3. 编写程序
4. 对源程序进行编辑，编译和连接。
5. 运行程序，分析结果
6. 编写程序文档

习题

  • 求解梯形的面积

    • 题目描述

      • 题目内容：从键盘上输入一个梯形的上底a、下底b和高h，输出梯形的面积。

        • 输入样例：2,4,3

        • 输出样例：9.000000

        • 编写程序

          #include 
int main() {
    float width_up,width_butt,height;
    float result;
    scanf("%f,%f,%f",&width_up,&width_butt,&height);
    result = ((width_up + width_butt) * height)/2;
    printf("%f",result);
}

        • 运行结果

          2,3,4
10.000000
--------------------------------
Process exited after 5.387 seconds with return value 9
请按任意键继续. . .

  • 求解矩形的面积

    • 题目描述

    • 题目内容：编写一个程序，从键盘读入一个矩形的两个边的值（整数），输出矩形面积。

      • 输入样例：3,5

      • 输出样例：15

      • 编写程序

        #include 
int main() {
    int width,height;
    int result;
    scanf("%d,%d",&width,&height);
    result = width*height;
    printf("%d",result);
}

      • 运行结果

        3,4
12
--------------------------------
Process exited after 2.639 seconds with return value 2
请按任意键继续. . .

C语言中的关键字(37)

原来的K&R关键字共27个：auto double int struct break else long switch case register typedef  char extern return union float short  unsigned continue for default goto  sizeof  do if   while  static   

ISO/ANSI C90新增5个：enum signed void volatile const 

C99新增5个： inline restrict _Bool  _Complex  _Imaginary 

总共27+5+5=37个
根据关键字的作用，可以将关键字分为**数据类型关键字**和**流程控制关键字**两大类
数据类型关键字(20)
基本数据类型（5个）
1. void：声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针，显式丢弃运算结果
2. char：字符型类型数据，属于整型数据的一种
3. int：整型数据，通常为编译器指定的机器字长
4. float：单精度浮点型数据，属于浮点数据的一种
5. double：双精度浮点型数据，属于浮点数据的一种
类型修饰关键字（4个）
6. short：修饰int，短整型数据，可省略被修饰的int
7. long：修饰int，长整形数据，可省略被修饰的int
8. signed：修饰整型数据，有符号数据类型
9. unsigned：修饰整型数据，无符号数据类型
复杂类型关键字（5个）
10. struct：结构体声明
11. union：共用体声明
12. enum：枚举声明
13. typedef：声明类型别名
14.  sizeof ：得到特定类型或特定类型变量的大小
存储级别关键字（6个）
15. auto：指定为自动变量，由编译器自动分配及释放。通常在栈上分配
16. static：指定为静态变量，分配在静态变量区，修饰函数时，指定函数作用域为文件内部
17. register：指定为寄存器变量，建议编译器将变量存储到寄存器中使用，也可以修饰函数形参，建议编译器通过寄存器而不是堆栈传递参数
18. extern：指定对应变量为外部变量
19. const：与volatile合称“cv特性”，指定变量不可被当前线程/进程改变（但有可能被系统或其他线程/进程改变）
20. volatile：与const合称“cv特性”，指定变量的值有可能会被系统或其他进程/线程改变，强制编译器每次从内存中取得该变量的值
流程控制关键字（12个）
跳转结构（4个）
21. return：用在函数体中，返回特定值（或者是void值，即不返回值）
22. continue：结束当前循环，开始下一轮循环，执行到此只结束本轮循环，继续新一轮循环
23. break：跳出当前循环或switch结构，执行到此跳出所有的循环，即结束for语句等
24. goto：无条件跳转语句
分支结构（5个）
25. if：条件语句
26. else：条件语句否定分支（与if连用）
27. switch：开关语句（多重分支语句）
28. case：开关语句中的分支标记
29. default：开关语句中的“其他”分治，可选。
循环结构（3个）
30. for：for循环结构，for(1;2;3)4;的执行顺序为1->2->4->3->2...循环，其中2为循环条件
31. do：do循环结构，do 1 while(2);的执行顺序是1->2->1...循环，2为循环条件
32. while：while循环结构，while(1) 2;的执行顺序是1->2->1...循环，1为循环条件
  • (以上循环语句，当循环条件表达式为真则继续循环，为假则跳出循环。)
  • PS:C语言把0作为false假，非0为true真
C99新增（5个）
33. inline：内联函数,是为了解决C 预处理器宏存在的问题所提出一种解决方案，用来提高函数使用效率。内联函数使用inline关键字定义，并且函数体和申明必须结合在一起， 否则编译器将他作为普通函数对待。
34. restric：关键字只用于限定指针；该关键字用于告知编译器，所有修改该指针所指向内容的操作全部都是基于(base on)该指针的，即不存在其它进行修改操作的途径；这样的后果是帮助编译器进行更好的代码优化，生成更有效率的汇编代码。
35. Bool：布尔类型，用来表示真或假，零表示假，非零表示真。所有非零的数赋值给布尔型变量，最终的值还是1，包含标准头文件 stdbool.h 后，我们可以用 bool 代替 _Bool ，true 代替 1 ，false 代替 0 
36. _Complex：表示复数，复数类型包括一个实部和一个虚部_
37. Imaginary：表示虚数，虚数类型没有实部，只有虚部

C语言中的运算符(34)

C语言中一共有34个运算符，大致的优先级别是：初等运算符、单目运算符、算数运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符、赋值运算符、逗号运算符。
第一优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
[] 数组下标 数组名[常量表达式] 从左到右
() 圆括号 （表达式）/函数名（表达式）
. 结构体运算符 结构体.成员名
-> 指向结构体运算符（指针） 结构体->成员名
第二优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
- 符号运算符 -表达式 从右到左 单目运算符
(类型) 强制类型转化 （数据类型）表达式
++ 自增运算符 ++表达式/表达式++
-- 自减运算符 --表达式/表达式++
* 取值运算符 *指针变量
& 取地址运算符 &变量名
! 逻辑非 !表达式
~ 逻辑取反 ~表达式
sizeof 长度运算符 sizeof(表达式)
第三优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
/ 除 表达式/表达式 从左到右 双目运算符
* 乘 表达式*表达式
% 取余 整型表达式%整型表达式
第四优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
+ 加 表达式+表达式 从左到右 双目运算符
- 减 表达式-表达式
第五优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
<< 左移 变量<<表达式 从左到右 双目运算符
>> 右移 变量>>表达式
第六优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
> 大于 表达式>表达式 从左到右 双目运算符
>= 大于等于 表达式>=表达式
< 小于 表达式<表达式
<= 小于等于 表达式<=表达式
第七优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
== 等于 表达式==表达式 从左到右 双目运算符
!= 不等于 表达式!=表达式
第八优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
& 按位与 表达式&表达式 从左到右 双目运算符
第九优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
^ 按位异或 表达式^表达式 从左到右 双目运算符
第十优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
| 按位或 表达式|表达式 从左到右 双目运算符
第十一优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
&& 逻辑与 表达式&&表达式 从左到右 双目运算符
第十二优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
|| 逻辑或 表达式||表达式 从左到右 双目运算符
第十三优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
?: 条件运算符 表达式1?表达式2:表达式3 从右到左 三目运算符
第十四优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
= 赋值 变量=表达式 从右到左 双目运算符
/= 除后赋值 变量/=表达式
*= 乘后赋值 变量*=表达式
%= 取余后赋值 变量*=表达式
+= 加后赋值 变量+=表达式
-= 减后赋值 变量-=表达式
<<= 左移后赋值 变量<<=表达式
>>= 右移后赋值 变量>>=表达式
&= 按位与后赋值 变量&=表达式
^= 按位异或后赋值 变量^=表达式
|= 按位或否赋值 变量|=表达式
第十五优先级：
运算符 名称（含义） 使用形式 结合方式 说明
, 逗号运算符 表达式,表达式,表达式,... 从左到右 
优先级说明：

同一优先级的运算符，运算次序由结合方向决定。例如*与/具有相同的有限级别，其结合方向为自左至右，因此3*5/4的运算次序是先乘后除。-和++为同一优先级，结合方向为自右至左，因此，-i++相当于-(i++)
不同的运算符要求有不同的运算对象个数，如+（加）和-（减）为双目运算符，要求在运算符两侧各有一个运算对象（3+5，8-3等）。而++和-（负号）运算符是单目运算符，只能在运算符的一侧出现一个运算对象（如-a、i++、--i、(float)i、sizeof(int)、*p等）。条件运算符是C语言中唯一的一个三目运算符，如x?a:b。

C语言中的数据类型(8)

整型，浮点型，字符型，数组类型，指针型，结构体类型，共用体类型

C语言的控制语句(9)

  1. 条件控制语句

    if()...else{}...
switch(){case:...}

  2. 循环控制语句

    for(){...}
while(){...}
do...while(){...}

  3. 转移语句

    break、continue、goto、return

C语言的标识符

预定义标识符

  • 系统标准库函数

    scanf、printf、putchar、getchar、strcpy、strcmp、sqrt等等

  • 编译预备处理命令

    include、define等等
用户定义标识符

  • 对用户定义标识符的规定

    1. 不能含有字母，数字，"_"以外的其他字符
2. 必须以字母或者"_"开头
3. 标识符中大小写字母含义不同
4. 长度：一般系统规定标识符的长度<=8
5. 标识符的选择要有意义，例如：name，city，data等
6. 不能使用关键字

  • 对标识符的规定

    1. 关键字必须用小写字母。不允许使用关键字为变量，数组，函数等操作对象命名
2. 预定义标识符允许用户对他们重新定义，当重新定义后将改变他们原来的含义

原码、反码、补码及位操作符操作详解

正数的原码、反码、补码均相同。
进制的详解
二进制由0、1组成，以ob开头
八进制由0、1、...、7组成，以0开头
十进制由0、1、...、9组成，以0开头
十六进制由0、1...、9、a、b、c、d、e、f组成，以0x开头
任意进制到十进制的转换
进制：数 运算 十进制
十进制：12345 1*104+2*103+3*102+4*101+5*10^0 12345
二进制：100 1*22+0*21+0*2^0 4
八进制：100 1*82+0*81+0*8^0 64
十六进制：100 1*162+0*161+0*16^0 256 
总结：（位权转换法）转换为十进制，由系数*进制的(位数-1)次方：1\*10^4

练习：以下进制转换为10进制

  • 0b10101

    二进制，1*24+0*23+1*22+0*21+1*2^0=21

  • 0123

    八进制，1*82+2*81+3*8^0=83

  • 0x3c

    十六进制，3*161+12*160=60

十进制到任意进制的转换

| 十进制：12345 12345/10 =1234……5

1234/10=123……4 ； 123/10=12……3 ； 12/10=1……2 1/10=0……1 转换到 十进制 从下往上写余数即：12345
十进制：20;20/2=10……0;10/2=5……0;5/2=2……1;2/2=1……0;1/2=0……1 转换到 二进制;从下往上写余数即：10100 
除以进制取余数，直到商为0，余数反转

练习：52分别得到二进制，八进制，十六进制

二进制 十进制 十六进制
52/2=26……0；26/2=13……0；13/2=6……1；6/2=3……0；3/2=1……1；1/2=0……1 52/8=6……4；6/8=0……6； 52/16 =3……4；3/10=0……3 ;
0b110100 064 0x34
8421码
在这种编码方式中每一位二进制代码的1都代表着一个固定的值，把每一位的1代表的十进制加起来，加起来的结果就是它所代表的十进制编码

一种快速转进制的方式

二进制 1 1 1 1 1 1 1 1
十进制 128 64 32 16 8 4 2 1

二进制转十进制：

1010100 = 64+16+4 = 84

十进制转二进制：

100=0b1100100
100里面，，没有128，所以第8位（首位）补0
下一位100里面有64，所以第7位补1
下一位（100-64=36）36里有32，所以第6位补1
下一位（36 - 32 = 4）4里面没有16，所以所以第5位补0
下一位4里面没有8，所以所以第4位补0
下一位4里面有4，所以所以第3位补1
下一位（4 - 4 = 0）0里面没有2，所以所以第2位补0
下一位0里面没有1，所以所以第1位补0
所得到的二进制带上0b，所以二进制为：0b1100100

其他进制转换，例如：

（方式一）二进制转换为八进制：二进制转换为十进制，十进制转换为八进制

（方式二）以例子来描述

0b1011001
三三一组最高位不够补0：    001   011   001
对应的十进制：            1     3     1
对应的八进制(组合在一起)：0131

四四一组是十六进制，最高位不够补0：0101 1001
对应的十进制：                   5    9
对应的八进制(组合在一起)：59
码的详解
3+4 是计算机将其转换为补码后做的运算。

原码：用最高位表示符号位，其余位表示数值位的编码称为原码。其 中，正数的符号位为 0，负数的符号位为 1。
反码：把原码的符号位保持不变，数值位逐位取反，即可得原码的反码。【**整数的反码与源码相同**】
补码：在反码的基础上加 1 即得该原码的补码。

例如：+7，-7

  • 源码：

    • +7 0 0000111
    • -7 1 0000111

  • 反码：

    • +7 0 0000111
    • -7 1 1111000

  • 补码

    • +7 0 0000111
    • -7 1 1111001 【加1可能导致符号位改变】

练习：已知某数X的原码为10110100B，试求X的补码与反码

        原码：1    0110100 

        反码：1    1001011

        补码：1    1001100

练习：已知某数X的补码为11101110B，试求X的原码

        补码：1    1101110

        反码：1    1101101

        原码：1    0010010
位操作符
计算机中位运算操作，均是以二进制补码形式进行的。
运算符 功 能 运算规则
& 按位与 对应位均为 1 时，结果才为 1
| 按位或 两位中只要有一位为 1，结果为 1。 只有两位同时为 0 时，结果为才为 0。
^ 按位异或 两位相异时，结果为 1;两位相同时，结果为 0。
<< 左移 将运算数的各二进制位均左移若干位，高位丢弃（不包括 1），低位补 0，每左移一位，相当于该数乘以 2。
>> 右移 将运算数的各二进制位均右移若干位，正数补左补 0，负数左补 1，右边移出的位丢弃。
~ 按位取反 0 变 1,1 变 0。 
                                                                 C语言运算符
按位与（&）
只要两位中有一位为 0，则结果为 0;
山不在高有仙则名，水不在深，有龙则灵（类比：雨(与)不在大，有0则0）
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 0 = 0
0 & 1 = 0

练习： 求3和 4按位与的结果

  • 转换为二进制

    3的二进制是：11
00000000  00000000    00000000    00000011
4的二进制是：100
00000000  00000000    00000000    00000100
    
    00000000  00000000    00000000    00000011
  & 00000000  00000000    00000000    00000100
    ----------------------------------------------
    00000000  00000000    00000000    00000000
得到的结果是：0
按位或（|）
两位中只要有一位为 1，结果为 1
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0

练习： 求3和 4按位或的结果

  • 转换为二进制

    3的二进制是：11
00000000  00000000    00000000    00000011
4的二进制是：100
00000000  00000000    00000000    00000100
    
    00000000  00000000    00000000    00000011
  | 00000000  00000000    00000000    00000100
    ----------------------------------------------
    00000000  00000000    00000000    00000111
得到的结果是：7
按位异或（^）
两位相异时，结果为 1;两位相同时，结果为 0。
相同为 0，相异为 1
一个数字对另一个数字异或两次，该数本身不变
1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

练习： 求3和 4按位或的结果

3的二进制是：11
00000000    00000000    00000000    00000011
4的二进制是：100
00000000    00000000    00000000    00000100
    
    00000000    00000000    00000000    00000011
  ^ 00000000    00000000    00000000    00000100
    ----------------------------------------------
    00000000    00000000    00000000    00000111
得到的结果是：7
左移（<<）
运算数的各二进制位均左移若干位，高位丢弃（不包括 1），低位补 0
每左移一位，相当于该数乘以 2。(左移几位就是乘以2的几次方)
3<<2=3*2^2=12
右移（>>）
将运算数的各二进制位均右移若干位，**正数补左补 0，负数左补 1**，右边移出的位丢弃。
24>>2=24/2^2=6
按位取反(~)
0变1，1变0
~ 1 = 0
~ 0 = 1

练习： 求3按位取反的结果

3的二进制是：11
00000000    00000000    00000000    00000011
    00000000    00000000    00000000    00000011
  ~ ----------------------------------------------
    11111111    11111111    11111111    11111100    (这是补码)
    
   补码：11111111  11111111    11111111    11111100
   反码：11111111  11111111    11111111    11111011
   原码：10000000  00000000    00000000    00000100
得到的结果是：-4

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

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