C语言-01 程序设计和C语言

1、什么是计算机程序

 
  计算机程序是一组按特定顺序排列的指令，用于指导计算机执行特定任务。程序可以处理各种输入、执行逻辑操作、控制设备并生成输出结果。计算机程序通过编程语言编写，并经过编译或解释转化为机器能够理解和执行的指令。
 
指令：可以被计算机理解并执行的基本操作命令。
程序：一组计算机能识别和执行的指令。一个特定的指令序列用来完成一定的功能。
软件：与计算机系统操作有关的计算机程序、规程、规则，以及可能有的文件、文档及数据。

2、什么是计算机语言

 
  计算机语言是人与计算机之间的沟通工具，用于编写计算机程序。计算机语言分为低级语言和高级语言。低级语言（如汇编语言）接近机器语言，直接与硬件交互。高级语言（如C、Python、Java）更接近人类语言，提供了更抽象的编程方式，使编写和维护程序更加便捷。
 
计算机语言可以根据抽象程度和功能分为以下几类：

• 机器语言：直接由计算机硬件执行，无需翻译；速度最快，但难以理解和编写；与具体硬件密切相关，不具备移植性。
• 汇编语言：接近机器语言，但比机器语言更容易理解和编写；需要详细了解硬件架构，程序员可以控制硬件资源；程序执行效率高，但编写复杂且不易移植。
• 高级语言：语法接近人类语言，更易于学习和使用；与具体硬件无关，具备良好的可移植性；通常通过编译器或解释器转换为可执行代码。
• 脚本语言：解释执行，无需编译，开发效率高；适合快速开发和原型设计；通常用于自动化、Web开发、系统管理等领域。
• 标记语言：用于描述和定义数据的结构和外观；不具备逻辑和计算能力，通常与编程语言配合使用；在Web开发和文档格式化中广泛使用。
• 面向对象语言：基于对象和类，促进代码重用和模块化；适合大型和复杂的系统开发；支持封装、继承和多态性等面向对象编程特性。

3、C语言的发展及其特点

 
  C语言由丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）于20世纪70年代初在贝尔实验室开发，最初用于编写UNIX操作系统。C语言具有简洁高效、灵活性强、跨平台性好等特点，广泛应用于系统编程、嵌入式系统、编译器设计等领域。

C语言的主要特点包括：

• 简洁高效：提供了简洁的语法和高效的性能，允许直接操作内存和硬件。
• 结构化编程：支持函数、模块化编程，使代码更易读和维护。
• 跨平台性：标准化的C语言程序可以在不同的平台上编译和运行。
• 丰富的库函数：C语言拥有广泛的标准库，简化了程序开发。

4、最简单的C语言程序

4.1 最简单的C语言程序举例

 
以下是一个简单的C语言程序，它在控制台上打印“Hello, World!”：

#include 

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

代码描述：

1. #include <stdio.h>
这行代码是一个预处理指令，用来告诉编译器在编译程序之前包含一个名为`stdio.h`的头文件。
头文件`stdio.h`是C标准库的一部分，其中定义了输入输出函数，如`printf`、`scanf`等。
`#include` 是一个预处理指令，作用是在编译之前将指定的文件内容插入到源代码中。
`<stdio.h>` 是C语言的标准输入输出库头文件，包含了处理输入和输出的函数声明。
`stdio`代表“Standard Input/Output”（标准输入/输出）。
这个指令的作用是让程序能够使用`printf`函数来输出文本到控制台。

2. int main() {
`int` 表示`main`函数的返回类型是整数类型（`int`）。在C语言中，`main`函数通常返回0表示程序成功执行，非0值表示程序出现错误。
`main` 是函数的名称，所有C程序都必须包含一个`main`函数，程序执行从这里开始。
`()` 表示`main`函数没有参数。在某些情况下，`main`函数可以带参数，用于接收命令行输入。
`{` 标志着函数体的开始，所有的函数代码都包含在大括号`{}`内。
这一行定义了程序的主函数`main`，它是所有C语言程序的入口点。每当程序运行时，操作系统会从`main`函数开始执行代码。

3. printf("Hello, World!\n");
`printf` 是标准输出函数，用于将格式化的数据输出到标准输出（通常是显示器）。
`"Hello, World!\n"` 是要打印的字符串文本。`"Hello, World!"` 是要输出的内容，`\n` 是一个转义字符，表示换行符。在输出完这行文本后，光标会移动到下一行。
`;` 表示语句的结束。每条语句后都必须有一个分号，以此告诉编译器这条指令的结束。
这行代码的作用是将“Hello, World!”这段文本打印到控制台上，并在末尾换行。

4. return 0;
`return` 是一个关键字，用于从函数中返回一个值。
`0` 是返回值。在`main`函数中，返回0通常表示程序成功执行，返回非0值表示程序发生错误。
`;` 表示语句结束。
`return 0;`的作用是结束程序的执行，并向操作系统表明程序已成功完成。

5. }
这一行标志着`main`函数的结束，函数体到此结束。
`}` 表示代码块或函数体的结束，与之前的`{`成对出现。

4.2 C语言程序的结构

 
一个C语言程序通常包括以下几个部分：

• 预处理指令：如#include用于包含头文件。
• 主函数：main()函数是程序的入口点。
• 函数体：包含实际的代码逻辑。
• 语句：每个语句以分号结束，执行特定的操作。
• 返回值：main()函数通常返回一个整数值，表示程序的执行状态。

5、运行C程序的步骤与方法

 
运行一个C程序通常包括以下几个步骤：

• 编写源代码：使用文本编辑器编写C语言代码，文件扩展名通常为.c。
• 编译：将编译生成的目标文件与库文件链接生成最终的可执行文件。
• 链接：运行生成的可执行文件，程序将按照编写的逻辑执行。
• 执行：运行生成的可执行文件，程序将按照编写的逻辑执行。

 
以下是编译和运行一个C程序的命令行示例：

gcc hello.c -o hello

./hello

6、程序设计的任务

 
  程序设计的主要任务是通过分析问题、设计算法、编写代码、调试程序以及测试和维护代码来开发一个高效、可靠的计算机程序。程序设计不仅仅是编写代码，还涉及到对问题的深入理解、合理的设计、有效的资源管理和持续的代码优化。

程序设计通常包括以下几个步骤：

• 问题分析：使用文本编辑器编写C语言代码，文件扩展名通常为.c。
• 算法设计：将编译生成的目标文件与库文件链接生成最终的可执行文件。
• 代码实现：运行生成的可执行文件，程序将按照编写的逻辑执行。
• 调试和测试：运行生成的可执行文件，程序将按照编写的逻辑执行。
• 维护和优化：运行生成的可执行文件，程序将按照编写的逻辑执行。