第1 章
C 语言程序设计概述
计算机处理问题是由程序来控制的。程序是人们根据解决问题的思路,利用计算机
程序设计语言编制的能完成一定功能的指令序列。程序设计是指用计算机程序设计语言
编制计算机程序的过程。
C语言是一种计算机程序设计语言,起源于20世纪70年代,最初用于编写UNIX操
作系统,后来由于C语言强大的功能及可移植性,使C语言迅速得到推广,并成为世界上
应用最为广泛的程序设计语言之一。
本章通过几个简单的例子来认识C语言,了解C语言的结构特点、书写格式以及在
Dev-C++集成环境和VisualStudio2019集成环境下调试C语言程序的方法。
1.1 C 程序简介
为了说明C程序的结构特点以及书写格式,下面通过几个例子来认识一下C程序。
【例1-1】 在屏幕上输出一行信息。
#include <stdio.h> //编译预处理命令
int main(void) //主函数
{ //函数体开始
printf("This is my first C Program!\n"); //在屏幕上输出信息
return 0;
} //函数体结束
运行结果为:
This is my first C Program!
程序说明:
(1)程序的第1行是C语言中以#开头的编译预处理命令,以.h为扩展名的文件称
为头文件,通过文件包含命令#include将头文件stdio.h包含进自己编写的C程序中。
所谓头文件是系统内置的已经编写好的程序,用户通过文件包含命令实现对头文件的调
用,头文件用尖括号<>或双引号""括起来。此处的stdio.h是标准的输入/输出函数头
文件。若要在程序中实现输入/输出,需使用系统内置的库函数,如该程序中的printf()
函数,则必须在程序的开始处写上预处理命令#include<stdio.h>或#include"stdio.h",详
见附录B。
(2)程序的第2~第6行是C程序主函数main()的定义。main前面的int表明该函
2
数将返回一个整数值。圆括号中的void表明没有给main函数传递任何数据。在C语言
程序中,必须有而且只能有1个main()主函数,C程序的执行总是从main()函数开始。
从{开始,到}结束的部分称为函数体。第4行printf()函数的功能是在屏幕上输出信息,
双引号内的\n表示换行,即信息在屏幕上输出后,光标定位到下一行。最后的分号“ ”是
C程序语句结束的标记。
(3)在C语言中,以/*开头、*/结束的内容或以//开头的内容是程序的注释。注释
是对代码的“提示”,注释可以出现在程序的任何位置,用以帮助理解程序。运行程序时,
注释部分将不被执行。一般地,程序块的注释采用/*…*/,行注释采用“//…”。
(4)函数体中最后一条语句“return0 ”有两个作用:一是使main函数终止(从而结
束程序);二是指出main函数的返回值是0,这个值表明程序正常终止。如果main函数
的末尾没有return语句,程序仍然能终止,但是,许多编译器会产生一条警告信息。
【例1-2】 从键盘输入两个整数,求它们的乘积。
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int a,b,cj; //定义3 个整型变量
printf("Please Input Two Integers:\n");//在屏幕上输出提示信息
scanf("a=%d,b=%d",&a,&b); //从键盘输入两个整数分别放入变量a 和b 中
cj=a*b; //将a 和b 的乘积赋给变量cj
printf("cj=%d\n",cj); //在屏幕上输出乘积cj 的值
return 0;
}
运行结果为:
Please Input Two Integers:
a=7,b=9 ↙
cj=63
说明:
(1)程序的第4行是变量的定义语句。C语言用变量来存放数据,此处用关键字int
定义3个整型变量a、b、cj,表示这3个变量中可以存放整数。在定义变量时,多个变量之
间以逗号“ ”分隔。
(2)程序的第6行scanf()函数的功能是从键盘输入两个整数分别放入变量a 和b
中,其中%d是格式控制符,表示从键盘输入数据的类型是十进制整数;& 是取地址符,
表示从键盘输入的数放到& 符号后面变量所对应的存储地址中。假如从键盘输入的两
个数是7和9,则此处scanf()函数的输入方式为:a=7 b=9。注意:双引号中普通字符
原样输入。
(3)程序的第7行是赋值语句,“=”是赋值运算符,其功能是把“=”右边表达式a*
b 的乘积值赋给左边的变量cj。
(4)程序的第8行功能是在屏幕上输出乘积cj的值,注意双引号中的cj=是普通字
符原样输出。%d表示输出数据的类型是十进制整数,后面cj的值对应输出在%d的
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位置。
【例1-3】 从键盘输入两个实数,比较它们的大小,在屏幕上输出其中较小的数。
#include <stdio.h>
float min1(float x,float y); //函数声明语句
int main(void)
{
float a,b,min; //定义3 个float 实数类型的变量
printf("Please Input a,b: "); //输出提示信息
scanf("%f,%f",&a,&b); //从键盘输入两个数分别存入变量a 和b
min=min1(a,b); //调用函数min1(),并将返回值赋给变量min
printf("min=%f\n",min); //输出结果
return 0;
}f
loat min1(float x,float y) //定义函数min1()
{
float z; //定义变量z 是float 实数类型
if(x<y) //条件判断语句,判断x 是否小于y
z=x; //如果x<y,则执行该行赋值语句
else //否则,即x 不小于y,则执行下一行赋值语句
z=y;
return(z); //返回z 的值
}
运行结果为:
Please Input a,b: 1.2,5.4 ↙
min=1.200000
说明:
(1)本程序中定义了main()和min1()两个函数。其中main()函数是C语言程序必
不可少的,min1()函数是用户根据功能需求自己定义的,称为用户自定义函数。这两个
函数是相互平行的,它们可以通过调用发生联系。所有被调用的函数都必须先定义后使
用,main()主函数不可以被其他函数调用。
(2)程序的第2行是一条函数声明语句,当被调用函数写在主调函数的后面时,必须
对被调用函数进行声明,以使系统在编译时识别。
(3)程序的第7行scanf()函数和第9行printf()函数中的“%f”是格式控制符,表示
输入和输出数据的类型是float类型,即实型,也称为单精度浮点型。
(4)程序的第12~第20行是用户自定义函数min1(),其功能是比较两个实数的大
小,并将其中较小的数返回调用该函数的语句。
1.2 C 程序的结构与书写格式
通过1.1节中的3个例子,可以看出C语言程序的结构和书写格式如下。
1.C程序的结构
(1)C程序由函数构成。一个C源程序可以由一个main()主函数和若干个用户自
第1章 C语言程序设计概述
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定义函数构成,其中main()主函数必须有而且只能有一个,通常main()函数以“return
0 ”语句结束。函数是C程序的基本单位。
(2)函数由函数首部和函数体两部分组成。如例1-3中的用户自定义函数min1(),
其中floatmin1(floatx floaty)是函数首部,包括函数名min1、函数类型float、参数类
型float和参数x和y。注意:函数名后面的一对圆括号不可缺少。此函数中各项的含
义为:
float min1 (float x, float y)
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
函数类型 函数名 参数类型 参数名 参数类型参数名
函数体是函数首部后面一对大括号{}内的内容。函数体一般由两部分组成:对所使
用的变量进行定义的说明部分和完成各种操作的执行部分。
(3)C程序的执行总是从main()函数开始,并到main()函数结束。main()函数在整
个程序中的位置可以任意。
(4)C程序的语句以分号“ ”结束。
(5)C程序中包含注释,以方便理解程序,注释不参与程序的执行。
2.C程序的书写格式
为便于阅读和理解,C程序的书写一般遵循以下规则。
(1)一个语句占一行。用C语言书写程序时较为自由,既可以一行写一个语句,也
可以一行写多个语句,还可以一个语句分多行来写,但为了清晰起见,建议一个语句占
一行。
(2)英文字母严格区分大小写。C程序中英文字母严格区分大小写,一般书写C程
序时使用小写字母。C语言规定了37个有特定意义的单词,称为关键字,这些关键字在
使用时必须是小写字母。
(3)采用缩进格式的书写方法。为了看清C程序的层次结构,便于阅读和理解程序,
C程序一般都采用缩进格式的书写方法。缩进格式要求在书写程序时,不同结构层次的
语句,从不同的起始位置开始,同一结构层次中的语句,缩进同样个数的字符位置。
(4)为了便于阅读和理解程序,在程序中适当添加注释信息。在编写程序时应力求
遵循以上书写规则,以养成良好的编程习惯。
1.3 C 语言的特点
计算机程序设计语言一般可以分为机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是计算机能够直接识别的语言,其操作指令只能由二进制代码0和1构成。
汇编语言是为方便记忆和编写程序,用一些助记符表示二进制代码,是一种与机器语言对
应的符号化的语言,汇编语言编写的程序不能被计算机识别,必须通过专门的汇编程序将
符号转换成二进制代码才能执行。高级语言是20世纪50年代发展起来使用人们习惯的
自然语言编写程序的计算机语言,高级语言编写的程序计算机也不能直接识别和执行,必
须通过专门的编译程序转换成机器语言才能执行,其转换的方式有两种:一种是解释方
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式,即将高级语言编写的程序翻译一句执行一句;另一种是编译方式,即将高级语言
编写的程序全部翻译成机器语言,生成可执行文件后再执行。C语言采用的是编译
方式。
C语言是一种介于汇编语言和高级语言之间的程序设计语言,它有以下特点。
(1)程序结构简洁紧凑。C程序由若干函数构成,各函数是相互独立的,它们通过调
用发生联系,C语言是一种模块化程序设计语言。程序书写形式自由。
(2)表达能力强且应用灵活。C语言运算符丰富,共有34种,可以组成各种类型的
表达式以提高运算效率。C语言数据类型丰富,包括整型、实型、字符型、数组类型、指针
类型、结构体类型、共用体类型等,能实现各种数据结构的运算,从而可以适应不同的功能
需求。
(3)生成的目标程序质量好,执行效率高。C语言具有汇编语言的许多特性,允许直
接访问物理地址,能进行位操作,可以直接对硬件进行操作。用C语言编写的程序经编
译后生成的可执行代码比用汇编语言编写的代码执行效率仅低10%~20%。
(4)C程序可移植性好。C 语言通过调用标准输入/输出库函数实现输入/输出功
能,因此C语言不依赖于计算机硬件系统,从而便于在不同的计算机之间实现程序的
移植。由
于C语言具有上述众多特点,已经成为程序设计的主要语言之一,被广泛应用于
计算机的系统软件和应用软件的开发。
图1-1 C程序的开发过程
1.4 C 程序的开发过程
简单的C程序从编写到得到最终结果,其开发过程如图1-1所示。
1.编辑源程序
用高级语言编写的程序称为源程序。将C语言编写
的源程序输入编辑器,并保存为文件,扩展名为.c。
2.编译程序
编译程序就是将C源程序转换成机器语言程序,编
译的作用是对源程序进行词法检查和语法检查,如果没
有错误,则生成目标程序,文件扩展名是.obj;如果存在错
误,则编译系统给出的出错信息分为两种,一种是错误
(error),一种是警告(warning)。凡是检查出error类的
错误,就不能生成目标程序,必须改正后重新编译。
编译中没有出现错误,只能说明程序中没有词法和
语法错误。
3.链接程序
使用系统的“连接程序”将目标文件与系统的库文件
和系统提供的其他信息链接起来,生成可执行的二进制
文件,扩展名是.exe。
第1章 C语言程序设计概述
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4.运行程序
运行.exe可执行文件,得到运行结果。若运行结果不正确,则需检查并修改源程序,
重复上述步骤,直到得到正确的运行结果为止。
1.5 C 程序的基本要素
1.5.1 标识符
程序中变量、类型、函数和标号等的名称统称为标识符。在C 语言中,有两类标
识符。
1.用户自定义标识符
由用户根据需要自行定义的标识符,通常用作函数名、变量名等,如自定义函数名
Add,变量名x、y、sum 等。
标识符的命名必须遵循一定的规则。C语言规定,标识符只能由字母(A~Z,a~z)、
数字(0~9)和下划线(_)组成,并且其第一个字符必须是字母或下划线。以下标识符是合
法的:
Average, x, x3, BOOK_1, sum5,_123
以下标识符是非法的,不能作为变量名或函数名:
6s(以数字开头),s*T(出现非法字符*),bowy-1(出现非法字符-)
C语言是区分大小写的,即在标识符中,大小写字母是有区别的。例如BOOK 和
book是两个不同的标识符。
标识符虽然可由用户随意定义,但它是用于标识某个量的符号,因此,命名应尽量有
相应的意义,以便于阅读理解,做到“见名知意”。
2.关键字
关键字又称保留字,是系统已有的标识符,表1-1中列出的关键字(C99新增5个关
键字)对C编译器而言都有着特殊的意义,用户只能按其预先规定的含义来使用它们,而
不能擅自改变其含义。
表1-1 关键字
auto break case char const continue
default do double else enum extern
float for goto if inline① int
long register restrict① return short signed
sizeof static struct switch typedef union
unsigned void volatile while _Bool① _Complex①
_Imaginary①
注:① 仅C99有。
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第1章C语言程序设计概述
1.2 数据类型、常量和变量
5.
在C语言中使用的数据都是有类型的,即通过类型说明数据的种类。数据有常量和
变量之分。
1.
数据类型
C语言提供了丰富的数据类型:①系统定义的基本数据类型,包括整型、浮点型(实
型)和字符型;②构造类型(由若干个基本数据类型的变量按特定的规律组合构造而成的
数据), 包括数组、结构体、共用体、枚举等;③指针类型;④无值类型void。
各种数据所能表示的数据精度不同,因而它所占用的内存空间的大小也不同。在程
序中直接给出的数据,计算机可以自动识别数据的类型,但当使用标识符来表示可变化的
数据时,就需要考虑该数据变化的范围和精度。下面仅就基本数据类型来分析所能表示
的数的精度和所占用的内存空间。表1-2列出了32 位机的整型数据所占存储空间与
范围。
表1-
2
32
位机的整型数据
数据类型字节数数值范围
整型int 4 -2147483648~2147483647(-231~2311)
无符号整型unsignedint 4 0~4294967295(0~2321)
短整型shortint 2 -32768~32767(-215~2151)
长整型longint 4 -2147483648~2147483647(-231~2311)
无符号长整型unsinedlongint 4 0~4294967295(0~2321)
g
另外,C99 标准提供了两个额外的数据类型:longlongint和unsignedlonglongint以
满足日益增长的对超大型整数的需求。同时为了支持64 位运算的新处理器的能力,这两个
longlong类型要求至少64 位宽。longlongint的取值范围为:-9223372036854775808~
9223372036854775807(-263~263-1), 而unsignedlonglongint的取值范围为:0~
18446744073709551615(0~264-1)。
C标准没有说明float、double和longdouble类型提供的精度到底是多少,因为不同
的计算机可以用不同的方法存储浮点数。大多数现代计算机都遵循IEEE754 标准的规
范。表1-3列出了根据IEEE 标准实现时浮点类型数据所占存储空间、范围及精度。
表1-
3
浮点类型(
IEEE
标准)
数据类型字节数有效位数数值范围(绝对值)
单精度浮点型float 4 6~7 1.17549×10-38~3.40282×1038
双精度浮点型double 8 15~16 2.22507×10-308~1.79769×10308
扩展精度浮点型longdouble 10(16) 18~19 约10-4932~104932
说明:longdouble类型的长度随着机器的不同而变化,而最常见的大小是80 位和
128 位。
C语言设置字符类型char的目的是存储字母和标点符号之类的字符。字符类型所
8
占存储空间为1字节。C语言把字符当作小整数进行处理,因此字符类型char存储的是
整数而不是字符。char类型可以是signedchar类型(取值范围为-128~127),也可以是
unsignedchar类型(取值范围为0~255),具体取决于编译器。也就是说,不同机器上的
char类型可能有不同范围的取值,因此为了使程序保持良好的可移植性,我们所声明的
char类型变量的值应该限制在signedchar与unsignedchar的交集范围内。
2.常量
常量是在程序执行过程中其值不能被改变的量。常量有各种不同的数据类型,常量
的类型通常由书写格式决定。例如:25是整型常量,25.36是浮点型常量,'A'是字符常
量,"ABC"是字符串常量。
1)整型常量的表示形式
计算机中的数据都以二进制形式存储。在C 语言中,使用的整型常量有十进制、
八进制和十六进制3种。
(1)十进制整数:由数字0~9组成,没有前缀,不能以0开始。数字前可带正负号。
如221、-128、0、+9。
(2)八进制整数:由数字0~7组成,以0为前缀。如015。
(3)十六进制整数:由数字0~9和字母A~F(a~f)组成,以0X 或0x为前缀。
如0X2A。
在程序中是根据前缀来区分各种进制数的,因此在书写常数时不要把前缀弄错,造成
结果不正确。
整型常量的后缀:若整数后面加L或l表示是长整型数,如158L、012L、0x15L等。
若整数后面加U 或u表示是无符号整型数,如358u、0x3A8u等。
2)浮点型常量的表示形式
计算机中的实数也称浮点数。如3.14159、-42.8等都是浮点型常量。在C语言中,
浮点型常量的表示方法有两种。
(1)十进制小数形式:由数字0~9和小数点组成。注意必须有小数点,如0.123、
-12.36、.78、18.等都是合法的表示形式,其中,.78等效于0.78,18.等效于18.0。如果没
有小数点,则不是浮点型常量。
(2)指数形式:在实际应用中会遇到绝对值很大或很小的数,这时将其写成指数形
式,更显得直观方便,如0.00000234写成2.34×10-6,或者0.234×10-7,但程序编辑
时不能输入上标,因此C语言中用字母e或E 来代表以10为底的指数。其一般形
式为:
a e n(a 为十进制数,n 为十进制整数)
其值为a×10n。
指数形式表示时要求e的前后均有数字,且e后面为整数。如1.1e5,3.6e-2,0.6e7,
-2.7e-2等都是合法的表示形式,而E7、2.7E、.e3等都是不合法的表示形式。
一个浮点数可以有多种指数表示形式。例如123.456 可以表示为123.456e0,
12.3456e1,1.23456e2,0.123456e3,0.0123456e4等。
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浮点型常量的后缀:浮点型常量的默认类型是double类型。若浮点常量加后缀f或
F,表示该常量是float类型,如35.6f、12.5F等;若浮点常量加后缀l或L,表示该常量是
longdouble类型。
3)字符常量
字符常量是用单引号括起来的一个字符。
例如:a' '、'A'、'*'、'$'、'?'都是合法字符常量。字符常量只能用单引号括起来,不能用
双引号或其他括号;字符常量只能是单个字符;字符可以是字符集中任意字符。
转义字符是一种特殊的字符常量,它是以反斜线\开头,后跟一个或几个字符。转义
字符具有特定的含义,不同于字符原有的意义,故称“转义”字符。常用的转义字符如
表1-4所示。
表1-4 常用的转义字符及其含义
转义字符含 义ASCII码(十进制数)
\n 换行,将当前位置移到下一行开头10
\t 水平制表(跳到下一个Tab位置) 9
\b 退格,将当前位置移到前一列8
\r 回车,将当前位置移到本行开头13
\f 换页,将当前位置移到下页开头12
\a 发出铃声7
\\ 代表一个反斜杠字符“\” 92
\' 代表一个单引号符39
\" 代表一个双引号符34
\ddd 1~3位八进制数所代表的字符
\xhh 1~2位十六进制数所代表的字符
转义字符主要用来表示那些用一般字符不便于表示的控制代码。表中的\ddd
和\xhh正是为此而提出的。ddd和hh分别为八进制和十六进制的ASCII码。如\101
表示字母'A',\102表示字母'B',\134表示反斜线,\X0A 表示换行等。
4)字符串常量
字符串常量是由一对双引号括起的字符序列。例如:"hello"、"Cprogram"、"$12.36"
等都是字符串。无论双引号内是否包含字符、包含多少个字符,都代表一个字符串常量。
字符串常量和字符常量是不同的量,要特别注意它们之间的区别。
(1)字符常量由单引号括起来,字符串常量由双引号括起来。
(2)字符常量只能是单个字符,字符串常量则可以含零个或多个字符。
(3)字符常量占1B的内存空间。字符串常量占的内存字节数等于字符串中字符个
数加1。增加的一个字节存放字符\' 0'(ASCII码为0)。这是字符串结束的标志。
例如:如果有一个字符串常量"hello",实际上在内存中是
h e l l o \0
第1章 C语言程序设计概述
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它占内存单元不是5字节,而是6字节,最后一个字符为'\0'。但在输出时不输
出'\0'。
字符常量a' '和字符串常量"a"虽然都只有一个字符,但在内存中的情况是不同的。
a' '在内存中占1字节,可表示为:
a
"a"在内存中占2字节,可表示为:
a \0
特别注意,在写字符串常量时不必加\' 0',因为\' 0'是系统自动加上的。
5)符号常量
在C语言中,还可以用一个标识符来表示一个常量,称为符号常量。符号常量在使
用之前必须先定义,其一般形式为:
#define 标识符字符串
其中,#define是一条预处理命令(预处理命令都以#开头),称为宏替换,其功能是在程
序中使用到“标识符”时都用其后的“字符串”替换。
符号常量在程序中不能被改变,也不能被赋值。符号常量通常用大写字母表
示。使用符号常量可以增加程序的可读性,而且能做到“一改全改”,增强程序的可维
护性。
【例1-4】 符号常量的使用。
#define PI 3.14159 //定义符号常量
#include<stdio.h>
int main(void )
{
float r,v;
r=4;
v=4.0/3*PI*r*r*r; //计算圆球体积
printf("v=%.2f\n", v);
return 0;
}
运行结果为:
v=268.08
程序中用标识符PI代表,用#define命令行定义PI代表字符串3.14159,在程序编
译过程中所有PI均用3.14159代替。
6)const常量
const是C语言的关键字,用const定义的标识符在程序运行过程中不允许被改动,
这在一定程度上提高了程序的安全性和可读性。const的语法格式如下:
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