介绍

计算机和编程语言

我们每天都在使用计算机，无论是桌面计算机还是智能手机，其实都是某种形式的计算机。要用计算机做某件事情，就需要使用某个具体的应用软件，这些应用软件都是用某种编程语言写出来，告诉计算机要如何为我们做事情的。编程语言就是用来描述我们要计算机如何做事情的语言。
计算机和人脑完全不一样，计算机有自己的思维方式和行为习惯。所以有的事情人类很容易就做到了，计算机可能会很困难。而有的事情人类不擅长或者不乐意做，计算机却可能会很容易实现。学习编程就需要了解计算机做事情的方式方法，学会用计算机的方式来想问题，这就叫做计算思维。

程序

  • 程序是用特殊的编程语言写出来表达如何解决问题的，不是用编程语言来和计算机交谈，而是描述要求它如何做事情的过程或方法。
  • 程序是为了让计算机执行某些操作或解决某个问题而编写的一系列有序指令的集合。

认识C语言

  • 标准的C语言有三十二个关键字，也就是说三十二个单词
  • C语言是结构式语言
  • C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作
  • C语言程序代码生成质量高，程序执行效率高
  • C语言具备良好的可移植性

C语言优点

  • 结构化的程序设计语言
    • 层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护
    • 结构化的缺点也很明显，程序的可重用性差
  • 语言简洁
    • 适合作为编程入门语言，使用灵活方便
  • 可移植性好
    • 统计表明不同机器上的 C 语言编译程序 80% 的代码是公共的，C 语言的编译程序便于移植
  • 功能强大
    • 既可用于系统软件的开发，也适合应用软件的开发

程序的执行

  • 解释：借助一个程序，那个程序能试图理解你的程序，然后按照你的要求执行
  • 编译：借助一个程序，就像一个翻译，把你的程序翻译成计算机真正能懂的语言（机器语言）写的程序，然后这个机器语言写的程序就能直接执行了
  • 对于计算机的编程语言来说，语言本身是没有解释和编译的区分的，任何一种语言既可以解释执行也可以编译执行

C语言编译软件

C语言程序框架

1
2
3
4
5
6
7
#include <stdio.h> //预处理命令序列
int main()
{
  int a;           //变量定义序列
  a = 0;           //执行语句序列
  return 0;
}

以上编译预处理、变量定义、执行语句等三个序列可称为C程序结构上的三大区域，这三大区域在程序中的顺序是不可调换位置的，程序也将按这个顺序执行。

语句结束符号

  • 一条语句都由分号结束。

  • 一条语句可跨越多行。

  • 例如跨越两行的语句：

    1
    2
    toral=a+b+c+
        d+e+f+g;

  • 等价：

    1
    toral=a+b+c+d+e+f+g;

注释语句两种格式

  • // 单行注释

  • /…../ 多行的注释

  • 例如：

    1
    2
    3
    4
    5
    //程序求两个数和
    c = a + b;  //Add a and b
    /* First line
    And second line
    */

C语言关键字

关键字（Keywords）是由C语言规定的具有特定意义的字符串，通常也称为保留字。我们定义的标识符不能与关键字相同，否则会出现错误。

你也可以将关键字理解为具有特殊含义的标识符，它们已经被系统使用，我们不能再使用了。

标准C语言中一共规定了32个关键字，如下表所示：

关键字 说明
auto 声明自动变量
short 声明短整型变量或函数
int 声明整型变量或函数
long 声明长整型变量或函数
float 声明浮点型变量或函数
double 声明双精度变量或函数
char 声明字符型变量或函数
struct 声明结构体变量或函数
union 声明共用数据类型
enum 声明枚举类型
typedef 用以给数据类型取别名
const 声明只读变量
unsigned 声明无符号类型变量或函数
signed 声明有符号类型变量或函数
extern 声明变量是在其他文件正声明
register 声明寄存器变量
static 声明静态变量
volatile 说明变量在程序执行中可被隐含地改变
void 声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针
if 条件语句
else 条件语句否定分支（与 if 连用）
switch 用于开关语句
case 开关语句分支
for 一种循环语句
do 循环语句的循环体
while 循环语句的循环条件
goto 无条件跳转语句
continue 结束当前循环，开始下一轮循环
break 跳出当前循环
default 开关语句中的“其他”分支
sizeof 计算数据类型长度
return 子程序返回语句（可以带参数，也可不带参数）循环条件

计算

  • 我们要让计算机所计算，就需要像这样找出计算的步骤，然后用编程语言写出来
  • 计算机做的所有事情都叫做计算
  • 计算的步骤就是算法
  • 算法是一个定义明确的计算过程，可以以一些值或一组值作为输入并产生一些值或一组值作为输出。因此算法就是将输入转为输出的一系列计算步骤。简而言之，算法就是可完成特定任务的一系列步骤。

如何输入

  • 输入也在终端窗口中
  • 输入是以行为单位进行的，行的结束标志就是你按下回车键。在你按下回车键之前，你的程序不会读到任何东西
  • scanf("%d",&price);
    • 要求scanf这个函数读入一个整数，读到的结果赋值给变量price
    • 一个scanf可以读取多个变量，例如；也可以使用多个scanf读取多个变量
    • %d说明后面有一个整数要输入在这个位置上
    • 小心price前面的&

如何输出

  • printf("23+43=%d\n",23+43);
  • %d说明后面有一个整数要输出在这个位置上
  • printf("Hello World\n");
  • ""里面的内容叫做“字符串”，printf会把其中的内容原封不动地输出
  • \n表示需要在输出的结果后面换一行

变量

  • 变量是一个保存数据的地方，当我们需要在程序里保存数据时，比如上面的例子中要记录用户输入的价格，就需要一个变量来保存它
  • 首次使用变量时，变量必须要有确定的值，否则会导致运算错误。
  • 变量必须先定义在使用，否则程序无法为其分配存储空间。
  • 变量定义的一般形式：
    • <类型名称><变量名称>;
    • int price;
    • int amount;
    • int price,amount;
  • int price=0;
    • 这一行，定义了一个变量。变量的名字是price，类型是int，初始值是0

变量的名字

  • 变量需要一个名字，变量的名字是一种“标识符”，意思是它是用来表示这个和那个不同的名字

  • 定义变量时，我们使用了诸如 a、abc、mn123 这样的名字，它们都是程序员自己起的，一般能够表达出变量的作用，这叫做标识符（Identifier）

  • 标识符的命名规则：

    • 只能由字母（A~Z,a~z）、数字（0~9）和下划线（_）组成
    • 只能以字母或下划线开头（不能是数字）
    • 不能使用C语言的关键字
    • 标识符的有效长度随系统而异，但至少前 8 个字符有效，如果超长，则超长部分被舍弃

  • 以下是合法的标识符：

    1
    a, x,  x3, BOOK_1, sum5

  • 以下是非法的标识符：

    1
    2
    3
    4
    - 3s    不能以数字开头
    - s*T    出现非法字符*
    - -3x    不能以减号（-）开头
    - bowy-1    出现非法字符减号（-）

  • 在使用标识符时还必须注意以下几点：

    • C语言虽然不限制标识符的长度，但是它受到不同编译器的限制，同时也受到操作系统的限制。例如在某个编译器中规定标识符前128位有效，当两个标识符前128位相同时，则被认为是同一个标识符。
    • 标识符虽然可由程序员随意定义，但标识符是用于标识某个量的符号，因此，命名应尽量有相应的意义，以便于阅读和理解，作到“顾名思义”。
    • 在标识符中，大小写是有区别的，例如 BOOK 和 book 是两个不同的标识符。

赋值

  • =表示赋值，和数学不同，a=b在数学中表示关系，既a和b的值一样
  • 在程序设计中，a=b表示要求计算机做一个动作：将b的值赋给a
  • 关系是静态的，而动作是动态的。在数学中，a=b和b=a是等价的，而在程序设计中，两者的意思完全相反
  • C语言并没有强制要求所有的变量都在定义的地方做初始化，但是所有的变量在第一次被使用（出现在赋值运算的右边）之前应该被赋值一次

数据类型

浮点数

  • 带小数点的数值。浮点这个词的本意就是指小数点是浮动的，是计算机内部表达非整数（包含分数和无理数）的一种方式
  • 人们借用浮点数这个词来表达所有带小数点的数
  • 当浮点数和整数放到一起运算时，C会将整数转换成浮点数，然后进行浮点数的运算，例如

单精度和双精度

  • double的意思是“双”，它本来是“双精度浮点数”的第一个单词，人们用来表示浮点数类型
  • 除了double，还有float（意思就是浮点！）表示单精度浮点数

表达式

一个表达式是一系列运算符和算子的组合，用来计算一个值

算术运算符

  • 运算符（operator）是指进行运算的动作，比如加法运算符+，减法运算符-
  • 算子（operand）是指参与运算的值，这个值可能是常数，也可能是变量，还可能是一个方法的返回值

四则运算：

四则运算 C符号 意义
+ + 加
- - 减
× * 乘
÷ / 除
% 取余
( ) ( ) 括号

优先级：

优先级 运算符 运算 结合关系 举例
1 + 单目不变 自左向右 a*+b
1 - 单目取负 自左向右 a*-b
2 * 乘 自左向右 a*b
2 / 除 自左向右 a/b
2 % 取余 自左向右 a%b
3 + 加 自左向右 a+b
3 - 减 自左向右 a-b
4 = 赋值 自右向左 a=b

递增递减运算符

  • ++,--是两个很特殊的运算符，它们是单目运算符，这个算子还必须是变量
  • 它们的作用就是给这个变量+1或者-1
    • count++;等于count += 1;等于count = count + 1;
  • ++和--可以放在变量的前面，叫做前缀形式，也可以放在变量的后面，叫做后缀形式
  • 后缀++的值是+1之前的值，先输出再+1，前缀++的值是+1之后的值，先+1再输出
  • 可以单独使用，但是不要组合进表达式

关系运算符

优先级 运算符 名称 举例 意义
1 > 大于 a>b a大于b
1 >= 大于等于 a>=b a大于等于b
1 < 小于 a<b a小于b
1 <= 小于等于 a<=b a小于等于b
2 == 等于 a==b a等于b
2 != 不等于 a!=b a不等于b
  • 当两个值的关系符合关系运算符的预期值时，关系运算的结果为整数1，否则为整数0，例如
  • 所有关系运算符优先级比算术运算符低，但是比赋值运算符高

复合赋值

  • 5个算术运算符+ - * / %可以和赋值运算符=结合起来，形成复合赋值运算符
  • 如：+=,-=,*=,/=和%=
    • total += 5;等于total = total + 5;
    • total += (sum+100)/2;等于total = total + (sum+100)/2;
    • total *= sum+12;等于total = total* (sum+12);
    • total /= 12 + 6;等于total = total / (12+6);
  • 注意两个运算符中间不要有空格

判断与循环

if 判断

  • 一个基本的if语句由一个关键字if开头，跟上在括号里的一个表示条件的逻辑表达式，然后是一对大括号{}之间的若干条语句
  • 如果表示条件的逻辑表达式的结果不是零，那么就执行后面跟着的这对大括号中的语句，否则就跳过这些语句不执行，而继续下面的其他语句
graph LR A([开始]) --> B{条件} -- Yes --> C[语句体] --> D[后续语句] B{条件} -- No --> D[后续语句] --> E[结束]

循环

  • while 语句
    • while 语句是一个循环语句，它会首先判断一个条件是否满足，如果条件满足，则执行后面紧跟着的语句或语句括号，然后再次判断条件是否满足，如果条件满足则再次执行，直到条件不满足为止
    • 后面紧跟的语句或语句括号，就是循环体
graph LR A([开始]) --> B{条件} -- Yes --> C[语句体] C[语句体] --> B{条件} B{条件} -- No --> D[后续语句] --> E[结束]
  • do while 语句
    • do while 循环和 while 循环很像，唯一的区别是我们在循环体执行结束的时候才来判断条件
    • 与 while 循环相同的是，条件满足时执行循环，条件不满足时结束循环
graph LR A([开始]) --> B[语句体] --> C{条件} C{条件} -- Yes --> B[语句体] C{条件} -- No --> D[后续语句] --> E[结束]