精品课件-C语言程序设计新视角(周幸妮)-第1章

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2．数据的表现形式——常量和变量 在许多问题中，都会有有些量固定不变，有些量不断变 化的情形。如物体运动中的速度、时间和距离，圆的半径、 周长和圆周率，购买商品的数量、单价和总价等。 数据在程序中的表现形式有两种：常量和变量。常量是 在程序运行过程中，值不能被改变的量；变量是在程序运行 过程中，值能被改变的量。 C语言中会给变量起一个名字，在内存中给它分配一个 存储单元，用来存储它的值。
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1. 机器语言 由于计算机内部只能处理二进制代码，因此，用二进制 代码0和1描述的指令称为机器指令。全部机器指令的集合构 成计算机的机器语言。用机器语言编写的程序称为目标程序。 只有目标程序才能被计算机直接识别和执行。但是用机器语 言编写的程序无明显特征，难以记忆，不便阅读和书写，且 依赖于具体机种，局限性很大。机器语言属于低级语言。
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1.1 程 序 的 概 念
为了使计算机能够按人的意图工作，人类就必须要将需 要解决问题的思路、方法和手段，通过计算机能够理解的形 式告诉它，使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作， 完成特定的任务。
5 编程就是让计算机为解决某个问题而使用某种程序设计 语言编写程序代码，并最终得到结果的过程。
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用高级语言所编制的程序不能直接被计算机识别，必须 经过转换才能被执行。按转换方式可将它们分为两类：
(1) 解释类：执行方式类似于我们日常生活中的“同声 翻译”。应用程序源代码一边由相应语言的解释器“翻译” 成目标代码(机器语言)，一边执行，因此效率比较低，而且 不能生成可独立执行的可执行文件，应用程序不能脱离其解 释器。但这种方式比较灵活，可以动态地调整、修改应用程 序。
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(2) 编程序——代码实现：根据前面确定的算法，编写 相应的程序代码。
(3) 调试通——调试通过：在IDE中，将编好的程序通 过编译器翻译成机器码，这个过程叫做“编译”。
(注：IDE(Integrated Development Environment)即集 成开发环境软件，是用于程序开发环境的应用程序，一般包 括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。该程 序可以独立运行，也可以和其他程序并用。)
程序：为了让计算机解决特定问题而专门设计的一 系列计算机可执行的指令集合。
程序设计语言：即Programming Language，是用于 书写计算机程序的语言。
C语言：Combined Language(组合语言)的中英文混 合简称，是一种计算机高级语言。
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计算机语言 计算机语言的种类非常多，总的来说可以分成机器语言、 汇编语言和高级语言三大类。目前通用的编程语言有两种： 汇编语言和—由类型决定 数据在机器中存放，需要一定的内存空间，变量在内存 中给它分有存储单元，那么这个存储单元的大小是多少呢？ 实际的情形应该是，程序员根据数据实际需要占多少位 (bit)，来向计算机系统申请分配相应大小的存储单元。 C语言根据数据的各种情形，把它们分成不同的类型， 如表1.2所示。
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2. 汇编语言 汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对硬件 操作，只不过其指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别 和记忆。它同样需要编程者将每一步具体的操作用命令的形 式写出来。 汇编源程序一般比较冗长、复杂、容易出错，而且使用 汇编语言编程需要有更多的计算机专业知识。但汇编语言的 优点也是显而易见的，用汇编语言所能完成的操作不是一般 高级语言所能实现的，而且源程序经汇编生成的可执行文件 不仅比较小，而且执行速度很快。
软件=程序+数据+文档
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1.2 计算机解题过程
从“加工”的角度看，计算机解题的过程可以分成三个 步骤，如图1.1所示。先由系统分析员根据实际问题建立数 学模型，当这个模型不完全适合计算机时，还要将它转换成 计算机能够“接受”的模型，做这个转换的工作需要有数据 结构的知识。解题模型建立后，程序员根据它编制程序，再 交由计算机执行，得到最终的结果。
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在编译过程中，编译器可以查找程序中的语法错误，当 没有语法错误后，生成后缀为OBJ的目标文件；若程序是由 多个OBJ组合而成的，则还要把这多个OBJ文件进行链接，最 后形成一个后缀为EXE的可执行文件，这时，就算是编写好 了一个可以在计算机上运行(Run)的程序了。试着运行一下 这个程序，计算机会严格按照用户编写的指令一步步执行下 去。此时可以去看运行的结果，若结果和预设的一致，那就 完成了任务。
图1.3 程序组成
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算法是程序的灵魂，用于解决“做什么”、“怎么做” 的问题；数据是加工的对象；程序结构是设计方法；语言是 工具。
25 1.4.1 程序的构成成分之一 ——数据
数据：计算机可“表现”、“存储”、“运算”的信息。 数据的表现形式：常量和变量； 数据的存储尺寸：由类型决定； 数据的运算方式：通过运算符实施。 1．程序中的数据 程序中的数据是指计算机可接收，即可存储到计算机中， 并可对其进行加工处理的信息。
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但事情往往没那么简单，除非是很简单的程序，一个很 有经验的程序员也不能保证程序首次运行就得到正确的结果。 为什么会这样呢，编译完成，程序不是已经没有语法错误了 吗？没有语法错是程序可以运行的前提，但程序中还会有一 种叫做“逻辑错”的错误，它会造成运行结果的不正确。逻 辑错是需要程序员自己去查找的。找逻辑错的工作叫做程序 调试，这是一个很需要耐心和专注力的工作，难度往往比编 程还要大。
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1.4 程 序 的 构 成
如果把数据和程序语句看成是原料，程序结构和算法是 制作方法和工艺要求，则程序就是最后加工出来的产品，如 图1.2所示。
22 图1.2 程序加工处理示意图
23 程序由程序语句(有一定的语法规则)和数据(要处理的 信息)组成，是在符合程序结构的构造框架(有一定之规)下， 按照事先设计的完成特定功能要求的执行步骤(算法)最终完 成的指令序列，将其写成一般的形式如图1.3所示。
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第1章 走马观花看编程
1.1 程序的概念 1.2 计算机解题过程 1.3 编制程序的全过程 1.4 程序的构成 1.5 算法是如何设计出来的 1.6 简单的C程序介绍 1.7 本章小结
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【主要内容】 程序的概念； 算法设计方法； 程序设计方法； 简单的C程序介绍。
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【学习目标】 理解程序设计的基本步骤； 能够用自顶向下、逐步求精的方法确定算法。
15 图1.1 计算机解题过程
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1.3 编制程序的全过程
编制程序有三个基本的步骤：定算法、编程序、调试通。 (1) 定算法——确定算法：先要明确实际问题要求完成 的功能是什么，它要处理的信息有哪些(这些信息是要输入 到计算机中的)；计算机对上述信息处理完毕，实现了指定 的功能后，结果是什么，即输出的信息有哪些；计算机完成 指定功能的具体步骤是什么。
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软件与程序的关系 常常听到这样的说法，编程(Programming)就是编写软 件。但程序与软件在概念上是有区别的。软件应该包含以下 三个方面的含义：
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(1) 运行时，能够提供所要求功能和性能的指令或计算 机程序集合。
(2) 程序能够满意地处理信息的数据结构。 (3) 描述程序功能需求以及程序如何操作和使用所要求 的文档。 所以可以认为：
35 表1.2 数 据 类 型
数据类型
基本类型 指针类型 构造类型
整型 字符型 实型(浮点型) 枚举类型
数组类型 结构体类型 共用体类型 空类型
36 不同类型的数据对应的存储单元的大小是不同的，计算 机系统提供了不同“规格尺寸”的空间大小——基本数据类 型，构造类型是由基本类型组合而成的。 变量存储单元的大小是由其数据类型决定的，程序员可 以根据需要选用。
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2. ASCII码 ASCII码(American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码)是基于拉丁字母的一套 电脑编码系统。它主要用于显示现代英语和其他西欧语言。 它是现今最通用的单字节编码系统。 ASCII 码使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示 128 或256 种可能的字符。标准ASCII 码也叫基础ASCII码， 使用7 位二进制数来表示所有的大写和小写字母、数字0～9、 标点符号以及在美式英语中使用的特殊控制字符。
为什么要有各种数据类型？ 答：① 可解决数据的有效存储空间问题； ② 不同类型的数据其处理规则、方式不相同。
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4．数据的运算方式——通过运算符实施 对数据的加工处理是通过各种运算符来实施的。 C语言中的各种运算符见表1.3，具体使用方法会在第2 章中介绍。
(2) 编译类：编译是指在应用源程序执行之前，就将程 序源代码“翻译”成目标代码(机器语言)，
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因此其目标程序可以脱离其语言环境独立执行，使用比较方 便，效率较高。但应用程序一旦需要修改，必须先修改源代 码，再重新编译生成新的目标文件(*.OBJ)才能执行，如果 只有目标文件而没有源代码，则修改很不方便。现在大多数 的编程语言都是编译型的，例如C/C++、Delphi等。
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计算机中的数据 在计算机中，各种信息如数字、字符、声音、图像等都 是以二进制编码方式存储的。下面介绍编程中相关的数据知 识。
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1. 数据的存储单位 数据的存储单位见表1.1。
表1.1 数据的存储单位
存储单位 bit Byte Word
Kilobyte Megabyte Gigabyte Terabyte
32 变量的起名和分配存储单元都是在一个称做“变量定义” 的语句中完成的，存储变量的值如果在定义时指定，则称做 是对变量进行初始化。
初始化：在变量定义时对变量进行赋值的操作。
变量没有初始化，那么它的存储单元里会是什么数？答 案会在第2章中给出。
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为什么要用变量？ 答：程序要解决的问题往往是通解。比如，计算n！的 程序，n=5时，能给出正确结果；n=10时，也应该能给出正 确结果，即只要输入的n为一定范围的正整数，那么程序都 应该能计算出结果，这样的程序才有实际的意义。
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256种字符中的后128个字符称为扩展ASCII码，目前许 多基于x86的系统都支持使用扩展(或“高”)ASCII码。扩展 ASCII 码允许将每个字符的第8 位用于确定附加的128 个特 殊符号字符、外来语字母和图形符号。
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3. 汉字编码 为汉字设计的一种便于输入计算机的代码。计算机中汉 字的表示也是用二进制编码，同样是人为编码的。根据应用 目的的不同，汉字编码分为外码、交换码、机内码和字形码。 1981年，国家标准局公布了《信息交换用汉字编码字符 集基本集》(简称汉字标准交换码)，其中共收录了6763个汉 字。这种汉字标准交换码是计算机的内部码，可以为各种输 入/输出设备的设计提供统一的标准，使各种系统之间的信 息交换有共同一致性，从而使信息资源的共享得以保证。
缩写 b B W KB MB GB TB
中文名称 位 字节 字
千字节 兆字节 吉字节 太字节
进率
1 B=8 b 1 W=2 B 1 KB=1024 B 1 MB=1024 KB 1 GB=1024 MB 1 TB=1024 GB
一个位(bit)有多大？位是内存的最小单位。二进制数 系统中，每个0或1就是一个位。
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3. 高级语言 高级语言是目前绝大多数编程者的选择。和汇编语言相 比，它不但将许多相关的机器指令合成为单条指令，并且去 掉了与具体操作有关但与完成工作无关的细节，这样就大大 简化了程序中的指令，编程者也就不需要有太多的计算机硬 件知识。 高级语言主要是相对于汇编语言而言的，它并不是特指 某一种具体的语言，而是包括了很多编程语言，如目前流行 的VB、C++、Delphi等，这些语言的语法、命令格式都各不 相同。
调试的基本方法将在第10章“程序调试及测试”中专门 介绍。
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程序的逻辑错 程序的逻辑错主要表现在程序运行后，得到的结果与预 期设想的不一致,这就有可能是出现了逻辑错。比如运算应 该是先加后乘的处理，如果忘了加括号，运算结果就会出现 错误。通常出现逻辑错的程序都能正常运行，系统不会给出 错误在哪里的提示信息。