《现代设计方法及其应用》

编译出错 编译不出错 图 3 没有进行函数声明的两段代码
(10) 格式化的输出 printf printf()和 scanf()函数使我们能够与程序通信，它们被称为输入输出函数，或 者被称为 I/O 函数。printf()是输出函数，scanf()是输入函数，它们都包含在头文 件 stdio.h 中。本课程的程序只需用到 printf()函数，因此只对 printf()进行介绍。 printf()的使用格式如下： printf(control-string,item1,item2,....); 这里的 item1，item2 等等都是要打印的项目，它们可以是变量，也可以是常 量， 甚至可以是在打印之前的表达式。 控制字符串(control-string)是一个描述项目 如何打印的字符串，控制字符串应该为每个要打印的项目包含一个转换说明符。 来看一下 我们程序中的例子，第一个 printf()如下： 在双引号之间的部分就是控制字符串，可以看到这句代码只包含控制字符 串，没有需要打印的 item1、item2 等。因此它在执行的时候就只打印双引号里面 的这一句话，当然其中的非打印字符不会再屏幕上显示出来，而是转换成相应的 结果。双引号中的非打印字符就是\n，这代表了换行。因此执行完之后屏幕上显 示的就是
例：用二分法求一元三次方程 x3 x 1 0 在区间 [1.0,1.5] 内的一个实根。
பைடு நூலகம்
图 2 例程代码
(1) #include <stdio.h> #include 指示和头文件，该行告诉编译器包含文件 stdio.h 中的全部信息。该 语句的作用相当于在这一行粘贴了文件 stdio.h 中的全部代码。文件 stdio.h 是所 有 C 语言编译包的一个标准部分，它包含了有关输入输出函数的信息。(如格式 化输入函数 scanf 和格式化输出函数 printf) (2) int main() 这行代码声明了一个 main 函数，C 程序中可以包含一个或多个函数，但其 中必须有且仅有一个 main 函数。一个 C 程序总是从被称为 main 的函数开始执 行，这个函数是 C 程序的基本模块。int 表明该函数的返回值为整型。main 后面 的()中为空表明该函数不接受任何参数，也就是形参为空。另外 main 函数还有 一种写法 int main(int argc, char *argv[])，这种情况下 main 函数就接受两个参数。 因为 main 函数的返回值为 int 型，因此在函数执行完毕要加上一句 return 0。 (3) double min=1.0,max=1.5; double middle=(max+min)*0.5; int num=1; 这三行代码定义了四个变量并对它们进行了初始化：三个 double 型的变量 min、max 和 middle；一个 int 型的变量 num。C 语言的基本内置数据类型有 int、 long、float、double、short、char、bool 等，关于这些数据类型的具体介绍可参考 C 语言的相关资料。 注意以下区别： int num;//声明语句，声明一个名为 num 的 int 类型的变量 num=1;//将这个变量赋值为 1 并将其值初始化为 1(复制初始化) int num=1;//定义一个 int 型的名为 num 的变量， int num(1);//直接初始化 声明不分配内存，定义分配内存。初始化不是赋值，初始化是创建变量并给 它赋初始值。赋值是擦除对象的当前值并用新值代替。内置类型的成员初始值依 赖于对象的作用域：在局部作用域中这些成员不被初始化，在全局作用域中它们 被初始化为 0。 (4) {...} 花括号划定了函数以及控制语句的界限， 用来表示函数体或者控制语句的开 始与结束。 (5) while(fabs(max-min)>0.00001) while 语句是 C 语言的循环控制语句，跟在 while 后面括号中的部分为判断 表达式。当括号中的判断表达式产生一个非零的结果时，就会执行 while 之后花 括号内的部分。然后再次判断括号中的表达式，如果非零就继续循环，如果为零 则跳出循环。对 while 循环至关重要的一点是：当构建一个 while 循环时，循环 中必须包含能改变判断表达式的值来使表达式的值变为零， 否则循环永远不会终 止。 除了 while 以外，C 语言的循环控制语句还有 for 语句和 do...while 语句。具 体用法参考 C 语言的相关资料，至于选择哪种循环要根据实际要编写的程序而 定，当然有些也是个人爱好的问题。 另外要说明一点 while 语句的循环体部分如果只有一条语句，可以不用加花
double 型的值。本课程所编写的函数都非常简单，关于函数其他的内容可以参考 C 语言资料。 这里需要注意的是这个函数分为两部分代码：在 main 函数前面有一条语句 double getFuncValue(double x); 这条语句是该函数原型的声明，下面的语句 double getFuncValue(double x) { return pow(x,3)-x-1; } 是函数的定义。先声明再定义这是一种规范的写法。还有一种写法可能不会导致 出现编译错误，那就是没有对函数进行声明，只有函数的定义。这是一种不规范 的写法，在某些情况下并不会出现错误。我们来看图 3 所示的两段代码，这两段 代码中的函数 getFuncValue 都是直接定义而没有声明。 左侧函数的定义放在 main 函数的后面，因为 main 函数中有函数的调用语句，而 C 语言是自上而下的运行 机制，在调用函数时该函数还没有定义，因此就会出现编译错误。而右侧函数的 定义放在 main 函数前面，在调用函数的语句出现之前就已经定义了，因此不会 出现编译错误。规范的写法就像本例中所示，先在文件头部进行函数声明，这样 就告诉编译器这个函数已经存在了， 至于函数的定义就可以放在文件的任意位置 了。
int a; int b=1; a=b++; 上面两段程序执行结果是不一样的，第一段程序执行完毕后 a=2，b=2；第二段 程序执行完毕后 a=1，b=2。这是因为++运算符如果放在变量 b 的前面，表示先 将 b 的值++，然后再将 b 的值赋值给变量 a。而++放在 b 的后面，则表示先将 b 的值赋值给变量 a，然后将 b 的值++。 3) 不要混淆赋值运算符=和相等符号==。例如对于循环 while(i==10)，意思是只 要变量 i==10 ，就会执行循环中的语句，直到 i!=10 为止。而如果错写成了 while(i=10)， 那么这个循环就会一直执行下去， 因为表达式 i=10 就是个赋值语句， 它的结果是真，因此循环不会退出。这样的错误是逻辑错误，不是语法错误，因 此编译器不能找出。为了避免这种错误，可以把 i==10 写成 10==i，对于这里也
用于《现代设计方法及其应用》课程的 C 程序设计语言基础
1. C 语言的起源 1972 年，贝尔实验室的 Dennis Ritchie 开发了 C 语言，经过 40 多年的发展， C 已经成为最重要和最流行的编程语言之一。
图 1 TIOBE 2016 年 2 月编程语言排行榜
2. 使用 C 语言的理由 (1) C 语言的设计特性使得用户可以自然地采用自顶向下的规划， 结构化的编程， 以及模块化的设计。这种做法使得编写出的程序更可靠、更易懂。 (2) C 是一种高效的语言。 (3) C 是一种可移植的语言，在一个系统上编写的 C 程序经过很少改动或者不修 改就可以在其他系统上运行。 (4) 强大的功能和灵活性。UNIX 操作系统就是用 C 编写的，其他很多语言如 FORTRAN、Perl、Python、Pascal 和 BASIC 等的许多编译器和解释器都是用 C 编写的。 (5) 面向编程人员的需要，给予编程人员很大自由。 3. C 语言实例说明 我们来看一个简单的 C 程序， 并通过对这个程序的解析来讲解本门课程所用 到的 C 语言的最基本的语法。
就是 while(10==i)。这样一旦少写了一个等号变成了 while(10=i)，编译器就会报 错。因为赋值运算符的左端必须是个可修改的左值，而 10 是一个常数，自然不 能修改，因此编译器会报错，有助于检查错误。 (8) 数学函数 本例中的 while(fabs(max-min)>0.00001)和 return pow(x,3)-x-1;两句用到了两 个数学函数 fabs 和 pow。这两个函数都包含在头文件 math.h 中。函数 fabs 的原 型是 double fabs(double x)，作用是返回 x 的绝对值，另外还有一个绝对值函数是 int abs(int x)，这个函数适用于整数求绝对值。如果在本例中使用 abs，就会把小 数点后面的部分去掉了，结果就不对了。函数 pow 的原型是 double pow(double x,double y)，作用是返回 x 的 y 次幂。另外还有很多常用的函数如各种三角函数 反三角函数 sin、cos、tan、asin、acos、atan(注意三角函数的角度都是弧度制的) 以及指数函数 exp、平方根函数 sqrt 等。需要的时候可以去查相关资料。 (9) double getFuncValue(double x); 函数是用于完成特定任务的程序代码的自包含单元。像上面讲的数学函数 fabs 等都是 C 语言标准为我们定义好的，我们只需要在需要的时候调用就可以 了，不需要去了解函数的实现过程也不需要编写函数体。而此处的这个 double getFuncValue(double x) 是 我 们 自 己 编 写 的 ， 其 作 用 就 是 返 回 表 达 式 f ( x) x 3 x 1 的值。从该函数需要实现的功能可知需要接受一个参数 x ，然后 通过计算返回一个值 f ( x) ，因此该函数有一个 double 型的形参 x，返回一个
括号，例如 while(1) printf("Hello World!\n"); 但是如果循环体内有多条语句，就必须要放在花括号中。 (6) if(getFuncValue(min)*getFuncValue(middle)<0) max=middle; else min=middle; if 语句是 C 语言的分支控制语句，如果 if 后面的括号中的判断表达式为非 零结果，就会执行 if 后面花括号中的语句。与 while 语句类似，如果只有一条语 句，可以不用加花括号，像本例程序所示。但是如果需要执行多条语句就一定要 放在花括号里面。简单形式的 if 语句使我们可以选择执行一条语句或者忽略它。 C 还可以通过使用 if...else 形式来在两个语句间做出选择。另外还有多重选择 if...else if...语句，以及多重选择语句 switch(break)语句，具体的用法也请参考相 关的 C 语言资料。 此外 C 语言中还有一个跳转语句 goto 语句，不过原则上 C 程序根本不需要 使用 goto 语句。goto 语句使跟踪程序控制流程变得很困难，并且使程序难以理 解，也难以修改。所有使用 goto 的程序都可以改写为不用 goto 语句，因此没有 必要使用 goto 语句。 (7) 运算符 C 使用运算符来代表算术运算。主要有：赋值运算符=，加法运算符+，减法 运算符 ，乘法运算符 ，除法运算符/，取模运算符%(求余数的运算符，只能用 于整数运算)， 增量运算符++和减量运算符 。 另外还有关系操作符和逻辑操作 ， 符：小于<、大于>，相等==，不相等！=，小于等于<=，大于等于>=，逻辑非！ 逻辑与&&，逻辑或||。 注意事项： 1) 运算符的优先级()括号最高，++、 次之，*/%再次之，+ 最低。 2) 增量运算符++和 放在变量的前面或者后面是不一样的，举下例说明 int a; int b=1; a=++b;