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读臧
4 years ago
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1 C/C++ 基礎程式設計 C 語言概觀講師 : 張傑帆 CSIE, NTU

2 程式語言介紹電腦是人類二十世紀最重要發明之一電腦是由硬體與軟體構成硬體 (Hardware) 負責執行解決問題所必須的基本運算和處理由中央處理單元記憶裝置輸出入裝置構成目前朝輕薄短小及發展軟體 (Software) 用來指揮硬體運作, 為解決問題的指令集合將這些指令的集合稱為程式 (Program) 將軟體分成系統軟體和應用軟體

3 程式語言的分類人要如何與電腦溝通? 程式語言第一代語言 : 機器語言 (Machine Language) 第二代語言 : 組合語言第三代語言 : 高階語言第四代語言 : 查詢語言 (Query Language) 第五代語言 : 物件導向與自然語言

4 程式語言的分類第一代 : 機器語言 (Machine Language) 以連續 0 1 來編寫程式, 執行速度最快屬機器導向語言 CPU 的架構不同, 此種語言與機器相依度高, 可攜性極低 0 1 組合而成, 費時費力, 實用性差且難維護

5 第二代語言 : 組合語言 (Assembly Language) 亦稱低階語言, 屬於一種符號式語言是使用助憶碼, 由字母和數字組合而成 sum = , 組合語言寫法 : mov ax, 10 ; add ax, 20 ; mov sum, ax ; 屬於機器導向語言, 和電腦硬體相依性高, 不同 CPU, 語法不同, 可攜性低適用於電腦專業人員編寫有關電腦系統或輸出入介面的驅動程式使用組譯器將撰寫的程式碼逐行翻譯成機器語言才能執行

6 第三代語言 : 高階語言 (High-Level Language) 語法更接近人類語言與數學表示式, 程式稍加修改, 可在不同電腦系統上執行, 可攜性高屬於程序導向語言如 : BASIC( 交談式操作環境 ) FORTRAN( 工程 ) COBOL( 商業應用 ) PASCAL C 均屬之, 由於都是屬於傳統高階語言, 共同特點就是按照指令的邏輯順序執行

7 第四代語言 : 查詢語言 (Query Language) 屬於非程序語言以問題為導向, 只描述問題不必敘述解決問題的步驟先透過前置處理器轉換成第三代的程序語言才能編譯成可執行碼包括結構化查詢語言 SQL(Structural Query Language) 適用於資料庫查詢或 AutoCAD 適用於工程繪圖

8 第五代語言 : 物件導向與自然語言物件導向語言, 是一種比程序導向更進階的語言 C++ 是在 C 中加入物件導向語法的程式語言此種語言每個物件擁有自己的屬性和方法, 具有下列特性 : - 再利用 (Reused) - 繼承 (Inheritance) - 封裝 (Encapsulation) - 多形 (Polymorphism) 特性使得物件有如積木一樣都具有某些小功能, 物件與物件間利用呼叫可互傳資訊或兜成一個大程式

9 由於網際網路蓬勃發展超媒體與網路資訊服務充斥全球資訊網以及智慧型裝置 ( 智慧型手機與平板電腦 ) 硬體設備愈來愈進步因此許多大廠紛紛提供能開發 Web 應用程式 ( 網頁程式設計 ) 與智慧型裝置應用程式的程式語言, 像這類的程式語言有 : Java VB C# ActionScript 3.0 等物件導向程式語言自然語言 (Natural Language) 屬於人工智慧語言, 近似人類的語言是程式語言的終極目標如 :LISP(LIST Processing) PROLOG(LOGic PROgramming) 鋼鐵人中的 Jarvis

10 翻譯器的分類編譯器 (Compiler) 直譯器 (Interpreter) 組譯器 (Assembler)

11 編譯器 (Compiler) 是電腦廠商提供的系統軟體 ( 程式 ) 將高階語言所寫的程式碼轉換成能直接被機器接受之目的程式優點 : 是程式經編譯過存成目的檔, 下次執行時程式若未修改過可馬上執行, 較節省編譯和執行時間缺點 : 編譯和連結時間較長而且程式有修改過必須重新編譯程式執行時必須將整個執行檔一次載入, 需要較大的記憶體程式存檔時亦需要較大的輔助儲存體空間執行階段發生錯誤時除錯較難處理

12 直譯程式 (Interpreter) 亦是電腦廠商提供的系統程式之一將高階語言所編寫的程式碼, 依其敘述的邏輯順序, 將指令逐一轉為機器語言指令後執行優點 : 執行時所需記憶體空間和存檔時所需磁碟空間較小, 且程式較易除錯適合初學者缺點 : 每次執行均須重新翻譯, 執行所需的時間較長, 程式若供多人使用時效率較差

13 C 語言的沿革 C 語言的前身追朔到 1960 年以解決問題為導向的高階語言 - ALGOL 60, 當時博得好評價, 不適合撰寫系統軟體 1963 年英國劍橋和倫敦大學以 ALGOL60 為基礎, 共同推出與硬體有關 CPL (Combined Programming Language) 語言, 由於當時考慮層面過於寬廣, 造成不方便撰寫系統軟體 1968 年 Martin Richards ( 世界公認 C 語言的鼻祖 ) 在英格蘭劍橋簡化 CPL 語言而發展出 BCPL(Basic Combined Programming Language)

14 1970 年 Ken Thompson 於美國 Bell 實驗室再度精簡 BCPL 語言設計出接近硬體的 B 語言 1972~1973 年間 Dennis Ritchie 於美國 Bell 實驗室, 為新型 PDP-11 電腦重新改寫 Unix 作業系統, 結合 B 語言和 BCPL 語言重要觀念加上資料型別以及一些其他概念發展成 C 語言 1973 年 K. Thompson 和 D. M. Ritchie 兩人合作把 UNIX 的 90% 以上用 C 改寫成即 UNIX-5, 直到 1975 年 UNIX-6 公佈後, 才引起注意 1978 年 Ritchie 和 Brian Kernighan 於出版 The C Programming Language 一書, 奠定 C 語言完整架構, 將此版本的 C 語言稱為 K&R C 語言

15 隨後 C 語言百家爭名, 產生出多種版本的 C 語言如 : Lattic C MS-C Quick C 等, 為使 C 語言標準化,1983 年夏, 美國國家標準協會 (ANSI) 制定一套 ANSI 的 C 語言標準標準化過程達六年之久, 最後於 1989/12 ANSI 標準終於完成,1991 年初 ANSI C 第一版終於出現 1987 年美國寶蘭 (Borland) 公司結合了 K&R C 和 ANSI C 推出 Turbo C, 深受當時程式設計者的喜愛隨著資訊科技的進步, 導致物件導向程式設計的流行

16 ANSI C 和 ISO C 1989 年,C 語言被 ANSI 標準化, 編號為 ANSI X 這個版本又稱為 C 年, 國際標準化組織 (ISO)WG14 工作群組, 製定了 ISO 9899:1990, 又稱為 C90 隨後, ANSI 亦接受國際標準 C, 並不再發展新的 C 標準修正了一些細節和增加更多更廣的國際字元集支援引出了 1999 年 ISO 9899:1999 的發表它通常被稱為 C99 被 ANSI 於 2000 年 3 月採用 2011 年 12 月 8 日,ISO 正式發布了新的 C 語言的新標準 C11, 之前被稱為 C1X, 官方名稱為 ISO/IEC 9899:2011

17 C with Classes => C++

18 C 語言的特色程式具有區塊結構及不嚴謹的資料型別檢查為 UNIX 作業系統所採用的程式語言介於低階和高階語言中階程式語言可呼叫處理硬體函式庫或自行設計需要函式庫來直接控制硬體, 以提升硬體執行速度另方面 C 語言可用來發展高階軟體介面 C 語言具有高階架構和低階功能

19 C/C++ 基礎程式設計整合開發環境講師 : 張傑帆 CSIE, NTU

20 C++ 開發工具整合式開發環境 Integrated Development Environment (IDE) 是整合編輯編譯測試除錯與執行等功能的程式開發軟體例如 Borland 公司的 C++ Builder IBM 公司的 VisualAge C++ Microsoft 公司的 Visual C++ 等都是整合式的 C++ 程式開發軟體

21 下載 Dev C++ 搜尋 Dev C++, 並選擇搜尋所有網頁, 則可找到 BloodShed Software Dec C++ 的官方網站衍生版本下載最新版的 Orwell Dev-C 版阿榮免安裝版 Orwell s Engine 官網 Code::Blocks ( 除錯器設定較為麻煩 ) 官網 ) 阿榮免安裝版

22 使用 Dev C

23 編譯與執行 2. 由於這是新專案, 所以 Dev-C++ 會要求選擇儲存 main.cpp 的位置, 預設儲存位置是與專案相同的目錄, 因此按存檔就可以了 3. 編譯完成且程式沒有語法錯誤後, 出現命令提示字元視窗, 並根據 cout 指令輸出字串如下 :

24 使用 Visual C

25 Visual C++ Visual C , 可以上微軟 (Microsoft) 官網下載及安裝 Visual C /2012/2013 Express Visual Studio 2015 / 2017 Community Visual Studio Code

26 C/C++ 基礎程式設計 C 語言入門變數基本處理與輸入輸出求知若飢, 虛心若愚 Stay hungry. Stay foolish. -Steve Jobs 2005 講師 : 張傑帆 CSIE, NTU

27 課程大綱 C 語言入門資料型態與變數基本資料處理基本輸出入函式

28 C 語言執行過程程式語言? 語法介於人與電腦之間, 用來命令電腦做事的一種語言! 人類 : 中文, 英文, 電腦 : 控制 ( 邏輯 ), 運算 ( 數學 ) ( 暫時 ) 儲存資料原始程式原始程式 SOURCE.C 人與電腦之間的一種語言編譯器 COMPILER 目的檔目的檔 SOURCE.OBJ 連結器 LINKER 執行檔 SOURCE.EXE 需要被翻譯 CPU 才看的懂多個翻譯好的檔案連起來成為一個可執行的檔案

29 標準 C 語言格式要點程式有開始與結束一個口令一個動作 ( 以分號 ; 代表一個動作的結束 ) 宣告要用的資料 ( 記憶體 ), 然後寫程式操作它們 (CPU) #include <stdio.h> ----> 呼叫標準輸入輸出函式庫 int main() ----> 主程式 ( 開始程式 ) { [ 宣告要用到的資料 ] [ 寫程式 ] } return 0; ----> 回傳 0 ( 結束程式 )

30 第一個 C 程式編譯示範 HelloWorld 使用 Visual C++ / Dev C++ 編譯並執行 #include <stdio.h> int main() { printf("hello World!\n"); } return 0;

31 註解單行註解 : // 內容將一範圍註解 : /* 內容 */ #include <stdio.h> // 這行是呼叫標準輸入輸出函式庫 int main() // 這行是主程式 { printf("hello World!\n"); //printf(" 這行不會真的印出來!\n"); /*printf(" 這行跟下行也是!\n"); printf(" 不會印!\n");*/ } return 0;

32 課程大綱 C 語言入門資料型態與變數基本資料處理基本輸出入函式

資料型態字元 (char) Ex. char a = A 整數 (int) Ex. int b = 123 浮點數 (double) Ex. double c = 123.456 資料可以透過變數存取!

33 資料型態字元 (char) Ex. char a = A 整數 (int) Ex. int b = 123 浮點數 (double) Ex. double c = 資料可以透過變數存取! 變數名稱型態內容記憶體位址 a char A 0x1000 b int 123 0x1001 c double x1005 A ( 字元 ) 123 ( 整數 ) ( 浮點數 )

34 變數當我們使用 CPU 處理資料, 常會需要把資料做儲存與讀取的動作使用對的資料型態的變數存放對的資料! 使用等號儲存 ex: int num = 3; 規則 : 先宣告, 再使用! 123 ( 整數 ) ( 浮點數 ) A ( 字元 )

35 宣告變數語法 : 宣告一個變數 : 資料型態變數名稱 ; 宣告多個變數 : 資料型態變數名稱 1, 變數名稱 2,, 變數名稱 n; 宣告變數並初始化 : 資料型態變數名稱 = 內容 ; 使用除錯器監看變數內容的變化教學影片 : 精簡版完整版 #include <stdio.h> int main() { int num1 = 123; double num2 = ; char ch1 = 'A'; double num3; // 宣告 num1 為整數變數 // 宣告 num2 為小數變數 // 宣告 ch1 為字元變數 // 宣告 num3 為小數變數 } num3 = num1 + num2; return 0; // 將 num1+num2 之結果存到 num3

36 變數命名的原則開頭必須是英文字母或底線字元的大寫小寫所代表的意義不同. 不得使用關鍵字 (Keyword) #include <stdio.h> int main() { int abc = 10; int ABC = 20; int My_Apple = 999; int My-Apple = 999; // 錯誤 : 不能有標點符號 int 123a = 30; // 錯誤 : 變數開頭為數字 int char = 40; // 錯誤 : 變數為關鍵字 char return 0; }

37 關鍵字 (Keyword) 關鍵字 (Keyword) 又稱保留字是事先賦予某個識別字特別的用途, 以供程式設計呼叫或使用, 不允許重複使用下表為 ANSI C 所提供的保留字, 透過這些保留字配合運算子 (Operator) 和分隔符號 (Seperator), 就定義出 C 語言所提供的各種敘述 (Statement):

38 常見關鍵字 (Keyword)

39 變數的資料型態種類 1 byte 可放 0~255 大小之任一數字不同變數能存的值之範圍有限操作資料請注意所宣告的變數特性類別符號位元容量 (bytes) 表示法數值範圍 2 short ~32767 有 4 int ~ 整數 2 unsigned short 0~65535 無 4 unsigned int 0~ 浮點數有 4 float ~ double ~ 字元有 1 char -128~127 無 1 unsigned char 0~255

40 各資料型別的有效範圍 ( 視編譯器不同 )

41 小練習觀察不同型態的變數大小 -Debugger 介紹 #include <iostream> int main() { sizeof(int); sizeof(double); 不同編譯器略有不同用 sizeof() 函式來觀察變數大小 (byte) } return 0;

42 課程大綱 C 語言入門資料型態與變數基本輸出入函式基本資料處理

43 基本輸入輸出 scanf 預設為鍵盤輸入 printf 預設為螢幕輸出 123 ( 整數 ) 123

$&num); // 鍵盤輸入之整數存到 num printf("%d\n",$

44 基本輸入輸出範例 : 用鍵盤輸入一個整數, 再將它由螢幕輸出 #include <stdio.h> int main() { int num; scanf("%d", &num); // 鍵盤輸入之整數存到 num printf("%d\n", num); // 將整數 num 由螢幕輸出 } return 0;

45 小練習基本輸入輸出交換用鍵盤輸入二個整數, 再將它交換順序後由螢幕輸出

基本輸出函數格式化輸出函數 printf( ) 語法如下 : printf( 格式化輸出內容,

$( 可為變數, 運算式, 常數 ) 要訣 : printf("%d %d \n", num1,$ num2); 參數 : 一個 % 對應一個參數列印格式 : % 後可加對應參數型態之列印格式

46 基本輸出函數格式化輸出函數 printf( ) 語法如下 : printf( 格式化輸出內容, 參數 1, 參數 2,... 參數 n); 格式化輸出內容, 可加入列印格式控制字元修飾子參數, 為對應格式之資料內容 ( 可為變數, 運算式, 常數 ) 要訣 : printf("%d %d \n", num1, num2); 參數 : 一個 % 對應一個參數列印格式 : % 後可加對應參數型態之列印格式修飾子 : % 後可加修飾子對列印格式做排版控制 ( 逸出 ) 字元 : 一般鍵盤無法輸入的字元要用控制字元 Ex. 在螢幕印一整數變數內容並斷行 printf( %d\n, num);

- 列印格式控制字元格式化輸出內容列印格式輸出敘述 %c 字元 %s 字串 %d 十進位整數 %u

$較短者 %p 指標位址 %% 印出百分比符號控制字元功能 \a 警告音 \b 倒退 \f 換頁 \n 換行 \r 歸位$

47 - 列印格式控制字元格式化輸出內容列印格式輸出敘述 %c 字元 %s 字串 %d 十進位整數 %u 無號十進位整數 %o 無號八進位整數 %x 無號十六進位整數, 以 0 ~ f 表示 %X 無號十六進位整數, 以 0 ~ F 表示 -- %f 浮點數 (float), 小數點型式 %lf 浮點數 (double), 小數點型式 %e 浮點數, 指數 e 型式 %E 浮點數, 指數 E 型式 %g 印出 %f 與 %e 較短者 %G 印出 %F 與 %E 較短者 %p 指標位址 %% 印出百分比符號控制字元功能 \a 警告音 \b 倒退 \f 換頁 \n 換行 \r 歸位 \t 跳格 \ 印出單引號 \ 印出雙引號 \\ 反斜線 \/ 斜線 \d 八進位 Ascii 碼 \x 十六進位 Ascii 碼 --

- 修飾子格式化輸出內容修飾子功能範例 - 向左對齊 %-3d + 將數值的正負號顯示出來

48 - 修飾子格式化輸出內容修飾子功能範例 - 向左對齊 %-3d + 將數值的正負號顯示出來 %+5d 空白數值為正值時, 留一格空白 ; 為負值時, 顯示負號 % 6f 0 將固定欄位長度的數值前空白處填上 0; 與 - 修飾子同時使用時, 此修飾子無效 %07.2f 數字欄位長度, 當數值的位數大於所定的欄位長度時, 欄位會自動加寬它的長度 %9d. 數值以 %e, %E, %f 型式表示時, 決定小數點後所要顯示的位數 %4.3f h 表示 short int 或是 unsigned short int %h l 表示 long int 或是 unsigned long int %l

$345; char c='a'; } printf("%d %lf %c\n",x, y, c); printf( %15d \n, x); // 空 15 格 printf( %-15d \n, x); // 向左對齊 printf( %015d \n, x); // 前面空白處填 0$

49 基本輸出函數範例 : #include <stdio.h> int main() { int x=42; double y=12.345; char c='a'; } printf("%d %lf %c\n",x, y, c); printf( %15d \n, x); // 空 15 格 printf( %-15d \n, x); // 向左對齊 printf( %015d \n, x); // 前面空白處填 0 printf( %10lf \n, y); //long 用, 不是也沒關系 printf( %10.3lf \n, y); // 限小數點以下第三位 return 0;

$(\t) 每行文字以換行結尾 (\n) 每列文字最後無多餘的空白或其它不可見字元 ($

50 小練習基本輸出練習請使用 printf 來印出如以下的內容 : 每行文字中請用一 tab 間距隔開 (\t) 每行文字以換行結尾 (\n) 每列文字最後無多餘的空白或其它不可見字元 ( 例如空白,\n,\t)

對應一個變數記憶體位置, 輸入時以空白鍵, TAB, Enter 區隔, 以 Enter 做為輸入結束列印格式 : %

51 基本輸入函數格式化輸入函數 scanf( ) 語法如下 : scanf( 格式化輸入內容, & 參數 1, & 參數 2,...& 參數 n); 格式化輸入內容, 格式與 printf 同 & 參數, 為對應格式之變數記憶體位置要訣 : & 參數 : 一個 % 對應一個變數記憶體位置, 輸入時以空白鍵, TAB, Enter 區隔, 以 Enter 做為輸入結束列印格式 : % 後可加對應參數型態之格式修飾子 : 一般不使用控制字元 : 一般不使用 Ex. 將鍵盤輸入之兩個整數存到兩個整數變數 scanf( %d%d, &num1, &num2);

52 基本輸入函數範例 : #include <stdio.h> int main() { int num1; double num2; char ch; scanf("%c", &ch); scanf("%d", &num1); scanf("%lf", &num2); } printf("%c\n", ch); printf("%d\n", num1); printf("%lf\n", num2); return 0;

53 課程大綱 C 語言入門資料型態與變數基本輸出入函式基本資料處理

54 算數運算子加減乘除負數及餘數運算子加 (+) 減 (-) 乘 (*) 除 (/) 為一般的四則運算而餘數運算 (%) 是經由兩整數相除所得的餘數稱之負數是在某個常數前面加個減號所成的組合稱之運算子的優先權運算子, 其運算的優先順序如下 : 負號 (-) 乘 ( * ) 除 ( / ) 餘數( % ) 加 ( +) 減 ( - ) 高優先順序中優先順序低優先順序使用括號 ( ) 改變優先順序!

56 整數與小數的除法注意以下範例之整數之除法!! 整數除法結果為整數使用型態轉換語法改變運算結果 : ( 資料型態 ) 運算式 #include<stdio.h> int main() { int a1=46, a2=5; double b1=46, b2=5; double x, y; x = a1/a2; // x = 9 y = b1/b2; // y = 9.2 } // 使用型態轉換把 a1/a2 用小數運算表示 x = (double)a1/a2; // x = 9.2 return 0;

57 特殊運算式 C/C++ 常用的特殊運算式 : 遞增遞減特殊運算式基本運算式 a++ a = a + 1 a-- a = a - 1 a += b a = a + b a -= b a = a b a *= b a = a * b a /= b a = a / b a %= b a = a % b

58 特殊運算式觀察下面整數 a 的變化 #include<stdio.h> int main() { int a = 0; } a+=5; a++; a/=3; a*=5; a-=4; a%=3; return 0;

59 複合指定運算子

60 特殊運算式觀察下面整數 a 與 b 的變化 #include<stdio.h> int main() { int a = 0; int b; } a+=10; b = a++; b = ++a; b = a--; b = --a;

61 遞增和遞減運算子每一行的 a 初始值皆為 10

62 邏輯與關係運算子一般用於控制流程等有條件的敘述當中常用來比較或判斷變數內容資料為多少運算子功能敘述 && AND( 且 ) OR( 或 )! NOT( 非 ) 關係運算子運算子功能敘述 < 小於 <= 小於等於 > 大於 >= 大於等於 == 等於!= 不等於

63 基本運算子優先順序表可使用括號改變優先順序高低!, 負號 (-), ++, -- 乘 ( * ) 除 ( / ) 餘數 ( % ) 加 ( +) 減 ( - ) <, <=, >, >= ==,!= &&

64 練習計算梯形面績存入一個整數變數, 並輸出其結果輸出結果 ( 僅顯示小數點後一位 ) ex: ( 上底 =2, 下底 =6, 高 =4) 梯型公式 :( 上底 + 下底 ) 高 2

65 練習輸入兩個小數, 印出兩者相加的結果 ( 輸出小數後兩位 ) 例如 : 輸入 : 5.1 及 2.3 輸出 : = 7.40

66 回家作業 (Hw1-calc.c) 製作一個簡單的計算機功能數字的 +,-,*,/ ( 不需要判斷除以 0 之情況 ) 輸入輸出格式 ( 格式必須與下面程式結果一致 ) 連續輸入兩個數字, 以空白鍵分開按下 Enter 後算出結果 ( 顯示小數點後兩位 ) 程式結果 :

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