第 1 章 C 语言基础与顺序结构 学习目标 1. 掌握 C 语言程序的结构 2. 合理选用数据类型 3. 掌握算术运算符和赋值运算符 4. 掌握控制数据的输入 输出方法 5. 掌握顺序结构以及顺序结构的流程 6. 掌握 Visual C++ 6.0 集成环境的使用方法 7. 掌握转换大小写字母的方法 8. 掌握产生随机整数的方法 计算机由硬件系统和软件系统组成, 其中硬件是物质基础, 而软件是计算机的灵魂 没有软件的计算机是什么也干不了的 裸机 所有软件要用计算机语言编写 计算机语言是人和计算机交换信息的工具 随着计算机技术的发展, 计算机语言逐步得到完善 最初使用的计算机语言是用一串串 0 和 1 组成的数字表达的语言 机器语言, 后来使用的计算机语言是用简洁的英文字母或符号串表达的语言 汇编语言 机器语言和汇编语言都是低级语言, 用这种语言编写的程序执行效率高, 但程序代码很长, 又都依赖于具体的计算机, 因此编码 调试 阅读程序都很困难, 通用性也差 目前使用最广泛的计算机语言是用接近于人们自然语言表达的语言 高级语言 用高级语言编写的程序完全不依赖于计算机硬件, 编码相对短, 可读性强 C 语言属于高级语言 用高级语言编写的程序叫作源程序 1.1.1 了解 C 语言程序的构成 1.1 认识 C 语言程序 任何一个 C 语言程序都是由若干个函数构成的, 所以编写一个程序的过程, 就是根据功能要求并按照 C 语言语法规则逐个编写各函数的过程 下面给出一个较完整的程序, 以便读者尽早了解 C 语言程序 程序中的各行含义将在后续章节中详细介绍, 在实例 6.1 中给出其执行过程 实例 1.1 观察下面的程序, 认识一个完整的 C 语言程序, 了解 C 语言程序的结构 // 下面 3 行是预处理命令部分 #include <stdio.h> #include <math.h>
C 语言程序设计 ( 第 33 版 )) #define PI 3.14159 // 下面 2 行是函数的原型说明部分 double sup_area(double r); double volume(double r); // 下面是主函数部分 { double a=-5,b,c,d; b=fabs(a); c=sup_area(b); d=volume(b); printf("c=%lf,d=%lf\n",c,d); // 下面是 sup_area 函数的定义部分, 该函数的功能是计算球的表面积 double sup_area(double r) { double s; s=4*pi*r*r; return s; // 下面是 volume 函数的定义部分, 函数功能是计算球的体积 double volume (double r) { double v; v=4.0/3.0*pi*r*r*r; return v; 1. 运行结果 2. 归纳分析 (1) 任何一个 C 语言程序都由若干个函数构成, 而且必须有且仅有一个主函数 ( 函数名必须是 main), 其他函数的多少由实际情况而定, 处理简单问题时也可以没有其他函数 本程序包括主函数 sup_area 函数和 volume 函数 (2) 程序中用 // 引导的部分叫作注释部分 注释部分对程序的运行不起作用 2
第 1 章 C 语言基础与顺序结构 在程序中加注释是为了便于阅读 (3)C 语言提供丰富的标准库函数以便直接使用, 但要求在程序的开头加上包含该函数信息的命令行 ( 参见附录 D) 本程序中使用了库函数 printf( 功能是输出数据, 是输出函数 ) 和 fabs( 功能是求绝对值, 是数学函数 ) C 语言系统将所有输入 输出函数的信息存放在 stdio.h 文件中, 而将所有数学函数的信息存放在 math.h 文件中, 所以程序的开头加了两个命令行 #include <stdio.h> 和 #include <math.h> (4) 程序的开头除了上述两个命令行外, 又有了命令行 #define PI 3.14159 有此命令行后, 程序中所用到的所有 PI 均用 3.14159 代替 (5) 程序中编写了 3 个函数, 除了主函数外, 在使用其他自定义的函数前, 应对这些函数逐一进行函数原型说明 因此程序中加了 double sup_area(double r); 和 double volume(double r); 1.1.2 熟悉主函数框架 在 C 语言中可以编写程序进行算术运算, 就像日常生活中人们使用计算器计算一样 实例 1.2 编写程序, 计算两个整数的和与差, 要求从键盘输入两个数 1. 编程思路 在 C 语言中, 数据的输入操作使用标准库函数 scanf 实现, 而通过标准库函数 printf 实现输出功能 加法操作和减法操作分别使用算术运算符 + 和 - 2. 程序代码 #include <stdio.h> { int x,y,a; // 定义三个变量 printf("input x and y:"); scanf("%d%d",&x,&y); a=x+y; printf("the sum of the two numbers:%d\n",a); // 显示提示信息 // 要求从键盘输入两个整数 // 计算两个数的和 // 输出两个数的和 a=x-y; printf("the difference:%d\n",a); // 计算两个数的差 // 输出两个数的差 3. 运行结果 3. 运行结果 4. 归纳分析 (1) 本程序只包含主函数, 主函数的一般框架是 : 3
C 语言程序设计 ( 第 33 版 )) { 定义变量部分功能语句部分 定义变量和功能语句部分均可以是多条, 而且每条都以 ; 结束 说明 :C 99 标准提供两种主函数形式, 一种是不带参数的主函数 ; 另一种是带参数的主函数, 本书只介绍其中第一种主函数 (2) 在屏幕上显示内容要使用 printf 函数 此函数有两种形式 参见实例 1.8 语句 printf("input x and y:"); 的功能是屏幕上显示字符串 Input x and y:, 而语句 printf("the sum of the two numbers:%d\n",a); 的功能是在显示双引号中字符的同时, %d 的位置上用 a 的值替换 %d 是格式说明符, 在输出整数时使用, \n 是换行符 (3) 从键盘输入数据要使用 scanf 函数 参见实例 1.8 语句 scanf("%d%d",&x,&y); 的功能是要求用户从键盘输入两个整数, 并把它们分别存放在变量 x 和 y 中 在输入整数时也要使用格式说明符 %d (4) 编写程序后应上机验证 学习者可以按照如下顺序尝试上机 更多的上机操作方法将在后续章节中陆续介绍 5. 操作步骤第 1 步 : 安装 Visual C++ 6.0 如果已经安装, 则跳过此步 第 2 步 : 启动 Visual C++ 6.0 为了编写 C 语言程序, 首先应启动 Visual C++ 6.0 集成环境, 其方法是 : 在 Windows 的 开始 菜单中, 依次选择 程序 Microsoft Visual Studio 6.0 Microsoft Visual C++6.0, 此时弹出 Visual C++ 6.0 的主窗口 第 3 步 : 新建 C 源程序 在 Visual C++ 6.0 的主窗口选择 文件 新建 命令, 出现 新建 对话框, 在此选择 文件 选项卡下的 C++ Source File, 在右侧 位置 栏中输入 D:\C 语言 或通过单击按钮并选择 D 盘上的 C 语言 文件夹, 再在 文件名 栏中输入 实例 1_2.c ( 见图 1.1), 然后单击 确定 按钮, 便建立了新的 C 源程序, 如图 1.2 所示 该界面的右侧为编辑窗口, 这时编辑窗口是空的 图 1.1 新建 对话框 4
第1章 图 1.2 C语言基础与顺序结构 新建 C 源程序后的界面 第 4 步 编辑源程序 在编辑窗口中输入实例 1.2 的代码 可以不输入注释部分 第 5 步 保存文件 因为上机时经常会发生预料不到的事情 一定要养成随时存 盘的好习惯 单击工具栏中的 保存 按钮 按原名将文件存盘 第 6 步 编译和连接程序 C 源程序通过编译和连接之后才能运行 单击 编译 按钮 进行程序的编译 在出现的提示信息框中单击 是 按钮 系统在编译前会自 动将程序保存 然后进行编译 如果在编译的过程中发现错误 将在下方窗口中列出所 有错误和警告 附录 F 中提供中英文对照表 双击显示错误或警告的第 1 行 则光标 自动跳到代码的错误行 修改该错误后 对程序重新进行编译 若程序还有错误或警告 可继续修改和编译 直到没有错误为止 编译本实例时没有出现任何错误和警告 所以 错误和警告数都为 0 如图 1.3 所示 图 1.3 编译后的情况 5 zw1.indd 5 2016.7.1 1:41:16 PM
C 语言程序设计 ( 第 33 版 )) 如果在图 1.1 右侧 文件名 栏中输入文件名时省略扩展名, 则系统建立的文件不是 C 语言程序, 而是 C++ 语言程序 ( 默认扩展名为.cpp) 单击 连接 按钮后, 与编译时一样, 如果在连接的过程中系统发现错误, 将在下面窗口中列出所有错误和警告 修改错误后重新编译和连接, 直到编译和连接都没有错误为止 第 7 步 : 运行程序 单击 运行 按钮, 出现如图 1.4 所示的界面, 并要求用户输入 x 和 y 的值 输入 1200 和 180 后按 Enter 键, 看到实例 1.2 的运行情况, 如图 1.5 所示 运行程序时可以按 Shift 键切换中英文输入法 按任意键回到编辑窗口 图 1.4 实例 1.2 的运行界面 图 1.5 实例 1.2 的运行情况如果运行结果与预期的结果不相符, 则修改程序后重复第 6 步和第 7 步的操作, 直到结果正确为止 从以上操作步骤可以看到, 要得到 C 程序的运行结果, 首先选择一种集成环境, 将源程序输入计算机内, 然后把源程序翻译成机器能识别的目标程序, 再把目标程序和系统提供的库函数等链接起来产生可执行文件, 这时才可以运行程序 C 程序的编辑 编译 链接 运行过程如图 1.6 所示 图 1.6 C 程序的编辑 编译 链接 运行过程 C 程序的编辑 编译 链接 运行过程可以在不同的环境中进行, 而本书选用的是 Visual C++ 6.0 集成环境 附录 E 中补充介绍 Visual C++ 2010 环境 如果退出 Visual C++ 6.0 环境后需要重新打开已建立的 C 程序实例 1_2.c, 则在资源管理器中双击 实例 1_2.c, 或先启动 Visual C++ 6.0 环境后通过 文件 打开 菜单项打开文件 6
第 1 章 C 语言基础与顺序结构 1.2 合理选用数据类型 在编写 C 语言程序时, 都需要处理大量的数据, 其中最常用的数据类型为整型 实型 字符型, 而常用的整型又有基本整型和长整型, 常用的实型有单精度实型和双精度实型 不同类型的数据有不同的特性和处理方法, 因此编写程序时合理选用相应的数据类型是至关重要的 1.2.1 合理选用整型数据在日常生活中我们经常需要处理整数, 即不带小数点的数 例如, 计算某人的年龄 统计学生人数等 在 C 语言中, 常用基本整型 (int) 或长整型 (long) 变量存放整型数据 由于在 Visual C++ 6.0 环境中, 基本整型和长整型所占字节数相同 (4 字节 ), 因此本书只介绍基本整型 定义变量时必须根据需要给出其类型 实例 1.3 编写程序, 计算正方形铁板的面积, 铁板边长为 150, 如图 1.7 所示 1. 编程思路利用公式 面积 = 边长 边长 计算正方形的面积, 而且定图 1.7 正方形铁板义变量 area 存放正方形的面积 由于需要处理的数据是整数, 所以选用 int 型 2. 程序代码 #include <stdio.h> { int area; // 定义基本整型变量 area area=150; area=area*area; printf("area=%d\n",area); // 把 150 赋给变量 area // 计算正方形的面积 // 输出正方形的面积 3. 运行结果 4. 归纳分析 (1) 程序中使用了变量 area, 所谓变量就是在程序执行过程中其值可以变化的量 C 语言将数据分为常量和变量, 常量是在程序执行过程中其值永远不变的量 变量的实质是内存中的一个存储单元, 因此在使用变量前应向系统申请存储单元, 这一过程就是定义变量的过程 本程序用 int area; 定义了变量 area 定义变量的一般形式是 : 7
C 语言程序设计 ( 第 33 版 )) 类型名变量名 1, 变量名 2,..., 变量名 n; 变量名由编程者自己给出, 但必须遵循如下变量名的命名规则 1 变量名中只能出现数字 大小写英文字母和下划线 2 变量名必须以字母或下划线开头 3 变量名与关键字不能相同 4 不提倡使用预定义字符 C 语言区分大小写, 所以变量 area 和 Area 是两个不同的变量 所谓关键字是 C 语言中已有特定用途的标识符 ( 参见附录 A), 如 int float 等 预定义符有 : 库函数名 ( 如 printf) 预编译处理命令 ( 如 include define) 等 如果把预定义符作为变量名, 则该预定义符将失去原有的含义 注意 : 变量必须先定义后使用, 定义变量后其中的值是不确定的 变量如同容器, 其中可以存放数据, 也可以从中取出数据使用 例如, 用 int area; 定义变量 area 后, 变量 area 中的值是不确定的, 但执行 area=150; 后,area 中的值变为 150, 再执行 area=area*area; 后,area 中的值又变为 22500, 如图 1.8 所示 图 1.8 变量 area 值的变化情况 编写程序时经常使用形如 area=area*area; 的语句, 其特点是运算符 = 两侧均出现相同的变量名 但两侧的变量名所代表的含义是不同的 例如, 该语句中, 运算符 = 右侧的 area 代表变量 area 中的值 ( 即 150), 而左侧的 area 代表存储单元 该语句的执行过程是先计算 area*area 的值 ( 即 150 150), 再把计算结果 ( 即 22500) 存放在运算符 = 左侧的 area 中 在 C 语言中 = 是赋值运算符, 参见 1.3.2 小节 (2) 输出基本整型数据时在 printf 函数中要使用格式说明符 %d 讨论题 1.1 在实例 1.3 的程序中, 如果需要计算任意一个边长的正方形铁板面积, 应该如何修改程序? 1.2.2 合理选用实型数据在日常生活中也经常需要处理实型数 例如, 计算学生的平均成绩 统计一年的销售额等 在 C 语言中, 常用 float 型或 double 型变量存放实型数据 实例 1.4 编写程序, 计算半径为 15.67 的圆面积 要求分别使用单精度型和双精度型数据计算 1. 编程思路通过求圆面积公式 πr 2 计算 单精度实型变量用 float 定义, 而双精度实型变量用 double 定义 8
第 1 章 C 语言基础与顺序结构 2. 程序代码 #include <stdio.h> #define PI 3.14159 { float s1; double s2; // 程序中的所有 PI 均用 3.14159 代替 s1=pi*15.67*15.67; s2=pi*15.67*15.67; printf("s1=%f,s2=%lf\n",s1,s2); 3. 运行结果 4. 归纳分析 (1) 在存储整型数据时没有误差, 但存储实型数据时就有误差 例如, 通过 a=5; 将 5 赋给整型变量 a 后,a 中存放的值就是 5, 但通过 b=345.6789; 将 345.6789 赋给单精度实型变量 b 后,b 中存放的值不是 345.6789, 而是带误差的值 ( 如 345.678894) 单精度实型数据的有效位是 6 ~ 7 位, 即只保证前 6 ~ 7 位是正确的, 而双精度实型数据的有效位是 15 ~ 16 位, 它能够保证前 15 ~ 16 位是正确的 从本程序的运行结果中也可以观察 (2) 在单精度实型和双精度实型中, 通常按如下原则选择使用具体数据类型 即 1 当要处理 -3.4 10-38 ~ 3.4 10 38 之间的实数时, 选用单精度实型 (float)( 也可以选用双精度实型, 但会浪费存储单元, 因为双精度实型占 8 字节, 单精度实型只占 4 字节 ) 2 当要处理 -1.7 10-308 ~ 1.7 10 308 之间的实数时, 选用双精度实型, 不能选用单精度实型 3 当要处理的实型数据精度要求高时, 选用双精度实型 注意 : 在整型变量中不能存放实型数 若有 int a; a=3.6;, 则执行该程序段后,a 中存放的值是 3, 而不是 3.6 (3) 输出单精度实型数据时在 printf 函数中要使用格式说明符 %f, 而输出双精 度实型数据时使用 %1f 用 %f 或 %1f 输出数据时, 小数点后总是输出六位, 若改用 %.3f 或 %.31f 形式, 则小数点后只输出三位, 若用 %.0f 或 %.01f 形式, 则不输出小数点后的数据 讨论题 1.2 假设一个学生的总评成绩由平时成绩和期末成绩构成 ( 平时 期末 和总评成绩均为整数 ), 其中平时成绩占总评成绩的 40%, 期末成绩占总评成绩的 60% 9
C 语言程序设计 ( 第 33 版 )) 计算总评成绩时可按如下步骤进行 1 输入平时成绩和期末成绩计算成绩 1 : 成绩 1= 平时成绩 0.4 计算成绩 2 : 成绩 2= 期末成绩 0.6 2 计算总评成绩总评成绩 = 成绩 1+ 成绩 2 3 输出总评成绩应需要定义哪些变量? 如何选择各变量类型? 1.2.3 合理选用字符型数据在日常生活中经常遇到一串串字符, 如姓名 性别 通信地址等, 在 C 语言中也同样需要处理大量的字符数据, 例如, 打字练习时计算正确率 连接两篇文章等 单个字符 ( 即字符常量 ) 要用 char 型变量存放 在程序中将字符常量用单引号括起来, 如 'a' 'B' 等 字符常量可以是 ASCII 码表 ( 参见附录 B) 中的任意一个字符, 它在内存中占一个字节 实例 1.5 假设变量 ch 中已存放字母 'H', 编写程序, 将 ch 中的字母转换成小写字母后重新存放在该变量中 1. 编程思路要处理字符, 必须使用字符型类型, 用 char 定义字符型变量 通过 'H'+32 可以得到字母 'H' 所对应的小写字母 2. 程序代码 #include <stdio.h> { char ch; ch='h'; ch=ch+32; printf("ch=%d,ch=%c\n",ch,ch); 3. 运行结果 4. 归纳分析 (1) 字符常量在内存中存放的是其 ASCII 码值, 所以像整型数据一样可以直接参与算术运算 如大写字母 'H' 在内存中存的是其 ASCII 码值 72, 因此 'H'+32 的值是 104, 即为小写字母 'h' 的 ASCII 码值 实际上, 所有大写字母和对应小写字母的 ASCII 码值都相差 32 (2) 按字符形式输出字符型数据时, 在 printf 函数中要使用格式说明符 %c, 在 10