C语言基础知识
1.1 C语言简介
C语言于1972年由美国的Dennis Ritchie发明，并首次在配备了UNIX操作系统的DEC PDP-11计算机上实现。它由早期的编程语言BCPL（Basic Combind Programming Language）发展演变而来。1970年，AT&T贝尔实验室的Ken Thompson根据BCPL语言设计出了较先进并取名为B的语言，通过不断修改、完善，更先进的C语言问世了。
C语言是一种功能强大、应用广泛、具有发展前途的计算机语言。它既可用于系统软件的设计，也可用于应用软件的开发。许多著名的系统软件都是由C语言编写的。C语言具有下列特点：
（1）C语言既具有低级语言直接操纵硬件的特点，又具有高级语言与 自然语言和人的思维逻辑相似的特点，C语言程序易编写、易查错，而且实用性很强。
（2）C语言具有丰富的数据类型和运算符，语法结构简单。
（3）C语言是一种结构化程序设计语言，提供了完整的程序控制语句。
（4）C语言是一种模块化程序设计语言，适合大型软件的开发和研制。
（5）C语言还有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如DOS、UNIX，也适用于多种机型，其程序移植性好。
1.2 C语言的数据类型
数据是程序处理的对象，数据类型是数据的内在表现形式。例如，学生的年龄和成绩具有一般数值的特点，在C语言中称为数值型，其中年龄是整数，称为整型；成绩可以为小数，称为实型。而学生的姓名和性别是文字，在C语言中称为字符型数据。
C语言具有丰富的数据类型，其中基本的数据类型有整型、实型、字符型。
1.2.1 变量
变量是在程序执行过程中其值可以被改变的量。
1．变量命名规则
和人的取名一样，变量的命名也有一定的规则。
（1）由字母、数字和下划线组成；
（2）必须以字母或下划线打头；
（3）字母区分大小写（在系统默认状态下）；
（4）a，Book，book，_Make_Cipher都是合法的变量名，且Book与book是不同的变量名，而123A，x+y都不是变量名。
2．变量的数据类型
变量可以是任意的一种数据类型，如整型变量、字符型变量、指针变量等。C语言中的基本数据类型及其特性如表1-1所示。
表1-1 C语言的基本数据类型
数据类型名 数据类型描述 数据类型的长度（字节） 数据取值范围 char 字符型 1 0～255 int 有符号整型 2 –32 768～32 767 unsigned int 无符号整型 2 0～65 535 short 短整型 2 –32 768～32 767 long 长整型 4 –2 147 483 648～2 147 483 647 unsigned long 无符号长整型 4 0～4 294 967 295 float 单精度实数 4 |3.4×10–38|～|3.4×1038| double 双精度实数 8 |1.7×10–308|～|1.7×10308| long double 长双精度实数 10 |3.4×10–4932|～|3.4×104932|
3．变量的定义
每个变量在使用前都必须先定义其数据类型，定义变量数据类型的语法格式如下：
数据类型符 变量名1,变量名2,…;
例如：
int age,score; / 定义年龄和成绩为整型 /
char name[20]; / 定义姓名为至多含20个字符的字符数组 /
4．变量的存储类型
当定义某个变量时，C语言的编译系统就要给该变量分配若干个存储单元用来存放该变量的值。而在计算机中寄存器和内存都可以存放数据，内存又可分为临时占用和长期占用。变量的存储类型是指变量在计算机中的存放位置及时间。
定义变量存储类型的语法格式如下：
存储类型符 数据类型符 变量名1,变量名2,…;
变量的存储类型有自动型（auto）、寄存器型（register）、静态型（static）和外部型（extern），具体特点和使用方法在后面的章节中详细介绍。
在变量定义时，如未说明存储类型，则系统默认为自动型（auto）。
5．变量的初始化
变量的初始化是给变量赋初值的一种方法，是指在变量定义时就给变量赋予初始值。变量初始化的方法很简单，在变量定义的语句中，在变量名后加一个等号和初值即可。
例如：
int x, age=20, score=100;
在上面的定义中，变量x未赋初值，而变量age和score的初值分别为20和100。
在程序中，变量未赋值之前不允许使用，即要遵循“先赋值后使用”的规则。
1.2.2 常量
常量是在程序运行过程中值不发生改变的数据。例如，圆周率3.1415926就是一个常量。常量也有数据类型，它们是整型常量、实型常量、字符常量、字符串常量及符号常量，整型常量及实型常量的数据长度及取值范围与变量的规定相同。
1．整型常量
整型常量用来表示整数，整型数据可以以不同数制形式来表示，不同的进位制有其不同的表示方式，其表示方式如表1-2所示。
表1-2 整型常量的表示方式
数 制 表 示 方 式 示 例 十进制 一般整数的写法 0，–22，55 八进制 在八进制整数前加数字0 00，–072，+0331 十六进制 在十六进制整数前加数字0和字母x 0x0，0x1B5，–0xb3
另外，对于长整型常量，应当在其后加后缀L或l，例如30L。30L和30数值一样，但占用内存的大小不一样。30占用2个字节的存储空间，而30L占用4个字节的存储空间。
2．实型常量
实型常量只有十进制数表示方式，它没有单精度和双精度之分。其表示方式有定点数表示和浮点数表示两种。具体表示方式如表1-3所示。
表1-3 实型常量的书写方法
类 别 表 示 方 式 示 例 定点数 整数部分.小数部分 0.0，1.34，–34.0 浮点数 尾数E（或e）指数 3.57E10，–5.6e–9
说明：
（1）浮点数表示方式相当于数学中的科学计数法，其换算公式如下：
尾数E（或e）指数=尾数×10指数
（2）浮点数中的指数部分只能是整型数，尾数可以大于或等于10。
3．字符常量
字符常量是用两个单引号引住单个字符来表示的。例如：''A''、''''、''!''等。使用字符常量时应注意以下几点：
（1）空格也是字符，表示为''a''。
（2）单引号中必须恰好有一个字符，不能空缺。如'' ''是错误的字符常量。
在C语言中有一类特殊的字符常量，被称为转义字符。它们用来表示特殊符号或键盘上的控制代码，常见的转义字符如表1-4所示。
表1-4 常用转义字符表
转 义 字 符 意 义 转 义 字 符 意 义 \n 回车换行符 \a 响铃 \t 水平制表符 \" 双引号 \v 垂直制表符 \'' 单引号 \b 左退一格 \\ 反斜杠 \r 回车符 \ddd 1~3位八进制数ddd对应的字符 \f 换页符 \xhh 1~2位十六进制数hh对应的字符
4．字符串常量
字符串是用双引号引住的若干个字符。例如，"hello!"，"485769"，"a"。
字符串可以不含任何字符，称为空串，表示为""。
字符串中所含的字符个数称为字符串的长度。例如，"abc123"，"3"，""的长度分别为6，1，0。计算字符串长度时应注意以下几点：
（1）对于含有转义字符的字符串，应将转义字符计算为1个字符。例如，"abc\\12\n"的长度为7，而不是9；"abc\\\12\n"及"abc\\\123\n"的长度均为6。
（2）在字符串中，反斜杠表示转义字符的开始，如果其后面没有表1-4中所列出的转义符号，则该反斜杠被忽略，并不参与计算长度。例如，"\A"的长度为1，但"\"是非法的。
5．符号常量
上面所介绍的常量都是具体数据，在程序中也可以用特定符号来表示某个常量，这个符号被称为符号常量。
符号常量的语法格式如下：
#define 符号常量名 常量
例如：
#define PI 3.1415926
经过上述定义后，可以在程序中使用PI来代替3.1415926。
在程序中使用符号常量有两个好处：一是提高了程序的易读性；二是为修改程序提供了方便。例如，当不需要太高精度时，只需要将符号常量定义修改为
#define PI 3.14
而不需要在程序中去修改每一处的圆周率。
1.3 算术运算符与算术表达式
用来表示各种运算的符号称为运算符。C语言中包括以下七大类的基本运算符：算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、赋值运算符、逗号运算符、条件运算符和位运算符。本节主要介绍算术运算符，其他的运算符将在后续章节中详细介绍。
1.3.1 算术运算符
C语言中的算术运算符和数学中的算术运算相似，是对数据进行算术运算的。算术运算符的运算对象、运算规则及结合性如表1-5所示。
表1-5 算术运算符
运算对象个数 名 称 运 算 符 运 算 规 则 运算对象
数据类型 结 合 性 单目 正 + 取原值 整型或实型 自右向左 负 – 取负值 双目 加 + 加法运算 自左向右 减 – 减法运算 乘 乘法运算 除 / 除法运算 模 % 整除取余 整型 单目 增1（前缀） ++ 先加1，后使用 整型、字符型、指针型变量或数组元素、实型 自右向左 增1（后缀） ++ 先使用，后加1 减1（前缀） – – 先减1，后使用 减1（后缀） – – 先使用，后减1
在C语言中，参加运算的对象个数称为运算符的“目”。单目运算符是指参加运算的对象只有一个，如+10，–67，x++。双目运算符是指参加运算的对象有两个，如2+3，7%3。
相同运算符连续出现时，有的运算符是从左至右进行运算，有的运算符是从右至左进行运算，C语言中，将运算符的这种特性称为结合性。
加法（+）、减法（–）、乘法（）与数学中的算术运算相同。例如：3.5+4.7结果是8.2；3.5?–?4.7结果是–0.8；3.54.7结果是16.45。
除法运算（/）与数学中的除法不完全相同，它与参加运算的对象的数据类型相关。当参加运算的两个对象均为整型数据时，其运算结果为数学运算结果的整数部分。如7/4结果为1，而不是1.75。若参加运算的两个对象有一个是实型或两个都是实型，那么运算结果为实际运算的值，如7/5.0的运算结果为1.4。
模运算的运算对象必须为整型，结果是相除后的余数，如7%5结果为2。
增1减1运算符都是单目运算符，用来对整型、实型、字符型、指针型变量或数组元素等变量进行加1或减1运算，运算的结果仍是原类型。
1.3.2 常用数学函数
C语言系统提供了400多个标准函数（称为库函数），设计程序时可以直接使用它们。库函数主要包括数学函数、字符处理函数、类型转换函数、文件管理函数及内存管理函数等几类。下面介绍常用的数学函数，其他类型的函数将在后面章节中陆续介绍。
1．函数名abs
原型：int abs(int i);
功能求整数的绝对值–5)，z=abs(0)，则x=5，y=5，z=0。
2．函数名labs
原型long labs(long n);
功能长整型绝对值–5)，z=labs(0)，则x=40000，y=5，z=0。
3．函数名：fabs
原型：double fabs(double x);
功能：求实数的绝对值。
例如，设x=fabs(5.3)，y=fabs(–5.3)，z=fabs(0)，则x=5.3，y=5.3，z=0。
4．函数名：floor
原型：double floor(double x);
功能：求不大于x的最大整数，它相当于数学函数[x]。
例如，设x=floor(–5.1)，y=floor(5.9)，z=floor(5)，则x= –6，y=5，z=5。
5．函数名：ceil
原型：double ceil(double x);
功能：求不小于x的最小整数。
例如，设x=ceil(–5.9)，y=ceil(5.1)，z=ceil(5)，则x?=?–5，y=6，z=5
6．函数名：sqrt
原型：double sqrt(double x);
功能：求x的平方根。
例如，设x=sqrt(4)，y=sqrt(16)，则x=1.414214，y=4.0
7．函数名：log10
原型：double log10(double x);
功能：求x的常用对数。
8．函数名：log
原型：double log(double x);
功能：求x的自然对数。
9．函数名：exp
原型：double exp(double x);
功能：求欧拉常数e的x次方。
10．函数名：pow10
原型：double pow10(int p);
功能：求10的p次方。
例如，设x=pow10(3)，y=pow10(0)，则x=1000，y=1
11．函数名：pow
原型：double pow(double x, double y);
功能：求x的y次方。
例如，设x=pow(3,2)，y=pow(–3,2)，则x=9，y=9
12．函数名：sin
原型：double sin(double x);
功能：正弦函数。
13．函数名：cos
原型：double cos(double x);
功能：余弦函数。
14．函数名：tan
原型：double tan(double x);
功能：正切函数。
1.3.3 算术表达式
由算术运算符和运算对象连接形成的式子称为算术表达式。
算术运算符的优先级从高到低规定如下：
++ – –
/ %
+ –
位于同一行的运算符的优先级相同。
1.4 数据类型转换规则
对数据进行运算时，要求参与运算的对象的数据类型相同（运算得到的运算结果的类型与运算对象也相同）。因此，在运算过程中常常需要对变量的数据类型转换转换的方法有两种，一种是自动转换一种是强制转换。1.4.1 自动转换规则
在不同类型数据的混合运算中，由系统自动实现转换char，int，long，float，double。
（3）所有的浮点运算都是按照双精度进行运算的，即使仅含float型单精度量运算的表达式，也要先转换成double型，再作运算。
（4）char型和short型参与运算时，必须先转换成int型。
例如，设有：
float PI=3.14;
int s,r=7;
s=rrPI;
因为PI为单精度型，s和r为整型，在执行s=rrPI语句时，r和PI都转换成double型后再进行计算，运算结果也为double型，右边的运算结果为153.86，但由于s为整型，故应将赋值号右边的运算结果转换成整型（舍去小数部分），因此s的值为153。
1.4.2 强制类型转换
强制类型转换是通过类型转换运算来实现的，其语法格式如下：
（类型说明符）（表达式）
其功能是把表达式的运算结果强制转换成类型说明符所表示的类型。例如： (float) a 把a转换为实型；(int)(x+y) 把x+y的结果转换为整型；而(int)x+y 则只将x转换为整型。
在使用强制类型转换时应注意以下问题：
（1）类型说明符和表达式都必须加括号(单个变量可以不加括号)，如把(int)(x+y)写成(int)x+y则只是把x转换成int型之后再与y相加。
（2）对于被转换的单个变量而言，无论是强制转换还是自动转换，都只是为了本次运算的需要而对变量的数据长度进行临时性转换，而不会改变变量定义时所声明的类型。
例如，设有：
float f?=?–5.75;
int x;
x= (int)f;
将f强制转换成整数–5，因此x?=?–5，而f本身的类型并未改变且其值仍为–5.75。
1.5 程序结构
1.5.1 主函数结构
每一个C源程序都是一系列函数的集合。其中，必须有且只能有一个主函数，其函数名为main，其结构如下：
void main(void)
{
…
}
其中，void main(void) 称为函数说明部分（又称函数头），而
{
…
}
称为函数体，函数体中的每个语句行末尾都必须用分号结束。
1.5.2 文件包含命令
C语言系统提供了400多个库函数，并将这些函数根据其功能分成了若干组，每组都有一个组名。如数学类函数组的组名为math。在C语言系统所安装文件夹的下级文件夹中有一个与其相对应的文件math.h，这些扩展名为.h的文件称为头文件。
include称为文件包含命令，当用户在程序中使用到系统的标准库函数中的函数时，需要在程序中（一般在程序的首部）增加一条预处理语句如#include，以便告知系统需要使用某个头文件中的函数。
1.5.3 C语言程序基本结构
一个完整的C语言源程序由如下5个部分构成：
（1）预处理命令；
（2）全局变量说明；
（3）函数原型说明；
（4）主函数；
（5）其他子函数。
一个简单的C语言源程序只需要（1）和（4）两个部分，其中“预处理命令”一般是一系列文件包含命令，即include命令。
关于程序结构，应当注意以下几方面的问题：
（1）可由若干个函数构成，其中必须有且只有一个以main命名的主函数，可以没有其他函数。每个函数完成一定的功能，函数与函数之间可以通过参数传递信息。main()函数可以位于原程序文件中任何位置，但程序的执行总是从main函数开始，main函数执行完毕时程序执行结束。
（2）子函数的结构与主函数相同，即分为函数说明部分和函数体两个部分。
（3）函数中的每个语句最后要有一个分号，作为语句结束标记。但某些特殊的语句行末尾不需要分号，有时还不能有分号。
（4）“/”和“/”括住的任意一段字符称为“程序注释”，用来对程序作说明，可以插入到程序的任何地方，且可以跨行使用。程序注释不影响程序运行结果。
（5）函数的书写格式很灵活，在一行中可以书写多个语句（每个语句末尾都要有分号），一个语句也可以写在多行中。在程序的任何地方都可以插入空格或回车符。
（6）主函数可以调用任何子函数但不能调用它自己，任何子函数之间也可以相互调用，但是子函数不能调用主函数。
下面是一个简单的C语言源程序：
【例1-1】 求圆的面积。
#include
void main(void)
{
float r,s,p=3.14;
r=10.5;
s=rrp;
printf("圆的面积是：%f?",s);
}
下面是一个较完整的C语言源程序：
【例1-2】 较完整的C语言程序示例。
#include
#include
int y,z;
void abc(int x);
void main(void)
{
int x;
clrscr();
x=10;
y=20;
z=30;
printf("ok1: x=%d y=%d z=%d \n",x,y,z);
abc(x);
printf("ok2: x=%d y=%d z=%d \n",x,y,z);
getch();
}
void abc(int x)
{
int y;
printf("ok3: x=%d y=%d z=%d \n",x,y,z);
x=100;
y=200;
z=300;
printf("ok4: x=%d y=%d z=%d \n",x,y,z);
}
10
Java程序设计
9
J第1章 C语言基础知识
C语言程序设计技术
第1章
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