1.4 C語(yǔ)言的初步知識(shí)
1.4.1 C語(yǔ)言的起源與發(fā)展
C語(yǔ)言誕生于1972年，由美國(guó)電話電報(bào)公司（AT&T）貝爾實(shí)驗(yàn)室的D.M.Ritchie設(shè)計(jì)，并首先在一臺(tái)使用UNIX操作系統(tǒng)的DEC PDP-11計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。
C語(yǔ)言是在B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，早在1970年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的K.Thompson就以BCPL語(yǔ)言（Basic Combined Promgramming Language）為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一種既簡(jiǎn)單又接近于硬件的B語(yǔ)言，并用它編寫了第一個(gè)UNIX操作系統(tǒng)。而BCPL語(yǔ)言是英國(guó)劍橋大學(xué)的Matin Richards于1967年基于CPL語(yǔ)言（Combined Programming Language）提出的一種改進(jìn)語(yǔ)言。CPL語(yǔ)言又是英國(guó)劍橋大學(xué)于1963年根據(jù)ALGOL 60 推出的一種接近硬件的語(yǔ)言。由此可見，C語(yǔ)言的根源可以追溯到ALGOL 60，其演變過(guò)程如下：
ALGOL 60（1960年）→CPL（1963年）→BCPL（1967年）→B（1970年）→C（1972年）
C 語(yǔ)言問(wèn)世以后，在應(yīng)用中多次進(jìn)行了改進(jìn)。1973年貝爾實(shí)驗(yàn)室的 K.Thompson 和D.M.Rithie用C語(yǔ)言將UNIX系統(tǒng)（即UNIX第5版）重寫了一遍，增加了多道程序設(shè)計(jì)功能，使整個(gè)系統(tǒng)，包括C語(yǔ)言的編譯程序都建立在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上。第5版UNIX系統(tǒng)（UNIX V5）奠定了UNIX系統(tǒng)的基礎(chǔ)。到1975年，UNIX第6版問(wèn)世。隨著UNIX的巨大成功和被廣泛移植到各種機(jī)器上，C 語(yǔ)言也被人們所接受，并移植到大型、中型、小型和微型機(jī)上，它很快風(fēng)靡全世界，成為世界上應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。
1978年又推出了UNIX第7版，以該版本中的C語(yǔ)言編譯程序?yàn)榛A(chǔ)，B.W.Kernighan和D.M.Ritchie合作（被稱為K&R）出版了“The C Programming Language”一書。該書介紹的C語(yǔ)言被稱為標(biāo)準(zhǔn)C，這本書成為后來(lái)被廣泛使用的C語(yǔ)言的基礎(chǔ)。1983年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ANSI）對(duì)C語(yǔ)言的各種版本做了擴(kuò)充和完善，推出了新的標(biāo)準(zhǔn)，被稱為ANSI C，它比原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)C有了很大的改進(jìn)和發(fā)展。1987年，ANSI又公布了87 ANSI C新版本。目前流行的各種C語(yǔ)言編譯系統(tǒng)都是以87 ANSI C為基礎(chǔ)的。在微機(jī)上使用的C語(yǔ)言編譯系統(tǒng)多為Microsoft C、Turbo C、Borland C和Quick C等，它們略有差異，但按標(biāo)準(zhǔn)C書寫的程序，基本上都可運(yùn)行。讀者要了解不同版本的編譯系統(tǒng)的特點(diǎn)和規(guī)定可參閱有關(guān)手冊(cè)。
1.4.2 C語(yǔ)言的特點(diǎn)
C 語(yǔ)言之所以成為世界上應(yīng)用最廣泛、最受人們喜愛的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言之一，與它本身所具有的突出的優(yōu)點(diǎn)是分不開的。C語(yǔ)言的主要特點(diǎn)概括如下。
① 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活。C語(yǔ)言一共只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句。程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示。
② 支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。C語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句，以函數(shù)作為程序的模塊單位，這使得它可以很方便地實(shí)現(xiàn)這種構(gòu)造。
③ 運(yùn)算符豐富。C語(yǔ)言除了擁有一般高級(jí)語(yǔ)言都有的運(yùn)算符外，還擁有不少獨(dú)特的運(yùn)算符，可以實(shí)現(xiàn)其他高級(jí)語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算，增強(qiáng)了C語(yǔ)言的運(yùn)算功能。
④ 數(shù)據(jù)類型豐富。C 語(yǔ)言能方便地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。
⑤ 較強(qiáng)的編譯預(yù)處理功能。C語(yǔ)言的編譯預(yù)處理功能，為開發(fā)規(guī)模較大的程序提供了方便，極大地提高了程序開發(fā)的效率。
⑥ C語(yǔ)言的可移植性好。C語(yǔ)言本身只需稍加修改便可用于各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和各類操作系統(tǒng)，因此，用C語(yǔ)言編寫的程序也可以很方便地用于不同的系統(tǒng)，這也是C語(yǔ)言得以廣泛應(yīng)用的原因之一。
⑦ C語(yǔ)言本身既有一般高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，又有低級(jí)（匯編）語(yǔ)言的特點(diǎn)。C語(yǔ)言可以允許直接訪問(wèn)內(nèi)存地址，可以進(jìn)行位（bit）運(yùn)算，也可以直接對(duì)機(jī)器硬件進(jìn)行操作。因此，既可以用它來(lái)編寫大型系統(tǒng)軟件，也可以用它編寫各種應(yīng)用軟件，許多以前只能用匯編語(yǔ)言處理的問(wèn)題，現(xiàn)在可以改用C語(yǔ)言處理了。
⑧ 語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。C語(yǔ)言由于放寬了語(yǔ)法檢查，使程序員有較大的自由度。例如，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不做檢查，要由程序設(shè)計(jì)人員自己保證其正確性。因此，用C語(yǔ)言編寫程序，對(duì)程序設(shè)計(jì)人員的要求相應(yīng)地就要高一些。
上述C語(yǔ)言的特點(diǎn)，在初學(xué)時(shí)也許還不能深刻理解，待學(xué)完C語(yǔ)言之后就會(huì)有比較深的體會(huì)和感受。
1.4.3 C語(yǔ)言程序的構(gòu)成
下面通過(guò)兩個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序，使大家能夠?qū)語(yǔ)言程序有一個(gè)最基本的認(rèn)識(shí)。
【例1.4】 求兩個(gè)整數(shù)m與n的和。
程序中，m和n分別表示兩個(gè)整數(shù)，sum表示兩個(gè)整數(shù)的和。
程序代碼如下：
#include "stdio.h"
main() /* 主函數(shù) */
{
int m,n,sum; /* 定義變量m,n,sum */
m=5;n=3; /* 給變量m,n賦值 */
sum=m+n; /* 求m+n的值,并賦給變量sum */
printf("sum is %d\n",sum); /* 輸出sum的值 */
}
以上程序由一個(gè)稱為主函數(shù)的main( )函數(shù)構(gòu)成。C語(yǔ)言規(guī)定必須用main作為主函數(shù)名，其后的一對(duì)圓括號(hào)“( )”中間可以是空的，但這一對(duì)圓括號(hào)不能省略。主函數(shù)后面是函數(shù)體，由一對(duì)大括號(hào)“{ }”括起來(lái)，左大括號(hào)“{”表示函數(shù)體開始，右大括號(hào)“}”表示函數(shù)體結(jié)束。“/* …… */”表示注釋部分，它只是起到幫助閱讀程序的作用，對(duì)編譯和運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。為方便理解，可采用漢字來(lái)注釋，注釋部分可以出現(xiàn)在程序的任何地方。程序第4行是變量定義語(yǔ)句，定義m、n和sum為整型（int）變量；程序第5行是兩條賦值語(yǔ)句，使m和n的值分別為5和3；程序第6行也是一條賦值語(yǔ)句，使sum的值為表達(dá)式m+n的值；程序第7行是輸出語(yǔ)句，其中，printf( )是C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)輸出函數(shù)（當(dāng)引用C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)時(shí)，需在程序開始處使用文件包含命令將該函數(shù)所對(duì)應(yīng)的頭文件包含進(jìn)來(lái)。本程序第1行就是文件包含命令，它將標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出函數(shù)的頭文件stdio.h包含進(jìn)來(lái)了。關(guān)于文件包含的知識(shí)將在第 7 章介紹），雙引號(hào)中的%d 表示在此位置以十進(jìn)制整數(shù)類型輸出變量 sum的值，\n 為回車換行符，雙引號(hào)中其他內(nèi)容將作為字符串原樣輸出。因此，該程序的運(yùn)行結(jié)果如下：
sum is 8
【例1.5】 求兩個(gè)整數(shù)中的較小者。
程序中，x、y分別表示兩個(gè)整數(shù)，min表示兩個(gè)整數(shù)之中的較小值。
程序代碼如下：
#include "stdio.h"
main() /* 主函數(shù) */
{
int x,y,min; /* 定義變量 */
int fun(int a,int b); /* 當(dāng)定義的函數(shù)在主函數(shù)之后時(shí),要進(jìn)行函數(shù)的聲明 */
printf("input x,y:"); /* 提示輸入數(shù)據(jù) */
scanf("%d,%d",&x,&y); /* 通過(guò)鍵盤輸入變量x和y的值 */
min=fun(x,y); /* 調(diào)用fun函數(shù),將函數(shù)值賦給min */
printf("min=%d\n",min); /* 輸出min的值 */
}
int fun(int a,int b) /* 定義fun函數(shù),值為整型,a和b為該函數(shù)的形式參數(shù) */
{
int c; /* 函數(shù)中用到的變量c也要定義 */
if(a<b) c=a;
else c=b;
return(c); /* 將c的值返回至調(diào)用處 */
}
該程序包括兩個(gè)函數(shù)：主函數(shù)main( )和用戶自定義函數(shù)fun( )。主函數(shù)的第7行是輸入語(yǔ)句。scanf( )是C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)輸入函數(shù)，它的作用是讓用戶從鍵盤上輸入數(shù)據(jù)；雙引號(hào)中的兩個(gè)%d是格式說(shuō)明，表示用戶輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是兩個(gè)整數(shù)；&x和&y中&的含義是取地址，它表示用戶從鍵盤上輸入的兩個(gè)整數(shù)將分別送到變量x和y所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，也就是輸入給變量x和y。第8行是調(diào)用fun( )函數(shù)， 調(diào)用時(shí)將x和y的值傳送給被調(diào)函數(shù)fun( )中的形參a和b，在被調(diào)函數(shù)fun( )中，求出兩個(gè)數(shù)中的較小值賦給變量c， 最后由return語(yǔ)句返回c的值到主調(diào)函數(shù)main( )中的調(diào)用處，并將返回的值送給變量min。
該程序的運(yùn)行情況如下：
input x,y:10,2<Enter>
min=2
以上兩例中，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出函數(shù)的使用、函數(shù)調(diào)用、實(shí)參和形參的概念，大家可能還不十分清楚，可以先不予以深究，今后在有關(guān)章節(jié)中還要詳細(xì)介紹。分析上述程序可以總結(jié)出C語(yǔ)言程序的基本構(gòu)成如下。
（1）C語(yǔ)言程序由函數(shù)構(gòu)成
一個(gè)C語(yǔ)言程序至少應(yīng)包含一個(gè)main( )函數(shù)（如例1.4），或者包含一個(gè)main( )函數(shù)和若干個(gè)用戶自定義函數(shù)（如例1.5）。因此，函數(shù)是C語(yǔ)言程序的基本單位，相當(dāng)于其他語(yǔ)言的子程序或過(guò)程。
C語(yǔ)言的函數(shù)可以分為系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)（庫(kù)函數(shù)，如例1.5中的printf( )和scanf( )函數(shù)）和用戶自定義函數(shù)（如例1.5中的fun( )函數(shù)）。各種C語(yǔ)言的編譯系統(tǒng)所提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的數(shù)量和功能以及函數(shù)名都不完全相同，標(biāo)準(zhǔn)C提供了100多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，函數(shù)調(diào)用使C語(yǔ)言很容易實(shí)現(xiàn)程序的模塊化。
為了增加程序的可讀性，可以用“/*……*/”在任何位置上對(duì) C 語(yǔ)言程序的任何部分作注釋，一般在一個(gè)程序或函數(shù)的開始或某些程序的難點(diǎn)之處加上必要的注釋（在VC++6.0環(huán)境下也可使用符號(hào)“//……”引出注釋）。
（2）一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)通常由兩部分組成：函數(shù)的首部和函數(shù)體
函數(shù)的首部包括函數(shù)類型、函數(shù)名、一對(duì)圓括號(hào)、函數(shù)參數(shù)（形參）名和參數(shù)類型的說(shuō)明。比如，例1.5中fun( )函數(shù)的首部如圖1.9所示。
注意：C 語(yǔ)言規(guī)定，一個(gè)函數(shù)名后面必須緊跟一對(duì)圓括號(hào)，函數(shù)的所有形參都必須寫在括號(hào)內(nèi)。如果函數(shù)沒有形參，則括號(hào)內(nèi)可以是空的，但不能省略圓括號(hào)，例如，主函數(shù)main( )經(jīng)常不帶參數(shù)。
函數(shù)體就是函數(shù)首部后面一對(duì)花括號(hào){}內(nèi)的部分。如果一個(gè)函數(shù)內(nèi)有多對(duì)花括號(hào)，則最外面的一對(duì)花括號(hào){}所包含的內(nèi)容就是該函數(shù)的函數(shù)體。函數(shù)體一般包括說(shuō)明部分和執(zhí)行部分。
① 說(shuō)明部分
說(shuō)明部分由若干條變量定義語(yǔ)句或函數(shù)聲明語(yǔ)句組成。C 語(yǔ)言規(guī)定，函數(shù)中使用的所有變量（或數(shù)組）必須在使用前進(jìn)行定義，否則會(huì)在編譯時(shí)出錯(cuò)。如例1.5中main( )函數(shù)的變量定義語(yǔ)句“int x,y,min;”。當(dāng)然也可以沒有說(shuō)明部分。例如下面的程序代碼：
main( )
{ printf("It is fine today!");}
該程序的作用是在屏幕上顯示以下文字：
It is fine today!
這里沒有用到任何變量，所以不需要變量的定義。
② 執(zhí)行部分
執(zhí)行部分由若干條執(zhí)行語(yǔ)句組成。程序的功能就是通過(guò)執(zhí)行部分實(shí)現(xiàn)的。C 語(yǔ)言的任何語(yǔ)句都必須以分號(hào)“;”結(jié)束，分號(hào)是C語(yǔ)句的必要組成部分。例如：
y=x+b;
C 語(yǔ)言的語(yǔ)句可以從任意位置開始書寫，書寫格式自由，一行內(nèi)可以寫多條語(yǔ)句，語(yǔ)句中多個(gè)空格與一個(gè)空格等效。
一個(gè)函數(shù)甚至可以既無(wú)說(shuō)明部分，也無(wú)執(zhí)行部分，例如：
comp( )
{}
這個(gè)函數(shù)是一個(gè)空函數(shù)，什么作用也沒有，但卻是合法的。
（3）main( )函數(shù)
一個(gè)C語(yǔ)言的程序總是從main( )函數(shù)開始執(zhí)行，并終止于main( )函數(shù)，而不論main( )函數(shù)在整個(gè)程序中處于什么樣的位置（main( )函數(shù)可以放在程序的開頭、最后，或某兩個(gè)函數(shù)之間）。但是，為便于理解，通常將main( )函數(shù)放在程序的開頭或最后。
1.4.4 C語(yǔ)言程序的上機(jī)調(diào)試過(guò)程
如何調(diào)試一個(gè)C語(yǔ)言程序呢？在不同的環(huán)境下調(diào)試的方法稍有差異（在VC++6.0環(huán)境下C語(yǔ)言程序的調(diào)試過(guò)程請(qǐng)參見本教材實(shí)驗(yàn)篇中的實(shí)驗(yàn)一）。但歸納起來(lái)一般是依照?qǐng)D1.10所示的過(guò)程調(diào)試的。
從圖1.10可以看出，C語(yǔ)言程序的調(diào)試過(guò)程基本上可以分為以下4步。
1．編輯
編輯就是用C語(yǔ)言寫出源程序。其方法有兩種：一種是使用文本編輯程序?qū)⒃闯绦蜉斎胗?jì)算機(jī)，經(jīng)修改認(rèn)為無(wú)誤后，以.c 為后綴存入文件系統(tǒng)（C 源程序的后綴一般定為“.c”）中；另一種是使用 C 語(yǔ)言編譯系統(tǒng)提供的編輯器將源程序輸入計(jì)算機(jī)，并且存入文件系統(tǒng)中。例如在圖1.10中，某用戶將自己的源程序文件定名為file.c。
2．編譯
調(diào)用C語(yǔ)言編譯程序?qū)υ次募M(jìn)行編譯，即檢查其詞法、語(yǔ)法、語(yǔ)義方面是否存在錯(cuò)誤。
通俗點(diǎn)說(shuō)，就是檢查是否有拼錯(cuò)的關(guān)鍵詞，是否有不符合C語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)則的表達(dá)式及語(yǔ)義方面的矛盾和含混。這些錯(cuò)誤在編譯階段都可以查出。
如果有錯(cuò)誤，則系統(tǒng)將顯示“錯(cuò)誤信息”。用戶根據(jù)指出的錯(cuò)誤信息，對(duì)源程序進(jìn)行編輯修改，修改后再重新進(jìn)行編譯，直到編譯無(wú)誤為止。編譯后生成的機(jī)器指令程序，被稱為目標(biāo)程序，此目標(biāo)程序名與相應(yīng)的源程序同名，但其后綴為.obj 。上述源程序文件file.c經(jīng)編譯后得到目標(biāo)程序file.obj。
3．連接
編譯產(chǎn)生的目標(biāo)文件一般不能直接運(yùn)行，必須把它所引用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)及源程序指定的目標(biāo)文件一起裝配連接起來(lái)，形成完整的可執(zhí)行文件。一般可執(zhí)行文件名與源程序文件名同名，后綴為.exe。例如，上述源程序文件file.c經(jīng)編譯連接后得到可執(zhí)行文件file.exe。
4．執(zhí)行程序
當(dāng)程序編譯連接后，生成可執(zhí)行程序便可以運(yùn)行了，以后用戶只需輸入可執(zhí)行目標(biāo)文件名即可，例如：
file<Enter>