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C程序设计(第二版)新世纪计算机基础教育丛书丛书主编谭浩强总目录第1章C语言概述第2章程序的灵魂——算法第3章数据类型、运算符与表达式第4章最简单的C程序设计——顺序程序设计第5章选择结构程序设计第6章循环控制第7章数组第8章函数第9章预处理命令第10章指针第11章结构体与共用体第12章位运算第13章文件第14章C++对C的扩充第15章C++的面向对象基础第16章常见错误和程序调试第1章C语言概述1.1C语言出现的历史背景1.2C语言的特点1.3简单的C程序介绍1.4C程序的上机步骤1.5习题1.1C语言出现的历史背景C语言是国际上广泛流行的计算机高级语言,既可用来写系统软件，也可用来写应用软件。C语言是在B语言的基础上发展起来的，它的根源可以追溯到ALGOL60。1960年出现的ALGOL60是一种面向问题的高级语言，它离硬件比较远，不宜用来编写系统程序。1963年英国的剑桥大学推出了CPL(combinedprogramminglanguage)语言。CPL语言在ALGOL60的基础上接近硬件一些，但规模比较大，难以实现。1967年英国剑桥大学的MatinRichards对CPL语言做了简化，推出了BCPL(basiccombinedprogramminglanguage)语言。1970年美国贝尔实验室的KenThompson以BCPL语言为基础，又做了进一步简化，设计出了很简单的而且很接近硬件的B语言(取BCPL的第一个字母)，并用B语言写了第一个UNIX操作系统，在PDP7上实现。1971年在PDP11/20上实现了B语言，并写了UNIX操作系统。但B语言过于简单，功能有限。1972年至1973年间，贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上设计出了C语言(取BCPL的第二个字母)。C语言既保持了BCPL和B语言的优点(精练，接近硬件)，又克服了它们的缺点(过于简单，数据无类型等)。最初的C语言只是为描述和实现UNIX操作系统提供一种工作语言而设计的。1973年，K.Thompson和D.M.Ritchie两人合作把UNIX的90%以上用C改写，即UNIX第5版。原来的UNIX操作系统是1969年由美国的贝尔实验室的K.Thompson和D.M.Ritchie开发成功的，是用汇编语言写的。1972年至1973年间，贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上设计出了C语言(取BCPL的第二个字母)。C语言既保持了BCPL和B语言的优点(精练，接近硬件)，又克服了它们的缺点(过于简单，数据无类型等)。最初的C语言只是为描述和实现UNIX操作系统提供一种工作语言而设计的。1973年，K.Thompson和D.M.Ritchie两人合作把UNIX的90%以上用C改写，即UNIX第5版。原来的UNIX操作系统是1969年由美国的贝尔实验室的K.Thompson和D.M.Ritchie开发成功的，是用汇编语言写的。后来，C语言多次做了改进，但主要还是在贝尔实验室内部使用。直到1975年UNIX第6版公布后，C语言的突出优点才引起人们的普遍注意。1977年出现了不依赖于具体机器的C语言编译文本《可移植C语言编译程序》，使C移植到其他机器时所需做的工作大大简化了，这也推动了UNIX操作系统迅速地在各种机器上实现。例如VAX、AT&T等计算机系统都相继开发了UNIX。随着UNIX的日益广泛使用，C语言也迅速得到推广。C语言和UNIX可以说是一对孪生兄弟，在发展过程中相辅相成。1978年以后，C语言已先后移植到大、中、小、微型机上，已独立于UNIX和PDP了。现在C语言已风靡全世界，成为世界上应用最广泛的几种计算机语言之一。以1978年发表的UNIX第7版中的C编译程序为基础，BrianW.Kernighan和DennisM.Ritchie(合称K&R)合著了影响深远的名著《TheCProgrammingLanguage》，这本书中介绍的C语言成为后来广泛使用的C语言版本的基础，它被称为标准C。1983年，美国国家标准化协会(ANSI)根据C语言问世以来各种版本对C的发展和扩充，制定了新的标准，称为ANSIC。ANSIC比原来的标准C有了很大的发展。K&R在1988年修改了他们的经典著作《TheCProgrammingLanguage》，按照ANSIC标准重新写了该书。1987年，ANSI又公布了新标准——87ANSIC。1990年，国际标准化组织ISO(InternationalStandardOrganization)接受87ANSIC为ISOC的标准(ISO9899—1990)。目前流行的C编译系统都是以它为基础的。本书的叙述基本上以ANSIC为基础。目前广泛流行的各种版本C语言编译系统虽然基本部分是相同的，但也有一些不同。在微型机上使用的有MicrosoftC、TurboC、QuickC、BORLANDC等，它们的不同版本又略有差异。因此，读者应了解所用的计算机系统所配置的C编译系统的特点和规定(可以参阅有关手册)。1.2C语言的特点一种语言之所以能存在和发展，并具有生命力，总是有其不同于(或优于)其他语言的特点。C语言的主要特点如下。(1)语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。下面将C与PASCAL语言做一比较。(2)运算符丰富。C的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理，从而使C的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。(3)数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构。C的数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构(如链表、树、栈等)的运算。尤其是指针类型数据，使用起来比PASCAL更为灵活、多样。(4)具有结构化的控制语句(如if…else语句、while语句、do…while语句、switch语句、for语句)。用函数作为程序的模块单位，便于实现程序的模块化。C是良好的结构化语言，符合现代编程风格的要求。(5)语法限制不太严格，程序设计自由度大。例如对数组下标越界不做检查，由程序编写者自己保证程序的正确。对变量的类型使用比较灵活，例如整型数据与字符型数据可以通用。一般的高级语言语法检查比较严，能检查出几乎所有的语法错误。而C语言允许程序编写者有较大的自由度，因此，放宽了语法检查。程序员应当仔细检查程序，保证其正确，而不要过分依赖C编译程序去查错。“限制”与“灵活”是一对矛盾。限制严格，就失去灵活性;而强调灵活，就必然放松限制。一个不熟练的编程人员，编一个正确的C程序可能会比编一个其他高级语言程序难一些。也就是说，对用C语言的人，要求对程序设计更熟练一些。(6)C语言能进行位(bit)操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此C既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，可用来写系统软件。C语言的这种双重性，使它既是成功的系统描述语言，又是通用的程序设计语言。有人把C称为“高级语言中的低级语言”或“中级语言”，意为兼有高级和低级语言的特点。按此观点可将各语言分类如下：高级:BASIC,FORTRAN,COBOL,PASCAL,Ada,Modula-2；中级:C,FORTH,宏汇编；低级:汇编语言一般仍习惯将C语言称为高级语言，因为C程序也要通过编译、连接才能得到可执行的目标程序，这是和其他高级语言相同的。C的以上特点，读者现在也许还不能深刻理解，待学完C以后再回顾一下，就会有比较深的体会。我们从应用的角度出发对C语言和其他传统的高级语言作一简单比较。从掌握语言的难易程度来看，C语言比其他语言难一些。BASIC是初学者入门的较好的语言，FORTRAN也比较好掌握。对科学计算多用FORTRAN或PL/Ⅰ;对商业和管理等数据处理领域，用COBOL为宜。C语言虽然也可用于科学计算和管理领域，但并不理想，C的特长不在这里。对操作系统和系统实用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显地优越于其他高级语言，有的大型应用软件也用C语言编写。从教学角度，由于PASCAL是世界上第一个结构化语言，而曾被认为是计算机专业的比较理想的教学语言。目前在数据结构等课程中一般用PASCAL语言举例。但PASCAL语言难以推广到各实际应用领域，到目前为止基本上只是教学语言。C语言也是理想的结构化语言，且描述能力强，同样适于教学。操作系统课程多结合UNIX讲解，而UNIX与C不可分，因此，C语言已经成为被广泛使用的教学语言。C除了能用于教学外，还有广泛的应用领域，因此更有生命力。PASCAL和其他高级语言的设计目标是通过严格的语法定义和检查来保证程序的正确性，而C则是强调灵活性，使程序设计人员能有较大的自由度，以适应宽广的应用面。总之，C语言对程序员要求较高。程序员使用C语言编写程序会感到限制少，灵活性大，功能强，可以编写出任何类型的程序。现在，C语言已不仅用来编写系统软件，也用来编写应用软件。学习和使用C的人已越来越多。1.3简单的C程序介绍下面先介绍几个简单的C程序，然后从中分析C程序的特性。例1.1main(){printf(ThisisaCprogram.\n);}本程序的作用是输出以下一行信息:Thisisacprogram.其中main表示“主函数”。每一个C程序都必须有一个main函数。函数体由大括弧{}括起来。本例中主函数内只有一个输出语句，printf是C语言中的输出函数(详见第4章)。双引号（双括号）内的字符串原样输出。“\n”是换行符，即在输出“Thisisacprogram.”后回车换行。语句最后有一分号。例1.2main()/*求两数之和*/{inta，b，sum;/*这是定义变量*/a=123;b=456;/*以下3行为C语句*/sum=a+b;printf(sumis%d/n，sum);}本程序的作用是求两个整数a和b之和sum。/*……*/表示注释部分，为便于理解，我们用汉字表示注释，当然也可以用英语或汉字拼音作注释。注释只是给人看的，对编译和运行不起作用。注释可以加在程序中任何位置。第2行是声明部分，定义变量a和b，指定a和b为整型(int)变量。第3行是两个赋值语句，使a和b的值分别为123和456。第4行使sum的值为a+b，第5行中“%d”是输入输出的“格式字符串”，用来指定输入输出时的数据类型和格式(详见第4章)，“%d”表示“以十进制整数形式输出”。在执行输出时，此位置上代以一个十进制整数值。printf函数中括弧内最右端sum是要输出的变量，现在它的值为579(即123+456之值)。因此输出一行信息为sumis579例1.3main()/*主函数*/{inta，b，c;/*声明部分，定义变量*/scanf(%d，%d，&a，&b);/*输入变量a和b的值*/c=max(a，b);/*调用max函数，将得到的值赋给c*/printf(max=%d，c);/*输出c的值*/}intmax(intx，inty)/*定义max函数，函数值为整型，形式参数x，y为整型*/{intz;/*max函数中的声明部分，定义本函数中用到的变量z为整型*/if(xy)z=x;elsez=y;return(z);/*将z的值返回，通过max带回调用处*/}本程序包括两个函数:主函数main和被调用的函数max。max函数的作用是将x和y中较大者的值赋给变量z。return语句将z的值返回给主调函数main。返回值是通过函数名max带回到main函数的调用处。main函数中的scanf是“输入函数”的名字(scanf和printf都是C系统提供的标准输入输出函数)。程序中scanf函数的作用是输入a和b的值。&a和&b中的“&”的含义是“取地址”，此scanf函数的作用是将两个数值分别输入到变量a和b的地址所标志