第1章 初识C语言1207.docx

1、第1章 初识C语言1207第1章 初识C语言学习目标 了解C语言的特点 熟悉Visual Studio开发环境的搭建 掌握HelloWorld程序的编写 掌握C语言程序的运行机制C语言是一种通用的、面向过程的编程语言，它具有高效、灵活、可移植等优点。在最近二十多年里，它是使用最广泛的编程语言之一，被大量的运用在系统软件与应用软件的开发中。本章作为整本书的第一章，将针对C语言的发展历史、开发环境搭建、如何编写C语言程序以及C语言的运行机制等内容进行详细地讲解。C语言概述1.1.1 计算机语言发展史在揭开C语言的神秘面纱之前，先来认识一下什么是计算机语言。计算机语言（Computer Langua

2、ge）是人与计算机之间通讯的语言，它主要由一些指令组成，这些指令包括数字、符号和语法等内容，编程人员可以通过这些指令来指挥计算机进行各种工作。计算机语言有很多种类，根据功能和实现方式的不同大致可分为三大类，即机器语言、汇编语言和高级语言，下面针对这三类语言的特点进行简单介绍。1、机器语言计算机不需要翻译就能直接识别的语言被称为机器语言（又被称为二进制代码语言），该语言是由二进制数0或1组成的一串指令，对于编程人员来说，机器语言不便于记忆和识别。2、汇编语言人们很早就认识到这样的一个事实，尽管机器语言对计算机来说很好懂也很好用，但是对于编程人员来说记住0和1组成的指令简直就是煎熬。为了解决这个问

3、题，汇编语言诞生了。汇编语言用英文字母或符号串来替代机器语言，把不易理解和记忆的机器语言按照对应关系转换成汇编指令。这样一来，汇编语言就比机器语言更加便于阅读和理解。编译器可以把写好的汇编语言翻译成机器语言，实现和计算机的沟通。3、高级语言由于汇编语言依赖于硬件，使得程序的可移植性极差，而且编程人员在使用新的计算机时还需学习新的汇编指令，大大增加了编程人员的工作量，为此计算机高级语言诞生了。高级语言不是一门语言，而是一类语言的统称，它比汇编语言更贴近于人类使用的语言，易于理解、记忆和使用。由于高级语言和计算机的架构、指令集无关，因此它具有良好的可移植性。高级语言应用非常广泛，世界上绝大多数编程

4、人员都在使用高级语言进行程序开发。常见的高级语言包括C、C+、Java、VB、C#、Python、Ruby等。本书讲解的C语言就是目前最流行、应用最广泛的高级语言之一，也是计算机高级编程语言的元老。1.1.2 什么是C语言C语言是一种高级程序设计语言，具有简洁、紧凑、高效等特点。它既可以用于编写应用软件，也可以用于编写系统软件。自1973年问世以来，C语言迅速发展并成为最受欢迎的编程语言之一，下面针对C语言的发展史和C语言标准分别进行讲解。1、C语言的发展史早期的系统软件设计均采用汇编语言，例如，大家熟知的UNIX操作系统。尽管汇编语言在可移植性、可维护性等方面远远不及高级语言，但是一般的高级

5、语言有时难以实现汇编语言的某些功能。那么，能否设计出一种集汇编语言和高级语言优点于一身的语言呢？于是，C语言就应运而生了。C语言的发展颇为有趣，它的原型是ALGOL 60语言（也称A语言）。 1963年，剑桥大学将ALGOL 60语言发展成为CPL(Combined Programming Language)语言。 1967年，剑桥大学的马丁理查兹（Matin Richards）对CPL语言进行了简化，于是产生了BCPL语言。 1970年，美国贝尔实验室的肯汤普森（Ken Thompson）将BCPL进行了修改，并为它起了一个有趣的名字“B语言”，其含义是将CPL语言煮干，提炼出它的精华，并且

6、他用B语言写了第一个UNIX操作系统。 1973年，美国贝尔实验室的丹尼斯里奇（Dennis M.Ritchie）在B语言的基础上设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，即C语言。 1978年，布赖恩凯尼汉（Brian W.Kernighan）和丹尼斯里奇（Dennis M.Ritchie）出版了名著The C Programming Language，从而使C语言成为目前世界上流行最广泛的高级程序设计语言。2、C语言标准随着微型计算机的日益普及，出现了许多C语言版本。由于没有统一的标准，使得这些C语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况，美国国家标准学会（

7、ANSI）为C语言制定了一套ANSI标准，即C语言标准。在1989年美国国家标准学会(ANSI）通过的C语言标准ANSI X3.159-1989被称为C89。之后在1990年，国际标准化组织ISO也接受了同样的标准ISO9899-1990，该标准被称为C90。这两个标准只有细微的差别，因此，通常来讲C89和C90指的是同一个版本。后来随着时代的发展，1999年ANSI又通过了C99标准。C99标准相对C89做了很多修改，例如变量声明可以不放在函数开头，支持变长数组等。但由于很多编译器仍然没有对C99提供完整的支持，因此本书将按照C89标准来进行讲解，在适当时会补充C99标准的规定和用法。1.1

8、.3 C语言的特点 C语言是一种通用的的、面向过程的程序语言，它的诸多特点使它应用面很广，下面我们简单学习一下C语言的特点。1、语言简洁，使用方便灵活C语言是现有程序设计语言中规模最小的语言之一， 它仅有32个关键字，9种控制语句，压缩了一切不必要的成份。其32个关键字与9种控制语句在后续章节中会陆续学习。2、结构化程序设计C语言是面向过程的语言，它以函数作为程序设计的基本单位。具有自定义函数的功能。因C语言可以很容易地进行结构化程序设计。3、能进行硬件操作C语言既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能， 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。4、执行速度

9、快众所周知，汇编语言程序目标代码是效率最高的，而C语言仅的目标代码效率仅比汇编语言低10%-20%。尽管C语言具有很多的优点，但和其他任何一种程序设计语言一样也有其自身的缺点，如编写代码实现周期长，可移植性较差，过于自由，经验不足易出错，对平台库依赖较多。但总的来说，C语言的优点远远超过了它的缺点。1.1.4 C语言的发展趋势从20世纪70年代起，C语言通过UNIX操作系统迅速发展起来，逐渐占据了大、中、小以及微型机，成为风靡世界的计算机语言。大多数软件开发商都优先选择C语言来开发系统软件、应用程序、编译器和其他产品。这样的现象一直保持了20年，直到20世纪90年代，一种代表着先进思想的语言问

10、世，也就是C语言的超集C+，由于C+解决了C语言不能解决的诸多难题，所以许多开发商开始使用C+来开发一些复杂的、规模较大的项目，因此，C语言进入一个冷落时期。这个冷落时期并没有持续太长时间，随着嵌入式产品的增多，C语言简洁高效的特点又被重视起来，其强大的功能被广泛应用于各领域：（1）C语言可以写网站后台程序，诸如XX腾讯后台。（2）C语言可以写出绚丽的GUI界面，诸如苹果界面。（3）C语言可以可以专门针对某个主题写出功能强大的程序库，然后供其他程序方便使用，从而让其他程序节省开发时间。（4）C语言可以写出大型游戏的引擎。（5）C语言可以写出另一个语言来。（6）C语言可以写操作系统和驱动程序，并

11、且只能用C语言编写，Linux操作系统的全部源代码都可以从网上得到，要深入了解操作系统的运行秘密，懂C语言，就能看懂。（7）任何设备只要配置了微处理器，就都支持C语言。从微波炉到手机，都是由C语言技术来推动的。随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术的发展，C语言的地位也会越来越高。C语言还将在云计算、物联网、移动互联网、智能家居、虚拟世界等未来信息技术中发挥重要作用。因此，学习好C语言是很有必要的，掌握好C语言的编程知识，也是求职拿高薪的敲门砖。而且掌握了C语言后，很容易学习其他面向过程的语言，学习C+，Java ,Objective C ,PHP将事半功倍，因为万变不离其宗，只是语

12、法上有些许更改，而思想却没有更改。开发环境搭建在使用C语言开发程序之前，首先要在系统中搭建开发环境。现在主流开发工具有很多种，接下来本节将针对常见的开发工具进行简单介绍，并重点讲解如何搭建C语言开发环境。 1.1.5 主流开发工具介绍C语言程序有多种开发工具，选择合适的开发工具，可以让读者更加快速的进行程序编写，接下来将针对几种主流的开发工具进行介绍，具体如下：1、Visual Studio工具Visual Studio（简称VS）是由微软公司发布的集成开发环境。它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE)等。Visual Studio支持C

13、/C+、C#、F#、VB等多种程序语言的开发和测试，功能十分强大。常用的版本有Visual Studio 2010、Visual Studio 2012等，目前最新版本为Visual Studio 2013。2、Code:Block工具Code:Block是一个免费的跨平台IDE，它支持C、C+和Fortan程序的开发。Code:Block的最大特点是它支持通过插件的方式对IDE自身功能进行扩展，这使得Code:Block具有很强的灵活性，方便用户使用。Code:Block本身并不包含编译器和调试器，它仅仅提供了一些基本的工具，用来帮助编程人员从命令行中解放出来，使编程人员享受更友好的代码编辑

14、界面。不过，在后期Code:Block的发行版本中已经以插件的形式提供了编译和调试的功能。3、Eclipse工具Eclipse是一种被广泛使用的免费跨平台IDE，最初由IBM公司开发，目前由开源社区的Eclipse基金会负责Eclipse的管理和维护。一开始Eclipse被设计为专门用于Java语言开发的IDE，现在Eclipse已经可以用来开发C、C+、Python和PHP等众多语言。Eclipse本身是一个轻量级的IDE，在此之上，用户可以根据需要安装多种不同的插件来扩展Eclipse的功能。除了利用插件支持其他语言的开发之外，Eclipse还可以利用插件实现项目的版本控制等功能。4、Vi

15、m工具和其他IDE不同的是，Vim本身并不是一个用于开发计算机程序的IDE，而是一款功能非常强大的文本编辑器，它是UNIX系统上Vi编辑器的升级版。和Code:Block以及Eclipse类似，Vim也支持通过插件扩展自己的功能。Vim不仅适用于编写程序，而且还适用于几乎所有需要文本编辑的场合，Vim还因为其强大的插件功能，以及高效方便的编辑特性而被称为是程序员的编辑器。由于Vim配置多种插件可以实现几乎和IDE同样的功能，因此，Vim有时也被编程人员直接当作IDE来使用。1.1.6 Visual Studio安装开发C语言程序最常用的工具是Visual Studio，目前最新版本为Visua

16、l Studio 2013，该版本的开发工具有功能全面、界面友好等特点。Visual Studio 2013开发工具还分为多个版本，大家可以针对不同的需求选择不同的版本。本书选择的开发工具是Visual Studio Express 2013 for Windows Desktop，它是Visual Studio 产品的轻量版本，具备易学、易用、易上手等特点，更加适合读者使用。接下来通过具体的步骤来演示如何在Windows7系统上安装Visual Studio Express 2013 for Windows Desktop开发工具。1、 开始安装从微软的官网下载VS2013_RTM_DskE

17、xp_CHS.iso镜像文件，在本地可以直接解压或者通过虚拟光驱来进行安装，解压后以管理员身份运行安装程序，此时显示Visual Studio界面，如图1-1所示。图1-1 Visual Studio图1-1所示的开始安装界面会暂停片刻，然后便会进入路径选择界面，如图1-2所示。图1-2 路径选择界面从图1-2可以看出，程序的安装路径默认为C:Program Files(x86)Microsoft Visual Studio 12.0，单击安装路径后的浏览按钮，可以把Visual Studio开发工具安装到指定的路径，本书使用默认路径进行安装。选中【我同意许可条款和隐私策略】选项，取消对【加入

18、Visual Studio体验改善计划及帮助改善Visual Studio的质量可靠性和性能（可选）】选项的勾选，如图1-3所示。图1-3 路径选择界面点击图1-3路径选择界面中的“安装（N）”，此时便会出现安装界面，如图1-4所示。图1-4 安装界面图1-4所示的安装界面正在加载Visual Studio安装所需的组件，这个过程会持续较长的时间，需要耐心等待。Visual Studio安装成功后，会看到安装成功界面，如图1-5所示。图1-5 安装成功界面 至此，Visual Studio便安装完成了。2、 启动Visual Studio点击图1-5中的“启动（L）”，启动Visual Stu

19、dio开发工具，界面如图1-6所示。图1-6 启动起始界面程序启动后会在图1-6所示的界面停留片刻，便会自动进入欢迎界面，如图1-7所示。图1-7 欢迎界面在图1-7的欢迎界面中，可以看到【登录（I）】按钮，如果注册了微软账号的用户可以选择这种方式进行登录。为了方便起见，在此选择“以后再说”选项，进入准备阶段，如图1-8所示。图1-8 准备阶段由于是第一次启动Visual Studio开发工具，因此需要一段时间进行准备。准备完成后会显示起始页面，如图1-9所示。图1-9 起始页至此，如果看到了图1-9所示的起始界面，便说明Visual Studio启动成功了。1.1.7 Visual Stud

20、io主界面使用Visual Studio工具进行程序开发，主要是在Visual Studio的主界面中进行的。主界面由标题栏、菜单栏、工具栏、代码编辑窗口、解决方案资源管理器、输出窗口、属性窗口等组成，具体如图1-10所示。图1-10 主界面 在程序开发时，主要会用到主界面中的4个部分，每个部分功能都不相同，具体说明如下： 代码编辑窗口：用于显示和编写代码。 解决方案资源管理器：用来显示项目文件的组成结构，如Program01项目中包含头文件、外部依赖项、源文件（HelloWorld.c）、资源文件。 输出窗口：用于显示项目中的一些警告和错误。 属性窗口：用于显示当前操作文件的相关信息，如项目

21、文件名称、文件类型等。HelloWorld程序的编写通过上一小节的学习，读者对Visual Studio开发工具有了一个基本的认识。为了快速熟悉工具的使用以及了解C语言程序的编写，本节将通过一个向控制台输出“Hello, world”的程序为读者演示如何在Visual Studio工具中开发一个C语言应用程序，具体实现步骤如下：1、 新建项目启动Visual Studio开发工具，在菜单栏中选择【文件】【新建项目】，如图1-11所示。图1-11 创建项目点击图1-11中所示的【新建项目】菜单，此时会弹出新建项目窗口，在新建项目窗口中可以选择创建的项目类型，设置项目名称、位置、解决方案名称等，如

22、图1-12所示。图1-12 新建项目窗口从图1-12中可以看出，项目窗口大致可分为3个部分，其中模板区域可以选择要开发项目的模板，项目区域可以选择要创建项目的类型。在项目区域的下方，可以设置项目名称、位置（项目的保存位置）以及解决方案名称，解决方案名称默认与项目名相同。 模板区域包含了项目开发中的多个模板，如Visual Basic、Visual C#、Visual C+等模板。由于本书是针对C语言进行讲解的，因此只会用到C+中的模板，接下来将针对C+模板下的项目类型进行介绍，具体如下： Win32控制台应用程序：用于创建Win32控制台应用程序的项目。 Win32项目：用于创建Win32应用

23、程序、控制台应用程序、DLL或其他静态库项目。 空项目：用于创建本地应用程序的空项目。 生成文件项目：用于使用外部生成系统的项目。在此，选择C+模板中的Win32控制台应用程序（运行结果会显示在命令行窗口中），然后将项目名称设置为Program01，项目的位置为“D:itcast”，并将解决方案的名称设置为chapter01，这样创建的程序文件就会生成在“D:itcastchapter01”目录中。最后点击【确定】按钮，弹出一个Win32应用程序向导窗口，如图1-13所示。图1-13 Win32 应用程序向导窗口在图1-13所示的窗口中，系统默认选择控制台应用程序，然后点击【下一步】按钮，此时

24、出现Win32应用程序向导的第二个窗口，如图1-14所示。图1-14 Win32应用程序向导窗口在图1-14中，勾选【空项目】选项，然后点击【完成】按钮，至此便完成了Program01项目的创建。2、 添加源文件项目创建完成后，就可以在Program01项目中添加C语言源文件。在Program01项目中的源文件夹上点击鼠标右键，在弹出的菜单中依次选择【添加】【新建项】，如图1-15所示。图1-15 添加新建项点击图1-15中的新建项，随后在弹出的添加新项窗口里选择【C+ 文件(.cpp)】，并在名称输入框中填写“HelloWorld.c”，如图1-16所示。图1-16 添加源文件3、编写代码点

25、击图1-16中的【添加】按钮，HelloWorld.c源文件便创建成功，此时，在解决方案资源管理器的源文件夹中便可以看到HelloWorld.c文件，如图1-17所示。图1-17 HelloWorld.c文件为了让读者对C语言编程有一个简单了解，接下来在图1-17的编辑区中编写HelloWorld.c程序，具体代码如例1-1所示。例1-1 1 #include 2 int main() 3 4 printf(Hello, worldn); 5 return 0; 6 例1-1就是一个完整的C语言程序，接下来针对该程序中的语法细节进行详细地讲解，具体如下： 第1行代码的作用是进行相关的预处理操作

26、。其中字符“#”是预处理标志，用来对文本进行预处理操作，include是预处理指令，它后面跟着一对尖括号，表示头文件在尖括号内读入。stdio.h就是标准输入输出头文件，由于在第4行用到了printf()输出函数，所以需加此头文件。 第2行代码声明了一个main()函数，该函数是程序的入口，每一个C程序必须有且仅有一个main函数，程序总是从main()函数开始执行。main()函数前面的int表示该函数的返回值类型是整型。代码第36行“”中的内容是函数体，程序的相关操作都要写在函数体中。 第4行代码调用了一个用于格式化输出的函数printf()，该函数用于输出一行信息，可以简单理解为向控制台

27、输出文字或符号等。printf()括号中的内容称为函数的参数，括号内可以看到输出的字符串“Hello, worldn”，其中“n”表示换行操作，它不会输出到控制台。 第5行代码中return语句的作用是将函数的执行结果返回，后面紧跟着函数的返回值，返回值一般用0或-1表示，0表示正常，-1表示异常。值得一提的是，在C语言程序中，以分号（;）作为结束标记的代码都可称为语句，如例1-1中的第4行、第5行代码都是语句，被“”括起来的语句被称为语句块。4、运行程序HelloWorld程序编写完成并保存后，就可以对HelloWorld程序进行编译和运行操作。选择【调试】【开始执行（不调试）】选项，或者直

28、接使用快捷键Ctrl+F5来运行程序，如图1-18所示。 图1-18 运行程序程序运行后，会弹出命令行窗口并在该窗口中输出运行结果，如图1-19所示。图1-19 运行结果至此，便完成了HelloWorld程序的创建、编写以及运行过程。读者在此只需有个大致印象即可，后面将会继续讲解如何使用Visual Studio开发工具编写C语言程序。脚下留心：让运行界面暂停在VS中直接点击运行按钮或使用F5键是调试状态下运行程序，运行结束后窗口会消失。此时我们若想看到程序的运行结果，就需要使用快捷键Ctrl+F5，这个快捷键在vs中是用来不调试运行程序，可以让运行界面暂停；或者在程序的头部添加#includ

29、e ，在main（）函数尾部加上system（“pause”）函数调用，该函数也起到使程序运行到这句话时暂停的功能。多学一招：VS命令行运行HelloWorld.c读者在运行C语言程序时，直接点击运行按钮就可以运行了。其实还可以调用VS命令行手动编绎运行，可以体会一下C语言程序的运行过程。在调用命令行之前，安装codeblocks-13.12mingw-setup-TDM-GCC-481.exe（读者可以到博学谷平台下载此安装包）。然后在【开始】菜单中点击“Visual Studio 2013”文件夹，如图1-20所示。 图1-20 Visual Studio 2013 文件夹【Visual

30、Studio 2013】文件夹下有【Visual Studio Tools】子文件夹，点击此文件夹，弹出如图1-21所示的窗口。图1-21 点击Visual Studio Tools文件夹窗口此窗口下有【VS2013 开发人员命令提示】，点击此文件，会弹出如所1-22所示的命令行窗口。图1-22 VS命令行窗口图1-22中显示的“F:2013”是VS的安装目录，VS安装的目录不同，显示的路径也不同。打开此命令窗口后，读者创建一个HelloWorld.txt文件，编写例1-1中HelloWorld程序。本书以在桌面上创建为例，在后续章节中，如未有提示均指在桌面创建文件。将HelloWorld.t

31、xt后缀名改为.c，即HelloWorld.c。文件创建好后，在命令行中进入到文件所在路径，如图1-23所示。图1-23 进入到HelloWorld.c所在路径进入到HelloWorld.c所在的路径后，执行命令“cl HelloWorld.c”,然后回车，如图1-24所示。图1-24 执行cl HelloWorld.c命令后执行完这一步之后，会在桌面两上文件HelloWorld.exe和HelloWorld.obj文件。HelloWorld.obj是编绎过程的中间产物，HelloWorld.exe是生成的最终执行文件 。此时在命令运行HelloWorld.exe并回车，结果如图1-25所示。图1-25 执行HelloWorld.exeVS命令行能更深切的体会到C语言程序的编绎过程，其实在VS中点击运行按钮时，VS也是调用的命令行来执行。除此之外，C语言还可以在MAC ios、QT、unix、Android等环境下执行。有兴趣的读者可以尝试一下。C语言代码风格开发软件往往不是一朝一夕的事情，更多的情况下，一个软件的开发周期需要很长时间，并且通常由多人合作完成。因此，一定要保持良好的编码风格，才能最大化地提高程序开发效率。很