初识C语言

近年来，C语言不仅是计算机专业学生的必修课，也是许多非计算机专业学生所青睐的技术学科。它具有简洁紧凑、灵活方便、适用范围大、可移植等优点，是应用最为广泛的一种高级程序设计语言。

计算机语言概述

计算机语言是用于人与计算机间通信的语言，为使计算机进行各种不同的工作，就需要有一种专门用来编写计算机程序的字符、数字和语法规则，而这些规则构成计算机的指令。计算机语言分机器语言、汇编语言和高级语言3种，下面将分别进行详细讲解。

1.1.1            机器语言

计算机工作基于二进制，它只能识别和接受由1和0组成的指令，其中1表示通电，0表示断电，这种计算机能直接识别和接受的二进制代码称为机器指令。机器指令的集合就是该计算机的机器语言，机器语言具有灵活、直接执行和速度快等特点。

不同型号的计算机其机器语言是不相通的，按照一种计算机的机器指令编制的程序，不能在另一种计算机上执行。因此用机器语言编写程序，编程人员要首先熟记所用计算机的全部指令代码和代码的涵义。而且，编写出来的程序都是0和1的指令代码，直观性差，容易出错。因此只有极少数的计算机专业人员会学习和使用机器语言，绝大多数的程序员不再学习机器语言。

1.1.2            汇编语言

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的组成的指令简直就是煎熬，为了解决机器语言的难记忆问题，汇编语言诞生了，它用简洁的符号串或字母来替代不易记忆的机器语言，而计算机识别不了符号串，这就需要一个将这些符号翻译成机器语言的程序，把这种程序称为汇编程序。汇编程序里一条指令只能对应实际操作中的一个很细小的动作，例如自增、移动，所以汇编源程序一般比较繁长、易出错，并且使用汇编语言编程需要有扎实的计算机知识，才能编出高质量代码。

1.1.3            高级语言

绝大数编程者喜欢高级语言，它简化了程序中的指令、略去了很多细节，并且与计算机的硬件关系不大，更利于程序员编程。此外,高级语言经历了结构化程序设计和面向对象程序设计,使得程序可读性、可靠性、可维护性都增强。常见的高级语言包括VB、C、C++、Java、C#、Python等等。

C语言的历史与特征

1.2.1            C语言的起源

在C语言诞生以前，系统软件主要是用汇编语言编写的，由于汇编语言程序依赖于计算机硬件，其可读性和可移植性都极差，一般的高级语言又难以实现对计算机硬件的直接操作（这正是汇编语言的优势），于是人们迫切希望有一种兼有汇编语言和高级语言特性的新语言，C语言就在这种需求下应运而生。

1.2.2            C语言的发展

C语言的发展颇为有趣。它的原型ALGOL 60语言。（也称为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传最广泛的高级程序设计语言。

早期的C语言主要是用于UNIX系统，由于C语言的强大功能和各方面的优点逐渐为人们认识。到了八十年代，C开始进入其它操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到了广泛的使用，成为当代最优秀的程序设计语言之一。

1.2.3            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（ANSI）于1989年为C语言制定了一套ANSI标准，即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，一般而言C89和C90指的是同一个C语言标准。

在ANSI标准化发布了C89标准以后，C语言的标准在一段相当的时间内都保持不变，直到1999年ANSI通过了C99标准，C99标准相对C89做了很多修改，增加了基本数据类型、关键字和一些系统函数等，这个版本就是通常提及的C99。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。

1.2.4            C语言的特征

C语言对操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显优于其它高级语言，许多大型应用软件都是用C语言编写的。它还具有绘图能力强，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画它是数值计算的高级语言。主要特征如下：

1．简洁紧凑、灵活方便

C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。

2．运算符丰富

C的运算符包含的范围很广泛，共有种34个运算符。C语言把括号、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它高级语言中难以实现的运算。

3．数据结构丰富

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类型的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。

4．结构式语言

结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。

5．程序设计自由

一般的高级语言语法检查比较严，能够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。

6．直接访问物理地址

C语言可直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此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，能够象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可以用来写系统软件。

7．程序执行效率高

C语言程序生成代码质量高，程序执行效率高，一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10~20%。

8．可移植

C语言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。

主流开发环境

    较早期程序设计的各个阶段都要用不同的软件来进行处理，如先用字处理软件编辑源程序，然后用链接程序进行函数、模块连接，再用编译程序进行编译，开发者必须在几种软件间来回切换操作。   
    现在的编程开发软件将编辑、编译、调试等功能集成在一个桌面环境中，这就是集成开发环境，又称IDE（Integrated Development EnvironMent），将它们集成在一起这样就大大方便了用户。
    IDE为用户使用C、C++、Java和Delphi等现代编程语言提供了方便。不同的技术体系有不同的IDE。比如Visual Studio可以称为C、C++、VB、C#等语言的集成开发环境，所以Visual Studio可以叫做IDE。同样，Borland的JBuilder也是一个IDE，它是Java的IDE。Eclipse也是一个IDE，可以用于开发Java语言和C++语言。下面将介绍几种主流的C语言开发环境。

1.3.1            Code::Bloocks

Code::Blocks 是一个体积小、开放源码、免费的跨平台C/C++集成开发环境，它提供了大量的工程模板，支持插件，并且具有强大而灵活的配置功能，是目前主流的开发环境。

1.3.2            Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio是美国微软公司推出的集成开发环境。它包括整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如代码管控工具、集成开发环境等，但软件体积偏大，目前最新版本为Visual Studio 2015。

1.3.3            Eclipse

Eclipse是用于Java语言开发的集成开发环境，现在Eclipse已经可以用来开发C、C++、Python和PHP等众多语言，此外，也可以安装插件，比如CDT是Eclipse的插件，它使得Eclipse可以作为C/C++的集成开发环境。

1.3.4            Vim

Vim是一个功能强大的文本编辑器，它是从Vi编辑器发展过来的，可以通过插件扩展功能来达到和集成开发环境相同的效果。因此，Vim有的时候也被程序员当做集成开发环境使用。

1.3.5            Microsoft Visual C++6.0

Microsoft Visual C++ 6.0，简称VC6.0，是微软于1998年推出的一款C++编译器，集成了MFC 6.0，包含标准版（Standard Edition）、专业版（Professional Edition）与企业版（Enterprise Edition）[2]。发行至今一直被广泛地用于大大小小的项目开发。本书假设您的开发环境为Microsoft Visual C++ 6.0。

第一个C程序

通过前面对C语言的介绍，相信大家已经对C语言产生了浓厚的兴趣，下面正式开启C语言的编程之旅。为了让初学者对学习C语言产生足够的信心，第一个程序尽量简短，如例1-1所示。

 1   #include
 2   int main()
 3   {
 4       printf("这是第一个C语言程序！\\n");
 5       return 0;
 6   }

这是第一个C语言程序！

例1-1中代码实现了一个C程序，在屏幕上输出“这是第一个C语言程序！”信息。下面对其中代码逐行进行详细地解释。

第1行：字符‘#’是预处理标志，用来对文件进行预处理操作。预处理标志表示该行代码要最先处理，所以它要在编译器编译代码之前运行。include是预处理指令。它后面跟着一对尖括号，表示将尖括号中的文件在这里读入。stdio是standard input output的缩写形式，即“标准输入输出”，stdio.h就是标准输入输出头文件，这个头文件中声明了用于输入或输出的函数。由于此程序中用到了输出函数printf()，因此需要添加输入输出头文件。

第2行：声明了一个main函数（也称主函数），其中int是函数的返回值类型，每个函数都需要注明其返回值类型，表示在函数结束后，要向操作系统返回的数值类型。“()”则表明是一个函数。main函数的本质是“函数”，但它与普通函数有着本质的区别，普通函数需要由其他函数调用或者激活，main函数则是在程序开始时自动执行。每个C程序都有一个main函数，它是程序的入口。在上面的C程序中，main函数实现了屏幕上输出“这是第一个C语言程序！”的功能。

第3行：左大括号“{”表示函数的开始。

第4行：使用printf函数来输出一行信息。printf是print format的缩写，print是打印的意思，format是格式化的意思，printf则是格式化输出或者按格式输出。“()”则表明printf是一个函数名，其中放置的是main函数传递给printf函数的信息。如上面程序中的“这是第一个C语言程序！”这个信息叫做参数，完成的名称为函数的实际参数。printf函数接收到main函数传递给它的参数，然后将双引号之间的内容按照一定的格式输出到屏幕上。

第5行：return关键字，表示返回，作用是从函数中返回，后面跟着要返回的值——0。由于该句被添加到main函数中，表示main函数向操作系统返回一个0值（普通函数在执行完毕后，都会返回一个执行结果，return将这个执行结果返回给操作系统）。操作系统通过返回值来了解程序退出的状态，一般用0表示正常，用1表示异常。如果返回值类型为void，return后面则不用跟返回值，直接写return即可终止函数的运行。

第6行：右大括号“}”表示函数的结束。

C程序运行流程

C语言并不能直接被计算机所理解，需要将C语言转变成可执行代码，即二进制代码。在C语言转变成二进制可执行代码时，是以工程为单位的。而一个工程中往往会包含多个C文件。因此，需要将每个C文件都编译成二进制代码。此时，每个C文件所对应的二进制代码是独立的。由于工程是一个系统，所以需要将所有的C文件二进制代码链接到一起，形成一个工程的可执行文件。一般程序的运行流程包括编辑、编译、连接、运行四个环节，运行C语言时也需经过这四个环节。

1．编辑

编辑类似于文本编辑，将程序代码输入进去，可以修改，增加，删除。

2．编译

编译是将C代码转换成CPU可执行机器指令的过程，每个.c文件生成一个.obj文件。

3．链接

链接是把生成的(多个) .obj 文件及用到的库文件(.lib)一起组合生成可执行文件（.exe）。

4．运行

运行是指运行链接环节生成的可执行文件，得到预期结果的过程。

为了让大家更直观的了解C程序的运行流程，下面通过图例来进行演示，具体如图1.1所示。

图1.1中，首先编写好C程序，然后将每个.c文件生成一个.obj文件，再将生成的.obj 文件及用到的库文件(.lib)一起组合生成可执行文件（.exe），最后运行达到预期的结果。