第一部分：概述

一、 C 语言概述

1. 什么是程序设计语言

一台没有安装任何软件的计算机称为“裸机”，只有借助各种软件，计算机才能进行各项工作。软件由程序和程序的相关文档构成，程序是软件的核心部分，由具体的程序设计语言编写。

上世纪五十年代，早期的计算机使用汇编语言和机器码来编写程序，它们编写的语句很难记忆，而且非专业人员很难掌握。于是很多研究人员开始致力于高级语言的开发。经历过 Fortain（1957）、Basic（1964）等语言之后，美国贝尔实验室在1972 年设计出C 语言。在1973 年，研究人员用 C 语言编写了UNIX 系统 90%以上的部分，并发表了 UNIX 5 版本。1978 年以后，C 语言被广泛应用在各类计算机的程序设计上，并且还用来编写操作系统，成为当代最优秀的程序设计语言之一。

随着计算机的普及，出现了许多 C 语言的版本，由于没有统一的标准，使得众多种类的C 语言有了一些不一致的地方。为了改变这种现状，美国国家标准研究所（ANSI）制定了一套 C 语言的国际标准，成为现行的 C 语言标准。

2.C语言的特点

2.1.语言简介、紧凑、灵活

C语言有32个关键字，9种控制结构，程序书写灵活自由。

2.2.运算符丰富

C语言中有34种运算符，其中包括一些具有C语言特性的运算符，使C语言能更容易实现算法。

2.3.功能丰富

C语言有各种数据类型，能够实现各种复杂的数据结构。引入指针概念，配合位运算，可以直接访问物理地址，能对硬件直接进行操作，虽然C语言是一种高级语言，但同时也具备低级语言的大部分功能。

2.4.结构化程序设计语言

函数是C程序的基本模块，每个函数实现一个程序中的一个功能。一个程序分成多个函数模块，每个模块可以分开调用，也可以分模块对程序进行修改。C语言同时具有多种程序控制结构，使程序完全结构化。

2.5.可移植性强

C语言是一种可移植语言，在一个系统上编写的C程序可以在其他系统上运行。和其他高级语言相比，C语言在可移植性方面处于领先地位。

2.6.高效

C语言的运行效率在高级语言中仅次于汇编语言，在其他高级语言中运行效率非常出众。

3.程序设计初步

3.1.程序设计的一般步骤

一般人们会认为，程序设计就是编写代码到运行成功的过程。这是一个误区。程序设计大概由以下的步骤组成。

a.分析

在这一步骤中，要明确要解决的问题。通过对问题的分析，明确要写的程序具有什么样的功能。不需要考虑如何完成程序。这一阶段也成为需求分析。

b.程序设计

在设计阶段要考虑到程序界面、算法、操作、数据结构等的设计问题。当处理复杂的问题的时候，选择合适的数据结构会提高程序运行的效率。这个阶段是对程序整体的规划，不涉及代码。

c.编写代码

对程序进行分析和设计之后，就要把自己构思好的程序通过C语言知识编写成程序代码。存放程序代码的文件叫做源程序。

d.编译、连接、运行

编写好的源程序在编译器中进行编译，生成二进制代码（计算机唯一能识别的机器码），如果程序有错误，会在这个阶段生成提示信息，用户经过修改之后可以再次编译。编译通过之后会生成以.obj为后缀的二进制代码文件。将得到的二进制代码文件与系统标准模块（如C语言的标准函数库）经过连接处理之后，获得后缀名为.exe的可执行文件，才能够在计算机中运行。

e.测试与调试

某些情况下，运行成功的程序不一定有正确的运行结果，这是由于程序中会有某些逻辑错误（bug）。这个时候就需要对程序进行测试和调试。测试与调试的工作往往比编写程序更加花费时间。

3.2.编写第一个C语言程序

//第一个C语言程序
#include<stdio.h>
int main( )
{
    int  n;
    n = 1;
    printf("This is my NO.%d program" , n);
    return  0;
}

程序分析：

a.第1行位于两个斜线之后的字符成为注释，对程序有解释的功能。注释在小型程序中没有太大显著的作用，往往在更加大型的程序程序愈加显著。注释有两种形式，一种是以两个斜线“//”开头的行注释，在两个斜线之后的一行代码都会无效。另一种形式的注释是由“/”和“/”一对符号组成的块注释，从一个“/”开始，一直到下一个“/”出现之前的所有代码都会无效。

b.第2行为预编译指令，stdio.h文件中包含着C语言中有关于输入输出功能的预定义，在这里需要用到对应功能，所以要把这个文件包含进来。这个文件被称作“头文件”。

c.第3行为程序的主函数。一个C程序有且只能有一个主函数，C程序从主函数里的第一行开始运行。主函数规定的返回值在不同教材中规则不一，在这里统一规定主函数的返回值是整形。并且在主函数的最后一行中要让main函数返回0（第8行）。有关于返回值的相关内容将在函数一章学习，在这里可以大致理解为返回值就是函数值。

d.第5行定义了一个整形变量n，第6行给n赋值为1，第七行输出一行字：

This is my NO.1 program.

3.3.编程环境

C语言常用的编程环境有Visual C++ 6.0和Turbo C。用来编写程序的软件称为编译器。后来新兴起的编译器层出不穷，例如“啊哈C”、“C-Free”等。除此之外，还有一些在线的编译器可以使用。对初学者来说，选择编译器要根据自己的使用习惯。编译器只是一个编写程序的工具，能善于使用、借助一个自己使用舒服的编译器来编写出出色的程序，才是终极目标。

3.4.如何学习C语言

a.锻炼分析解决问题的能力

学习程序设计，解决问题过程中更多的应该是对程序的思考。解决实际问题，就是对实际问题进行具体分析，建立相应的数学模型，确定一个实施方案。最后将实施方案转化成程序代码。如果具备了这种分析解决问题的能力，编写代码会变得非常简单。要提高这种能力，要在解决问题的过程中锻炼自己的“编程思想”。（相关资料可以查询《数学（必修3）》（人民教育出版社）“程序框图”部分）

b.多实践，提高动手能力

“纸上得来终觉浅”，既然程序设计是一门实践性的课程，所有的学习不能只在纸面上进行，应该多加实践，经常给自己找一些数学问题来做练习，提高动手能力。

c.多阅读他人编写的程序

不要一味地埋头苦干，偶尔抬起头来看看别人写的代码，对比自己的程序，思考自己有哪些不足，取长补短，会使自己的代码越来越出色。

d.养成良好的程序设计风格

请参阅《C语言代码编写规范》，熟悉代码的编写格式。虽然代码规范与否并不影响程序的运行，但是依照代码的标准格式编写出的代码清晰明了，让人一看就能明白编写者的目的。通常一个团体、公司、机构会有一套自己独有的代码规范格式，用于内部编写代码使用。

二、算法

1.什么是算法

所谓算法，是解决一类问题的方法。做任何事情都要有一定的步骤，广义地说，为解决一个问题而采取的方法和步骤就称之为“算法”。对同一个问题可以有多种算法。 为了有效地解决问题，不仅要保证算法正确，还要考虑到算法的质量，选择合适的算法。算法通常分为数值运算算法与非数值运算算法，对于数值运算算法很简单，找到对应的数学模型，选择对应的算法，从而解决问题；对于非数值运算，种类繁多，要求各异，很难做到全部问题都有相应的答案。这个时候解题者需要参考已有的类似的算法，重新设计解决特定问题的专门算法。在解决这类问题的时候要学会举一反三，同时在脑中积累典型算法，搭建自己的“算法库”。

2.算法的特性

2.1.有穷性

一个算法应该包含有限的操作步骤，而不能让程序进入无休止的工作。

2.2.确定性

算法中的每一个步骤都应当是确定的，也就是说，算法的含义应当是唯一的，而不应当产生歧义。

2.3.有效性

算法中的每一个步骤都应当有效地执行，并得到确定的结果。例如当b = 0，a / b则不能有效执行。

2.4.可以没输入，但要有输出

一个算法可以有零个或多个输入，一个或多个输出。输出很重要，是一个算法进行下来的结果。如果没有输出，算法就失去了意义。

3.表示一个算法

3.1.用自然语言

即用我们日常交流用的语言来表示解决问题的方法。由于这种方式通俗易懂，但文字冗长，意义不严格，往往在除了表示那些很简单的算法以外，通常不使用自然语言来表示一个算法。

3.2.用流程图

相关内容可以参考《数学(必修3)》（人民教育出版社）“程序框图”部分。

3.3.用伪代码

伪代码书写格式自由，只是为了表达设计者的思想。例如求5!：

begin
1 -> t
2 -> i
while  i ≤ 5
    { 
     t*i -> t
     i+1 -> i
    }
   print  t
end

用伪代码书写算法形式上很宽松，容易书写，也容易看懂，但是没有办法放入编译器中生成真正的计算机程序，只能用来表示设计过程。因此，书写一个算法，最终还是要用到计算机语言。

3.4.用计算机语言

例：将3.3的算法（求5!）用C语言表示

#include<stdio.h>
int main( )
{
    int  i , t;
    t = 1;
    i = 2;
    while(i <=5)
   {
        t = t * i;
        i = i + 1;
    }
    printf(“%d\n” , t);
    return  0;
}