國立清華大學資訊基礎教育教學改進計畫

國立清華大學資訊基礎教育教學改進計畫 C語言基礎入門

C語言的歷史 • C語言的真正發展要追溯到1963年的ALGOL 60語言。 • 1963 ，劍橋大學將ALGOL 60 轉成 CPL(Combined Programming Language) 語言。 • 1967年，劍橋大學的Matin Richards 簡化了CPL成為BCPL語言。 • 1970年，美國貝爾實驗室Ken Thompson 修改BCPL成為B語言。 • 1973年，美國貝爾實驗室D.M.RITCHIE 以B語言為基礎發展出新的語言，以BCPL的第二個字為基礎，稱為C語言。 • 1983年，美國國家標準局語言標準化委員會對C語言進行了標準化，稱為ANSI C。

C語言的特色 • 一共有9種控制語句，32個關鍵字。 • 資料結構豐富: 除了基本的整數實數變數字元之外，也涵蓋結構變數，指標變數等。 • 語法限制不嚴格，設計彈性大。 • 應用範圍大，適合在各種作業系統上使用。

基本程式1 程式碼: #include <stdio.h> main() { printf(“Hello World!\n”); } 程式執行後的輸出結果: Hello World!

基本程式1說明 • #include <stdio.h> • 將系統檔案stdio.h 導引至本程式。 • stdio.h 是標準的輸入輸出標頭檔案 (Standard Input Output Header) ，它定義了輸入輸出的動作和所需的變數及一些巨集指令。 • 這一行程式並非由編譯程式所處理，而是在編譯前由前端處理程式(Preprocessor)處理，所以這段程式稱為前端處理程式指引 (Preprocessor Directives) 。

基本程式1說明 • main() { } • main()是C語言第一個會去執行的程式，“{”表示程式開始，“}”表示程式結束。 • printf(“Hello World!\n”); • printf是一個輸出函數(定義在stdio.h檔案裡面) ，這個函數可以印出雙引號“”的內容，而\n 是 new line，將目前游標移到下一列列首。

基本程式2 程式碼: #include <stdio.h> main() { int a; a = 1; printf(“The a is : %d.\n”, a); } 程式執行後的輸出結果: The a is 1.

基本程式2說明 • int a; • int 為 C語言關鍵字 (Key words)之一，int表示integer之意，即宣告a這個變數的資料型態為整數。 • a = 1; • a這個變數我們又稱為識別字 (Identifiers) ，是由程式設計師自己定義的，然而有以下的限制: • 變數名稱需為英文字母或底線字元( _ )或阿拉伯數字組成。 • 第一個字只能為英文字母或底線字元( _ ) 。 • 變數名稱不能過長(傳統只允許8字元, turbo C可到32字元) 。 • 變數有分大小寫，ABC和abc是不同的兩個變數。 • printf(“The a is : %d.\n”, a); • %d 是代表 a 變數的值以十進位 (decimal) 方式呈現。

C語言的關鍵字(共32個) PS. 以上為一般C編譯器所提供的關鍵字不同的編譯器會有其他額外的關鍵字

識別字與關鍵字 • 關鍵字如上頁表所列 • 程式語言的規定用字，使用者不可用來當變數，資料型態或函數名稱 • 如 char (宣告字元) • 識別字有兩種 • 使用者自己定義 • 如ABC_123, test1等 • 程式庫定義 • 如printf, scanf等

C的常數宣告 • const int a = 1; • 在執行過程中 a 為一個故定不變動的整數，其值為1 • 常數的資料型態可為整數，浮點數，字元。 • 整數常數(short)通常介於 -32768 ~ 32767 ，佔用2bytes ，而長整數可到8 bytes 。 • 浮點常數數通常為8 bytes ，表示法如下: • 12.34e5 (12.34* ) • 1.45E-4 (1.45* ) • 字元常數通常是由單引號括起來 : ‘a’ 。

C語言變數宣告方法 (指定資料型態) • short a, int b, long c; • 整數型態一般而言有三種 : short (2bytes)， int ， long (佔記憶由小至大排列) 。 • unsigned d, unsigned int e; • unisgned表示只有正數沒有負數可搭配以上整數型態宣告，如unsigned long x; • float f, double g; • float浮點數， double倍精數，後者的有效位數和精確度皆高於前者 (通常為4 bytes VS. 8 bytes) 。 • char h; • 字元: 資料存的是內碼值，如字元 ‘A’ 的ASCII內碼為65。基本上字元是以數字來儲存的，所以也可用來計算，只不過它能表示的數值較小而已。

測試變數的記憶體空間 - sizeof

執行結果 • 平台 : WinXP + Visual C++ 6.0

printf 的使用 程式碼: 執行結果:

printf資料型態的常用格式對照表 PS. 尚有其他控制字元，因為不常使用，故請讀者自行參考C語言書籍或相關網頁，在此不再贅述。

C語言允許使用者自行設定每項資料所需的位數，其方法是在%符號和控制字元間加上列印時所需的寬度。C語言允許使用者自行設定每項資料所需的位數，其方法是在%符號和控制字元間加上列印時所需的寬度。例如: 字元變數 ch=‘A’ ，寬度為3 ，採向右靠齊，則指令應為: printf(“%3c”, ch); 整數變數 a = 100 ，寬度為5 ，採向左靠齊，則指令應為: printf(“%-5d”, a); printf 欄位寬度設定

scanf 使用 • scanf與printf是相對的，前者為輸入函數，後者則是輸出函數。 • 在格式方面也是類似的: • scanf(“%c”, &c); %等待輸入一個字元 c • scanf(“%d”, &d); %等待輸入一個整數 d • scanf(“%f”, &f); %等待輸入一個浮點數 f • scanf(“%d %f”, &d, &f); %等待輸入兩個變數，整數，浮點數 • scanf(“%s ”, str); %輸入一個字串 (字串變數前通常‘不’需要加上 ‘&’ 符號)

基本運算式和運算符號 • 加減乘除和取餘數 • ‘+’ 、 ‘-’ 、 ‘*’ 、 ‘/’、 ‘mod’ • A = 2 *3 (A = 6) • C = 5 mod 3 (C = 2) • 邏輯符號 : • and : ‘&&’ • or : ‘||’ • if, else Example: if ((a>10) && (b<3)) printf(“OK!\n”); else Printf(“NO!\n”);

基本運算式和運算符號 • 大於等於小於 • > • = = • < • 不等於 • != • 相加後指定 • += • A += 3 (相同於 A = A +3)

控制結構 • if-else if (condition) { } else { } • 括號 { } 內的程式碼可不只一行，假如只要執行一行程式碼，則括號可以省略不寫。 • condition通常都為邏輯判斷，如 a==b or c>9等。

if- else 請問這兩者的執行結果有何不同?

if – else 練習 • 輸入一個數字，輸出為這個數字的平方: PS. 數學函數需要引用math.h檔案, 可用數學函數有 exp, sqrt, floor, round等可自行查閱相關help

巢狀 if (else 與 if 的對應, a=2,b=5) if (a>3) if (b>3){ printf(“a and b are both greater than 3!\n”); }else{ printf(“b is not greater than 3!\n”); } if (a>3){ if (b>3) printf(“a and b are both greater than 3!\n”); }else{ printf(“b is not greater than 3!\n”); }

Homework Exercise • 設計一個程式，乖乖包數與折價關係如下: • 1~5包，原價 • 6~10包以內，原價九折 • 11~20包以內，原價八折 • 21包以上，原價七折一包原價10元，輸入購買數量，則印出所需總價。

複習：變數(variables) • 在程式中，我們使用變數代表問題中某些項目的名稱，而此變數的值，則會因程式的執行而有所改變。 • 變數名稱，第一個字必需是英文字母或底線 “_”，之後可以有數字，但不可以使用保留字。 • 試問下問那些是合法的變數名稱？ • 1. num 6. average • 2. 8num 7. C&C • 3. int 8. xyz?543 • 4. _score 9. k56 • 5. BMW-Z3 10. initial value

複習：變數使用與種類 • 資料型態(data type): int, float, double, char • 分別表示整數，單準確度浮點數，倍準確度浮點數，字元 • 指定資料型態於變數宣告時 (p12-p17) • sizeof(int) 查詢資料型態佔的記憶體空間 • 輸入／出格式%c, %d, %f, %lf… • 變數的定義(宣告)：全部的變數必須在使用前加以定義(definition)，才能在程式中使用。 • 定義的動作，是在變數前給予一資料型態 • Ex1: int num; Ex2: int num1, num2, num3; • Ex3: int num = 100;

複習：運算式和運算符 • 基本運算式和運算符號 • 算術運算子，+-*/ % • 邏輯運算子( && )( || )( ! ) • 關係運算子( < ) (<= ) ( > ) ( >= ) ( == ) ( != ) • 下列程式片段，你覺得那裡不對？ • Int I = 200; • I = I +400; • 400 = I + 500; 基本運算子優先順序表

複習： C程式的基本架構 /* This is my first program */ 註解敘述 #include <stdio.h> >>前端處理的指令 #include<stdlib.h> >>庫存函數存放處 int main() main 函數 { { int num; num = 100; main 函數的主體 printf(“num=%d\n”,num); system(“pause”); } }

特殊運算式

迴圈設計 • C語言提供3種迴圈設計方法: • for loop • while • do-while

for loop • 格式 • for (i=0; i<5; i++) i ++ 相當於 i = i + 1 or i+=1 所以上式可改寫成 for (i=0; i<5; i = i + 1) 利用for loop: 用迴圈計算:1 + 2 + 3 + … + 100 = ? 執行迴圈的動作起始值判斷跳離迴圈條件

for loop • 兩層迴圈可印出九九乘法表: • “%3dx%d=%2d” • (1)“ ” (2)%d(3)%2d(4)%3dx

for loop • 兩層迴圈可印出九九乘法表:

for loop 無窮迴圈 • 格式: • for (; ;) • 無窮迴路一直執行 [EX.列印Hello world\n]] • for (n=1; ;n++) • 無窮迴路每執行一次n就加一 • 例子: for (n=1; ;n++) { printf(“%d\t”, n); if (n>=5) break; } 此程式可印出 1 2 3 4 5

for loop 多條件判斷運算 • i 累進，j 累減2 int main() { int i, j=10, total = 0; for(i = 1; j >= 0 && i <= 10; i++) { total += i; printf("Now j=%2d, i=%d, and total=%d\n", j, i, total); j -=2; } }

while 迴圈 • 格式: While (op) { //程式碼 } op為邏輯判斷式，如 a > 1 例如: while (a > 3) a = a – 1;

while 迴圈 請問上述例子的目的是求這兩個正數的什麼?

EX. • 請輸入一整數: • 請程式判別奇偶數？

while 無窮迴圈 • 格式: while (1) { //程式碼 } • 熱身 : 請用 while 設計一個小程式，可以讓使用者一直輸入任何正整數，直到使用者輸入負數則離開程式。

直到使用者輸入負數則離開程式。 while (i >= 0) { //程式碼 } • 投票系統: • 請輸入候選人號次: (輸入 -1 將結束): • 1號: X票，2號: Y票，3號: Z票，廢票: W 票

do-while • 格式: do { //程式碼 }while (op)

do-while example scanf(“%d%*c”, &i); 和 scanf(“%c%*c”, &t); 其中補上 %*c 是為了配合輸入後按下 enter 鍵。

副程式 • 通常程式大到某種程度以上，可能會有些重複的程式碼，這些重複程式碼雖然不至於浪費運算時間，但卻讓其他程式設計師叫不容易閱讀，而且結構顯得凌亂。為了讓程式碼更有結構和可讀性，通常我們會設計副程式。 • 一般格式的例子: 副程式 int test(int x, int y) { int z; z = pow(x, y) * 4; return z; }

Homework Exercise4 • 設計一個程式，輸入一個正整數N，計算第N項之費氏級數: • F(0) = 0; • F(1) = 1; • F(N)=F(N-1)+F(N-2); • for(;;){ /* input m as loop number*/ • FN = FN-1 + FN-2; *for loop (num){ …. } • FN-2<=FN-1; *Result:. • FN-1<=FN; *F(num) = 0,1,1,2,3,5,8,13,21,… • }

副程式 (function) • …………. • ……….. • …….. • ….. • …….. • func() • ………. • …… • func() • ….. ………….. ……….. ………….. ………….. ……….. ………….. func() ………….. ……….. ………….. 經常使用的敘述群定義成函式函式名來代表，必要時呼叫

副程式 • 副程式和主程式搭配 (兩種撰寫方式)

副程式 • 請用副程式的做法設計下列圖形表示 * * * * * * * * * * * * * * *

有回傳值的函式 • main{ • char c, l; • char lower(char s); • while ((c=getchar()) != ‘\x1a’) • { • l = lower(c); • putchar(l); • } • } • char lower(char s) • { • if (s >= ‘A’ && s<=‘Z’) • s = s + (‘a’ – ‘A’); • return s; • }

陣列 • 由於單一變數的彈性太小，倘若程式中需要多個變數來儲存資料，而且這些變數中是有關係性的，那麼採用陣列的資料結構是比較好的做法。 • 例如設計一個樂透程式，需要儲存6組正整數號碼，程式宣告可以為 int a, b, c, d, e, f; 也可以為 int number[6]; 第一種的變數較為繁雜，而且程式寫作限制較大，第二種宣告表現略為簡潔，程式寫作彈性大。

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