C/C++程式設計範例教本 P657 陳會安

第1章 程式語言與C語言的基礎 1-1 程式語言的基礎 1-2 程式設計技術的演進 1-3 程式是如何執行 1-4 C語言的基礎

1-1 程式語言的基礎 1-1-1 程式與軟體 1-1-2 程式語言的種類

1-1 程式語言的基礎 「程式語言」（Programming Languages）如同我們溝通的語言一般， 它是人類告訴電腦如何執行的一種語言， 也就是人類與電腦之間溝通的語言，以技 術角度來說，程式語言是一種將執行指令 傳達給電腦的標準通訊技術。

1-1-1 程式與軟體-程式 「程式」（Programs）是使用指定程式語 言所撰寫沒有混淆文字、數字和鍵盤符號 所組成的特殊符號，這些符號組合成指令 和敘述，再進一步編寫成程式碼，程式碼 可以告訴電腦解決指定問題的步驟。

1-1-1 程式與軟體-軟體 「軟體」（Softwares）是一種電腦執行的應用程式或作業系統，通常軟體是一個或多個程式的泛稱，或是一整套應用程式，「應用程式」（Applications）是一種處理指定工作的電腦程式，例如：數學計算分析、文書處理、試算表和程式語言開發工具等。

1-1-2 程式語言的種類-世代

1-1-2 程式語言的種類-低階語言 低階語言（Low Level Language）：低階語言是一種偏向電腦容易了解的程式語言，因為屬於電腦看的懂的程式語言，所以執行效率高，例如： 機器語言（Machine Language）：使用0和1二進位表示的程式碼，電腦可以直接執行程式，執行效率最高。 組合語言（Assembly Language）：使用簡單的符號代表機器語言0和1表示的二進位程式碼，只需使用「組譯程式」（Assembler）將它轉換成機器語言在電腦上執行。

1-1-2 程式語言的種類-高階語言 高階語言（High Level Language）：高階語言是一種接近人類語言的程式語言，可以說是一種半英文（Half-english）的程式語言，因為電腦不能馬上看的懂，需要進一步的翻譯，在轉換成機器語言後，因為轉換出來的程式碼通常比直接使用機器語言撰寫的冗長，所以效率較低，但是非常適合使用者學習。

1-1-2 程式語言的種類-高階語言 高階語言有Java、C/C++、BASIC和Borland Delphi等，高階語言需要進行翻譯，將程式碼轉譯成組合語言或機器語言的執行檔案後，才能在電腦上執行，翻譯的方式分為兩種，如下所示： 編譯程式（Compiler）。 檢查程式的錯誤。 將程式翻譯成機器語言的程式檔案。 直譯程式（Interpreter）。

1-2 程式設計技術的演進 1-2-1 非結構化程式設計 1-2-2 程序式與結構化程式設計 1-2-3 模組化程式設計 1-2-4 物件導向程式設計

1-2 程式設計技術的演進-說明 計算機科學的「軟體工程」（Software Engineering）是專注於研究如何建立正確、可執行和良好撰寫風格的程式碼，嘗試使用一些已經驗證過且可行的方法來解決程式的問題。 「程式設計」（Programming）是使用指定的程式語言，例如：C/C++語言，以指定的風格或技術來撰寫程式碼，在此所謂的風格或技術是電腦解決程式問題的程式設計方法。

1-2 程式設計技術的演進-種類 四種「程式設計技術」（Programming Techniques），或稱為「程式設計風格」（Programming Styles），如下所示： 非結構化程式設計（Unstructured Programming）。 程序式程式設計（Procedural Programming）與結構化程式設計（Structured Programming）。 模組化程式設計（Modular Programming）。 物件導向程式設計（Object-Oriented Programming）。

1-2-1 非結構化程式設計-說明 初學程式設計時，例如：早期的BASIC和組合語言都屬於非結構化程式設計。對於C語言來說，主要是指不論幾列的小程式或是數百列程式碼的大程式，程式都只擁有一個main()主程式，而且程式碼是以線性方式依序的執行，如下圖所示：

1-2-1 非結構化程式設計-問題 在開發大型程式時，非結構化程式設計就會產生嚴重的問題，如下所示： 程式碼以線性方式執行，如果需要重複操作，就需要在main()主程式重複相同的程式碼。 如果沒有複製多段程式碼，可以使用C語言的goto指令，可以跳到程式中的任何位置，但是亂跳的結果反而增加程式的複雜度，或產生一些無用的程式碼片斷，稱為「義大利麵程式碼」（Spaghetti Code），程式碼如同義大利麵一般的盤根錯節。 非結構化程式的所有程式碼處理的資料都屬於「全域」（Global）資料。

1-2-2 程序式與結構化程式設計-說明 程序式程式設計是將程式中重複的程式片斷抽出成為「程序」（Procedures，或稱為Subroutine、Routine）或「函數」（Functions），即一段執行特定功能的程式碼。 在主程式的程式碼只是依序呼叫各程序的「程序呼叫」（Procedure Call），即執行各程序。整個程式使用流程控制來連接各程序，即目前程式設計最常使用的結構化程式設計，屬於程序式程式設計的子集。

1-2-2 程序式與結構化程式設計-圖例

1-2-3 模組化程式設計-說明 為了能夠重複使用程序式程式設計所分割建立的程序，我們可以將相同功能的程序或函數結合在一起成為獨立的「模組」（Modules），模組是一個處理指定功能的子程式，如下圖所示：

1-2-3 模組化程式設計-函式庫 每一個模組包含處理的資料和程序函數， 在主程式呼叫模組的函數時，可以將它視 為呼叫「函式庫」（Libraries）中的函數， 在功能上如同一個工具箱（Toolbox），例 如：C語言本身很小，大部分C語言的功能 都是由函式庫提供。 模組可以將實際處理的程式碼和資料隱藏 起來，稱為「資訊隱藏」（Information Hiding）。

1-2-4 物件導向程式設計 物件導向程式設計是一種更符合人性化的程式設計方法，將原來專注於問題的分解，轉換成了解問題本質的資料，也就是「物件」（Object），如下圖所示：

1-3 程式是如何執行-說明

1-3 程式是如何執行-中央處理器（CPU） 電腦的CPU提供實際的運算功能，目前個 人電腦都使用單晶片的「IC」 （Integrated Circuit）。 CPU的主要功能是使用「ALU」 （Arithmetic and Logic Unit）的邏輯電 路進行運算，以便執行機器語言的指令。

1-3 程式是如何執行-記憶體（Memory） 電腦記憶體是「位元」（bits），每8個位元為一個「位元組」（Bytes）為單位所組成的龐大記憶空間，當我們執行程式，作業系統是將儲存在硬碟或軟碟的執行檔載入電腦的主記憶體（Main Memory），這就是CPU執行的機器語言指令，CPU從記憶體依序載入指令和執行。

1-3 程式是如何執行-輸入/輸出裝置（Input/Output Devices） 電腦的輸入/輸出裝置是程式的窗口，可以 讓使用者輸入資料和顯示程式的執行結果， 目前而言，電腦最普遍的輸入裝置是鍵盤 和滑鼠；輸出裝置是螢幕和列表機。

1-4 C語言的基礎-說明 C語言屬於「通用目的」（General- purposes）的程式語言，可以用來建立各 式各樣的應用程式。C語言是結構化程式語 言，其後繼者C++語言是一種物件導向程 式語言。

1-4 C語言的基礎-C語言的歷史 C語言是由Dennis Ritchie在1972年於貝爾實驗室設計的程式語言，它並不能算是一種很新的程式語言，之所以命名為C，這是因為很多C語言的特性是來自其前輩語言B（由Ken Thompson設計），B是一種源於Martin Richards設計的BCPL程式語言。 C語言的主要目的是為了設計UNIX作業系統，在1973年，所有UNIX作業系統的核心程式都已經改為使用C語言撰寫，這也是第一套使用高階語言所建立的作業系統。

1-4 C語言的基礎-C語言的特點 C程式語言的主要特點，如下所示： C語言建立的執行檔案很小，而且執行速度快，事實上，C本身只是一種很小的程式語言，相當多C語言的功能是由C標準函數庫提供。 C語言使用「前置處理器」（Preprocessor）處理相當多的工作。

1-4 C語言的基礎-C語言的版本 C語言最早的標準是K&R，1989年ANSI制定標 準C語言後，稱為ANSI-C，1999年參考C++語 言的語法而作了少許更新，稱為C99，如下所示： K&R C ANSI-C C99

1-5 C應用程式開發環境的建立 1-5-1 C語言的開發環境 1-5-2 下載與安裝Dev-C++整合開發環境

1-5-1 C語言的開發環境-說明 程式語言的「開發環境」（Development Environment）是一組工具程式用來建立、編譯和維護程式語言所建立的應用程式。目前高階程式語言大都擁有整合開發環境，稱為「IDE」（Integrated Development Environment），在同一個應用程式就可以編輯、編譯和執行特定語言的應用程式。

1-5-1 C語言的開發環境-C應用程式的開發步驟 編輯程式碼（Editing）：程式碼檔案是一個標準的ASCII文字檔案，可以使用文字編輯工具輸入程式碼，稱為原始碼檔案（Source Files），C語言程式碼檔案的副檔名為.c，C++為.cpp。 編譯程式碼（Compiling）：將原始程式碼檔案轉譯成指定CPU機器語言的目標檔（Object Files），其副檔名為.obj或.o。 連結函式庫（Linking）：將函式庫和模組的目標檔連結到應用程式，以便建立可執行的執行檔，副檔名為.exe。 執行應用程式（Executing）：在建立C應用程式的執行檔.exe後，就可以從作業系統載入C應用程式來執行。

1-5-1 C語言的開發環境-C語言的開發環境1 傳統MS-DOS或UNIX、Linux系統的使用者，或稱為「終端機」（Terminals），其程式執行環境輸入資料和輸出資料都是「命令列模式」（Command-line Interface），即文字模式的鍵盤輸入或單純文字內容的輸出，在此環境開發C語言應用程式需要使用多個工具程式來完成。 目前C語言應用程式開發提供整合開發環境，能夠在同一工具軟體編輯、編譯和除錯高階語言。

1-5-1 C語言的開發環境-C語言的開發環境2 常用的C語言整合開發環境，如下所示： Turbo C/C++、Borland C++：Borland公司在MS-DOS作業系統時代開發的C/C++語言整合開發環境。 Microsoft Visual C++：微軟公司的C++編譯程式，目前版本是Visual C++.NET。 Borland C++ Builder：Borland公司在Windows作業系統下的C++整合開發環境。 Dev-C++：Bloodshed Dev-C++是一套免費C/C++程式的整合開發環境。

1-5-2 下載與安裝Dev-C++整合開發環境-說明 Dev-C++是Bloodshed Software公司的產品，這是一套完整功能的C/C++語言整合開發環境，可以開發Windows和主控台應用程式（Console Applications），所謂主控台應用程式是在MS-DOS或命令提示字元執行的文字模式應用程式。 Dev-C++是使用Borland Delphi設計的應用程式整合開發環境，使用MinGW（Minimalist GNU for Windows，網址：http://www.mingw.org/）的C/C++編譯程式，這是UNIX系統GCC編譯程式的Windows版本。

1-5-2 下載與安裝Dev-C++整合開發環境-下載 Dev-C++是一套免費軟體，Bloodshed軟體公司提供完整的CD系統光碟，可以在該公司網站訂購，我們也可以在下載網頁免費下載Dev-C++，其網址如下所示： http://www.bloodshed.net/dev/devcpp.html

1-5-2 下載與安裝Dev-C++整合開發環境-安裝 Dev-C++整合開發環境可以安裝在Windows98/ME/2000/XP作業系統，其系統的最小需求，如下所示： Microsoft Windows 95/98/ME/NT/2000/XP作業系統。 8MB記憶體。 100 Mhz Intel相容的CPU。 30 MB硬碟空間。 Dev-C++整合開發環境建議的系統需求，如下： Microsoft Windows 2000/XP作業系統。 32MB記憶體。 400 Mhz Intel相容的CPU。 200 MB硬碟空間。