C及C++程序设计课件

C及C++程式設計第1章對C語言的初步認識

1.1程式與程式設計語言

1.1.1程式、程式設計和程式設計語言

一般來說，程式是對解決或處理一個問題的方法步驟的描述。而電腦程式，則是用某種電腦能識別的語言工具所描述的解決問題的方法步驟。例如，有兩個數據a和b，它們的值分別為1和2，求這兩個量的和c。 編制並記錄解決問題的方法步驟的過程就是程式設計。在電腦技術中，將解決一個問題的方法和步驟叫做演算法。進行程式設計時要使用電腦能識別的描述演算法的工具，這個工具就是電腦程式設計語言。1.1.2結構化程式設計方法

電腦程式設計語言經歷了由機器語言、組合語言到高級語言的發展過程。這些語言的特點是以簡單的語句序列構成程式。在20世紀60年代末開始提出結構化程式設計的概念，也就是將程式由語句序列結構轉變為模組集合。

結構化程式設計方法的基本思想是，將任何複雜問題分解為若干較為簡單的功能模組，每個模組中的任何邏輯問題再用少數幾種基本結構（如順序結構、選擇結構、迴圈結構）加以描述。結構化程式設計中採用的三種基本結構如圖1.1所示，所有的程式代碼都實現在這三種結構中。圖1.1結構化程式設計的三種基本結構

進入20世紀80年代後，為了適應龐大而複雜程式的開發，出現了面向對象的程式設計方法和語言。然而它也吸收和繼承了結構化程式設計的方法。1.2C語言及C語言根源程式的基本結構

1.2.1C語言 C語言是一種編譯方式的結構化高級程式設計語言。C語言主要有下列一些特點。（1）C語言是一種結構化的程式設計語言，它具有完整的程式控制語句。（2）C語言是一種模組化程式設計語言，函數是組成程式的基本程式單位。

（3）C語言有豐富的數據類型和運算操作，使程式設計更為簡單和方便。（4）C語言提供了類似於組合語言的低級語言動能，如直接訪問記憶體的物理地址，對二進位數進行位操作等。（5）語法結構簡單，語句數目不多，但功能很強。所以，C語言簡單易學且應用廣泛。

1.2.2C語言根源程式的基本結構

Ｃ語言根源程式，簡稱C程式，是建立在模組的基礎上的，而基本的模組就是函數。因此，一個Ｃ程式是由一個或多個函數組成的。每個函數是完成一定功能的一段C語言程式。編寫一個程式，首先是建立一個或若干個函數，然後把它們組織在一起，構成一個完整的Ｃ語言程式。在這些函數中必須有且只能有的一個函數就是main()函數，稱為主函數。一個程式無論包含多少個函數，程式的運行總是從主函數開始，在主函數結束。在Ｃ語言中，除了main()函數外，其他函數的函數名是用戶選定的，稱為自定義函數。自定義函數不能像main()函數那樣能獨立運行，它們只能由主函數或其他函數啟動（它也能啟動其他函數），並開始運行。這裏發生了兩個過程：調用和返回。可見，函數之間是互相調用和返回的關係。自定義函數可以互相調用，但不能調用主函數。

在最簡單的情況下，C函數有如下的格式：

函數名(){函數體}

例1.2.1一個最簡單的C語言根源程式。程式由如下一個主函數組成：main(){}因為函數體不包含任何語句，所以該程式不執行任何功能，稱它是空操作。例1.2.2給例1.2.1的程式加入一個功能：在顯示器上輸出：hello!。程式如下：

main(){printf("hello!");}

主函數的函數體由一個語句組成。C語言規定每個語句必須以分號結束。分號表示一個語句的結束。語句

printf("hello!");

hello!是一個輸出語句。在這裏它的功能是在顯示器的螢幕上顯示如下的字串：

hello!

例1.2.3由兩個函數組成的C程式。功能仍然是在顯示器上輸出：hello!。主函數main()調用另一個名為hello()的自定義函數。hello()函數的功能是在顯示器的螢幕上顯示字串："hello!"。下麵是根源程式清單：

main(){hello();}hello(){printf("hello!");}程式運行後，在顯示器的螢幕上顯示如下的字串：

hello!主函數的函數體是C語言中的一個語句：

hello();它的功能是調用函數hello()。執行調用的結果，使程式從主函數轉去執行hello()函數。函數hello()的函數體是由一個C語句組成：

printf("hello!");

我們已經知道這個語句的功能是在顯示器的螢幕上顯示hello!。該語句執行完畢後，返回主函數。由於主函數的所有語句已經執行完畢，於是程式結束運行。程式的執行從主函數開始，在主函數結束。從以上的討論，可以總結出以下幾點。（1）C程式是由一個或多個函數組成的，其中必須有一個也只能有一個規定名為main的主函數。（2）程式的執行總是從主函數開始，在主函數結束。其他函數是通過調用來執行的。（3）主函數可以調用任何非主函數，非主函數之間可以互相調用，但不能調用主函數。（4）函數體是完成函數功能的一組C語言的語句，每個語句完成一個小功能，並以分號作為一個語句的結束標誌。1.2.3C語言的基本語句

C語言的基本語句主要有以下幾種：

（1）數據定義語句；（2）賦值語句；（3）函數調用語句和返回語句；（4）輸入語句和輸出語句；（5）流程控制語句。1.3C語言的基本詞法

構成C語言的最小單位是字元，由字元可以構成詞類，再由詞構成各種語句。有關C語言的字元和詞類的規定，就形成了C語言的詞法。這一節介紹詞法方面的有關規定。

1.3.1C語言的字元集在C語言程式中允許使用的所有基本字元的集合，稱為C語言的字元集。C語言的字元集採用的是ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）字元集。

1.3.2識別字

用C字元集中的字元組合，可以為程式中的各種對象起名字。這些名字統稱為識別字。例如常量名，變數名，函數名等都是識別字。1.3.3保留字保留字又稱關鍵字，是C語言編譯系統使用的、具有特定語法意義的一些識別字。這些識別字用戶不能作為自己的識別字使用。

1.3.4C語言的詞類C語言的詞類主要有以下幾種。（1）常量：（2）變數：（3）運算符：（4）運算式：（5）保留字：

1.4根源程式的編譯和C語言的集成開發環境

1.4.1C程式的開發過程

開發一個C語言程式，要經過以下四個階段：（1）編輯根源程式檔；（2）編譯根源程式；（3）程式連接；（4）運行程式。1.4.2C語言的集成開發環境

為完成上述的程式開發過程，C語言系統提供兩種獨立的操作方式。一種是傳統的命令行方式。

2.1數據類型在C語言中，數據的類型分為基本數據類型、構造類型、指針類型和空值類型。對於每一種數據類型的數據，又有分成幾種不同類型，如圖2.1所示。各種類型數據又可分為常量和變數。圖2.1C語言的數據類型2.2.1整型常量在C語言中使用三種不同進位制的整型常量，它們是：（1）十進位數：（2）八進制數：（3）十六進制數：2.2整型數據整型常量在微機上一般佔用兩個位元組的長度。為了擴大整型數據的取值範圍，C語言還提供了一種長整型常量。長整型常量在電腦中佔用4個位元組。

2.2.2整型變數整型變數在電腦中占兩個位元組。用以說明整型變數的關鍵字（也稱為數據類型符）為int。定義變數數據類型語句的一般格式為： 數據類型符變數名1，變數名2，……;C語言規定，每個變數在使用前，都必須先定義。 在關鍵字int前加上修飾符，可改變整型變數的所占位數和取值範圍。下列4種修飾符可以用來修飾整型變數： （1）signed （2）unsigned （3）long （4）short 實型數據也稱做浮點數，是一種帶小數點的數。2.3實型數據2.3.1實型常量實型常量就是帶小數點的10進制常數。在C語言中實型數據有兩種表達（書寫）方式：一種是用數字和小數點表示的，如123.456等；另一種是用指數方式表示的，如1.2e+2或1.2E+2（表示的是1.2×102）。

2.3.2實型變數實型變數用來存儲實型數據。實型變數分為如下兩種。（1）單精確度實型變數或簡稱實型變數或浮點型變數，其類型識別字為float；（2）雙精度實型變數或稱雙精度浮點型變數，其類型識別字為double。2.4.1字元型常量C語言的字元型常量是用單引號括起來的單個字元，如“a”，“B”，“*”等都是字元型常量。2.4字元型數據與字串

在Ｃ語言中支持一類特殊字元，它們以反斜杠“\”開頭，稱為反斜杠字元常量，或稱轉義字元。它們都可以看作為字元常量。2.4.2字元型變數字元型變數是C語言的一種數據類型，用關鍵字（類型符）char說明，用於存儲字元常量或數值。一個字元型變數只能存儲一個字元，它是以該字元的ASCII碼值存儲的，並占一個位元組的寬度。例如，字母a的ASCII碼是97，在變數的記憶體中存儲的就是97。2.4.3字串常量字串常量簡稱字串。字串不是一種數據類型，它是用雙引號擴起來的一串字元。例如：

"abc123"，"4"，"AaBb"，"a"

如果字符串中含有转义字符，则每个转义字符当作一个字符看待。例如，字符串

\\ab\\\'AB\'\141\142表示的是下列字元：

\ab\'AB'ab

每個字元在內存占一個位元組的空間。但每個字串在內存中佔用的實際位元組數等於字串的長度加一。因為在每個字串的最後都存放一個“空字元”，其ASCII碼值為0，它的轉義字元是“\0”。它起著字串結束標記的作用。2.5變數說明與初始化

2.5.1變數說明（定義）在C程式中，變數在引用前，必須先進行說明，C語言的編譯系統將根據變數說明，給變數分配相應的存儲空間。變數說明語句的一般格式是：

數據類型變數名列表;例如，下麵是一些變數說明（定義）語句：

intm,n,k;unsignedintum;doubled1,d2;charch;floatf;2.5.2變數的初始化在對變數進行定義的同時給變數賦值稱為變數的初始化。變數初始化的一般格式如下：變數類型變數名1=常量1，變數名2=常量2，……;

變數的初始化是在程式運行到該變數所在的函數時進行的。變數初始化：

floatfnum=12.12;

實際上相當於執行下麵的兩條語句：

floatfnum;fnum=12.12;一般情況下，如果變數在程式中沒有初始化，則在賦值之前，它的值是不確定的，因此，程式中在引用某變數之前，該變數應該初始化或賦值。以後我們還會介紹，在某些情況下，沒有初始化的變數的初始值可以是確定的。2.6.1運算符

運算符也稱操作符，是一種表示對數據進行何種運算處理的符號。運算的對象（數據）稱為運算元。每個運算符代表某種運算功能，每種運算功能有自己的運算規則，如運算的優先順序、結合性、運算對象類型和個數，以及運算結果的數據類型都有明確的規定。2.6運算符和運算式

C語言的基本運算符有以下幾大類：算術運算符；邏輯運算符；關係運算符；位運算符；賦值運算符；條件運算符；逗號運算符；數據長度運算符。除了這些基本運算符外，還有一些專門用途的運算符，如：指針運算符；改變優先順序運算符；成員運算符；下標運算符；其他。2.6.2運算式用運算符把運算對象連接起來所組成的運算式，在C語言中叫做運算式。對運算式進行運算所得到的結果，稱為運算式的值。表2.6.1給出了C語言的各種運算符、名稱、優先順序和結合性。

優先級運算符運算符名稱結合性1()[]->.圓括號數組下標運算符指向結構指針成員運算符取結構成員->（自左向右）2!～++−−－*&sizeof邏輯非反碼（按位取反）加一（自加）減一（自減）取負取地址的內容（指針運算）取地址取位元組數<-（自右向左）表2.6.13*/%乘運算除運算模運算

->4+-加運算減運算->

5<<>>左移右移->6<<=>>=小於小於等於大於大於等於

->優先級運算符運算符名稱結合性7==!=等於不等於->8&按位邏輯與->9^按位邏輯加（異或）->10|按位邏輯或->11&&邏輯與->12||邏輯或->續表13?:條件運算<-14=+=−=*=/=%=>>=<<=&=^=|=賦值運算自反賦值（複合賦值）<-15,逗號運算（順序求值）->運算式的值的數據類型，因運算對象的不同而不同。歸納起來可分為整型、實型和邏輯型。邏輯型數據是只有兩個可能值的數據，這兩個值是：真和假。在C語言中，真用數字1表示，假用數字0表示。因此，邏輯值也可以按整型數看待。

從構成運算式的運算符來看，可以把運算式分成以下幾種。（1）算術運算式：（2）關係運算式：（3）邏輯運算式：（4）條件運算式：（5）賦值運算式：（6）逗號運算式：

3.1.1算術運算符與算術運算式表3.1.1給出了C語言中算術運算符及其運算功能。3.1算術運算符和賦值運算符表3.1.1運算符名稱作用優先級結合性--減1減一運算2<-（從右向左）++加1加一運算-取負取負值*乘乘法3->（從左向右）/除除法%模整除取餘（模運算）+加加法4->-減減法模運算的運算對象（運算元）和運算結果是整型。模運算符“%”是計算兩個整數進行整除後的餘數。運算結果的符號與被除數相同。對於除法運算，需要強調的是，兩個整型數相除時，結果為整數，小數部分丟失。加1運算和減1運算是對變數進行算術運算的。變數可以是整型、字元型、指針型和數組元素。運算結果仍為原數據類型，並存回原運算對象（變數）。在使用加1和減1運算符時，運算符可以放在運算對象的前面，稱為首碼，也可以放在運算對象的後面，稱為尾碼。

例如：

x++;++x;其運算功能都是：

x=x+1;當加1運算和減1運算出現在運算式中時，首碼和尾碼的功能是不同的。在前綴的情況下，其運算規則是：先對運算對象（變數）進行加1運算或減1運算；然後，使用加1或減1後的運算值參加運算式的運算。在尾碼的情況下，其運算規則是：先取運算對象（變數）的值參加運算式的運算，然後進行加1運算或減1運算並存入變數。3.1.2賦值運算符與賦值運算式

C語言中的賦值運算符可分為兩類：賦值運算符和自反賦值運算符（或稱複合賦值運算符）。賦值運算符為“=”。賦值運算符號的作用是：將賦值運算符右邊運算式的值賦予賦值運算符左邊的變數。例如：將運算式：

a+2-b*c/6+c%3的值賦給變數b，則應該這樣使用賦值運算符：

b=a+2-b*c/6+c%3用賦值運算符組成的運算式叫做賦值運算式。賦值運算式的一般形式為：

變數=運算式

賦值運算式的值等於賦值運算符左邊變數的值，也就是右邊運算式的值。

賦值運算符的結合性是自右向左的，運算式：

a=b=c=43.1.3自反賦值運算符

自反賦值運算符也稱為複合賦值運算符，它是在賦值運算符前加上某個其他運算符構成的運算符。自反賦值運算賦共有10個：與算術運算符有關的有5個，與位運算符有關的有5個。下麵先介紹算術自反賦值運算符，它們是：+=−=*=/=%=

上述運算符的運用可寫成如下的一般形式：

變數OP=運算式

例如：

a+=8等效於運算a=a+(8)3.2.1賦值語句電腦程式實質上是由語句的序列構成的，賦值語句主要用來完成數據的加工處理任務。賦值語句有如下兩種格式：

變數=運算式;變數OP=運算式;

3.2賦值語句和注釋語句所有C語句都是以分號結束的。對於第一種格式的賦值語句，其功能是：計算運算式的值，然後賦予變數。對於第二種格式的賦值語句，其功能是：將變數和運算式進行指定的運算後，將獲得的值賦予變數。3.2.2注釋語句

注釋語句只是為程式加的注解或說明文字，對程式的編譯和執行不產生任何影響。注釋語句的格式是：

/*注釋/字元集合*/

或

/*注釋字元集合注釋字元集合*/系統函數很多，也稱為系統庫函數。這些庫函數分別定義在擴展名為“h”的各個系統檔中，這些檔稱為頭檔。要在程式中使用某個系統函數，用戶必須在程式的開頭寫出如下的包含命令：3.3輸入輸出語句

#include"頭檔案名.h"

或

#include"<頭檔案名.h>"本節介紹4個用於輸入和輸出的系統庫函數，它們是函數putchar()、getchar()、printf()和scanf()。這些函數的定義包含在頭檔“stdio.h”中。如果編程時要使用上述的輸入輸出函數，應先將該頭檔，用包含命令寫在本程式的開頭：

#include"stdio.h"3.3.1字元輸出函數putchar()

字元輸出函數的調用格式為：

putchar(ch);其中的ch是一整型或字元型函數參數，它可以是變數，也可以是常量。函數的功能，是將參數ch的值，按ASCII碼所對應的字元輸出到標準輸出設備（顯示器）當前游標位置。函數的返回值是對應ch的字元。3.3.2字元輸入函數getchar()字符输入函数的调用格式为：

getchanr();

它的功能是从标准输入设备（键盘）上接收一个字符。此函数没有参数。它的返回值就是读取的字符，因此，可以用一个整型或字符型变量来接收函数的返回值。例如，有字符型变量ch，則語句：

ch=gechar();

接收輸入的字元並存儲到變數ch中。 用戶從鍵盤輸入數據時，數據被送入記憶體中專門開闢的緩衝區。當程式執行上面的輸入語句時，輸入函數從緩衝區讀區數據。當緩衝區空時，等待用戶輸入。用戶輸入數據並按回車鍵後，數據被送入緩衝區。例3.3.1putchar()函數和getchar()函數的簡單應用程式。

#include<stdio.h> /*包含命令*/

main()/*主函數*/{

inta; /*定義整型變數a*/charb; /*定義字元型變數b*/

a=getchar();/*鍵盤輸入字元並存入變數a*/b=getchar();/*键盘输入字符并存入变量b*/

putchar(a);/*输出变量a*/putchar('\n');/*输出变量回车换行*/

putchar(b);/*輸出變數b*/putchar(getchar());/*輸出從鍵盤輸入的字元*/}程式的第一行，是包含命令，它包含了為使用輸入輸出函數所需要的頭檔。程式只由一個函數組成，這個函數就是main()函數。函數體由若干語句組成。第一部分是兩個變數定義語句，接下來是兩個輸入語句，接受鍵盤的輸入。最後是4個輸出語句。語句“putchar('\n')；”是輸出一個回車換行，這裏使用了轉義字元'\n'。使後面的輸出從下一行開始。語句

putchar(getchar());

中輸出函數的參數是字元輸入函數，也就是以接受的字元作為輸出函數的參數。因此，此語句的作用是輸出接受到的字元。如果運行程式時，從鍵盤輸入3個字元“ABC”，則程式的輸出應為：

ABC3.3.3格式輸出函數printf()

格式輸出函數printf()的調用格式為：

printf(輸出格式字串,輸出運算式列表);輸出函數printf()的功能是，以自右向左的順序，依次計算輸出列表中各運算式的值，並按格式字元規定的輸出格式，將數據按輸出運算式列表的順序（自左到右）輸出到標準設備（顯示器）上。

例3.3.2

分析下麵程式的輸出。#include<stdio.h>main(){inta;floatb;doubled=12687.3251956;a=1234;b=12687.3251956;printf("1:%d\n",a);printf("2:%10d\n",a);printf("3:%f\n",b);printf("4:%015.4f\n",b);printf("5:%e\n",b);printf("6:%f\n",d);printf("7:%13.11e\n",d);}這個程式的輸出如下：1:12342:12343:12687.3251954:0000012687.32525:1.268733e+046:12687.3251967:1.26873251956e+04請讀者根據程式的輸出格式仔細分析上面的輸出清單，掌握輸出格式的應用。例3.3.3分析下麵程式的輸出，瞭解非格式字元的使用。

#include<stdio.h>main(){inta=1,b=2;printf("a=%d,b=%d,a+b=%d\n",a,b,a+b);}我們來分析程式中輸出語句的格式字串，其中包含了3個輸出格式字元“%d”，表示輸出3個十進位整型數據。3個輸出格式字元依次分別與輸出運算式表中的a,b,a+b3個運算式相對應。在輸出格式字串中還包含有非格式字元：在第一個格式符之前的a=；在第二個格式符之前的b=；在第三個格式符之前的a+b=。這些非格式符是按原樣順序輸出的。根據以上分析可知，這個程式的輸出，也就是輸出語句的執行結果應該是：

a=1,b=2,a+b=33.3.4格式輸入函數scanf()格式输入函数scanf()的一般格式為：

scanf(輸入格式字串，輸入變數地址表);函數的功能是接受從鍵盤按輸入格式字串規定的格式輸入的若干數據，並按輸入變數地址表中變數地址的順序，依次存入對應的變數。實際的輸入輸出過程都是通過記憶體的一個專門緩衝區實現的。例3.3.4格式輸入輸出函數使用舉例。下麵的程式要求用戶輸入一些不同類型的數據，然後輸出。設要求輸入的數據是：

c1='a'i1=123i2=456f1=1.25lx=999dx=1.234我們關心的是如何從鍵盤輸入數據和輸出的格式是怎樣的。程式如下：#include"stdio.h"main(){charc1;inti1,i2;floatf1;longlx;doubledx;

scanf("%c%d",&c1,&i1);scanf("%d,%f",&i2,&f1);scanf("%8ld%5lf",&lx,&dx);

printf("%c%d\n",c1,i1);printf("%d%f\n",i2,f1);printf("%ld%f\n",lx,dx);} 對於輸入語句“scanf("%c%d",&c1,&i1)；”，為使變數c1的值為'a'，變數i1的值為123，可以輸入“a123回車”，或者輸入“a空格123回車”，或者輸入“a回車123回車”。 對於輸入語句“scanf("%d,%f",&i2,&f1)；”，為使變數i2的值為456和變數f1的值為1.25，必須輸入456，1.25，後跟回車。根據格式以逗號作為2個數據之間的間隔。對於輸入語句“scanf("%8ld%5lf",&lx,&dx);”，為使變數lx的值為999，變數dx的值為1.234，可以這樣輸入數據：999空格1.234。使用空格作為2個數據的間隔，是因為變數lx的格式規定的寬度大於實際寬度，所以用了空格結束lx數據的輸入。對程式中3條輸出語句，請讀者自己來分析。最後，上面程式的輸出為：

a1234561.2500009991.234000例3.3.5應用數據寬度格式字元的例子。設有語句：

scanf("%3d%4d",&a,&b);如果輸入1234567給變數a和變數b，它們的值分別是什麼呢？格式輸入函數會自動根據格式“%3d%4d”，為變數a截取3位數據，即123；為變數b截取4位數據，即4567。所以，這個語句執行後有： a=123b=4567

例3.3.6從鍵盤輸入3個字元的程式。用scanf()語句輸入3個字元給3個變數時，3個字元一般要連續輸入，中間不要使用空格或回車，因為空格和回車都會作為字元輸入並賦給相應的變數。程式如下：

main(){charch1,ch2,ch3;scanf("%c%c%c",&ch1,&ch2,&ch3);printf("ch1=%cch2=%cch3=%c\n",ch1,ch2,ch3);}如果希望ch1='a'，ch2='b'，ch3='c'，則應輸入abc後按回車以結束輸入。3.4順序結構程式設計

順序結構的特點是順序地、依次地執行程式中語句序列。在程式的運行過程中，每條語句都必定執行一次，並且只能是執行一次。順序結構的流程圖如第1章圖1.1（a）所示。這一節將分析幾個順序結構的程式例題，從中學習簡單順序結構程式的設計方法。例3.4.1設計計算方程：ax2+bx+c=0的實根的程式。已知該方程式滿足條件：b2−4ac＞0。 一般程式設計的步驟不外乎輸入原始數據，對問題求解和輸出結果這樣一個過程。數據的輸入和輸出，可以很容易地通過相應的函數來完成。剩下的核心問題是求解題目的方法。有了方法，編程就比較容易了。也就是要有一個演算法來解決編程的問題。對於本例題，解該方程的演算法就是公式：

在上面的公式中有一個開平方的運算。在C語言的運算符中是沒有開方運算的，這可以使用系統提供的開平方函數sqrt()。這個函數的參數是雙精度型的被開平方的數據（變數或常量），函數返回的是參數的平方根。Sqrt()函數定義在頭檔math.h，所以在程式中應該有相應的包含命令。

描述演算法的一個很好的工具就是流程圖。根據流程圖寫程式，則要容易得多。對於非常簡單的程式，一般不需要流程圖，作為練習，圖3.1給出本例題的流程圖。根據流程圖寫出程式如下：

#include"stdio.h"#include"math.h"

main(){floata,b,c,x1,x2,d;

printf("Entera,b,c:\n");scanf("%f,%f,%f",&a,&b,&c);

d=sqrt(b*b-4*a*c);x1=(-b+d)/(2*a);x2=(-b-d)/(2*a);

printf("x1=%f,x2=%f\n",x1,x2);}如果輸入a=1.0，b=3.0，c=2.0，則程式的輸出為：

x1=−1.000000,x2=−2.000000例3.4.2使兩個變數的值進行相互交換的程式。設有兩個變數a和b，我們的問題是，將變數a的值賦給變數b，變數b的值賦給變數a。程式的過程還是不外乎：輸入a和b原始數據，數據處理（交換a、b的值），輸出結果（交換後a、b的值）。輸入和輸出大家都很熟悉。問題是怎樣實現兩個數據的交換。一個可能的方法是這樣。定義一個類型與變數a和b相同的變數temp，通過變數temp進行數據交換，其步驟如下：（1）變數a的數據送入變數temp；（2）變數b的數據賦予變數a；（3）變數temp的數據送入變數b。图3.2显示了上述数据交换过程。程式如下：#include"stdio.h"

main(){

inta=10;intb=20;inttemp;

printf("a=%db=%d\n",a,b);

temp=a;a=b;b=temp;printf("a=%db=%d\n",a,b);}如果输入a=10，b=20，則程式的輸出為：

b=20a=10例3.4.3設計一個求4位正整數中各位數字的和的程式。問題的關鍵是如何將一整數x的個、十、百、千位的數字分離出來，這是本問題演算法的核心。下麵介紹一種簡單演算法。x%10的模運算的結果就是所求的個位數，然後，用x/10的整除運算，使十位數出現在個位上，再通過模運算得到十位數。如此計算下去，求得百位和千位數。具體計算步驟如下：第一步，x%10得到x的個位數，存入變數x1；第二步，x=x/10，x%10得到x的十位數，存入變數x2；第三步，x=x/10，x%10得到x的百位數，存入變數x3；

第四步，x=x/10，x%10得到x的千位數，存入變數x4；第五步，各位数字的和：x1+x2+x3+x4。有了上述算法，再在此算法前加上输入数据x的操作，演算法後加上輸出計算結果的操作，就是解決本例題的完整演算法了。根據上述演算法的描述，可寫出下麵的程式：#include"stdio.h"main(){intx,sum; /*定义变量：分别存储原始数据和各位数的和*/

intx1,x2,x3,x4; /*定義變數:分別存儲整數x的個、十、百、千、位數*/

scanf（"%d"，&x）;/*輸入原始數據x*/

關係運算符是用來確定一個量與另一個量之間的關係，

C語言提供六種關係運算符。4.1

關係運算符及關係運算運算式

關係運算的結果是一個邏輯值。邏輯值是一種只有兩個值的量：真和假。關係運算的結果成立，或者說為真（true），則運算結果為1，也就是用1表示真。比較的結果不成立，或者說為假（false），則運算結果為0，也就是用0表示假。例如，關係運算：10＞100 顯然是不成立的，運算式的值為假,實際存儲的數字為0。例4.1.1設有變數定義：

inta=90，b=80;計算下麵關係運算運算式的值：

a>b>=1<=0==1!=0

按照關係運算符的優先順序和結合性，上面運算式的運算順序相當於

((((a>b>)=1)<=0)==1)!=0運算式的值為0。上式的運算過程可以用圖4.1來說明。 例4.1.2下麵的程式應用關係運算符判斷用戶輸入的兩個整型變數數是否相等，並將比較的結果輸出。程式如下：

/*Thisprogramillustratestherelationaloperators.*/#include"stdio.h"main(){

intnum1,num2; /*定義變數*/printf("Entertwonumbers:"); /*提示用戶輸入數據*/

scanf("%d%d",&num1,&num2); /*用戶輸入數據*/printf("num1=%dnum2=%d\n",num1,num2); /*輸出用戶數據*/printf("result=%d\n",num1==num2); /*輸出比較結果*/}程式輸出舉例：Entertwonumbers:22（用戶從鍵盤輸入22）

num1=2num2=2result=1 邏輯運算符用於支持基本邏輯運算。三種邏輯運算符及其意義，如表4.2.1所示。4.2邏輯運算符及邏輯運算式

表4.2.1邏輯運算符名稱優先級結合性!邏輯非2<-（自右向左）&&邏輯與11->（自左向右）||邏輯或12邏輯運算是對邏輯量或運算式進行運算的。邏輯運算的對象可以是數值型的、字元型的，也可以是邏輯量。C語言規定，邏輯運算的運算對象為0時，代表邏輯量假；運算對象為非0時，代表邏輯量真。邏輯運算的結果仍是邏輯量：真或假。

例4.2.1分析下麵運算式的值是什麼？

25>5&&!(8>7)||2<=10

根據上述的關係運算和邏輯運算的意義以及運算符的優先順序，不難知道該運算式的值為真。這可以從圖4.3清楚地看出。

例4.2.2設有如下變數定義：

charch='A';/*ch的值是65*/

intk1=65,k2=97;计算下面表达式的值：

k1+32==k1&&k2==ch

上式的計算過程相當於：

((k1+32)==k2)&&(k1==ch)第一步運算k1+32=97；第二步運算97==k2結果為真；第三步運算k1==ch結果為真；第四步運算1&&1結果為真；所以，整個運算式的值為1（真）。例4.2.3編寫程式，求25&&10，25||10的邏輯值。程式如下：

#include<stdio.h>main(){intx=25,y=10;printf("x=%dy=%dx&&y=%d\n",x,y,x&&y);printf("25||10=%d\n",25||10);}程式的輸出有如下的形式：

x=25y=10x&&y=125||10=1

關於邏輯運算，有一點要特別說注意：當對兩個運算式進行邏輯與運算時，若前一個運算式的值為假，則不再進行後一個運算式的計算，整個運算式的值肯定為假。同樣，當對兩個運算式進行邏輯或運算時，若前一個運算式的值為真，整個運算式的值肯定為真，也不再進行後一個運算式的計算。例如，運算式10>12&&(a=a+1)中前一個運算式的值為0（假），整個運算式的值為0，不進行後面運算式“a=a+1”的計算，a的值保持不變。又如，表達10<121||(a=a+1)中前一個運算式的值為1（真），整個運算式的值為0，不進行後面運算式“a=a+1”的計算，a的值保持不變。4.3選擇語句

選擇語句是用於構造選擇程式結構的語句。4.3.1單分支if選擇語句單分支if選擇語句是形式最簡單的if條件轉移語句，它的格式如下：

if(運算式)語句;本語句的功能是，首先計算“運算式”的值，如果運算式的值為真，則執行“語句”，否則不執行，而是轉去執行本語句後面的語句。單分支if語句的流程圖如圖4.4所示。圖4.4單分支if語句的流程if語句中表達式可以任何類型的C運算式。其中語句也可以是任何語句，包括另一個if語句（稱嵌套if語句）；也可以是由若干語句組成的一個組語句。在這種情況下，這組語句需要用花括弧“{}”括起來。

例4.3.1編寫程式，求輸入的整數的絕對值並將其輸出。整個程式的思路可歸結為以下三步：（1）輸入整數a；（2）求a的絕對值並存入a；（3）輸出a。求a的絕對值的簡單方法就是：如果a是負數，再對它取一次負就變為正數了。按照這個思路，不難寫出如下的程式：

#include"stdio.h"main(){inta,a1;scanf("%d",&a);a1=a;

if(a<0)a=-a;printf("|%d|=%d\n",a1，a);}

如果輸入整數−5，則程式輸出|−5|=5。4.3.2雙分支if_else選擇語句if_else語句的格式為:

if(運算式)語句1;

else語句2;

語句的功能是，首先計算運算式的值，如果為真，則執行語句（塊）1，否則執行else後面的語句（塊）2。上述功能如圖4.5所示。圖4.5雙分支if_else選擇語句流程例4.3.2比較用戶輸入的兩個整數的大小。若輸入的第一個數大於第二個數，則顯示：

first>second

否則，顯示：

first<=second最後，顯示：

Alldone!顯然，這是一個有兩個分支的程式。用圖4.6的流程圖說明編程的思想。

圖4.6例4.3.2程式的流程圖根據流程圖可寫出程式如下：#include<stdio.h>main(){intfirst,second;

printf("Entertwonumbers:");scanf("%d%d",&first,&second);

if(first>second)printf("first>second");elseprintf("first<=second");

printf("Alldone!");}例4.3.3用雙分支if語句重新編寫例4.3.1的程式。可以利用一個分支處理變數a為正數的情況，如令x=a。用另一個分支初處理變數a為負數的情況，如令x=−a。最後輸出結果。下麵給出程式：

#include"stdio.h"main(){inta,x;scanf("%d",&a);if(a>0)x=a;elsex=-a;printf("|%d|=%d\n",a,x);}4.3.3多分支結構如果在if選擇語句的一個或兩個分支語句中，還包含有if語句，則稱這種結構為“if語句的嵌套”。利用if語句的嵌套，可以構成多個分支的選擇結構程式。例4.3.4編寫一程式，進行十進位數、八進制數和十六進制數之間的轉換。程式首先給出一個菜單，供用戶選擇所要求的數制轉換。

菜單的形式如下：Convert:1:decimaltohexadecimal（十進位數轉換為十六進制數）2:hexadecimaltodecimal（十六進制數轉換為十進位數）3:decimaltooctal（十進位數轉換為八進制數）4:octaltodecimal（八進制數轉換為十進位數）5:octaltohexadecimal（八進制數轉換為十六進制數）6:hexadecimaltooctal（十六進制數轉換為八進制數）並提示用戶輸入數制轉換類型：

Enteryourchoice:

用戶通過輸入數字（1～6）選定所要轉換類型，然後程式提示用戶輸入待轉換的數，例如：

Enteradecimalvalue:

輸入數據後，程式輸出換算的結果。根據題意可知，本程式應該有六個分支語句塊分別處理六種不同情況數制的轉換。在每個分支中數制之間的轉換，可通過函數printf()的格式控制字元實現。十進位數用格式字元“%d”輸出。八進制數用格式字元“%o”輸出，十六進制數用格式字元“%x”輸出。

下麵給出程式清單：

#include<stdio.h>main(){intvalue,choice;

printf("Convert:\n"); /*输出菜单*/

printf("1:decimaltohexadecimal\n");printf("2:hexadecimaltodecimal\n");printf("3:decimaltooctal\n");

printf("4:octaltodecimal\n");printf("5:octaltohexadecimal\n");printf("6:hexadecimaltooctal\n");

printf("Enteryourchoice:"); /*输入菜单选择*/

scanf("%d",&choice);if(choice==1){

printf("Enteradecimalvalue:");scanf("%d",&value);printf("%dinhexadecimalis%x\n",value,value);}elseif(choice==2){printf("Enterahexadecimalvalue:");scanf("%x",&value);printf("%xindecimalis%d\n",value,value);}elseif(choice==3){printf("Enteradecimalvalue:");scanf("%d",&value);printf("%dinoctalis%o\n",value,value);}elseif(choice==4){

printf("Enteraoctalvalue:");scanf("%o",&value);printf("%oindecimalis%d\n",value,value);}elseif(choice==5){printf("Enteraoctalvalue:");scanf("%o",&value);printf("%oinhexadecimalis%x\n",value,value);}

elseif(choice==6){printf("Enterahexadecimalvalue:");scanf("%x",&value);printf("%xinoctalis%o\n",value,value);}elseprintf("Invalidselection.\n");}我們看到，本程式通過六個if_else_if結構的語句，構成了七個分支的多分支程式。根據if語句的執行流程，當第一個if語句的條件（choice==1）為真時，執行它後面的語句塊：進行十→十六的轉換，輸出結果後，程式運行結束。否則，運算式為假時，通過else分支進入第二個if語句。若運算式（choice==2）為真，執行它後面的語句塊：進行十六→十的轉換，輸出結果後，程式運行結束。否則，運算式為假時，跳過它後面的語句塊，執行下一個if語句，等等。以此類推，一直執行到第六個if語句。如果用戶輸入的數字不是在1～6中，則執行程式最後一行的else語句。下麵是程式的一次運行輸出實例（十進位數轉換為十六進制數）。程式開始運行後顯示采單：

Convert:1:decimaltohexadecimal;2:hexadecimaltodecimal;3:decimaltooctal;4:octaltodecimal;

5:octaltohexadecimal;6:hexadecimaltooctal;Enteryourchoice:1（輸入1）

Enteradecimalvalue:255（輸入255）

輸出如下的計算結果：

255inhexadecimalisff

一般情況下，只要在一個if語句中包含有另一個if語句就是if語句的嵌套，組成的就是多分支的選擇結構程式。例如，下麵也是一種多分支的選擇結構：

if(運算式)

if(運算式){語句}

else{語句}

elseif(運算式){語句}

else{語句}C語言對語句在程式中書寫形式沒有嚴格的要求。一行可以寫多個語句，也可以把一個語句寫在兩行裏。一個語句可以從一行的頭開始寫，也可以從一行的某個位置開始寫。為了使嵌套結構清楚、醒目並避免產生錯誤的理解，建議各層嵌套的語句採用不同的縮進書寫形式，如上面所寫的那樣。必要時，使用花括弧也會使是程式的嵌套結構顯示得更清晰。例4.3.5分析下麵的多分支語句：

if(a>b)if(b>5)c=0;elsec=1;

在這個語句中含有兩個if和一個else。從語句的書寫形式上，分支結構不是很清楚。可能產生兩種不同的理解。第一種理解是：如果(a>b)並(b>5)，則執行c=0；否則，(a>b)不成立，則執行c=1。這種理解是把else與第一個if配為一對。用縮進格式表達上述理解時，可把語句寫成如下的形式：

if(a>b)if(b>5)c=0;elsec=1;第二種理解是：如果(a>b)並(b>5)，則執行c=0；否則，(a>b)成立，(b>5)不成立，則執行c=1。這種理解是把else與第二個if配對。用縮進格式表達上述理解時，可把語句寫成如下的形式：

if(a>b)if(b>5)c=0;elsec=1;

第一種理解是把else與第一個if配對；第二種理解是把else與第二個if配對。哪種理解是正確的呢？C語言的規定：在if嵌套語句中，一般從最內層開始，else與它前面最近的if配成一對。根據“else與它前面最近的if配對”的原則，這裏的else應該是與第2個if配對，就是第二種理解是合乎C語法規則的。語句的功能應該這樣理解：如果a>b成立，並且b>5，則把0賦給變數c；如果a>b成立，但b>5不成立，則把1賦給變數c。如果這不是我們所要表達的意思。我們要表達的是：如果a>b成立，並且b>5，則把0賦給變數c；如果a>b不成立，則把1賦給變數c。這時，else要與第一個if配對。我們應該這樣寫：

if(a>b){if(b>5)c=0;}elsec=1;

這裏花括弧是必須的。4.3.4多分支開關語句switch在許多情況下，switch語句非常適合構造多分支選擇結構程式。switch語句的一般格式為：

switch(運算式){

case常量運算式1: 語句(塊)1

break;case常量運算式2: 語句(塊)2

break;……case常量運算式n: 語句(塊)n break;default: 語句(塊)n+1}

switch語句的執行過程如下：

首先，計算switch後圓括號內的運算式的值，然後，用這個值逐個與各case的常量運算式i的值進行比較。當找到與其相等（匹配）的case時，就執行該case中的語句（塊）i，如果在語句（塊）i中有break語句，便退出該switch語句。如果沒有break語句，則在執行完某個語句（塊）i後，連續執行其後的語句（塊），直到遇上另一個break語句，結束switch的執行，或者一直執行到最後的語句（塊），然後，結束switch語句的執行。switch語句的上述功能如圖4.8所示。

圖4.8switch語句的流程例4.3.6分析下麵應用switch語句程式的輸出。

#include"stdio.h"main(){intc;scanf("%d",&c);switch(c){

case1:printf("case1\n");break;case2:printf("case2\n");break;case3:printf("case3\n");case4:printf("case4\n");break;default:printf("default\n");}}輸入1，則程式輸出：case1（執行break語句，退出switch，程式結束）輸入2，則程式輸出：case2（執行break語句，退出switch，程式結束）輸入3，則程式輸出：case3（沒有break語句，連續執行下後邊的case）輸入3，則程式輸出：case4（執行break語句，退出switch，程式結束）

輸入4，則程式輸出：case4（執行break語句，退出switch，程式結束）輸入1～4以外的數，如6，則程式輸出：default（退出switch，程式結束）。

4.4選擇結構程式設計

本節將通過一些例題，進一步練習選擇結構程式的編程技術。例4.4.1用戶從鍵盤輸入三個整數，找出並輸出其中數值最大的那一個。如果其中有一個以上的最大數（兩數相等的情況），也要表示出來。因為程式要多次進行兩個數的大小比較才能找出其中的最大值，所以這是一個多分支的選擇結構的程式。我們要特別注意各語句中if和else的配對關係和相應的縮進書寫形式。程式如下：

#include<stdio.h>main(){inta,b,c;printf("Enter3numbers:");scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);if(a>b){

if(a>c)printf("max.a=%d\n",a);elseif(a==c)printf("max.a=c=%d\n",c);elseprintf("max.c=%d\n",c);}elseif(a==b){if(a>c)printf("max.a=b=%d\n",a);elseif(a==c)printf("a=b=c=%d\n",c);elseprintf("max.c=%d\n",c);}elseif(b>c)printf("max.b=%d\n",b);elseif(b==c)printf("max.b=c=%d\n",b);elseprintf("max.c=%d\n",c);}程式的輸出有如下的形式：

Enter3numbers:132（132是用戶的輸入）

max.b=3（程式的輸出）

需要強調指出的是，任何合法的Ｃ運算式都可以作為if語句的條件運算式。運算式中，關係操作符和邏輯操作符並不是絕對必要的。只要運算式的值是0，就認為條件為假，非0就認為是真。請看下麵的例子。例4.4.2用戶從鍵盤輸入兩個整數，進行除法運算。其中變數dividend是被除數，divider是除數，result是商。要求當除數（divider）為0時，輸出資訊“Can'tdividedbyzero.”，不進行計算。如果除數不為0，則進行除法運算並輸出計算結果。程式中用

if(divider)判斷除數是否是0。這裏運算式divider不是什麼關係運算式，也不是邏輯運算式，甚至也不是算術運算式。就是由一個變數組成的運算式。但是利用0代表假，非0代表真這一規則，因此，可以用作if語句的判斷條件。程式如下：#include<stdio.h>{main()

floatdividend,divider,result;

printf("Entertwofloatnumbers:");scanf("%f%f",÷nd,÷r);

if(divider){result=dividend/divider;printf("result=%f",result);}

elseprintf("Can'tdividedbyzero.");}

當然，也可以把上面程式中的if(divider)寫成下麵的關係運算式的形式：

if(divider!=0)

但這種形式不如前一種形式更為簡單。

在if語句的條件運算式中也可以出現賦值運算式，如if(x=y)。但不要與相等的比較運算（x==y）相混淆。前者是賦值運算式，後者是關係運算式。請看下麵的例子。例4.4.3判斷兩整型數的和是否小於0的程式。程式中使用了如下的if語句：

if((z=x+y)<0)其中的z=x+y是賦值運算式。它與z==x+y的意義是不同的。程式如下：

#include<stdio.h>main(){intx,y,z;

printf("Entertwonumbers:");scanf("%d%d",&x,&y);

if((z=x+y)<0)printf("Thesumisnegative.\n");elseprintf("Thesumispositive.\n");}default是switch語句中的一個任選的分支，在語句中是可用可不用部分。但是，使用它可能產生很好的效果。在實踐中，它一般用在處理不能與所有的case相匹配的情況。例如，鍵盤輸入錯誤的數字，則在找不到匹配case後，便執