C/C++程式設計範例教本

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C/C++程式設計範例教本
陳會安
第1章程式語言與C語言的基礎
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1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
程式語言的基礎
程式設計技術的演進
程式是如何執行
C語言的基礎
C應用程式開發環境的建立
1-1 程式語言的基礎

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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
世代
程式語言
第一世代
機器語言（Machine Languages）
第二世代
組合語言（Assembly Languages）
第三世代
高階語言（High Level Languages）
第四世代
應用程式產生的語言（Application-Generation Languages）或
查詢語言（Query Languages）
第五世代
邏輯導向語言（Logic-Oriented Languages）
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）。
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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

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1-2-1
1-2-2
1-2-3
1-2-4
非結構化程式設計
程序式與結構化程式設計
模組化程式設計
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

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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）

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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」（ Generalpurposes）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
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C程式語言的主要特點，如下所示：
• C是一種結構化程式語言，擁有高階程式語言的撰寫風
格，但也擁有低階程式語言。
• C是一種非常普遍的程式語言，目前大多數的作業系統
都提供C語言的編譯程式和標準函式庫，使用C語言開
發的應用程式可以很容易移植到其它的作業系統。
• 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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MSDOS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
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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
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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：
•
•
•
•
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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：
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•
•
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。

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