第01课 · 程序设计和C语言

教材第1章《程序设计和C语言》｜ 时长：2h ｜ 日期：10/17

📖 背诵清单（先背这个，再往下看）

下面 4 块是第 1 章要背的全部内容，忠于教材，完整列出。先背熟，再进入后面的理解讲解。

1. 程序的定义

程序，是为完成某一项任务而编写的、计算机能执行的有序指令集合（指令序列）。

2. 计算机语言（三级）

• 机器语言：由 0 和 1 组成的二进制代码指令，是计算机唯一能直接识别和执行的语言。
• 汇编语言：用助记符（如 ADD、SUB）代替二进制指令的语言，需翻译成机器语言后才能执行。
• 高级语言：接近自然语言（英文）的编程语言，易学易用，需编译成机器语言后执行。

3. C 语言的主要特点（8 条）

1. 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。
2. 运算符丰富。
3. 数据类型丰富。
4. 具有结构化的控制语句，用函数作为程序的模块单位，便于实现模块化。
5. 语法限制不太严格，程序设计自由度大。
6. 允许直接访问物理地址，能进行位（bit）操作，能实现汇编语言的大部分功能，可直接对硬件进行操作。
7. 生成的目标代码质量高，程序执行效率高。
8. 用 C 语言编写的程序可移植性好。

4. C 程序的结构（4 条）

1. 一个 C 程序由一个或多个函数组成，其中必须有且只有一个 main 函数（主函数）。
2. 程序总是从 main 函数开始执行，无论 main 函数写在程序的什么位置。
3. 每条语句以分号 ; 结尾。
4. #include <stdio.h> 是预处理指令，用来包含头文件（把标准输入输出函数"拿进来"）。

课前一句话

这节课只解决一件事：搞明白"程序"到底是什么，然后亲手写出你人生第一个 C 程序。学完你就能理解下面这 6 行代码为什么长这样。

一、先补地基：计算机是台"只会照做的机器"

在讲 C 语言之前，先建立一个最底层的认识：

计算机很笨，但很快。它不会思考，只会一字不差地照着你写的"步骤清单"去做。

打个比方：计算机就像一个新来的厨师学徒——他厨艺为零，但你给他一张写得清清楚楚的菜谱，他就能一步步做出菜来。你写程序，就是给这个学徒写菜谱。

• 菜谱里写什么，他就做什么；写错一个字，他就做错一道菜。
• 他不会"猜"你的意思，只会照做。

这个认识很重要，后面你遇到一切"程序报错"，根源都是：你写的"菜谱"里有计算机看不懂或做不了的一步。

二、什么是程序（📖 要背）

一句话：程序，就是指挥计算机完成某个任务的一串指令（步骤）。

拆开讲：

• "程" = 过程、流程；"序" = 顺序、次序。合起来就是"有顺序的过程"。
• 程序 = 一系列按顺序排列的、计算机能执行的指令。

举例子：早上起床的程序可以写成：

1. 睁眼
2. 下床
3. 刷牙
4. 洗脸
5. 吃早饭

这就是一个"程序"——它是给人看的步骤。C 语言程序，就是把这套步骤写成计算机能看懂的话。

程序设计 = 设计这份"步骤清单"的过程。核心不是打字，而是想清楚步骤。

三、什么是计算机语言（📖 要背）

一句话：计算机听不懂人话，人和计算机之间需要一种"中间语言"，这就是计算机语言。

为什么需要它：

• 计算机底层只认 0 和 1（机器语言），但人没法直接写 0 和 1。
• 所以有了高级语言：用接近人类习惯的英文单词来写，再由一个"翻译官"翻给计算机听。

计算机语言分三类（考试爱考，记这张表）：

C 语言属于高级语言。

顺便拆个词：以后你会反复看到 "编译" 这个词。它 = 把高级语言写的程序，翻译成计算机能执行的机器语言的过程。翻译官叫编译器。

四、C 语言的特点（📖 要背）

C 语言是 1972 年诞生的，到今天快 50 年了还是程序员的核心语言。它的特点（背这几个就够）：

1. 简洁紧凑、灵活方便：总共只有 32 个关键字（后面会逐个认识）。
2. 运算符丰富：能直接做很多运算。
3. 数据类型丰富。
4. 能直接操作内存和硬件（这是 C 强大的根源，也是"指针"那一章的伏笔）。
5. 效率高、可移植性好：写的程序换个机器基本也能跑。

一句话记住：C 语言 = 长得像高级语言，能力接近机器语言，所以既好写、又强大。

五、你的第一个 C 程序（⌨️ 要写代码）

先直接看完整代码，别怕，我会一行一行拆：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

运行它，屏幕上会输出一行字：

Hello, World!

现在逐行拆解，这是这节课的重点：

第 1 行：#include <stdio.h>

拆分名字（你最爱的方法）：

• std = standard（标准）
• io = input / output（输入 / 输出）
• .h = header（头文件）

合起来：stdio.h = 标准输入输出头文件。

它是干嘛的：C 语言自己不带"打印到屏幕"的功能，这些功能被装在仓库里。stdio.h 就是那个仓库的"清单"，里面登记了 printf 等函数。第 1 行 #include 的意思是"把这个清单拿进来"，这样后面用 printf 时，计算机才认识它。

生活比喻：#include <stdio.h> 就像你进厨房前先喊一声"把调料柜拉过来！"，不然炒菜时拿不到盐。

第 2 行：int main()

拆分名字：

• main = 主要的（主函数）
• int = integer（整数）

它是干嘛的：main 是程序的入口——程序一运行，就从 main 这里开始执行，就像一本书从第 1 页开始读。每个 C 程序有且只有一个 main 函数。前面的 int 表示这个函数最后要返回一个整数（配合第 6 行理解）。

第 3、5 行：{ 和 }

这对花括号是"函数的身体"。{ 和 } 之间的内容，就是 main 这个函数要干的事。

比喻：{ 和 } 像一个抽屉，抽屉里装的是"步骤清单"。

第 4 行：printf("Hello, World!\n");

这是全程序唯一真正干活的一行。

拆分名字：

• print = 打印
• f = formatted（格式化）

合起来 printf = 按格式打印。

拆开看这行的三部分：

1. printf(...) —— 调用"打印"这个功能。
2. "Hello, World!\n" —— 引号里的，是要打印的文字。
3. \n —— 一个特殊记号，叫换行符，作用=让光标跳到下一行。\ 是"转义"的意思，n = newline（新行）。

末尾的 ;（分号）：它叫语句结束符，表示"这句话说完了"。C 语言里每条语句末尾都要写 ;，忘了写就报错——这是新手第一大坑。

记住口诀：引号里 = 文字，原样打印；引号外 = 代码，真的执行。

第 6 行：return 0;

• return = 返回。
• 0 表示"正常结束"。

这行是告诉操作系统："我跑完了，一切正常。" 呼应第 2 行的 int（函数要返回一个整数，这里就返回了 0）。

六、C 程序的结构（📖 要背）

从上面这个程序，能总结出一个 C 程序的标准结构（考试常考）：

预处理指令（#include …）   ← 拿工具/清单
函数定义（int main …）      ← 程序入口
{                          ← 函数体开始
    语句;                    ← 干活的步骤
    语句;
    return 0;
}                          ← 函数体结束

四个要点：

1. 一个 C 程序由若干个函数组成，其中必须有且只有一个 main 函数。
2. 程序从 main 函数开始执行。
3. #include <stdio.h> 等预处理指令写在最前面。
4. 每条语句以 ; 结尾。

七、让程序会"打印数字"（⌨️ 要写代码，体现一个知识点）

刚才只打印了文字，现在看个新知识点：%d 占位符。

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("我今年 %d 岁\n", 20);
    return 0;
}

输出：

我今年 20 岁

这行代码体现的知识点：printf 的引号里，%d 是一个占位符（占着位置不打印），它会在打印时被逗号后面的那个数（20）替换掉。

• %d 的 d = decimal（十进制整数），所以 %d = "这里放一个整数"。
• 逗号后面的 20 就是那个整数。

比喻：%d 像试卷上的填空题空格，20 就是填进空格的答案。几个 %d，就要在逗号后面跟几个数。

八、书上题目（📝 重点，考试可能抽题）

第 1 章的题目偏概念 + 简单写程序，我挑重点的讲：

题 1（概念）：什么是程序？什么是程序设计？ 答：程序是计算机执行某个任务的一串有序指令；程序设计就是设计、编写这份指令的过程（想清楚步骤）。

题 2（概念）：为什么需要计算机语言？高级语言有什么特点？ 答：因为计算机只懂 0/1 机器语言，人需要中间语言沟通。高级语言的特点：接近人类自然语言、易学易用、需要编译后才能运行、可移植性好。

题 3（写程序）：编写程序，输出 Hello world!

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello world!\n");
    return 0;
}

解析：这就是第六节那个程序的翻版，只是把 Hello, World! 换成 Hello world!，末尾有没有逗号、大小写，都要一字不差，否则输出就不对。

题 4（写程序）：编写程序，分两行输出你自己的姓名和学号。 思路：用两个 printf，每个末尾带 \n 换行。

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("姓名：张三\n");
    printf("学号：20260001\n");
    return 0;
}

解析：第 4 行打印完 姓名：张三 后，\n 把光标换到下一行，所以第 5 行的 学号 出现在新的一行。如果去掉 \n，两句话会挤在同一行——这正是 \n 的作用。

九、运行 C 程序的步骤与方法（教材 1.5，p11–12）📖

写了 .c 文件不等于能运行。教材把上机过程分成 4 步：

1. 上机输入和编辑源程序：键盘输入 → 改正录入错误 → 存成 .c 源程序文件（如 f.c）。
2. 对源程序进行编译：先由预处理器处理 #include 等预处理指令（把 stdio.h 的内容读进来，取代 #include <stdio.h> 行），再由编译器检查语法。有错就发出"出错信息"，改完再编译，直到没有语法错误；然后生成二进制目标程序 .obj（如 f.obj）。
3. 进行连接处理：一个程序可能包含多个源程序文件，编译是以源程序文件为对象的，一次编译只能得到一个目标模块。必须把所有目标模块连接装配起来，再与函数库连接成一个整体，生成可执行程序 .exe（如 f.exe）。连接由"连接编辑程序"完成。
4. 运行可执行程序，得到运行结果。

教材图 1.2 的流程可以压缩成一句话：

编辑 → 编译 → 有错？──是──→ 改源程序，重新编译
                │否
                ↓
              连接 → 执行 → 结果正确？──否──→ 检查逻辑，改源程序
                                    │是
                                    ↓
                                   结束

考点两类错误要分清：

• 语法错误：编译阶段就能发现（漏分号、括号不配对、变量没定义），编译器会报错，程序根本生成不了 .exe。
• 逻辑错误：编译能过、也能运行，但结果不对（公式写错、赋值写反）。这类错误要靠调试（debug）和测试（test）发现。

教材的例子很典型：把 b = a; 错写成 a = b;，语法没问题、能通过编译，但结果与预期不符——这是逻辑错误。再如求 c = b / a，当 a=4, b=2 时结果 0.5 正确；但 a=0 时就无法求出——说明程序对某些数据正确、对另一些数据不正确，还有漏洞，需要设计多组测试数据去测。

调试 = 通过上机发现和排除程序中故障的过程。
测试 = 设计多组测试数据，检查程序对不同数据的运行情况，尽量发现漏洞并修改，使之适用于各种情况。

十、程序设计的任务（教材 1.6，p13–14）📖

教材给"程序设计"下的定义是：从确定任务到得到结果、写出文档的全过程。不是"敲代码"这一个动作。

一般经历以下 6 个工作阶段：

1. 问题分析：研究所给条件，分析最后应达到的目标，找出解决问题的规律，选择解题的方法。过程中可以忽略次要因素，使问题抽象化（例如用数学式子表示问题的内在特性）——这就是建立模型。
2. 设计算法：设计出解题的方法和具体步骤。一般用流程图表示解题步骤。
3. 编写程序：根据得到的算法，用一种高级语言编写出源程序。
4. 对源程序进行编辑、编译和连接，得到可执行程序。
5. 运行程序，分析结果：能运行不等于正确，要对结果进行分析。发现结果不对就要调试；调试出正确结果后还要测试（多组数据），确认程序对各种情况都适用。
6. 编写程序文档：正式提供给用户使用的程序，必须提供程序说明书（用户文档），内容包括程序名称、功能、运行环境、安装和启动、需要输入的数据、使用注意事项等。

教材的一个结论：软件 = 计算机程序 + 程序文档。商品软件光盘里既有程序，也有使用说明（help / readme）。

考点程序设计 ≠ 写代码：写代码只是第 3 步；前面的"分析问题、设计算法"和后面的"调试、测试、写文档"同样算程序设计。

十一、书上题目补充（第 5–7 题，p14）📝

第 1 章的 7 道习题里，前面第 1–4 题已在上面讲过，这里补上第 5–7 题：

第 5 题（编程）：编写一个 C 程序，运行时输出以下图形（五行五列的星号图案）。

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("*****\n");   // 第 1 行：5 个星号，然后换行
    printf("*****\n");   // 第 2 行
    printf("*****\n");   // 第 3 行
    printf("*****\n");   // 第 4 行
    printf("*****\n");   // 第 5 行
    return 0;
}

解析：这就是 5 条 printf，每条打印 5 个星号加一个 \n。题目要练的是"一条语句负责一行"的对应关系。

第 6 题（编程）：运行时输入 a、b、c 三个值，输出其中最大者。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a, b, c, max;
    scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);   // 从键盘读入三个整数
    max = a;                          // 先假设 a 最大
    if (b > max) max = b;             // b 更大就换 b
    if (c > max) max = c;             // c 更大就换 c
    printf("max=%d\n", max);          // 输出最大者
    return 0;
}

解析：if 语句第 4 章才正式讲，这里先"照猫画虎"：先假定第一个最大，再依次和后面的数比，谁大就把谁记成 max。这是"求最大值"的通用套路，第 5、6 章还会反复用。

第 7 题（操作）：用 Visual Studio 对 C 程序进行编辑、编译、连接和运行。

你机器上是 Visual Studio 2022，操作与教材的 2010 版基本一致：

1. 新建"空项目"，命名（如 test1）；
2. 在"源文件"上右键 → 添加 → 新建项 → 选"C++ 文件(.cpp)"，文件名写成 test1.c（扩展名必须是 .c，否则按 C++ 编译）；
3. 输入源程序；
4. 按 Ctrl+F5 编译并运行；有错看"错误列表"，改到 0 错误；
5. 看运行结果，分析是否符合预期。

这三题补齐后，第 1 章书末 7 道习题就全部覆盖了。

🛠 课后练习（只给题不给答案，做完发我判，或上机自验）

🔮 猜输出（先自己猜，再上机验证猜得对不对）

题 1

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello");
    printf("World\n");
    return 0;
}

题 2

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("%d + %d = %d\n", 1, 2, 3);
    return 0;
}

🛠 变式题（独立写，写完上机跑）

题 3（照猫画虎）：写一个程序，输出 Good Morning!

题 4（翻译）：写程序输出一行 我今年20岁，身高175厘米（要求用两个 %d）

题 5（补全）：下面代码想分两行输出"第一行""第二行"，但它现在会挤在一行。补上缺失的那个东西，让它正确换行：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("第一行");
    printf("第二行");
    return 0;
}

🐛 改错题（找出错在哪，并改对）

题 6

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello, World!\n")
    return 0;
}

题 7

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("我今年 %d 岁\n");
    return 0;
}

📈 加练题（你随时喊，我随时追加到这里）

（暂无。想加练就说"再出几道 XX 题"，我出的题会标上日期追加在这块。）

💬 问答区（你问过的问题 + 我的解答）

（暂无。你问的问题和我的解答会按 Q/A 整理进这里。）

该带走的 4 句话

1. 程序 = 指挥计算机干活的一串有序指令，写程序就是写"步骤清单"。
2. C 程序必须有且只有一个 main 函数，程序从 main 开始执行。
3. 引号里 = 文字（原样打印），引号外 = 代码（真的执行）；每条语句结尾别忘了 ;。
4. printf 里的 %d 是占位符，会被逗号后面的数字替换；\n 是换行。

学完这一课，告诉我"下一课"，我们进入第 2 章《算法——程序的灵魂》。如果刚才哪一行还卡着，直接说卡在哪一句 / 哪个词。