第一章 C语言开篇

1.1 计算机组成

1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机"电子数字积分计算机"（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学问世。

计算机（俗称电脑）堪称是人类智慧的结晶，随着计算机的不断发展，各行各业的正常运转基本都离不开计算机，计算机为人们的日常生活带来了快捷和方便。那么作为一个时时刻刻都在跟计算机打交道的"程序猿"，对计算机又了解多少呢？下面让我们一起来学习计算机的组成及工作原理吧。

计算机由硬件系统 和软件系统所组成。

硬件系统由 运算器、控制器、运算器（Datapath）存储器、输入设备、输出设备5大部件组成

运算器（Datapath）

运算器的功能是对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工处理。

控制器（Control）

是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内存与外设的访问等

运算器和控制器都集成在一颗称之为CPU的中央处理单元芯片上：

存储器（Memory）

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据 。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。存储器分为内存和外存。

内存：

外存：

输入设备

输入设备是计算机的重要组成部分，输入设备与输出设备合称为外部设备，简称外设，输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标、磁带机、磁盘机、光盘机等。

输出设备
输出设备与输入设备同样是计算机的重要组成部分，它把计算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输出出来。常用的输出设备有显示器、打印机、磁带、光盘机等

2.软件系统

软件系统可以分为：系统软件 和应用软件

1.2计算机语言

1、软件(程序)是指令的集合

2、程序就是用计算机语言来编写或者开发的。

3、计算机语言总的来说分为 机器语言，汇编语言，高级语言三大类，而这三种语言也恰恰是计算机语言发展历史的三个阶段。

1946年2月14日，世界上第一台计算机ENAC诞生，使用的是最原始的穿孔卡片。这种卡片上使用的语言是只有专家才能理解的语言，与人类语言差别极大，这种语言就称为机器语言（使用 0和1 的二进制码）。机器语言是第一代计算机语言。这种语言本质上是计算机能识别的唯一语言，人类很难理解。以后的语言就是在这个的基础上简化而来。

计算机语言发展到第二代，出现了汇编语言。汇编语言用助记符代替了操作码，用地址符号或标号代替地址码。这样就用符号代替了机器语言的二进制码。汇编语言也称为符号语言。

当计算机语言发展到第三代时，就进入了"面向人类"的高级语言。高级语言是一种接近于人们使用习惯的程序设计语言。它允许用英文写计算程序，程序中的符号和算式也与日常用的数学式子差不多。

计算机语言发展到今天可以说几乎是形成了"百家争鸣"的局面。

1.3 C语言发展历史及特点

1、1972 年，美国 AT&T 公司贝尔实验室（AT&T Bell Laboratory）的丹尼斯·里奇 为了开发Unix操作系统在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他以 BCPL 的第二个字母作为这种语言的名字，即C 语言。

2、1970到80年代，C语⾔被⼴泛应⽤，从⼤型主机到⼩型微机，从中也衍⽣了C语⾔的很多不同版本。为统⼀C语⾔版本，1983年ANSI 美国国家标准学会（ American National Standards Institute）成立了⼀个委员会来制定C语⾔标准。1989年C语⾔标准被批准，这个版本的C语⾔标准通常被称为ANSI C。⼜由于这个版本是 89 年完成制定的，因此也被称为 C89。后来 ANSI 把这个标准提交到 ISO，1990 年被 ISO 采纳为国际标准，称为 ISO C。⼜因为这个版本是1990年发布的，因此也被称为C90。

3、C语言发展时间轴

1.4 C语言的应用

1、 C语言应用场景

系统软件开发
- 操作系统：UNIX、Windows、Linux。
- 驱动程序：比如主板驱动、显卡驱动、摄像头驱动。驱动一般是用C语言和汇编语言写的，C++在这方面稍弱。
- 数据库：SQL Server、Oracle、MySQL、DB2。
应用软件开发
- 办公软件：WPS。
- 图形图像多媒体：Photoshop、Mediaplayer。
- 嵌入式软件开发：在嵌入式平台（比如：路由器、导航仪、机顶盒、手机、工控设备、汽车电子等）上进行的应用软件开发。
- 游戏开发：2D、3D 游戏。CS 整个游戏的引擎全部是用纯C写的

2、C语言在所有编程语言中的江湖地位

1.5 手把手教你搭建C语言开发环境

Jetbrains旗下产品之一，主要用来开发C/C++

1、 CLion的安装

Clion下载
- windows版本下载地址：Download CLion: A Smart Cross-Platform IDE for C and C++ (jetbrains.com)
- macOS版本下载地址：下载 CLion：适用于 C 和 C++ 的智能跨平台 IDE (jetbrains.com)
- Linux版本下载地址：下载 CLion：适用于 C 和 C++ 的智能跨平台 IDE (jetbrains.com)
安装

双击下载的安装包

点击"Next"进入下一步

选择CLion的安装路径，注意：不要选择带中文的路径，点击"Next"进入下一步

勾选所有选项，然后点击"Next"进入下一步

点击"Install"

耐心等待

勾选"I want to manually reboot later"，点击"Finish"完成安装

安装完毕后，回到电脑桌面，运行程序

选择"Do not import settings"然后点击"OK"

CLion是需要付费的，但是我们可以选择免费使用30天

点击"Continue"

2、MinGW的安装

CLion虽然已经安装完毕，但是还不具备程序编译和调试功能
下载MinGW：MinGW-w64 - 适用于 32 位和 64 位 Windows - 浏览 /工具链针对 Win64/Personal Builds/mingw-builds SourceForge.net
注意：千万不要点绿色按钮去下载！！！

往下拉，一直拉到下面的界面，然后点击"x86_64-posix-sjlj"就可以下载压缩包了。

安装包下载完后，拷贝至C盘并且解压

3、配置CLion

打开CLion后鼠标点击"Customize"，然后点击"All settings"进入设置界面

在设计界面搜索栏输入"toolchains"搜索工具链选项，然后点击"+"，并且选择"MinGW"

在"Environment"栏填入刚刚解压的MinGW64的路径，然后CLion会自动帮你填上所有你该填的东西，点击OK，等调试的小虫子变绿就可以了。

当然，也会出现无法检测成功的情况，这时候就需要手动填写啦。

Make填入路径：

C:\x86_64-8.1.0-release-posix-sjlj-rt_v6-rev0\mingw64\bin\mingw32-make.exe

C Compiler填入路径：

C:\x86_64-8.1.0-release-posix-sjlj-rt_v6-rev0\mingw64\bin\gcc.exe

注意：gcc.exe就是用来编译C语言程序的编译器

C++ Compiler填入路径：

C:\x86_64-8.1.0-release-posix-sjlj-rt_v6-rev0\mingw64\bin\g++.exe

注意：g++.exe是用来编译C++程序的编译器

Debugger一般会自己填入，如果没有可以手动填：

C:\x86_64-8.1.0-release-posix-sjlj-rt_v6-rev0\mingw64\bin\gdb.exe

注意：gdb.exe是用来调试C/C++程序的调试工具

然后点击OK，等一段时间就可以了。

4、使用CLion创建C语言项目

点击"New Project"

选择"C Executable"，然后在"Location"选项中点击右侧的文件夹图标选择项目需要创建的路径，然后给项目命名，在这里我给项目命名为"test"，最后点击"Create"

1.6 第一个C语言程序

 #include <stdio.h>

  int main(){    
        printf("hello world\n");
        return 0;      
 }

下面我们一起来看看这个简单的C语言程序包含了哪些内容？

程序的第1⾏ #include<studio.h> 是预处理器指令，告诉 C 编译器在实际编译之前要包含stdio.h 这个头⽂件。
第3⾏ int main() 是主函数，程序从这⾥开始执⾏，最后也从这里结束。main函数是C程序的入口和出口。
第4行是调用C语言中的printf函数，其功能是将"hello world"显示在屏幕上。
第5行return 0 表示主函数返回0，结束主函数的执行（主函数执行完毕则代表程序运行结束啦）。

1.7 程序的编译及运行

1、计算机只识别二进制0和1 ：计算机都是大规模集成电路机，是采用大规模和超大规模的集成电路作为逻辑元件的。电路的状态只有通和断两种情况，也叫高电平 和低电平，计算机用1和0描述这两种状态

2、用c语言编写的代码是不能够直接运行的，需要转换成计算机所识别的二进制代码，这个转换过程我们称之为" 编译器"

3、编译器是一个可执行程序：你还记得配置CLion时选择的"gcc.exe"文件吗？

4、使用CLion编译和运行C程序

点击CLion菜单栏中"Build"，然后在弹出的选项中点击"Build test"编译程序

点击CLion菜单栏中的"Run"，然后再弹出的选项中点击"Run test"运行程序

程序运行结果

5、注意：为了避免有些同学从入门到放弃，关于C程序编译的详细步骤和原理我们放到后面做专题进行讲解。学习是一件循序渐进的事情，等到大家经过一段时间的学习对C语言比较熟悉后我们再讲解这些深奥的知识点时，大家才能够更好的可理解和掌握，这样才能够真正的融会贯通。

1.8 C语言的注释

C语言中有两种注释方式，分别为：

单行注释

以//开始、以换行符结束的单行注释

//这是单行注释

多行注释

以/*开始、以*/结束的块注释

 /*
    这是第一行注释
    这是第二行注释
 */

2、注释的使用注意事项

多行注释尽量写在被注释的语句之上，例如:

/*
这是第一行注释
这是第二行注释
*/
printf("我是一条被注释的可执行语句^_^");
单行注释可以写在被注释的语句之上，也可以写在被注释的语句之后，例如:

//单行注释在上面
printf("我是一条被注释的可执行语句^_^"); //单行注释在后面
但是！但是！但是！如果你以后是在银行的操作系统上进行C语言程序开发，请一定一定一定要将单行注释写在被注释的语句之上！因为银行使用的是AIX操作系统（类Unix操作系统），该操作系统上的C语言编译器不支持将注释写在后面这种语法！