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Textbook: C/C++程式設(shè)計(jì)範(fàn)例教本

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課本提供之 DEV-C++ 用法

課本提供之 C 語言標(biāo)準(zhǔn)函式庫解說

Primary Programming Paradigms  (程式設(shè)計(jì)模式簡介)

• 基本結(jié)構(gòu)化程式設(shè)計(jì)簡介

關(guān)於流程圖 (flowchart)

• Pseudo Code Example

Dev C++ IDE download Dev C++ 用法

C++ Operator Precedence (優(yōu)先順序; 優(yōu)先權(quán)) and Associativity (結(jié)合性)

Escape Sequence

作業(yè)繳交練習(xí)

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Additional Notes:

1. Source Program (原始程式) 也就是你所寫的應(yīng)用程式 (application) 的單一統(tǒng)稱。
   一個 Source Program可能含有很多 (但至少一個) Source Files (原始程式檔)
   • 所謂 Source File 就是一個 xxx.c 或 xxx.cpp (若是 Java 則為 xxx.java) 的原始程式檔，Source File 中的程式碼被稱為 source codes (原始程式碼; 源碼)。
   • 一個 Source File 也可被稱作 translation unit (翻譯單元) 或 compilation unit (編譯單元)。也就是說，Source File 是編譯器 (C/C++ compiler或 Java compiler) 可處理的最小編譯單元。
2. 如何將 C 的原始程式檔編譯成組合語言程式碼 (assembly codes) ?
   • 請?jiān)?MS-DOS 模式下，鍵入「c:\dev-cpp\bin\gcc.exe -S xxx.c」之後，就會產(chǎn)生 xxx.s 的組合語言程式檔。
     • 請注意路徑的問題，可以的話，適當(dāng)?shù)脑谌魏螜n名之前，加入完整路徑。否則會產(chǎn)生無法找到檔案的錯誤。
     • 你可以用記事本來打開此一組合語言程式檔，觀察由編譯器所生的組合語言程式是長怎樣。
   • 若你要組譯一個組合語言程式檔，則也可利用 gcc.exe 來幫你組譯，請?jiān)?MS-DOS 模式下，鍵入「c:\dev-cpp\bin\gcc.exe -o myexe xxx.s」之後，就會產(chǎn)生 myexe.exe 的執(zhí)行檔 。
     • 選項(xiàng) -o myexe 是用來指定要產(chǎn)生的執(zhí)行檔的檔名用的。
   • 雖說 gcc 是一個編譯器，但其實(shí)它是一個集各種系統(tǒng)程式於一身的程式。它含有 preprocessor、compiler、assembler、linker 等功能，但 compiler 還是它的主要角色。
3. 在 C 中，
   • 何謂一個識別字的壽命 (lifetime) ?
     • 何謂儲存空間類別 (storage class) ?
       • External linkage
       • Internal linkage
       • No linkage
   • 識別字的有效範(fàn)圍與其可視性 (Scope and Visibility)
   • Lifetime 與 Visibility 的總結(jié)
4. C/C++ 語言的所有前置處理指令 (Preprocessor Directives)
5. #define 前置處理指令用法
6. EOF (end-of-file) 標(biāo)記: 在 C 語言中，EOF 是一個標(biāo)記用以代表一個檔案結(jié)束的情況，它是一個整數(shù)常數(shù)值，用前置處理指令#define EOF (-1) 來定義，且大部份編譯系統(tǒng)上 EOF 即代表 -1。 通常 EOF 被用在 I/O 系統(tǒng)函式呼叫上面，例如檔案讀取與鍵盤輸入上。當(dāng)鍵盤讀取上產(chǎn)生錯誤、或檔案讀取讀到了檔尾時，就會回傳 EOF 值。不過，若是用在鍵盤輸入上，有另外一種情況也會回傳 EOF 值，即從鍵盤上按下 Ctrl-z 時 (DOS 作業(yè)系統(tǒng))、或者是從鍵盤上按下 Ctrl-z 時 (UNIX 作業(yè)系統(tǒng))。
7. 三維陣列範(fàn)例
8. 遞迴函式 (recursive function) 解說 (階層: 以課本程式範(fàn)例 ch7-5-2.c 為例) | (河內(nèi)塔: 以課本程式範(fàn)例 ch7-5-3.c 為例) | (以費(fèi)伯納西數(shù)列 (Fibonacci Numbers) 為例 )
9. 程式中任何需要「條件運(yùn)算式」的地方 (註: 也就是需要其判斷結(jié)果為「真值」或「假值」的地方)，其可為單一關(guān)係運(yùn)算式，例如: (a >= 10)，或者組合多個關(guān)係運(yùn)算式，例如: ( (a > 5) || (b < 20) )。所以，你可以利用邏輯運(yùn)算子「|| (也就是 OR)」及「&& (也就是 AND)」來組合成一個「邏輯運(yùn)算式」，進(jìn)而形成了一個具多條件判斷的「條件運(yùn)算式」。它們最後的結(jié)果一定要為「真」或「假」。另再次強(qiáng)調(diào)，在標(biāo)準(zhǔn) C 中，並沒有所謂「真 (true)」與「假 (false)」的資料值，取而代之的是，以數(shù)值 「0」代表「假值」，且以「非 0」的數(shù)值代表「真值」; 例如，以下所列出的數(shù)值若用以代表邏輯值的話，都會被看作「真值」:「123」、「-100」、「999」、「0.456」、「-9.123」等。但若要主動地請執(zhí)行中的程式告訴你什麼是真值的話，它會告訴你，就是「1」。
10. 如何看待「 x++」 與「 ++x」 ? 請先觀察下列原始程式檔: (++ 與 -- 可應(yīng)用在整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、或字元上) *若使用在字元上則代表其 ASCIl 碼遞增或遞減*
    

    執(zhí)行結(jié)果:

    基本上，x++ 與 ++x 若是自成一個敘述，則「++」擺在變數(shù) x 的前面或後面皆無妨 (一樣是變數(shù) x 內(nèi)容加 1 )，例如: 「x++;」、「++x;」。但是，若是 x++ 或 ++x 只是一個大敘述中的一小部份，例如上圖中的 11、13、15 行，此時，「++」的位置在前或在後會影響運(yùn)算結(jié)果。「++」的位置在前的，代表本身的動作先看 (先運(yùn)算，即自己加 1 )，然後再看 (或再運(yùn)算) 整個大敘述 (亦即指「被取值」); 相反的，若是「++」的位置在後的，代表整個大敘述先看 (即先運(yùn)算，指「被取值」)，然後再看 (即再運(yùn)算) 本身的動作 (即自己加 1 )。所以，x++ 代表 x 先被取值，然後才 x 本身加 1; ++x 代表 x 本身加 1 ，然後 x 才被取值。當(dāng) x++ 或 ++x 在其所處的敘述中無關(guān)取不取值時，則 ++ 在前或在後皆無妨。

    舉例來說，在上圖第 11 行中，因?yàn)?strong> C 語言中早已規(guī)定了函式裡的參數(shù)傳遞順序為「由右至左」，故系統(tǒng)函式 printf() 中的第三個參數(shù)「++x」會先傳入給 printf()，然後第二個參數(shù)「x」再傳入給 printf()，最後才是字串「"%d, %d\n"」傳給 printf()。 但是因?yàn)榈谌齻€參數(shù)「++x」中，其「++」是放在變數(shù) x 的前面，因此在考慮整體大敘述的運(yùn)算意義之前，變數(shù) x 本身要先運(yùn)算 (即本身加 1)，也就是說，此刻 x 已變?yōu)?strong> 11 了，並把 11 傳入給函式 printf()。再來，緊接著第 2 個參數(shù)準(zhǔn)備要傳給系統(tǒng)函式 printf() 了，因?yàn)橹?strong>第 3 個參數(shù)在傳入 printf() 之前，x 已被加 1 ，故這時準(zhǔn)備將第 2 個參數(shù)傳入時，是傳入 11 給 printf()。所以，最後印出來的結(jié)果是「11, 11」。

    同樣地，在上圖第 13 行中，系統(tǒng)函式 printf() 中的第三個參數(shù)「y」會先傳入給 printf()，然後第二個參數(shù)「++y」再傳入給 printf()，最後才是「"%d, %d\n"」傳給 printf()。 第三個參數(shù)傳入時，「y」為 10。接著，第 2 個參數(shù)「++y」傳入時，因?yàn)椤?+」是放在變數(shù) y 的前面，因此在考慮整體大敘述的運(yùn)算意義之前，變數(shù) y本身要先運(yùn)算 (即本身加 1)，也就是說，此刻 y 已變?yōu)?strong> 11 了，並把 11 傳入給函式 printf()。最後，才是第 3 個參數(shù)要傳給系統(tǒng)函式 printf()。所以，最後印出來的結(jié)果是「11, 10」。

    再來，在上圖第 15 行「z = (++a) + (b++);」中，整個敘述的意義為將 (++a) + (b++) 的結(jié)果指定給變數(shù) z，但是，因?yàn)?strong> (++a) 中的「++」放在變數(shù) a 的前面，所以，在考慮整體敘述運(yùn)算之前，變數(shù) a 本身會先加 1。至於 (b++) 的部份，由於 (b++) 中的「++」放在變數(shù) b 的後面，所以，在整體敘述運(yùn)算之後，變數(shù) b 本身才會加 1。綜合上述，所以變數(shù) z 的值為 21 + 30 = 51。

    最後要注意的是，在一個指定運(yùn)算式 (assignment expression) 中，「++」與「 --」運(yùn)算子最好是只出現(xiàn)在等號右邊，如上圖第 15 行所示。若出現(xiàn)在等號左邊，則會顯得毫無意義 (等號 "=" 為指定運(yùn)算子，其左方運(yùn)算式結(jié)果一定要是左值 "Lvalue")。例如「++x = 100;」，這裡的變數(shù) x 將會永遠(yuǎn)被指定成 100，即使 x 本身是先被加 1，但最後 x 還是被指定成 100。此外，「x++ = 100;」則為錯誤寫法。總而言之，應(yīng)避免在等號的左邊出現(xiàn) "++" 與 "--"。

11. 何謂「左值 (left value; location value; L-value)」與「右值 (right value; R-value)」?
    

    一個運(yùn)算式 (expression) 是由一些連續(xù)的運(yùn)算子 (operator) 與運(yùn)算元 (operand) 所組成，並形成一個計(jì)算後的結(jié)果。一個指定運(yùn)算式 (assignment expression) 有下列的格式: e1 = e2，其中 e1 和 e2 是運(yùn)算式。指定運(yùn)算子 "等號" 的右邊運(yùn)算元 e2 可以是任何的運(yùn)算式。但是，左邊的運(yùn)算元 e1 則必需是 Lvalue 運(yùn)算式，也就是說，它必需是一個可參考到某一個物件個體的運(yùn)算式 (亦即可參考到一個用以儲存資料的記憶體位址)。這裡的 "L" 代表 "left"，也就是指 "指定運(yùn)算子的左邊"。 例:

    int n;

    宣告了一個型態(tài)為 int 的物件個體 (即變數(shù))。若:

    n = 3;

    其中 n 為一個運(yùn)算式 (即整個指定運(yùn)算式的一個子運(yùn)算式) 並參考到了一個物件個體。在這裡運(yùn)算式 n 為一個 Lvalue。另一方面，若:

    3 = n;

    這會產(chǎn)生一個編譯錯誤，因?yàn)樗鼤囍ジ淖円粋€整數(shù)常數(shù) (這不合常理!)。雖然指定運(yùn)算子的左邊運(yùn)算元 3 是個運(yùn)算式，但是它並不是一個左值 (它無法代表一個記憶體位置)，事實(shí)上它是一個右值 (Rvalue)。簡單地說，右值是一個非左值的運(yùn)算式，它並不會參考到任何一個物件個體 (記憶體位置)，它只是單純代表一個資料值。

    指定運(yùn)算子並非唯一需要 Lvalue 的運(yùn)算子，單元運(yùn)算子 (unary operator) & (稱作 address-of 運(yùn)算子) 也是需要一個左值來做為其唯一的運(yùn)算元，亦即，唯有當(dāng) n 是 Lvalue 時，&n 才成為正確的寫法，而且其運(yùn)算結(jié)果也是一個 Lvalue。因此，一個運(yùn)算式，例如 &3，這是一個錯誤的寫法，因?yàn)?strong>常數(shù) 3 並沒有參考到任何一個物件個體 (記憶體位置)，故它是無法被用來定址的。還有，二元運(yùn)算子 (binary operator) "+" 的運(yùn)算結(jié)果則會產(chǎn)生一個 Rvalue。 故:

    m + 1 = n;

    是一個錯誤寫法，運(yùn)算子 "+" 擁有比運(yùn)算子 "=" 還高的優(yōu)先順序 (precedence)，因此這個運(yùn)算式相當(dāng)於:

    (m + 1) = n;

    這也是個錯誤的寫法，因?yàn)?(m + 1) 的結(jié)果是一個 Rvalue。

    另一方面，一個運(yùn)算子也有可能接受 Rvalue 做為其運(yùn)算元，而且產(chǎn)生一個 Lvalue 的運(yùn)算結(jié)果。例如單元運(yùn)算子 "*" 即是如此。

12. 浮點(diǎn)數(shù) (floating-point; 即具有小數(shù)的數(shù)值) 使用上的一些注意事項(xiàng):

    浮點(diǎn)數(shù)根據(jù) IEEE 754 的標(biāo)準(zhǔn)，具有 3 種儲存格式:

    • float precision 格式 (亦稱 single precision; 單精準(zhǔn)度; 即 C 中的 float 資料型態(tài)): 利用 32 位元來儲存浮點(diǎn)數(shù)。
    • double precision 格式 (倍精準(zhǔn)度; 即 C 中的 double 資料型態(tài)): 利用 64 位元來儲存浮點(diǎn)數(shù)。
    • double-extended precision 格式 (延伸倍精準(zhǔn)度; 即 C 中的 long double 資料型態(tài)): 利用至少 80 位元來儲存浮點(diǎn)數(shù)。
      
      下圖為 float precision 的儲存格式 (32 bits):
      
      
      
      其中，bit 31 為符號位元 (sign bit)，「0」代表正號，「1」代表負(fù)號。
      
      bit 23 到 bit 30 為指數(shù)欄位 (exponent field)，總共 8 個位元。這個欄位使用「excess-127碼」來儲存以 2 為底的指數(shù)，也就是說，先將真正的指數(shù)再加上 127 之後，才會存入此欄位中。例如，若指數(shù)為 0，則將 0+127 = 127 (也就是二進(jìn)位的 01111111) 存入此欄位中。下圖中列出了一些原始指數(shù)值經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成了 excess-127 碼的例子。
      
      
      bit 0 到 bit 22 為尾數(shù)欄位 (mantissa field; 亦稱為 significand field; 有效數(shù)欄位、或 fraction field; 小數(shù)欄位)，總共 23 個位元。資料存入這個欄位之前，需經(jīng)過正規(guī)化的運(yùn)算。
      
      舉例來說，將十進(jìn)位浮點(diǎn)數(shù) +2.25 存入 float precision 的浮點(diǎn)數(shù)格式時，會先將 +2.25 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的浮點(diǎn)數(shù)表示法，變成「+10.01」(見下圖)。
      
      下圖列舉出一些二進(jìn)制小數(shù)點(diǎn)之下，每一位位元所代表的十進(jìn)位值之轉(zhuǎn)換:
      
      
      
      然後將此表示法 「+10.01」予以正規(guī)化 (normalozation) 使變成小數(shù)點(diǎn)左方只有且必需有一個位元值「1」，例如，變成了「+1.001x 2¹」。此時，因?yàn)榇藬?shù)值為正數(shù)，所以 sign bit 為「1」。然後，將「1.001」中小數(shù)點(diǎn)與其左方的位元值 1去除之後，剩下的「001」就是 mantissa 欄位值。最後，因?yàn)槠錇?u> 2 的 1 次方，故以 2 為底的指數(shù)值為 1，但因?yàn)橐?excess-127 碼來存入，故要先將 1 加上 127 (= 128; 即 10000000)，再將 128 (10000000) 存入 exponent 欄位。
      
      經(jīng)由上述的運(yùn)算之後，浮點(diǎn)數(shù) +2.25 以 float precision 格式 (單精準(zhǔn)) 來儲存時的 32 位元內(nèi)容值即為:
      
      0 10000000 00100000000000000000000
      
      
      關(guān)於正規(guī)化的解說，請往下看:
      
      其他的一些轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)格式的例子，如下圖所示:
      
      
      
      至於其他兩種浮點(diǎn)數(shù)格式的儲存方式，與上述 float precision 格式相似，但欄位長度不同，如下表所示: (其中的 bias (偏) 即為要額外加到真正指數(shù)的一個數(shù)值)
      

    floating-point format	Sign field	Exponent field	Fraction field	Bias
    Single Precision	1 [bit 31]	8 [bit 30 到 bit 23]	23 [bit 22 到 bit 00]	127 (excess-127 碼)
    Double Precision	1 [bit 63]	11 [bit 62 到 bit 52]	52 [bit 51 到 bit 00]	1023 (excess-1023 碼)
    Double-extended Precision	1 [bit 79]	15 [bit 78 到 bit 64]	64 [bit 63 到 bit 00]	16383 (excess-16383 碼)

    以下提供一些浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換工具的超連結(jié):

    • 10 進(jìn)位浮點(diǎn)數(shù) (Decimal Floating-Point Numbers) 轉(zhuǎn)換成 IEEE-754 32 位元與 64 位元 16 進(jìn)位表示法
    • IEEE-754 32 位元 16 進(jìn)位表示法 (Hexadecimal Representation) 轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)位浮點(diǎn)數(shù) (Decimal Floating-Point Numbers)
    • IEEE-754 64 位元 16 進(jìn)位表示法 (Hexadecimal Representation) 轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)位浮點(diǎn)數(shù) (Decimal Floating-Point Numbers)

    二進(jìn)制實(shí)數(shù)如何轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制實(shí)數(shù) ? 見下圖例子:
    
    
    
    其他二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的一些例子:

    
    但是在現(xiàn)實(shí)生活中，一般出現(xiàn)的十進(jìn)位實(shí)數(shù)數(shù)值並不會如上表這麼單純 (例如: 單純的十進(jìn)位實(shí)數(shù)如 5/16 就是二進(jìn)位實(shí)數(shù)的 0.0101，它可以完全地被以二進(jìn)位來表示)。但是，如同我們之前所提過的，有些十進(jìn)位實(shí)數(shù)是無法正確地被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)位實(shí)數(shù)表示法的。以下，以十進(jìn)位實(shí)數(shù)數(shù)值 0.2 (即 1/5) 為例，我們來看看它是如何被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)位實(shí)數(shù)表示法 (我們只看 mantissa 尾數(shù)的部份) :

    
    
    
    
    下面提供一個 C 程式的例子，說明浮點(diǎn)數(shù)在使用上的一些注意事項(xiàng):

    
    執(zhí)行結(jié)果如下圖:

    

    說明:
    
    

首先，在 A 部份 (第 5 行到第 11 行):

因?yàn)?strong> 1.25 以 float 來儲存於記憶體中，其 32 位元的內(nèi)容為:

0 01111111 01000000000000000000000

又 1.25 以 double 來儲存於記憶體中，其 64 位元的內(nèi)容為:

0 01111111111 0100000000000000000000000000000000000000000000000000

由此可知，1.25 剛好可以正確地被用二進(jìn)位表示出來。因此，當(dāng)?shù)?8 行做 "相等" 的比較時，將會同時以 double 型態(tài)來做比較 (原為 float 型態(tài)的會被暫時轉(zhuǎn)換成 double 型態(tài))，因此當(dāng) 32 位元的 1.25 (float 型態(tài))被轉(zhuǎn)成 64 位元的 double 型態(tài)時，變成了:

0 01111111111 0100000000000000000000000000000000000000000000000000

其中，在上一行裡，紅色部份為轉(zhuǎn)換型態(tài)之後 (被擴(kuò)大了)，被補(bǔ)充上去的資料。因此，比較完之後，比較兩邊雙方確實(shí)完全相等，因此印出了「1」(真值)。

再來，我們看 B 部份 (第 13 行到第 19 行):

因?yàn)?strong> 1.27 以 float 來儲存於記憶體中，其 32 位元的內(nèi)容為:

0 01111111 01000101000111101011100

又 1.27 以 double 來儲存於記憶體中，其 64 位元的內(nèi)容為:

0 01111111111 0100010100011110101110000101000111101011100001010010

由此可知，1.27 無法被正確地以二進(jìn)位來完整地表示出來 (上面的 float 格式的 mantissa 部份由於只能表示 23 個位元，但事實(shí)上，後面還有很多位元無法被表現(xiàn)出來)。因此，當(dāng) 1.27 被以 float 的格式儲存到記憶體時，它是取最接近 1.27 的數(shù)值來儲存 (大約是 1.2699999809265137); 相同的情況也發(fā)生在 double 格式時，上圖的 d2 變數(shù)的執(zhí)行結(jié)果印出了 1.270000000000000000..... 的原因乃是因?yàn)?printf() 在輸出時會自動為浮點(diǎn)數(shù)做必要的進(jìn)位，事實(shí)上 d2 並不剛好等於 1.27。當(dāng)?shù)?16 行做 "相等" 的比較時，也是一樣，將會同時以 double 型態(tài)來做比較 (原為 float 型態(tài)的也會被暫時地轉(zhuǎn)換成 double 型態(tài))，因此當(dāng) 32 位元的 1.27 (float 型態(tài))被轉(zhuǎn)成 64 位元的 double 型態(tài)時，變成了:

0 01111111111 0100010100011110101110000000000000000000000000000000

其中，在上一行裡，紅色部份為轉(zhuǎn)換型態(tài)之後 (被擴(kuò)大了)，被補(bǔ)充上去的資料。因此，比較完之後，比較兩邊雙方確實(shí)不相等，因此印出了「0」假值)。

最後，我們看 C 部份 (第 21 行到第 29 行):

因?yàn)?strong> 1.2700001 (即變數(shù) a) 以 float 來儲存於記憶體中，其 32 位元的內(nèi)容為: (rounded; 即進(jìn)位後結(jié)果)

0 01111111 01000101000111101011101

又 1.27000001(即變數(shù) b) 以 float 來儲存於記憶體中，其 32 位元的內(nèi)容為: (rounded; 即進(jìn)位後結(jié)果)

0 01111111 01000101000111101011100

而 1.27 (即變數(shù) c) 以 float 來儲存於記憶體中，其 32 位元的內(nèi)容為: (rounded; 即進(jìn)位後結(jié)果)

0 01111111 01000101000111101011100

由此可知，1.2700001 與 1.27000001 也是一樣無法被正確地以二進(jìn)位來完整地表示出來 (上面的 float 格式的 mantissa 部份由於只能表示 23 個位元，但事實(shí)上，後面還有很多位元無法被表現(xiàn)出來)。因此，當(dāng) 1.2700001 被以 float 的格式儲存到記憶體時，它是取最接近 1.2700001 的數(shù)值來儲存 (大約是 1.2700001001358032); 相同的情況也發(fā)生在 1.27000001 的 float 格式時。當(dāng)?shù)?25 行做 "相等" 的比較時，由上面所列出來的二進(jìn)位表示法可以得知，變數(shù) a 與變數(shù) c 確實(shí)不相等，因此印出了「0」假值)。同時，當(dāng)?shù)?26 行做 "相等" 的比較時，變數(shù) b 與變數(shù) c 確實(shí)相等，因此印出了「1」這個真值)。

如此一來，你可以看出來為何 (1.2700001 != 1.27) 但是 (1.27000001 == 1.27) 的原因所在了。因此，在相當(dāng)注重浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的應(yīng)用程式中，要特別小心使用浮點(diǎn)數(shù)。