无解的博客

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wxvirus2022-07-05
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如何生产一个程序 ​

第一阶段: 编程 ​

编程就是使用计算机能理解的语言来描述解决问题的方案.

编程的具体过程

假设我们需要编写一个程序,计算圆的面积

  1. 分析问题
    • 需要什么输入?半径
    • 需要做什么计算?面积=π*半径²
    • 需要什么输出?面积的数值
  2. 设计解决方案
    • 提示用户输入半径
    • 读取用户输入的半径
    • 使用公式计算面积
    • 显示计算结果
  3. 编写代码
c
#include <stdio.h>

int main() {
    float radius, area;
    const float PI = 3.14159;

    // 提示用户输入
    printf("请输入圆的半径: ");

    // 读取用户输入
    scanf("%f", &radius);

    // 计算面积
    area = PI * radius * radius;

    // 输出结果
    printf("圆的面积是: %.2f\n", area);

    return 0;
}

第二阶段: 编译 - 翻译成计算机语言 ​

编译的详细过程

  • 预处理: 这是编译的第一步,预处理器会处理所有以#开头的指令,比如 #include <stdio.h>,把stdio.h文件里的内容复制到当前文件中.
  • 编译: 把预处理后的 C 语言代码翻译成汇编语言,汇编语言比机器语言容易理解一些,但仍然很接近硬件.这就像把中文先翻译成英文,为进一步翻译做准备.
  • 汇编: 把汇编语言翻译成机器语言,生成目标文件(.obj或者.o文件).这就像把翻译好的各个章节装订成一本完整的书.
  • 链接

编译工具的使用

通常我们使用集成的开发环境 IDE 来简化编译过程

命令行编译

bash
gcc -o circle_area circle_area.c

这条命令告诉 GCC 编译器,把circle_area.c编译成名为circle_area的可执行文件.

第三阶段: 执行 ​

编译完成后，我们得到了一个可执行文件，我们还需要点击执行。

执行过程的详解

  • 加载：当你双击可执行文件的时候，操作系统会把程序从硬盘加载到内存中。这就像把一本书从书架上取下来，打开准备阅读。操作系统会为程序分配内存空间，包括：
    • 代码段：存储程序的指令
    • 数据段：存储全局变量和静态变量
    • 堆：用于动态分配内存
    • 栈：用于存储局部变量和函数调用信息
  • 创建进程：操作系统会为程序创建一个进程，分配一个PID进程 ID，并在进程表中记录相关信息，这就像给每个正在做菜的厨师分配一个工作台和工具。
  • 开始执行：CPU 开始执行程序的指令，对我们的圆形的面积计算程序：
    • 先执行printf("请输入圆的半径: ");在屏幕上显示提示信息
    • 然后执行scanf("%f", &radius);等待用户输入
    • 然后用户输入数据之后，执行area = PI * radius * radius;进行计算
    • 最后执行printf("圆的面积是: %.2f\n", area);显示结果

调试 Debugging - 发现和修复错误 ​

程序很少能一次性完美运行，通常需要经过调试过程来发现和修复错误。

  • 语法调试：修复编译时发现的语法错误
  • 逻辑调试：程序能够运行，但结果不正确，需要检查算法逻辑是否准确
  • 运行时调试：程序在某些情况下会崩溃或产生异常，需要找出导致问题的原因

C 语言简单代码解析 ​

c
#include <stdio.h>

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

注意：include是一个关键字，不能拼错，#是英文符号的，后面的<可以换成"，里面是对应的一个包含的一个文件stdio.h

如果是windows下安装了mingw64的可以使用everything搜索一下stdio.h，里面会有很多内容，常见的printf就在里面。

代码的第二行是一个空行，空行是不受影响的。

int main()，int是一个返回值类型，对应return 0需要返回一个整型的数据。main()函数现在是没有参数的，或者在括号里面写void，也是代表没有参数的。

花括号是配对的，花括号里面是真正的执行的逻辑的代码。

printf能够在终端里打印出内容进行展示

\n是换行符

分号是在c语言里代表的一个语句的结束，即这一行代码的写完了，即这一行可以进行翻译为对应的机器码交给计算机来执行。

所有的英文符号都必须是对应的英文符号，中文符号肯定是不行的。

数据类型 ​

整型数据类型 ​

  • int
  • short
  • long
  • long long

浮点型数据类型 ​

  • float：单精度浮点数，精度有限但够用，它通常能够提供 6-7 位有效数字的精度
  • double：双精度浮点数，精度更高，它通常能提供大约 15-16 位有效数字的精度，大多数情况下来使用double来处理小数
  • long double：扩展精度浮点数，精度最高，这个基本上用不到，且在不同系统中具体实现可能不同

字符型数据类型 ​

  • char 类型用来存储单个字符，比如字母A，数字5，标点符号!等。需要注意的是，字符要用单引号括起来，比如'A'，而不是"A"
  • 在计算机内部，字符实际上是以数字形式存储的，每个字符都有对应的数字编码，比如字母'A'对应的数字是 65，这套编码标准叫做ASCII码，这就像每个汉字都有一个拼音编码一样，计算机用数字来编码字符。

构造数据类型 ​

  • 数组类型
  • 指针类型：就像是地址标签，它不直接存储数据，而是存储数据的地址
  • 结构体类型：允许我们把不同的类型的数据组合在一起
  • 联合体类型：允许不同类型的数据共享同一块内存空间，就像一个多功能房间，有时候当卧室使用，有时候当客厅使用，但同一时间只能有一种用途。
  • 枚举类型：表示一组有限的选择，比如一周的七天，一年的十二个月，交通灯三种颜色，让程序更容易维护。

自定义数据类型 ​

使用typedef关键字来定义自己的数据类型，这就像给数据类型起别名一样，让程序更容易理解。

c
typedef int StudentAge; // 定义学生的年龄类型
typedef float StudentHeight; // 定义学生的身高类型

这样在程序中使用 StudentAge和StudentHeight就更容易理解这些变量的用途。

数据在内存中的存储 ​

字节和位的概念 ​

位：bit，是计算机中最小的数据单位，它只能存储 0 或 1 这两个值，这就像一个开关，只有开和关两种状态。位的英文是 bit 实际上是binary digit二进制数字的缩写

字节：byte，由 8 个连续的位组成，是计算机中基本的存储单位。一个字节可以存储 256 种不同的值，从 00000000 到 11111111，也就是十进制的 0 到 255。为什么是 8 个位呢？这是历史上形成的标准，8 个位恰好可以表示一个英文字符。

不同类型的数据的存储空间 ​

字符型 char

char类型通常占用 1 个字节的空间，一个字节的 8 个位可以表示 256 种不同的值，这足够表示所有的ASCII字符，包括大小写字母、数字、标点符号等。

整型

  • short通常占用 2 个字节 16 位，可以表示 65536 种不同的值，如果是有符号的，范围则是 -32768 到 32767；如果是无符号的，则是 0-65535
  • int在现代系统重通常占用 4 个字节，32 位，可以表示约 42 亿种不同的值
  • long的大小取决于系统，在 32 位系统通常是 4 个字节，64 位系统里通常是 8 个字节
  • long long通常占用 8 个字节 64 位，可以表示非常大的数值范围

浮点型

  • float通常占用 4 个字节
  • double通常占用 8 个字节

浮点数的存储比整数复杂的多，它分为 3 个部分：符号位、指数位、尾数位

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