Transcript 第二章 電腦資料表示法與數字系統

第1章C語言與程式設計簡介
1-1 認識程式語言
1-2 程式設計簡介
1-3 C語言簡介
1-4 C的開發環境
1-5 第一個C程式
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1-1 認識程式語言
「程式語言」，其實就是一種人類用來和
電腦溝通的語言，也是用來指揮電腦運算
或工作的指令集合。
程式語言發展的歷史已有半世紀之久，由
最早期的機器語言發展至今，已經邁入到
第五代自然語言。
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程式語言發展史
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機械語言
機械語言(Machine Language) 是最早期的
程式語言，由1和0兩種符號構成，是電腦
能夠直接閱讀與執行的基礎語言。
任何程式在執行前都必須被轉換為機械語
言。
機械語言可讀性低也不容易維護 。
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組合語言
組合語言(Assembly Language)是一種介於
高階語言及機械語言間的符號語言，不同
CPU要使用不同的組合語言。
組合語言必須經過所謂組譯器。
(Assembler)，將組合語言轉換成機械語言
每一種系統的組合語言都不一樣 。
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高階語言
高階語言(High-level Language) 是相當接
近人類使用語言的程式語言，雖然執行較
慢，但語言本身易學易用，因此被廣泛應
用在商業、科學、教學、軍事等相關的軟
體開發上。
它的特點是必須經過編譯或解譯的過程，
才能轉換成機器語言碼。
高階語言又依照轉換過程可區分為以下兩
種：編譯式語言及解譯式語言。
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編譯式語言
編譯式語言，是一種使用編譯器(Compiler)
將程式碼翻譯為目的程式的語言。
當原始程式每修改一次，就必須重新編譯。
不過經過編譯後所產生的執行檔可直接對
應成機器碼，故可在電腦上直接執行，不
需要每次執行都重新翻譯，執行速度自然
較快。
例如C、C++、VISUAL C++、FORTRAN
語言都是屬於編譯式語言。
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編譯式語言示意圖
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解譯式語言
解譯式語言則是利用解譯器(Interpreter)來
對高階語言的原始程式碼做逐行解譯，每
解譯完一行程式碼後，才會再解譯下一行。
解譯的過程中如果發生錯誤，則解譯動會
立刻停止。
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解譯式語言示意圖
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非程序性語言
「非程序性語言」 (Non-procedural
Language)也稱為第四代語言，特點是它的
指令和程式真正的執行步驟沒有關連。程
式設計者只須將自己打算做什麼表示出來
即可，而不須去理解電腦的執行過程。
例如資料庫的結構化查詢語言(Structural
Query Language，簡稱SQL)就是一種第四
代語言。
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人工智慧語言
稱為第五代語言，或是自然語言（Natural
Language），語法類似一般人的對話。
自然語言在使用者口音、使用環境、本身
特性(如一詞多義)都會造成電腦在解讀時不
同結果與辨識的困難度。
自然語言的發展必須搭配人工智慧(Artificial
Intelligence, AI)理論的演進來進行。
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演算法定義
在韋氏辭典中定義為：「在有限步驟內解
決數學問題的程序。」
應用在計算機領域中，可以把演算法定義
成：「為了解決某一個工作或問題，所需
要有限數目的機械性或重覆性指令與計算
步驟。」
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演算法的五項條件
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常用演算法
一般文字敘述
虛擬語言(Pseudo-Language)
表格或圖形
流程圖
程序語言
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評斷程式語言的四項標準
可讀性(Readability)：閱讀與理解都相當容
易。
平均成本：成本考量不侷限於編碼成本，
還包括了執行、編譯、維護、學習、除錯
與日後更新等成本。
穩定度：所撰寫出來的程式碼穩定性高，
不容易產生邊際錯誤(Side Effect)。
可撰寫性：可針對需求撰寫出相對容易的
程式碼。
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程式設計的五大步驟
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程式碼撰寫原則
適當的縮排
明確的註解
有意義的命名
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適當的縮排
縮排的主要用途是用來區分程式的層級，
使得程式碼易於閱讀。
一般編寫程式時，經常會以Tab鍵(或者空白
鍵)來做為縮排的間距。
幾乎所有的程式開發工具都提供了Tab鍵間
距設定的功能，預設值為4個空白鍵。
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明確的註解
對於程式設計師而言，在適當的位置加入
足夠明確的註解，往往是評斷程式設計優
劣的重要依據。尤其當程式架構日益龐大
時，適時在程式中加入註解，不僅可提高
程式可讀性，更可讓其它程式設計師清楚
這段程式碼的功用。
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有意義的命名
使用有意義的識別字(包括變數、常數、函
數、結構等)命名原則，更對於程式的可讀
性和可偵錯性有相當程度幫助。
避免和該程式語言的保留字(keyword)有所
衝突。
以識別字所被賦予的功能意義來命名。
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結構化程式設計
「結構化程式設計」 (Structured
Programming)的核心精神，就是「由上而
下設計」 與「模組化設計」 。
每一個模組會都具備特定功能，而主程式
則用來組合每個模組來完成最終所要求的
功能。
「模組化設計」的缺點一旦主程式所要求
的功能變動時，則可能牽動許多模組內的
資料與演算法必須同步變動。
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C語言的特點
執行效率高且具低階處理能力
具有高可攜性
.擴充性強
結構化程式設計
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C的開發環境
Visual C++ 2005 Express
C++ Builder
Visual C++
Dev C++
GCC
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C程式的基本架構
前置處理區
程式區塊
程式敘述
程式註解
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前置處理區
C的前置處理區大多以#開頭，是在開始編
譯檔案之前先做的動作。例如「#include」
就是屬於ㄧ種前置處理指令(preprocessor
directive) 。
C內建許多標準函數供我們使用，這些函數
被分門別類放置於副檔名為「.h」的標頭檔
中。
通常除了使用C所提供的內建標頭檔外，也
可以使用各位自訂的標頭檔 。
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程式註解
C的程式註解是以「/*」作開頭，「*/」作
結束，並且可以出現在程式的任何位置。
當編譯器遇到註解中內容時，會採取略過
方式而不會加以編譯。
註解的用法並無一定方式，總之「/*」與
「*/」之間的文字都屬於註解內容，另外註
解也能夠跨行使用。
註解符號的使用不可形成巢狀結構。
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程式敘述
程式敘述式或稱為指令(statement)，指令
所包含的內容相當廣泛，如宣告、變數、
運算式、函數呼叫、流程控制、迴圈等。
C中的每一行陳述句都必須一個分號「;」
作為結束，這是因為編譯器會忽略程式碼
中所有空白與註解內容，只有當編譯器遇
到（;）時，才會判定是該行指令的結束。
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程式區塊
 程式區塊(block)是由{}左右兩個大括弧所組成。
 C程式是一種「自由化格式」(free format)，只要
不違背基本語法，可以自由安排程式碼位置。
 也就是可以將一個指令拆成好幾行，或將好幾行
指令放在一行。
 在同一行指令中，對於完整不可分割的單元稱為
字符(token)，兩個字符間必須以空白鍵、tab鍵或
輸入鍵區隔，而且不可分開。
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C程式開發步驟
從開發一個C程式，直到讓電腦可以執行這
些指令，需要經過「編輯」、「前置處
理」、「編譯」、「連結」、「載入」與
「執行」六個步驟。
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C程式編寫完整流程圖
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第一個C程式：CH01_1
1.
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4.
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10.
11.
/*前置處理區*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
/*主程式區塊*/
int main()
{
printf("第一個C語言程式!!\n");
system("pause");
return 0;
}
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檔案編譯視窗
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CH01_1執行結果
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Main()函數
main()又稱為「主函數」。由於C語言是區
分英文大小寫(case sensitive)的程式語言，
各位也不能寫成MAIN()、Main()等名稱。
main()函數中以「{}」大括號含蓋的範圍稱
為函數主體。
函數宣告時，會在函數名稱前面加上函數
傳回值資料型態，如果函數不傳回值，則
設定其資料型態為「void」。
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