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分析第一個C語言程序

編輯:C語言基礎知識
前面我們給出了一段最簡單的C語言代碼,並演示了如何在不同的平台下進行編譯,這節我們來分析一下這段代碼,讓讀者有個整體的認識。代碼如下:
#include <stdio.h>
int main()
{
    puts("C語言中文網");
    return 0;
}

函數的概念

先來看第4行代碼,這行代碼會在顯示器上輸出“C語言中文網”。前面我們已經講過,puts 後面要帶( ),字符串也要放在( )中。

在C語言中,有的語句使用時不能帶括號,有的語句必須帶括號。帶括號的稱為函數(Function)。

C語言提供了很多功能,例如輸入輸出、獲得日期時間、文件操作等,我們只需要一句簡單的代碼就能夠使用。但是這些功能的底層都比較復雜,通常是軟件和硬件的結合,還要要考慮很多細節和邊界,如果將這些功能都交給程序員去完成,那將極大增加程序員的學習成本,降低編程效率。

好在C語言的開發者們為我們做了一件好事,他們已經編寫了大量代碼,將常見的基本功能都完成了,我們可以直接拿來使用。但是現在問題來了,那麼多代碼,如何從中找到自己需要的呢?一股腦將所有代碼都拿來顯然是非常不明智的。

這些代碼,早已被分門別類地放在了不同的文件中,並且每一段代碼都有唯一的名字。使用代碼時,只要在對應的名字後面加上( )就可以。這樣的一段代碼能夠獨立地完成某個功能,一次編寫完成後可以重復使用,被稱為函數(Function)。讀者可以認為,函數就是一段可以重復使用的代碼。

函數的一個明顯特征就是使用時必須帶括號( ),必要的話,括號中還可以包含待處理的數據。例如puts("C語言中文網")就使用了一段具有輸出功能的代碼,這段代碼的名字是 puts,"C語言中文網" 是要交給這段代碼處理的數據。使用函數在編程中有專業的稱呼,叫做函數調用(Function Call)。

如果函數需要處理多個數據,那麼它們之間使用逗號,分隔,例如:

pow(10, 2);

該函數用來求10的2次方。
需要注意的是,C語言中的函數和數學中的函數不是同一個概念,不要拿兩者對比。函數的英文名稱是 Function,它還有“功能”的意思。大陸將 Function 翻譯為“函數”,而台灣地區翻譯為“函式”,讀者要注意區分。

自定義函數和main函數

C語言自帶的函數稱為庫函數(Library Function)。庫(Library)是編程中的一個基本概念,可以簡單地認為它是一些列函數的集合,在磁盤上往往是一個文件夾。C語言自帶的庫稱為標准庫(Standard Library),其他公司或個人開發的庫稱為第三方庫(Third-Party Library)。

除了庫函數,我們還可以編寫自己的函數,拓展程序的功能。自己編寫的函數稱為自定義函數。自定義函數和庫函數在編寫和使用方式上完全相同,只是由不同的機構來編寫。

示例中第2~6行代碼就是我們自己編寫的一個函數。main 是函數的名字,( ) 表明這是函數定義,{ } 之間的代碼是函數要實現的功能。

函數可以接收待處理的數據,同樣可以將處理結果告訴我們;使用return可以告知處理結果。示例中第5行代碼表明,main 函數的處理結果是整數 0。return 可以翻譯為“返回”,所以函數的處理結果被稱為返回值(Return Value)。

第2行代碼中,int 是 integer 的簡寫,意為“整數”。它告訴我們,函數的返回值是整數。

需要注意的是,示例中的自定義函數必須命名為 main。C語言規定,一個程序必須有且只有一個 main 函數。main 被稱為主函數,是程序的入口函數,程序運行時從 main 函數開始,直到 main 函數結束(遇到 return 或者執行到函數末尾時,函數才結束)。

也就是說,沒有 main 函數程序將不知道從哪裡開始執行,運行時會報錯。

綜上所述:第2~6行代碼定義了主函數 main,它的返回值是整數 0,程序將從這裡開始執行。main 函數的返回值在程序運行結束時由系統接收。
關於自定義函數的更多內容,我們將在《C語言函數》一章中詳細講解,這裡不再展開討論。
有的教材中將 main 函數寫作:
void main()
{
    // Some Code...
}
這在 VC6.0 下能夠通過編譯,但在 C-Free、GCC 中卻會報錯,因為這不是標准的 main 函數的寫法,大家不要被誤導,最好按照示例中的格式來寫。

頭文件的概念

還有最後一個問題,示例中第1行的#include <stdio.h>是什麼意思呢?

C語言開發者們編寫了很多常用函數,並分門別類的放在了不同的文件,這些文件就稱為頭文件(header file)。每個頭文件中都包含了若干個功能類似的函數,調用某個函數時,要引入對應的頭文件,否則編譯器找不到函數。
實際上,頭文件往往只包含函數的說明,也就是告訴我們函數怎麼用,而函數本身保存在其他文件中,在鏈接時才會找到。對於初學者,可以暫時理解為頭文件中包含了若干函數。
引入頭文件使用#include命令,並將文件名放在< >中,#include 和 < > 之間可以有空格,也可以沒有。

頭文件以.h為後綴,而C語言代碼文件以.c為後綴,它們都是文本文件,沒有本質上的區別,#include 命令的作用也僅僅是將頭文件中的文本復制到當前文件,然後和當前文件一起編譯。你可以嘗試將頭文件中的內容復制到當前文件,那樣也可以不引入頭文件。

.h中代碼的語法規則和.c中是一樣的,你也可以#include <xxx.c>,這是完全正確的。不過實際開發中沒有人會這樣做,這樣看起來非常不專業,也不規范。

較早的C語言標准庫包含了15個頭文件,stdio.h 和 stdlib.h 是最常用的兩個:
  • stdio 是 standard input ouput 的縮寫,stdio.h 被稱為“標准輸入輸出文件”,包含的函數大都和輸入輸出有關,puts() 就是其中之一。
  • stdlib 是 standard library 的縮寫,stdlib.h 被稱為“標准庫文件”,包含的函數比較雜亂,多是一些通用工具型函數,system() 就是其中之一。

最後的總結

初學編程,有很多基本概念需要了解,本節就涉及到很多,建議大家把上面的內容多讀幾遍,必將有所收獲。

本節開頭的示例是一個C語言程序的基本結構,我們不妨整理一下思路,從整體上再分析一遍:
1) 第1行引入頭文件 stdio.h,這是編程中最常用的一個頭文件。頭文件不是必須要引入的,我們用到了 puts 函數,所以才引入 stdio.h。例如下面的代碼完全正確:
int main()
{
    return 0;
}
我們沒有調用任何函數,所以不必引入頭文件。

2) 第2行開始定義主函數 main。main 是程序的入口函數,一個C程序必須有 main 函數,而且只能有一個。

3) 第4行調用 puts 函數向顯示器輸出字符串。

4) 第5行是 main 函數的返回值。程序運行正確一般返回 0。
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