智能程序设计（C语言）

程序设计与C语言入门

计算机学院    杨已彪

yangyibiao@nju.edu.cn

提纲

  • 什么是计算机

  • 计算机与编程语言

  • 什么是程序设计语言

  • 算法: 计算机如何工作 (找最高分)

  • 编程思维与本课程地图

  • 为什么学习C语言 (答案在第二节课揭晓)

思考: 问题1

问题1：计算机和计算器有什么区别？

问题1 的答案: 为什么计算机什么都能做？

  • 区别1: 存储——计算机有内存与外存, 可长期保存海量数据; 计算器只能暂存几个数

  • 区别2: 可编程——计算器的功能固化在硬件里; 计算机装什么程序, 就能做什么事

  • 区别3: 处理的信息——文本、图像、声音、视频; 计算器只会数值运算

  • 点睛: 打开计算器 App, 计算机就能当计算器用, 计算器却永远变不成计算机

  • 彩蛋: 计算器其实也是一种小计算机——区别不在"有没有芯片", 而在"程序能不能换"

程序是计算机的灵魂——我们要学的, 就是怎么给这台万能机器写指令

什么是计算机

程序跑在哪？——计算机。先认识这台机器:

计算机: 由硬件和软件组成, 用于接收、处理和存储数据的电子设备

  • 硬件：输入设备、输出设备、存储设备、CPU、内存、主板等物理组件

  • 软件：操作系统、应用程序等，执行各种任务

计算机如何工作

程序在这台机器上跑, 靠的是五个环节:

  • 输入：键盘、鼠标、摄像头等接收数据和指令

  • 处理：CPU 执行指令，进行数据处理和计算

  • 存储：内存临时存储正在处理的数据；存储设备长期保存信息

  • 输出：显示器、打印机、扬声器等呈现处理结果

  • 控制：操作系统和应用程序管理硬件资源，协调各组件

编程: 使用特定的编程语言编写指令, 控制计算机执行上述任务

为什么需要高级语言

怎么指挥这台机器？它只懂 0 和 1 组成的机器指令——语言是这样一步步进化来的:

语言 长这样 问题/特点
机器语言 10110000 00001100
00101100 00000101		 难记、易错、依赖具体机器
汇编语言 MOV AL,12D
SUB AL,5D		 助记符好记了, 但仍与机器绑定
高级语言 result = 12 - 5; 接近自然语言和数学与机器无关

  • 高级语言写的代码需要翻译才能执行——这个"翻译官"就是编译器

  • 好处: 易学易用、易读易调试、可移植(换台机器不用重写)

  • C 是高级语言中离硬件最近的一个: 既好用, 又高效

什么是程序设计语言

人类交流 → 机器交流

  • 人类要交流需要语言（中文、英文）

  • 人和计算机交流也需要"语言"——程序设计语言

对比：自然语言 vs 程序语言

  • 自然语言灵活但有歧义

    • 如: 南京市长江大桥——是"南京市 · 长江大桥", 还是"南京市长 · 江大桥"?

  • 程序语言严格、无歧义，让机器可以准确执行

程序设计语言，就是人类和计算机沟通的工具

程序能做什么

程序是计算机的灵魂, 那程序能做什么?

  1. 排序一组成绩/批改试卷/统计单词个数等
  2. 游戏、微信、自动驾驶背后都是程序
思考: 问题2

程序这么能干, 是怎么"想"出来的？先看一个小问题:

问题2：给全班 100 个同学的成绩，怎么让计算机找出最高分？

提示: 你不能让它"看一眼"，只能一步步指挥它

算法: 找最高分

  • 问题2 的答案: 人扫一眼就能找到最高分, 但计算机不能"看"

  • 计算机的做法:

  1. 假设第一个成绩是最高分
  2. 逐个比较剩下的成绩
  3. 遇到更大的就替换
  4. 比较完, 剩下的一定是最高分

  • 启示: 人觉得简单的事, 计算机需要一个算法

  • 程序 = 算法 + 数据

计算机如何工作: 找最高分

把刚才的算法放回机器的工作流程, 每一步对应哪个环节?

  1. 输入: 逐个读入成绩
  2. 处理: 与当前最高分比较, 更大就替换
  3. 存储: 记住当前最高分 (内存)
  4. 输出: 比较完, 打印最高分
编程思维

回头看"找最高分"的步骤, 写程序需要的东西全在里面:

  • 结构: 顺序 (一步步执行)、判断 (if: 更大就替换)、循环 (重复比较, 直到比完)

  • 数据: 存储——记住当前最高分 (变量)

  • 设计: 分解——大问题拆成小步骤

接下来要学的, 就是把这些要素用 C 语言 写出来!

程序需要什么: 本课程地图

编程思维要落地, 还需要具体工具——从 输入 → 处理 → 存储 → 输出 反推:

程序的需求 需要的元素 什么时候学
记住数据 变量、类型 第 2 周
计算 表达式、运算符 第 3 周
不同情况做不同事 判断 if / switch 第 4 周
重复做 循环 while / for 第 5 周
复用与分解 函数 第 6-7 周
一批数据 数组 第 8-9 周
字符串与内存 指针 第 10-11 周
复杂的数据组织 结构体、链表 第 12-13 周
长期保存数据 文件 第 14 周

每一项都是"因为需要, 所以才有"——这就是本学期的路线图

接下来就动手——写第一个 C 程序: