1.1 程序设计语言

程序设计语言是人和计算机交流信息的工具，就好比人与人之间交流所使用的语言，如汉语、英语等。因此，程序设计语言是软件的重要组成部分。本节将简要介绍程序设计语言的发展史、结构化程序设计的基本要素及C语言的特点和使用，为以后各章的学习奠定基础。

1.1.1 程序设计语言的发展

计算机语言也称程序设计语言，即编写程序、开发软件所用的语言。粗略地划分，计算机语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。

高级语言是与自然语言相近并为计算机所接受和执行的计算机语言。它独立于计算机，用户可以在不了解机器指令，以及不了解机器的内部结构和工作原理的情况下，就能用高级语言编写程序，进行软件开发。高级语言可使用于不同的操作系统，不受机器型号的限制，而且易于交流和推广。

机器语言是完全属于机器的语言，其结构由0和1组成。机器语言受机器的限制，学习它就必须要学习机器的内部结构和工作原理，而且只能针对专门的机器编写，不易学习。

早期计算机都采用机器语言，读写困难，编程效率极低。为了方便编程，随即出现了汇编语言，虽然提高了效率，但仍然不够直观、简便，不易被其他人读取。从1954年起，计算机界逐步开发出一批像FORTRAN、COBOL和ALGOL等“高级语言”，它们采用英文词汇、符号和数字，遵照一定的规则来编写程序。

但是到20世纪60年代中期，美国达特默斯学院的约翰·凯梅尼（J.Kemeny）和托马斯·卡茨（T.Kurtz）认为，像FORTRAN那样的语言都是为专业人员设计的，没有办法普及。于是，他们在简化FORTRAN的基础上，研制出一种“初学者通用符号指令代码”（Beginner's All purpose Symbolic Intruction Code），简称BASIC。由于BASIC语言易学、易用，很快就成为最流行的计算机语言之一，几乎所有的小型计算机和个人计算机都在使用它。经过不断改进，它一直沿用至今，出现了像QBASIC、VB等新一代BASIC版本。之后到1971年，瑞士联邦技术学院的尼克劳斯·沃尔斯（N. Wirth）教授发明了另一种简单明晰的计算机语言，这就是Pascal语言。Pascal语言语法严谨，层次分明，程序易写，具有很强的可读性，是第一个结构化的编程语言。

1983年的图林奖则授予了AT&T贝尔实验室的两位科学家邓尼斯·里奇（D.Ritchie）和他的协作者肯·汤姆森（K. Thompson），以表彰他们共同发明了著名的计算机C语言。C语言的设计哲学是“Keep It Simple，Stupid”，因而程序员可以轻易掌握整个C语言的逻辑结构，而不用一天到晚翻手册写代码。于是，众多的程序员投向了C语言的怀抱，C语言迅速并广泛地传播开来。

1.1.2 C语言的发展

C语言最早可以追溯到ALGOL60。ALGOL60是面向问题的高级语言，产生于20世纪60年代，但是由于自身的局限性，它并不适用于编写系统程序。于是，1963年剑桥大学推出了CPL语言，虽然解决了一些问题，比ALGOL60更加接近硬件了，但是规模较大，难以实现。1967年剑桥大学继续改写，推出了BCPL语言，主要对CPL进行了简化。

1970年，英国的贝尔实验室进一步简化了BCPL，并以BCPL的第一个字母命名了该语言，但是B语言太过简单了，导致功能十分有限。1972年，英国贝尔实验室的D.Ritchie一个人完成了C语言的定义，不仅保留了B语言的精练、更接近硬件的特点，还克服了B语言过于简单、功能不足的缺点。1973年，K.Thompson和D.Ritchie合作，利用C语言改写了UNIX，奠定了操作系统的基础，并在1978年美国电话电报公司（AT&T）贝尔实验室正式发布了C语言。随后C语言开始进入其他操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到了广泛的使用，成为现代最优秀的程序设计语言之一。

随着计算机的普及，出现了许多C语言版本。由于没有统一的标准，使得这些语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况，美国国家标准研究所（ANSI）为C语言制定了一套ANSI标准，这也成了现行的C语言标准版本。

如今，在计算机上有许多性能良好的C语言系统可用，包括Borland公司早期的Turbo C和后续Borland C/C++系列产品；Microsof（t微软）公司的Microsoft C和后续Visual C/C++，以及如今的VS系列产品等。各种工作站系统大都采用UNIX和Linux，C语言是它们的标准系统开发语言。

1.1.3 C语言的特点

C语言是一种通用的、面向过程的程序语言，具有高效、灵活、功能丰富、表达力强和较高的移植性等特点，在程序员中备受青睐。下面介绍C语言最容易理解的一般特点，由于C语言的这些优点，使C语言应用面很广。

1.C语言数据类型丰富，运算符使用方便

C语言的数据类型有整型、浮点型（实型）、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等，能用来实现各种复杂的数据结构（如链表、树、堆栈等）的运算，尤其是指针类型数据，使用起来比Pascal更灵活、多样。C语言的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理，从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。

2.语言简洁、紧凑，使用方便、灵活

C语言的一个语句可以完成一项或多项操作。一个表达式也可以完成多项操作。书写简练，源程序短，因而输入程序的工作量小。

3.面向结构化的程序设计语言

结构化语言的显著特点是代码、数据的模块化，C程序是以函数形式提供给用户的，这些函数调用方便。C语言具有多种条件语句，循环控制程序流向（如if…else语句、switch语句、while语句、do…while语句、for语句、break语句、continue语句等），从而使程序完全结构化。

4.C语言能进行位（bit）操作

C语言能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此，C语言不但具有高级语言的特征，还具有低级语言的许多功能，可用来编写系统软件。C语言的这种双重性，使它既是成功的系统描述语言，又是通用的程序设计语言。有人把C语言称为“高级语言中的低级语言”或“中级语言”，意为兼有高级和低级语言的特点。

5.生成目标代码质量高，程序执行效率高

C程序一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10%～20%。

6.移植性好

C语言移植性好，主要表现在只要对这种语言稍加修改，便可以适应不同型号的机器或各类操作系统。