Bài giảng điện tử môn Ngôn ngữ lập trình | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ----------o0o--------- Tạ Tuấn Anh
Bài giảng điện tử môn học
NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C
Tóm tắt nội dung môn học
C là một ngôn ngữ lập trình cấu trúc bậc cao được các nhà lập trình chuyên nghiệp sử dụng
phổ biến để phát triển các phần mềm hệ thống (hệ điều hành, chương trình dịch, cơ sở dữ liệu, ...).
Lý do ngôn ngữ C đươc ưu chuộng chính là tính mềm dẻo và ngắn gọn của nọ. Một chương trình
được viết ở ngôn ngữ C có tính khả chuyển cao. Nó có thể được dịch và chạy trong nhiều loại máy
tính (PC, Sun, Mainframe,...) cũng như trên nhiều nền hệ điều hành (DOS, UNIX,...). Ngoài ra C
cho phép viết chương trình bám sát cách tổ chức bộ nhớ chương trình khi chạy. Do vậy một chương
trình được dịch từ C luôn có kích thước nhỏ gọn hơn một chương trình cùng loại được dịch từ các
ngôn ngữ bậc cao khác như PASCAL. Nhưng cũng chính vì lí do này mà việc nắm bắt và thành
thạo ngôn ngữ C sẽ khó khăn hơn nhiều so với ngôn ngữ khác. Môn học này giới thiệu cho các học
viên các kiến thức căn bản cũng như nâng cao về ngôn ngữ lập trình C. Bên cạnh các kiến thức về
cú pháp cũng như kĩ năng viết chương trình C, học viên còn nắm bắt được các vấn đề liên quan đến
tổ chức bộ nhớ của một chương trình.
Kiến thức yêu cầu
Để tiếp thu tốt kiến thức môn học này, yêu cầu học viên trước khi học đã tìm hiểu các khái
niệm cơ bản trong Tin học, có kĩ năng căn bản viết một chương trình có cấu trúc bằng một ngôn
ngữ bậc cao như PASCAL. Ngoài ra một số kiến thức về cấu trúc dữ liệu và giải thuật (danh sách
móc nối, cây tìm kiếm, ...) có thể giúp học viên sử dụng C để viết các chương trình ứng dụng.
Tổng thời lượng: 45 tiết MỤC LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nhập môn Lập trình Ngôn ngữ C
Trần Việt Linh, Lê Đăng Hưng, Lê Đức Trung, Nguyễn Thanh Thuỷ
Nhà Xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2000 Ngôn ngữ Lập trình C Quách Tuấn Ngọc
Nhà Xuất bản Giáo dục, 1998 Language C
Brian Kernighan, Denis Ritchie Prentice Hall, 1988 Programmer en langage C Claude Delannoy Eyrolles, 1998
CHƯƠNG 1 - NHẬP MÔN LẬP TRÌNH C
Mục đích của chương này là giới thiệu tổng quan về ngôn ngữ C bao gồm các kiến thức về lịch sử,
đặc điểm và vai trò của nó. Học viên được làm quen với các chương trình viết bằng C cũng như
cách dịch chúng để chạy.
Yêu cầu: Có một phiên bản cài đặt của trình biên dịch Turbo C hay một trình biên dịch khác để chạy thử chương trình.
Thời lượng: 5 tiết
Mục 1.1 - Tổng quan về ngôn ngữ C
Mục này cho phép học viên làm quen với một chương trình viết dưới ngôn ngữ C và tìm hiểu lịch
sử của nó. Các thành phần cơ bản của một chương trình C được giới thiệu để học viên có một cái
nhìn tổng quan về ngôn ngữ lập trình này.
Yêu cầu: Đã có khái niệm về lập trình và ngôn ngữ lập trình.
Thời lượng: 3 tiết
Bài 1 - Lịch sử hình thành và phát triển
Tóm tắt nội dung:
Ngôn ngữ lập trình C ra đời vào đầu thập kỉ 70 với mục đích dùng để viết hệ điều hành UNIX. C
được phát triển rất mạnh sau đó và được chuẩn hoá với tên gọi ANSI C. Ngôn ngữ này được các
nhà lập trình chuyên nghiệp rất ưa chuộng để phát triển các phần mềm hệ thống. Một mở rộng của
C là C++ ra đời vào đầu thập kỉ 80. Nó là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển trên nền của C.
Thời lượng: 1 tiết
Ngôn ngữ C do Brian W.Kernighan và Denis M. Ritchie phát triển vào đầu những năm 70 tại
phòng thí nghiệm BELL (Hoa Kỳ) với mục đích ban đầu để phát triển hệ điều hành UNIX. Bối
cảnh ra đời xuất phát từ nhu cầu cần phải có một ngôn ngữ lập trình hệ thống thay thế cho hợp ngữ
(ASSEMBLY) rất nặng nề trong lập trình. Hơn nữa một chương trình viết bằng hợp ngữ không có
tính khả chuyển vì chúng gắn chặt với bộ lệnh của vi xử lí.
Tiền thân của C phải kể đến các ngôn ngữ BCPL do Martin Richard nghiên cứu. Tiếp đến là ngôn
ngữ B do Ken Thompson xây dựng năm 1970 dùng để viết hệ điều hành UNIX cho dòng máy tính
PDP-7. C là ngôn ngữ được kế thừa từ B và hoàn thiện để có được các tính năng mạnh của một
ngôn ngữ lập trình hệ thống có khả năng ứng dụng rộng rãi như ngày nay. Đó là các tính năng:
- Lập trình bậc cao: Giống như PASCAL, chương trình C sử dụng tập các câu lệnh điều khiển
như rẽ nhánh, lặp ở mức độ trừu tượng của lưu đồ giải thuật. Điều này cho phép viết các
giải thuật bằng ngôn ngữ C khá dễ dàng.
- Lập trình cấu trúc: Một chương trình C có thể được phân chia, cấu trúc thành các modul
nhỏ. Điều này giúp phát triển chương trình một cách hệ thống hơn và dễ bảo trì.
- Lập trình hệ thống: Không giống như PASCAL, ngôn ngữ C không dùng nhiều kiểu dữ liệu
trừu tượng. C cho phép các thao tác với bộ nhớ chương trình rất uyển chuyển. Một người
lập trình trên ngôn ngữ C có thể tự do tổ chức và lưu trữ dữ liệu trên bộ nhớ theo ý mình.
Tính năng này là vô cùng quan trọng khi cần phát triển các chương trình hệ thống liên quan
nhiều đến bộ nhớ máy tính. Ngoài ra ngôn ngữ C hỗ trợ phần lớn các phép xử lí mà một hợp ngữ có thể làm.
- Tính khả chuyển: Một chương trình viết trên ngôn ngữ C có thể được dịch ra mã chương
trình trên nhiều dòng máy và hệ điều hành khác nhau bởi khả năng tương thích của các câu
lệnh trong chương trình. Ngoài ra C còn có bộ tiền xử lí tạo ra khả năng biên dịch theo điều
kiện để việc dịch chương trình thích ứng cho từng hệ thống khác nhau.
- Tính nhỏ gọn: Một chương trình viết trên C sau khi dịch có độ tối ưu về mã lệnh hơn bất
cứ một ngôn ngữ bậc cao nào khác. Chính vì vậy các chương trình được dịch từ ngôn ngữ
C thường có kích thước nhỏ gọn.
Với tất cả các tính năng trên, ngôn ngữ C là một ngôn ngữ cực kì hiệu quả và có sức diễn
cảm trong lập trình. Nó đã trở thành ngôn ngữ lập trình mà các nhà lập trình chuyên nghiệp ưa
chuộng trong nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực lập trình hệ thống, có tới 90% chương trình được viết
bằng ngôn ngữ C. Ngoài ra nó còn được dùng để viết chương trình trong các lĩnh vực hiện đại khác
của Tin học về xử lí tín hiệu, số liệu, văn bản, ...
Ngôn ngữ C đã được viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI) chuẩn hoá và công bố vào năm
1988 với tên gọi là ANSI C. Bên cạnh ngôn ngữ C người lập trình còn biết đến một ngôn ngữ lập
trình có tên tương tự là C++. Đây là một ngôn ngữ lập trình được mở rộng từ C để thêm khả năng
lập trình hướng đối tượng. Vì C++ là ngôn ngữ bao trùm lên C nên để học tốt C++ yêu cầu người
lập trình trước hêt phải nắm vững C.
Bài 2 - Bắt đầu lập trình C
Tóm tắt nội dung:
Học viên sẽ được làm quen với hai chương trình đơn giản. Chúng minh họa các thành phần cơ bản
có trong một chương trình C.
Thời lượng: 1 tiết
1. Chương trình Hello!
Cũng như với nhiều ngôn ngữ lập trình khác, chúng ta bắt đầu tìm hiểu ngôn ngữ qua một
chương trình đơn giản chỉ in ra một thông báo "Hello!" cho người sử dụng. Chương trình này được
viết trong ngôn ngữ C như dưới đây. #include void main() { printf("Hello!"); }
Dòng đầu tiên của chương trình được gọi là một khai báo sử dụng tệp tiêu đề. Trong bất kì
một chương trình nào ở ngôn ngữ C đều cần có những khai báo tệp tiêu đề bởi vì chúng cho phép
gọi các hàm có sẵn trong thư viện hoặc được viết bởi một người lập trình khác. Trong chương trình
này chúng ta đã khai báo sử dụng tệp tiêu đề để có thể sử dụng các hàm vào ra dữ liệu
chuẩn của hệ thống (printf(), scanf(),...). Phần tiếp theo của chương trình là một hàm chính chứa
các câu lệnh được thực hiện khi chương trình chạy. Một chương trình C thì luôn có một hàm chính
có tên là main. Dòng thông báo "Hello!" được in ra màn hình được thực hiện nhờ câu lệnh gọi hàm
hàm thư viện printf() trong chương trình chính.
2. Chương trình thứ hai
Để có thể thấy rõ hơn cấu trúc của một chương trình trong C, chúng ta tiếp tuc tìm hiểu ngôn
ngữ thông qua một ví dụ thứ hai. Ở ví dụ này chúng ta sẽ tạo một chương trình cho phép in diện
tích của một hình tròn tương ứng với một bán kính được người sử dụng nhập vào. #include
/* khai báo một hằng số PI */ #define PI 3.14
/* khai báo một hàm tạo công thức tính diện tích */ float dientich(float r) { return PI*r*r; }
/* hàm chính của chương trình */ void main() { float r;
printf("Nhập bán kính r ="); scanf("%f", &r);
printf("Diện tích hình tròn là %f", dientich(r)); }
Chương trình này đã thể hiện một phần cấu trúc của một chương trình C sẽ được mô tả chi
tiết trong bài 3. Dưới đây là thuyết minh cho chương trình:
- Chú thích chương trình: Các dòng văn bản được đặt nằm trong bộ dấu /* ... */ đều là chú
thích cho một chương trình C.
- Khai báo hằng số: Dòng thứ hai trong chương trình có tác dụng khai báo một hằng số PI có giá trị là 3.14.
- Hàm: Một chương trình C có thể được cấu trúc bằng nhiều hàm. Trong chương trình trên,
chúng ta đã khai báo một hàm để tính diện tích của một hình tròn với bán kính truyền vào
như là một tham số thực (float). Kết quả của rõ ràng phải là một số thực. Hàm này được gọi
trong hàm chính của chương trình để in giá trị diện tích hình tròn ra ngoài màn hình.
- Hàm chính: Một chương trình hoạt động thế nào được thể hiện bởi các câu lệnh trong hàm
chính. Trong hàm chính của chương trình trên chúng ta đã khai báo một biến thực để chứa
giá trị của bán kính hình tròn do người sử dụng nhập vào từ bàn phím. Lệnh gọi hàm scanf()
cho phép chương trình lấy dữ liệu bán kính do người sử dụng nhập vào. Dòng lệnh cuối
cùng của hàm chính dùng để in giá trị diện tích của hình tròn có bán kính tương ứng ra màn
hình. Giá trị diện tích được tính thông qua hàm dientich() đã được khai báo.
Bài 3 - Các thành phần của chương trình C
Tóm tắt nội dung:
Cũng như các ngôn ngữ lập trình khác, một chương trình C được viết từ các từ khoá, biến, câu lệnh,
hàm,... Trong bài này chúng ta xem chi tiết các thành phần có trong một chương trình C để biết
được ý nghĩa và vai trò của chúng.
Thời lượng: 1 tiết 1. Từ vựng
Một chương trình C được xây dựng trên một bộ từ vựng bao gồm tập kí tự có phân biệt chữ
hoa và thường. Chính vì vậy khi viết chương trình C chúng ta không được phép sử dụng tuỳ tiện
chữ hoa hay chữ thường. Ví dụ hàm chính của chương trình bắt buộc phải viết là main mà không
được viết là MAIN hay Main. Trong một chương trình C chúng ta gặp hai loại bộ từ vựng quan
trọng là từ khoá và tên của người sử dụng.
Từ khoá: Từ khoá là một bộ từ vựng được định nghĩa từ trước đối với một ngôn ngữ và chỉ để sử
dụng vào các mục đích đã được xác định trong chương trình. Một số từ khoá hay dùng là các từ
khoá kiểu dữ liệu (char, int, long, float, double,...), các lệnh điều khiển (if, switch, for, do, while,...), v.v.
Bảng các từ khoá trong ngôn ngữ C asm break case cdecl char const continue default do double else enum extern far float for goto huge if int interrupt long near pascal register return short signed sizeof static struct switch typedef union unsigned void volatile while
Tên: Trong chương trình người sử dụng cần tên để đặt cho biến, hàm, kiểu dữ liệu mới. Tên của
người sử dụng đòi hỏi phải là một chuỗi kí tự là các chữ cái, chữ số và gạch nối ‘_’. Tên phải bắt
đầu bằng một chữ cái hoặc gạch nối.
2. Cấu trúc cơ bản của chương trình
Trong bài 2 chúng ta đã thấy được cấu trúc cơ bản của chương trình C. Phần này sẽ trình bày
khái quát về các thành phần trong cấu trúc của chương trình.
a. Khai báo tiêu đề
Một tệp tiêu đề trong chương trình C chứa mô tả các hàm có thể được gọi trong chương trình
(xem mục 6.2 - Tệp tiêu đề). Khi cần gọi một hàm nào trong chương trình ta phải khai báo tệp tiêu
đề có mô tả tương ứng cho hàm. Chính vì vậy các hàm thư viện luôn được chỉ ra cùng với các tệp
tiêu đề tương ứng khi được trình bày.
b. Khai báo hằng, cấu trúc dữ liệu
Các hằng số trong chương trình C thường được định nghĩa bằng chỉ thị #define (xem bài 35
- Một số chỉ thị tiền xử lí). Ngoài các kiểu dữ liệu cơ bản, một chương trình C có thể có các cấu
trúc dữ liệu phức do người sử dụng định nghĩa. Các cấu trúc này thường được khai báo ở phần đầu
chương trình (xem mục 3.4 - Cấu trúc).
c. Khai báo hàm và/hoặc nguyên mẫu hàm
Chương trình C được cấu trúc bởi các hàm (xem mục 2.3 - Hàm). Một hàm thể hiện một
modul con trong một chương trình. Nó có thể nhận tham số thực hiện và trả về kết quả cho nơi gọi
hàm. Thân của một hàm được chia làm hai phần: khai báo biến (xem mục 2.1 - Biến, hằng số và
biểu thức) và lệnh thực hiện (xem mục 2.2 - Các cấu trúc lệnh điều khiển). Các biến luôn được khai
báo ở phần đầu thân hàm sau đó mới đến các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình C phải
được kết thúc bằng một dấu chấm phẩy ‘;’. Chúng ta có thể tạo một khối lệnh bằng cách đặt chúng
trong cặp dấu {}. Thân hàm cũng phải được đặt trong cặp dấu này. d. Khai báo biến
Trong một chương trình C có thể khai báo biến dạng tổng thể hay cục bộ (biến của một hàm).
Một biến tổng thể được khai báo bên ngoài hàm và nó có thể sử dụng trong tất cả các hàm của
chương trình. Ngược lại biến cục bộ chỉ có thể sử dụng trong hàm nơi nó được khai báo.
Mục 1.2 - Biên dich chương trình
Mục này đưa ra cho người sử dụng một kiến thức chuyên sâu về vấn đề biên dịch một chương trình.
Các trình IDE (Integrated Development Environment) được biết đến như là một môi trường tích
hợp trợ giúp việc phát triển chương trình bao gồm các công việc soạn thảo, biên dịch và gỡ rối.
Học viên sẽ được tìm hiểu một trình IDE được dùng phổ biến trong môi trường DOS là Turbo C.
Yêu cầu: Có trình cài đặt Turbo C hoặc Borland C++.
Thời lượng: 2 tiết
Bài 4 - Quá trình biên dịch
Tóm tắt nội dung:
Biên dịch một chương trình là quá trình dịch một chương trình viết dưới dạng văn bản như C sang
chương trình mã máy như tệp .exe trong DOS. Quá trình này có thể phải qua nhiều pha khác nhau
và có thể xảy ra lỗi tại mỗi pha.
Thời lượng: 1 tiết
Ngôn ngữ lập trình C là một ngôn ngữ dạng biên dịch. Chương trình được viết bằng C muốn
chạy được trên máy tính phải trải qua một quá trình biên dịch để chuyển đổi từ dạng mã nguồn
sang chương trình dạng mã thực hiện. Toàn bộ quá trình biên dịch ở trong ngôn ngữ được minh hoạ
trong hình 1. Quá trình này được chia làm hai giai đoạn chính: giai đoạn dịch và giai đoạn liên kết. Mã ngu?n Ti?n x? lí D?ch C Mã assembly D?ch Assembly Thu vi?n Mã máy Liên k?t Chuong trình
Hình 1: Quá trình biên dich một chương trình C
1. Giai đoạn dịch (compiling)
Mục đích của giai đoạn này là chuyển đổi tất cả mã chương trình được viết dưới ngôn ngữ C
sang dạng mã máy. Ba công đoạn được thực hiện lần lượt là: tiền xử lí mã nguồn, dịch C sang
Assembly và dịch Assembly sang mã máy.
- Công đoạn tiền xử lí sẽ nhận mã nguồn của chương trình và thực hiện xoá bỏ tất cả chú
thích của chương trình. Ngoài ra tất cả các chỉ thị tiền xử lí (bắt đầu bằng #) cũng được xử
lí ngay trong công đoạn này. Ví dụ chỉ thị #include cho phép ghép thêm mã chương trình
của một tệp tiêu đề vào mã nguồn cần dịch. Các hằng số được định nghĩa bằng #define sẽ
được thay thế bằng giá trị cụ thể tại mỗi nơi sử dụng trong chương trình.
- Công đoạn dịch C cho phép phân tích cú pháp của mã nguồn C và sau đó chuyển chúng
sang dạng mã Assemly là môt ngôn ngữ bậc thấp gần với tập lệnh của bộ vi xử lí.
- Công đoạn dịch Assembly cho phép dịch chương trình sang mã máy. Sau công đoạn này
một tệp mã máy (.o) thường được sinh ra trong hệ thống.
Như vậy sau giai đoạn dịch các lỗi chương trình có thể được phát hiện và thông báo cho
người sử là các lỗi về cú pháp chương trình. Nó cũng có thể phát hiện lỗi không tồn tại (hoặc có
mà đặt đường dẫn tìm kiếm sai để không tìm thấy) tệp tiêu đề trong công đoạn tiền xử lí.
2. Giai đoạn liên kết (linking)
Trong giai đoạn này mã máy của một chương trình dịch từ nhiều nguồn khác nhau được liên
kết lại với nhau để tạo thành chương trình đích duy nhất. Mã máy của các hàm thư viện gọi trong
chương trình cũng được đưa vào chương trình cuối trong giai đoạn này. Chính vì vậy mà các lỗi
liên quan đến việc gọi hàm hay sử dụng biến tổng thể mà không tồn tại sẽ bị phát hiện. Kể cả lỗi
viết chương trình chính không có hàm main() cũng được phát hiện trong khi liên kết. Để liên kết
với các hàm thư viện cần phải đặt đúng đường dẫn tìm kiếm thư viện đến các tệp chứa mã máy thư viện (.obj, .lib,...) Bài 5 - Turbo C
Tóm tắt nội dung:
Turbo C là một trình IDE cho ngôn ngữ C chạy trên nền DOS. Một số phiên bản hay dùng bao gồm
Turbo C 1.0, Turbo C++ 3.0. Ngoài ra ta có thể dùng các phiên bản chạy trên nên hệ điều hành
Windows có tên là Borland C++.
Thời lượng: 1 tiết
1. Môi trường trợ giúp phát triển (IDE)
Để trợ giúp cho việc phát triển ứng dụng trên một ngôn ngữ một cách thuận tiện, các nhà sản xuất
cung cấp các tiện ích cho phép người sử dụng thao tác biên soạn chương trình, dịch hay gỡ rối
bằng các thao tác đơn giản qua phím nóng. Như vậy nhờ có IDE (Intergrated Development
Environment) mà lập trình viên không phải thực hiện các pha biên dịch bằng các câu lệnh phức
tạp mà chỉ cần đơn giản là nhấn một phím nóng. Quá trình sửa lỗi cũng rất thuận tiện do IDE
định vị giúp người lập trình vị trí lỗi của chương trình ngay trên màn hình soạn thảo. Một IDE
thường có ba thành phần cơ bản là:
- Công cụ soạn thảo giúp lập trình viên soạn thảo chương trình trên ngôn ngữ được hỗ trợ.
Trình soạn thảo này có thể thực hiện đổi màu các từ khoá trong chương trình để giúp người
lập trình quan sát chương trình một cách trực quan hơn.
- Công cụ biên dịch và chạy chương trình. Bằng một thao tác đơn giản lập trình viên có thể
yêu cầu biên dịch toàn bộ chương trình xong rồi chạy. Nếu chương trình có lỗi thì công cụ
này sẽ thông báo loại lỗi cùng với vị trí của lỗi trong chương trình đến người sử dụng.
Chính vì vậy việc tiến hành sửa lỗi chương trình trong IDE là rất đơn giản.
- Công cụ gỡ rối giúp lập trình viên có thể chạy lần bước một chương trình theo từng dòng
lệnh. Trong quá trình lần bước lập trình viên có thể quan sát sự thay đổi giá trị các biến
trong chương trình qua đó mà phát hiện ra lỗi. 2. Turbo C
Có rất nhiều trình IDE khác nhau cho ngôn ngữ C nhưng được phổ dụng nhất trong môi
trường DOS hoặc Windows là các phiên bản của Turbo C. Chúng ta có thể kể ra một số phiên bản
hay sử dụng là Turbo C chỉ hỗ trợ ngôn ngữ C và chạy trên nền DOS, Turbo C++ 3.0 hỗ trợ C và
C++ chạy trên DOS, các phiên bản từ 3.1 trở lên được đổi tên là Borland C++ và chạy trên nền Windows.
Khi dịch một chương trình trên Turbo C cần chú ý thiết lập đúng đường dẫn tìm kiếm tệp tiêu
đề và thư viện. Ví dụ với phiên bản Turbo C++ để xác lập các đường dẫn thư mục này ta cần dùng
menu và vào lựa chọn Options|Directories. Khi đó một hộp hội thoại sẽ xuất hiện để cho chúng ta
đặt đường dẫn thư mục tìm kiếm tệp tiêu đề (Include) và thư mục tìm kiếm thư viện (Library).
Thường thì các tệp tiêu đề được lưu trong thư mục con INCLUDE của thư mục cài đặt Turbo. Còn
các tệp thư viện được lưu trong thư mục con LIB.
Hình 2. Màn hình IDE của Turbo C++ 3.0
Chúng ta thường dùng phím nóng của IDE để thực hiện nhanh một số thao tác. Sau đây là
một số phím nóng thông dụng: Phím nóng Ý nghĩa F3 Mở tệp nguồn F2 Ghi tệp F9
Biên dịch chương trình và tạo tập tin EXE Ctrl+F9
Biên dịch và chạy chương trình F4, F7, F8
Chạy lần vết, gỡ rối Alt+F3 Đóng một cửa sổ F5, F6 Chuyển cửa sổ F1 Xem trợ giúp Alt+X Thoát khỏi IDE
CHƯƠNG 2 - LẬP TRÌNH C CƠ BẢN
Mục đích của chương này là giới thiệu tới học viên các kiến thức căn bản để viết một chương trình
C. Đó là các kiểu dữ liệu, biểu thức, hàm xuất nhập dữ liệu, các cấu trúc lệnh điều khiển trong
chương trình. Một chương trình C được cấu trúc với các hàm. Học viên sẽ được tìm hiểu cách khai
báo và sử dụng hàm cũng như cách truyền tham số cho nó.
Yêu cầu: Đã có kiến thức tổng quan về ngôn ngữ C được giới thiệu trong chương 1.
Thời lượng: 12 tiết
Mục 2 .1 - Biến, hằng số và biểu thức
Mục này giới thiệu cách khai báo biến trong chương trình với các kiểu dữ liệu. Người sử dụng có
thể tạo một biểu thức tính toán trên cơ sở các biến và hằng số của kiểu dữ liệu cơ bản. Để xuất và
nhập dữ liệu ta có thể sử dụng các hàm thư viện printf() và scanf() tương ứng.
Yêu cầu: Có khái niệm về biểu diễn dữ liệu trong máy tính
Thời lượng: 6 tiết
Bài 6 - Các kiểu dữ liệu cơ bản
Tóm tắt nội dung:
Các kiểu dữ liệu cơ bản trong C được chia làm loại. Loại số nguyên bao gồm các kiểu char, int và
long. Loại số thực có hai kiểu float và double. Tất cả các loại dữ liệu khác đều được biểu diễn và
sử dụng trên hai loại dữ liệu cơ bản này.
Thời lượng: 1 tiết 1. Biến
Biến là một đơn vị bộ nhớ chứa dữ liệu của chương trình. Dữ liệu của biến có thể thay đổi
trong quá trình chương trình chạy. Mỗi biến chỉ có thể chứa một kiểu loại dữ liệu nhất định. Cách
khai báo biến trong chương trình C như sau: ; Ví dụ: float f; int a, b, c;
Các tên biến trong danh sách được phân cách bởi dấu phẩy ‘,’. Trong ví dụ trên f là một biến
thực còn a, b, c là các biến nguyên.
2. Các kiểu dữ liệu cơ bản
Bảng các kiểu dữ liệu cơ bản trong C
Kiểu dữ liệu Số byte Phạm vi có dấu
Phạm vi không dấu char 1 -128 - 127 0 - 255 int 2 -32.768 - 32.767 0 - 65.535 long 4
-2.147.483.648 - 2.147.483.647 0 - 4.294.967.295 float 4 3,4 E -/+38 không có double 8 1,7 E -/+308 không có
Để khai báo một kiểu dữ liệu không dấu ta thêm từ khoá unsigned vào phía trước kiểu dữ
liệu, ngược lại nếu là có dấu thì ta thêm từ khoá signed. Nếu không có từ khoá định dấu nào được
thêm trước kiểu thì trình biên dịch mặc định là số có dấu đối với int hoặc long, còn không dấu đối với char. Ví dụ:
unsigned int x; /* biến nguyên không dấu */
signed int y; /* biến nguyên có dấu */ int
z; /* biến nguyên có dấu */
char c; /* biến nguyên 1 byte không dấu */
Chú ý trong ngôn ngữ C không tồn tại kiểu dữ liệu cơ bản cho logic. Logic đúng sai ở trong
chương trình C được biểu diễn thông qua một số nguyên với giá trị 0 thể hiện sai (FALSE) và khác
0 (hay dùng giá trị 1) thể hiện đúng (TRUE). Do vậy khi muốn tạo biến logic ta thường dùng một
biến nguyên int để thay thế. Ví dụ:
int flag; /* tạo biến logic bằng int */ flag = TRUE; /* flag = 1 */
Cũng như dữ liệu kiểu logic, ngôn ngữ C cũng không tạo một kiểu dữ liệu đặc thù cho các kí
tự. Thực tế một kí tự được biểu diễn trong bộ nhớ máy tính là một số nguyên 1 byte. Việc ánh xạ
kí tự nào tương ứng với con số nào được qui ước trong bảng mã ASCII. Chính vì chỉ có một byte
bộ nhớ cho biểu diễn kí tự nên bảng mã ASCII chỉ có 256 kí tự mà thôi. Do vậy để có một biến kí
tự trong ngôn ngữ C ta dùng kiểu dữ liệu char. Ví dụ: char c;
c = ‘A’; /* thực chất c = 65 do ‘A’ có mã ASCII là 65 */
Như vậy chúng ta có thể thấy kiểu dữ liệu cơ bản của C chỉ bao gồm hai loại số nguyên và
số thực. Tất các các loại dữ liệu khác đều được quy về cách biểu diễn số. BÀI TẬP
Câu 1: Viết khai báo biến cho các loại dữ liệu sau:
a) Hệ số a, b, c của một phương trình bậc 2 bất kì
b) Điểm kiểm tra của một môn học
c) Số dân của một đất nước
d) Số nhà của một phố
e) Chữ cái đầu tiên của một tên người
f) Tổng số vụ tai nạn giao thông tăng/giảm so với năm trước
g) Giới tính của một người
Câu 2: Chỉ ra các khai báo biến sai trong những khai báo sau đây: a) int a, A; b) int a, a; c) int aa; d) int a a; e) int a, b; f) int a, int b; g) int a; int b; Bài 7 - Hằng số
Tóm tắt nội dung:
Bài này giới thiệu các cách khai báo hằng số trong C bao gồm các loại: hằng số nguyên, hằng số
thực, hằng kí tự và hằng xâu.
Thời lượng: 1 tiết
1. Biểu diễn hằng số
Trong một chương trình để gán giá trị cho một biến ta phải dùng các hằng số. Với mỗi loại
dữ liệu ta có cách viết hằng số khác nhau. Sau đây là cách biểu diễn hằng số trong ngôn ngữ C. a. Hằng nguyên Dạng thập phân: 12345
Dạng hexa: 0xFFFF (bắt đầu bằng 0x) Dạng
bát phân: 0128 (bắt đầu bằng 0) b. Hằng thực
Dạng dấu phẩy tĩnh: 1.234
Dạng dấu phẩy động: 1234E-3 (=1234x10-3) c. Hằng kí tự Dạng kí tự: 'A' Dạng mã ASCII: '\65'
Ngoài ra một số kí tự đặc biệt khác được viết theo quy ước: Hằng Giá trị ‘\\’ kí tự \ ‘\'’ kí tự ' ‘\"’ kí tự " ‘\0’ kí tự NULL (mã 0) ‘\n’
kí tự xuống dòng (mã 13) ‘\t’ kí tự tab (mã 9) ‘\a’ kí tự rung chuông (mã 7) d. Hằng xâu
Một xâu trong ngôn C là một mảng các kí tự có kí tự NULL đánh dấu kết thúc xâu. Hằng xâu
phải được biểu diễn trong cặp dấu nháy kép (ví dụ, "DHBKHN").
2. Khai báo biến có khởi tạo giá trị = ; Ví dụ: int a = 1234, b = 0xFFFF; char ch = ‘A’; float f = 1234E-3; 3. Biến hằng số
Một biến hằng số chỉ nhận một giá trị ban đầu và không bị thay đổi trong suốt quá trình chương trình chạy. const = ; Ví dụ: const float PI = 3.14;
Ngoài ra chúng ta cũng có thể định nghĩa hằng số bằng #define trong một chương trình C
(xem bài 35 - Một số chỉ thị tiền xử lí). Một số hằng đã được định nghĩa bằng #define là: Hằng Giá trị TRUE 1 FALSE 0 NULL 0 BÀI TẬP
Câu 1: Chỉ ra các khai báo biến hằng số sai cho những câu sau đây: a) const int a = 1000000; b) const long a = 1000000; c) const int a = 123.5; d) const float a = 123.5; e) const float a = 123; f) const int a = 'A'; g) const char a = 300;
Câu 2: Chỉ ra những khai báo biến không hợp lệ a) int a, b = 100; b) const int a, b = 100; c) int a = b = 100; d) const int a = b = 100;
e) const int a = 100, b = 100;
Bài 8 - Nhập xuất dữ liệu
Tóm tắt nội dung:
Để in dữ liệu chúng ta dùng hàm printf(), còn để nhập dữ liệu thì dùng hàm scanf(). Hai hàm này
sử dụng các định dạng để chỉ ra loại dữ liệu dùng trong việc xuất và nhập.
Thời lượng: 1 tiết
Các hàm vào ra chuẩn của C được khai báo nguyên mẫu trong tệp tiêu đề có hai
hàm cơ bản là printf() và scanf().
1. Xuất dữ liệu bằng printf() Dạng thức chung:
printf ( [, ]); Ví dụ 1: in xâu
printf("Hello"); /* in xâu không có xuống dòng */ printf("Hello\n");
/* in xâu có xuống dòng */
Ví dụ 2: in giá trị biến int n = 5; printf ("n = %d", n);
Chuỗi định dạng là chuỗi cần được in ra màn hình trong đó có thêm các định dạng dữ liệu tại
mỗi chỗ cần in giá trị của một biến hay một biểu thức. Việc in ra màn hình thế nào hoàn toàn quyết
định bởi xâu định dạng này. Trong ví dụ 2 giá trị của biến nguyên n muốn được in sau chuỗi "n ="
nên tại vị trí sau chuỗi này trong xâu định dạng có thêm %d để chỉ ra sẽ có một số được in ra duới
dạng thập phân chính tại vị trí đó. Dữ liệu được in là các tham số truyền vào sau xâu định dạng.
Sau đây là bảng mã định dạng cho dữ liệu cần in ra.
Mã định dạng Dạng in %d Số nguyên thập phân %f Số thực %c Kí tự %ld Số nguyên long %x Số nguyên hexa %s Chuỗi kí tự %% Kí tự %
Cách in này của C cho phép ta có thể in một dữ liệu nhưng ra màn hình dưới nhiều dạng thức khác nhau. Ví dụ: char ch = ‘A’ ;
printf("In dạng thập phân ch = %d\n", ch);
printf("In dạng kí tự ch = %c\n", ch); printf("In dạng hexa ch = %x\n", ch); /* Kết quả sẽ là:
In dạng thập phân ch = 65 In dạng kí tự ch = A In dạng hexa ch = 41 */
Chúng ta có thể sử dụng các kí tự điều khiển để điều khiển việc in. Ví dụ dùng kí tự ‘\n’ để
điều khiển in xuống dòng. Hãy xem thêm các kí tự điều khiển trong bảng mã ASCII và cách biểu
diễn hằng kí tự trong C.
Trong định dạng in dữ liệu chúng ta có thể thêm vào các thuộc tính chỉ ra số ô chữ dùng để
in dữ liệu. Khi đó dữ liệu in ra sẽ được căn sang trái số ô mà nó dành ra để in dữ liệu. Ví dụ %5d
là in số thập phân tại 5 ô trắng, hay %5.2f là in số thực với 5 ô trong đó 2 ô cho phần thực. Ví dụ: int i = 6; float f = 3.237; printf("123456789\n"); printf("i=%3d", i); printf("f=%5.2f", f); /* Kết quả in: 123456789 i= 6 f= 3.24 */
2. Nhập dữ liệu bằng scanf() Dạng thức chung: scanf(, ); Ví dụ: float f; int a, b, c; printf ("f = ");
scanf ("%f", &f); /* nhập số thực cho f */ printf ("a, b, c: ");
scanf ("%d%d%d", &a, &b, &c); /* nhập số nguyên cho 3 biến a, b, c */
Tham số truyền vào cho hàm nhập dữ liệu có một chuỗi định dạng bao gồm các mã định dạng
dữ liệu để mô tả loại dữ liệu được nhập. Chúng ta sử dụng các kí tự định dạng dữ liệu (‘%d’, ‘%f’,
‘%c’, ‘%s’) giống như sử dụng đối với hàm printf() trong chuỗi định dạng này. Các tham số cần
thiết khác cho một hàm scanf() là địa chỉ vùng nhớ nơi lưu dữ liệu được nhập vào. Do vậy để nhập
giá trị cho biến nào thì ta phải lấy địa chỉ bộ nhớ của biến đó khi truyền vào cho hàm scanf(). Để
lấy địa chỉ của biến ta dùng toán tử & trước tên biến.
Chú ý một lỗi bộ nhớ chương trình như ví dụ sau: int a;
scanf("%d", a); /* nhập giá trị cho biến a nhưng không lấy địa chỉ */
Đây không phải là một lỗi cú pháp nên chương trình vẫn có thể dịch và chạy được. Nhưng
khi chạy giá trị số nguyên được người sử dụng nhập vào sẽ không được lưu cho biến a vì địa chỉ
lưu giá trị là một địa chỉ không xác định có giá trị bằng số a hiện tại.
Để đảm bảo quá trình nhập một kí tự hay một xâu không nhận phải dữ liệu rác trong chương
trình ta thường sử dụng câu lệnh fflush(stdin) trước mỗi lần nhập. Lí do cần phải có câu lệnh này
sẽ được giải thích trong bài nói về vấn đề vào ra với kênh xuất nhập (xem bài 31 - Kênh xuất nhập).
3. Thao tác trực tiếp với màn hình và bàn phím
Một chương trình C viết cho hệ điều hành DOS có thể sử dụng các hàm thao tác trực tiếp với
màn hình và bàn phím được khai báo trong tệp tiêu đề . Hai hàm hay dùng trong thư viện
này là: clrscr() xoá toàn bộ kí tự hiển thị trên màn hình getch()
chờ nhận một phím được bấm trên bàn phím, kết quả trả về mã phím được bấm
Chương trình mẫu (hexa.c): Nhập một số nguyên dạng thập phân và in ra màn hình số hexa tương ứng của nó. #include #include void main() { int x; clrscr(); printf("Mot so thap phan: ");
scanf("%d", &x); /* nhập số thập phân vào biến x */
printf("So hexa cua no la %x", x); /* in số hexa của nó */
getch(); /* dừng màn hình xem kết quả */ } BÀI TẬP
Câu 1: Tìm các câu lệnh xuất dữ liệu sai cho các biến sau: int a, b; float x, y; a) scanf("%d%d", &a);
b) scanf("%d%d", &a, &b);
c) scanf("%d%f", &a, &b); d) scanf("%f", &x); e) scanf("%f%f", &x, y); f) printf("x=", x); g) printf("x=%f", x);
h) printf("a=%d, b=%d", &a, &b); i) printf("a=%d, b=%d", a);
Câu 2: Viết chương trình cho phép người sử dụng nhập vào một kí tự bất kì và thực hiện in ra mã
ASCII tương ứng của nó.
Câu 3: Viết chương trình in ra màn hình một trang giới thiệu về bản thân bạn như tên, năm sinh, địa chỉ, ...
Bài 9 - Biểu thức và toán tử
Tóm tắt nội dung:
Biểu thức được xây dựng trên cơ sở kết hợp các biến và hằng số với các toán tử đê tính toán giá trị
mới. Trong C có rất nhiều toán tử khác nhau và được phân làm một số nhóm cơ bản như: nhóm
gán, nhóm toán học, nhóm so sánh, nhóm quan hệ,... Bởi kiểu dữ liệu của C chỉ là số nên kết quả
của một biểu thức cũng luôn là một số.
Thời lượng: 2 tiết
Một biểu thức được xây dựng trên cơ sở kết hợp các biến và hằng số cùng với các toán tử để
tạo thành các phép tính. Bởi vì trong ngôn ngữ C chỉ có các kiểu dữ liệu số (nguyên hoặc thực) nên
một biểu thức luôn trả về kết quả là một số. Sau đây chúng ta sẽ xem xét các toán tử có thể được
sử dụng trong biểu thức theo nhóm.
1. Nhóm toán tử số học Toán tử Ý nghĩa Ví dụ + Cộng (2 ngôi) a+12 - Trừ (2 ngôi) a-12 * Nhân (2 ngôi) a*2 / Chia (2 ngôi) a/2 % Lấy phần dư phép chia a%2 - Đảo dấu (1 ngôi) -a
Các toán tử toán học có thể áp dụng cho các toán hạng là biến, hằng số hoặc là một biểu thức
con. Riêng toán tử % chỉ áp dụng cho hai số kiểu nguyên. Chú ý kết quả của biểu thức là số nguyên
hay số thực phụ thuộc vào kiểu dữ liệu của hai toán hạng. Nếu hai toán hạng đều là số nguyên thì
kết quả của biểu thức sẽ là một số nguyên. Trường hợp có một toán hạng là số thực thì kết quả biểu thức là số thực. Ví dụ: int i = 5; float f;
/* chia cho một số nguyên */
f = i/2; /* f = 2 vì kết quả của biểu thức chỉ là một số nguyên */
/* chia cho một số thực */
f = i/2.0; /* f = 2.5 vì kết quả của biểu thức là một số thực */
Thứ tự ưu tiên của các toán tử số học trong một biểu thức theo trật tự truyền thống. Ví dụ
3+5*2 sẽ cho ta kết quả là 13.
2. Nhóm toán tử so sánh Toán tử Ý nghĩa Ví dụ == So sánh bằng a==5 != So sánh khác a !=5 < So sánh nhỏ hơn a<5 <=
So sánh nhỏ hơn hoặc bằng a<=5 > So sánh lớn hơn a>5 >=
So sánh lớn hơn hoặc bằng a>=5