第一章 程序的基本概念
1.1 程序和编程语言
程序（Program）告诉计算机应如何完成一个计算任务。
程序由一系列指令（Instruction）组成，指令是指示计算机做某种运算的命令，通常包括以下几类：
输入（input）
从键盘、文件或者其它设备获取数据。
输出（output）
把数据显示到屏幕，或者存入一个文件，或者发送到其它设备。
基本运算
执行最基本的数学运算（加减乘除）和数据存取。
测试和分支
测试某个条件，然后根据不同的测试结果执行不同的后续指令。
循环
重复执行一系列操作。
编写程序可以说就是这样一个过程：把复杂的任务分解成子任务，把子任务再分解成更简单的任务，层层分解，直到最后简单得可以用以上指令来完成。
表 1.1 一个语句的三种表示
| 编程语言 | 表示形式 |
|---|---|
| C语言 | a = b+1; |
| 汇编语言 | mov 0x804a01c,%eax add $0x1, %eax mov %eax, 0x804a018 |
| 机器语言 | a1 1c a0 04 08 83 c0 01 a3 18 a0 04 08 |
计算机只能对数字做运算，符号、声音、图像在计算机内部都要用数字表示，指令也不例外，上表中的机器语言完全由十六进制数字组成。最早的程序员都是直接用机器语言编程，但是很麻烦，需要查大量的表格来确定每个数字表示什么意思，编写出来的程序很不直观，而且容易出错，于是有了汇编语言，把机器语言中一组一组的数字用助记符（Mnemonic）表示，直接用这些助记符写出汇编程序，然后让汇编器（Assembler）去查表把助记符替换成数字，也就把汇编语言翻译成了机器语言。
从上面的例子可以看出，汇编语言和机器语言的指令是一一对应的，汇编语言有三条指令，机器语言也有三条指令，汇编器就是做一个简单的替换工作。
从上面的例子还可以看出，C语言的语句和低级语言的指令之间不是简单的一一对应关系，一条a=b+1;语句要翻译成三条汇编或机器指令，这个过程称为编译（Compile），由编译器（Compiler）来完成，显然编译器的功能比汇编器要复杂得多。用C语言编写的程序必须经过编译转成机器指令才能被计算机执行，编译需要花一些时间，这是用高级语言编程的一个缺点，然而更多的是优点。首先，用C语言编程更容易，写出来的代码更紧凑，可读性更强，出了错也更容易改正。其次，C语言是可移植的（Portable）或者称为平台无关的（Platform Independent）。
图 1.1. 编译执行的过程
图 1.2. 解释执行的过程
1.2 自然语言和形式语言
关键字：自然语言(Natural Language)、形式语言(Formal Language)、歧义性（Ambiguity）、冗余性（Redundancy）、隐喻（Metaphor）、字面（Literal）、语法(Grammer/Syntax)、符号(Token)、结构(Structure)、解析（Parse）、上下文(Context)、语义（Semantic）
自然语言(Natural Language)就是人类讲的语言。
这类语言不是人为设计（虽然有人试图强加一些规则）而是自然进化的。
形式语言(Formal Language)是为了特定应用而人为设计的语言。
形式语言有严格的语法(Syntax)规则。
语法规则是由符号(Token)和结构(Structure)的规则所组成的。
虽然形式语言和自然语言有很多共同之处，包括Token、结构和语义，但是也有很多不一样的地方。
歧义性（Ambiguity）
自然语言充满歧义，人们通过上下文的线索和自己的常识来解决这个问题。形式语言的设计要求是清晰的、毫无歧义的，这意味着每个语句都必须有确切的含义而不管上下文如何。
冗余性（Redundancy）
为了消除歧义减少误解，自然语言引入了相当多的冗余。结果是自然语言经常说得啰里啰嗦，而形式语言则更加紧凑，极少有冗余。
与字面意思的一致性
自然语言充斥着成语和隐喻（Metaphor），我在某种场合下说“The other shoe fell”，可能并不是说谁的鞋掉了。而形式语言中字面（Literal）意思基本上就是真实意思，也会有一些例外，例如下一章要讲的C语言转义序列，但即使有例外也会明确规定哪些字面意思不是真实意思，它们所表示的真实意思又是什么。
1.3 程序的调试
关键字：Bug(臭虫)、Debug(调试)、Run-time(运行时)
编程是一件复杂的工作，因为是人做的事情，所以难免经常出错。据说有这样一个典故：早期的计算机体积都很大，有一次一台计算机不能正常工作，工程师们找了半天原因最后发现是一只臭虫钻进计算机中造成的。从此以后，程序中的错误被叫做臭虫（Bug），而找到这些Bug并加以纠正的过程就叫做调试（Debug）。有时候调试是一件非常复杂的工作，要求程序员概念明确、逻辑清晰、性格沉稳，还需要一点运气。调试的技能我们在后续的学习中慢慢培养，但首先我们要区分清楚程序中的Bug分为哪几类。
-
编译时出错
编译器只能翻译语法正确的程序，否则将导致编译失败，无法生成可执行文件。
-
运行时错误
编译器检查不出这类错误，仍然可以生成可执行文件，但在运行时会出错而导致程序崩溃。(注意区分编译时和运行时（Run-time）这两个概念)
-
逻辑错误和语义错误
编译和运行都顺利进行，但是程序没有干它该干的事情(程序员想要的目的)。
1.4 第一个程序
代码如下：
#include <stdio.h>
/*main: generate some simple output*/
int main()
{
printf("Hello, World.\n");
return 0;
}
Linux下编译(gcc):
gcc main.c
./a.out
Hello, World.
Windows下编译(MinGW):
gcc main.c
a.exe
Hello, World.
代码解释：
虽然这只是一个很小的程序，但我们目前暂时还不具备相关的知识来完全理解这个程序，比如程序的第一行，还有程序主体的
int main(void){...return 0;}结构，这些部分我们暂时不详细解释，读者现在只需要把它们看成是每个程序按惯例必须要写的部分（Boilerplate）。但要注意main是一个特殊的名字，C程序总是从main里面的第一条语句开始执行的，在这个程序中是指printf这条语句。/*...*/结构是一个注释（Comment），其中可以写一些描述性的话，解释这段程序在做是什么。编译器会忽视从/*到*/的所有字符，所以写注释没有语法规则，，并且不管写多少都不会被编译进可执行文件中。
printf的作用是把消息打印到屏幕。注意语句的末尾以" ; "号(Semicolon)结束，下一条语句" return 0; "也是如此。
C语言用{}括号(Brace或Curly Brace)把语法结构分成组，在上面的程序中printf和return语句套在main的{}括号中，表示它们属于main的定义之中。我们看到这两句相比main那一行都缩进（Indent）了一些，在代码中可以用若干个空格（Blank）和Tab字符来缩进，缩进不是必须的，但这样使我们更容易看出这两行是属于main的定义之中的，要写出漂亮的程序必须有整齐的缩进，第9.1节将介绍推荐的缩进写法。