【正文】 ......................................... 15 4 結(jié)語(yǔ) .......................................................................................................... 16 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 1 1 引言 應(yīng)用背景 隨著大學(xué)教育的普及化 ,C 語(yǔ)言已成為最普及的程序設(shè)計(jì)教學(xué)語(yǔ)言之一。提高大學(xué)生 C/C++的程序設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動(dòng)手能力 ,對(duì)他們的專(zhuān)業(yè)發(fā)展及今后的就業(yè)具有非常重要的意義。 當(dāng)初設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) Ch的主要目的是為了更有效地進(jìn)行 C語(yǔ)言計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)入門(mén)教學(xué)，同時(shí)兼顧智能機(jī)電系統(tǒng)方面的科研和工程應(yīng)用 [1][2]。經(jīng)過(guò)在教學(xué)實(shí)踐和工程應(yīng)用并不斷完 善， Ch現(xiàn)已從一個(gè)簡(jiǎn)單的教學(xué)和科研工具演變?yōu)橐粋€(gè)可移植跨平臺(tái)且通用簡(jiǎn)便的計(jì)算環(huán)境 [3]，并得到廣泛認(rèn)可。目前已經(jīng)形成了以 Ch為核心的 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)平臺(tái) [4]。 Ch設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循了 C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，是 C語(yǔ)言的超集。作為一個(gè)完整的 C語(yǔ)言解釋器 ,Ch支持 C89標(biāo)準(zhǔn) [5]的所有特性。在基于對(duì)象的編程方面， Ch也支持 C++中的一些主要特性。在此后修訂 C99后，很多諸如復(fù)數(shù)和可變長(zhǎng)數(shù)組等原先在 Ch中實(shí)現(xiàn)的新特性都添加到了的最新 C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) C99[6]中。與其他大部分 C語(yǔ)言編譯器相比較， Ch支持更多 C99的新增特性。所 以使用 Ch可以極大地簡(jiǎn)化很多編程任務(wù)。 C語(yǔ)言最初是為系統(tǒng)編程而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，因此它在工程和科學(xué)應(yīng)用方面存在一些缺陷。 Ch是一個(gè) C/C++解釋器，可用于跨平臺(tái)腳本、高級(jí)數(shù)值計(jì)算和圖形繪制、 shell編程和嵌入式腳本。 Ch借鑒了很多其他語(yǔ)言和軟件包的特性和創(chuàng)意，它和其他一些語(yǔ) 言和軟件包的關(guān)系見(jiàn)圖 11。 圖 11 Ch和其他一些計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和軟件包的關(guān)系 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 2 Ch的以下主要功能是一般的 C語(yǔ)言編譯器所無(wú)法提供的。首先， Ch可以解釋 C語(yǔ)言程序，在一臺(tái)機(jī)器上開(kāi)發(fā)的 C語(yǔ)言程序可以在無(wú)需編譯和鏈接代碼的情況下在另 一臺(tái)機(jī)器上由Ch解釋執(zhí)行，這對(duì)腳本應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常理想的。解釋器對(duì) C語(yǔ)言計(jì)算機(jī)編程的教與學(xué)雙方都是非常有幫助的，比如，運(yùn)行時(shí)的出錯(cuò)信息能夠更方便地指向源代碼，使初學(xué)者更容易發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤。 Ch還能解釋使用面向?qū)ο缶幊烫匦缘?C++程序。其次，一些應(yīng)用于工程和科學(xué)方面的語(yǔ)言 (如 MATLAB和 Mathematica)所具有的高級(jí)數(shù)值計(jì)算和圖形繪制特性也被 Ch擴(kuò)展到 C語(yǔ)言上。 Ch中的一些數(shù)值計(jì)算方面擴(kuò)展特性已添加到C99中。再次， Ch是一個(gè)具有高效的 shell編程特點(diǎn)的超高級(jí)語(yǔ)言。有些需要編寫(xiě)數(shù)千行 C語(yǔ)言代碼才能解 決的問(wèn)題， Ch代碼只需寥寥數(shù)行即可完成。此外， Ch還可以無(wú)縫地嵌入到用 C或 C++語(yǔ)言編寫(xiě)的編譯應(yīng)用程序中，使應(yīng)用程序可以用 C/C++腳本柔性編程，極大地?cái)U(kuò)展了應(yīng)用程序的功能。本文將從教學(xué)的視角闡述 Ch的這些獨(dú)特功能。 應(yīng)用意義 C語(yǔ)言是在工程和科學(xué)方面應(yīng)用最廣的編程語(yǔ)言之一。 C語(yǔ)言可以在各種計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，其中包括微控制器、微型計(jì)算機(jī)、手執(zhí)設(shè)備、個(gè)人電腦、工作站乃至超型計(jì)算機(jī)。在目前制造的所有微處理器中，只有不到 5%的處理器用于新的個(gè)人電腦和工作站中，剩余的則用于工業(yè)機(jī)器、醫(yī)療設(shè)備、交通燈控制器 和家用電器等的嵌入式系統(tǒng)中。 C語(yǔ)言是編寫(xiě)諸如此類(lèi)嵌入式系統(tǒng)硬件接口程序的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)編程入門(mén)教學(xué)中應(yīng)用最廣的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一。但眾所周知的是， C語(yǔ)言較難學(xué)，熟練掌握更需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。本文介紹的 Ch是跨平臺(tái)的 C/C++解釋計(jì)算環(huán)境，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)編程入門(mén)教學(xué)具有良好的效果。 應(yīng)用現(xiàn)狀 C語(yǔ)言的廣泛應(yīng)用也擴(kuò)展了許多的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，目前普遍運(yùn)用的主要有： Ch 、 Turbo C++ 、 Visual C++ 2021和微軟的 Visual C++。在我國(guó)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)中長(zhǎng) 久以來(lái)主要教授 VB和 VC，隨著對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻，以 C語(yǔ)言為主要教學(xué)語(yǔ)言的課程在大學(xué)課程中占的比重也越來(lái)越大，但是現(xiàn)在的很多教師應(yīng)用的還是落后的編程平臺(tái)。近幾年開(kāi)發(fā)出 Ch平臺(tái)兼容并蓄地吸收借鑒了其他平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)反饋中不斷完善，成為一種特別適合初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)平臺(tái)。從我國(guó)率先引進(jìn)的學(xué)校來(lái)看，基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 3 其對(duì)學(xué)生成績(jī)的提高十分明顯。這對(duì) ch平臺(tái)在我國(guó)大規(guī)模普及起到了十分積極的意義。 2 ch 平臺(tái)的優(yōu)勢(shì) ch 平臺(tái)優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)介 ch與其他平臺(tái)相比有五點(diǎn)特別明顯而且適合教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。其一： ch是一個(gè)跨平臺(tái)的C/C++解釋器 ；其二， 交互式解釋執(zhí)行 C/C++語(yǔ)句、表達(dá)式、函數(shù)和程序，交互式大大地提高了編程的效率 ， 有效地避免人為操作所帶來(lái)的不必要的錯(cuò)誤并且能夠直觀地向初學(xué)者展現(xiàn)編程的基本思想和步驟 ， 有力地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)習(xí)思維；其三，使用 ChIDE編輯和調(diào)試 C/C++程序。 ChIDE操作簡(jiǎn)便，是專(zhuān)門(mén)為教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)而開(kāi)發(fā)的。 ChIDE的特征和布局都是那些沒(méi)有任何編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者而設(shè)置的；其四： Ch的高級(jí)科學(xué)計(jì)算功能，調(diào)用高級(jí)函數(shù)；其五：可視化的繪圖能力，圖形繪制對(duì)數(shù)值結(jié)果的可視化和 解釋是極為重要的。 Ch 是一個(gè)跨平臺(tái)的 C/C++解釋器 今后 的操作系統(tǒng)平臺(tái)將不再是 Windows 一統(tǒng)天下 ,而是朝著 Linux、 Windows 等多種操作系統(tǒng)多元化發(fā)展的方向邁進(jìn)。與此相適應(yīng) ,中國(guó)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言教學(xué)也不應(yīng)當(dāng)只教VC、 VB 這類(lèi)依賴(lài)于 Windows 平臺(tái)的語(yǔ)言 ,而是應(yīng)當(dāng)教一些跨平臺(tái)語(yǔ)言。在運(yùn)行 在處理某些任務(wù)時(shí)， C語(yǔ)言功能及其編譯 /鏈接 /運(yùn)行 /調(diào)試等繁瑣過(guò)程不盡完美且效率不高。隨著計(jì)算機(jī)硬件越來(lái)越便宜，計(jì)算速度越來(lái)越快， Ch作為跨平臺(tái) C/C++解釋器，其在程序設(shè)計(jì)效率、柔性及成本 方面的優(yōu)勢(shì)已被越來(lái)越廣泛應(yīng)用，特別是在 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)上。 此外， Ch被設(shè)計(jì)成與平臺(tái)無(wú)關(guān)，它可以在配有不同計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)的不同類(lèi)型計(jì)算環(huán)境中運(yùn)行，其中包括 Windows、 Mac OS X、 Linux(x8 PPC、 ARM架構(gòu) )、 Unix， FreeBSD和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) QNX。 Ch跨平臺(tái)特點(diǎn)可以使 C/C++程序在多種操作系統(tǒng)上跨平臺(tái)解釋執(zhí)行，而無(wú)須繁瑣且與平臺(tái)相關(guān)的編譯過(guò)程。在一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的 程 序 可 以 在 其 他 任 何 一 個(gè) 平 臺(tái) 上 運(yùn) 行 。 在輔助初學(xué)者學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程方面， Ch有很多專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的警告和出錯(cuò)提示 信息，而不用如段故障和總線(xiàn)錯(cuò)誤之類(lèi)含義模糊且令人費(fèi)解的出錯(cuò)提示信息。 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 4 交互式解釋執(zhí)行 C/C++語(yǔ)句和表達(dá)式 C語(yǔ)言的所有語(yǔ)句和表達(dá)式都可以在 Ch命令外殼中交互解釋執(zhí)行并即時(shí)地顯示在屏幕上。值得注意的是，在命令模式中執(zhí)行相應(yīng)語(yǔ)句時(shí)， C語(yǔ)程序中語(yǔ)句末尾的分號(hào)是可省略的。 Ch shell中的默認(rèn)提示符是可配置的。為簡(jiǎn)易起見(jiàn)，下文關(guān)于 Ch shell的命令行敘述中只顯示提示符 ，而不列出完整路徑。 圖 22 Ch命令 shell用戶(hù)界面 Ch shell會(huì) 對(duì)輸入的 C語(yǔ)言表達(dá)式直接進(jìn)行求值，并將結(jié)果顯示于屏幕上。比如 ,輸入表達(dá)式 3+4*5，輸出的結(jié)果為 7，如圖 23所示。 圖 23 Ch shell示例 1 任何有效的 C語(yǔ)言表達(dá)式都可以在 Ch shell中求值。因此，把 Ch當(dāng)作計(jì)算器使用也是相當(dāng)方便的。再舉一例，在提示符后聲明變量，接著在隨后的計(jì)算中用變量，如圖 24所示。 3+4*5 23 int i sizeof(int) 4 i = 30 30 printf(%x, i) 1e printf(%b, i) 11110 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 5 圖 24 Ch shell示例 2 如圖 3的 C語(yǔ)句中， i是一個(gè) 4字節(jié)的 int型變量， i的整數(shù)值 30將以十進(jìn)制、十六進(jìn)制和二進(jìn)制數(shù)顯示。 Ch shell還可以方便地檢查 C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)或 C++類(lèi)的對(duì)齊，如圖 25所示。 圖 25 Ch shell示例 3 本例中的 int和 double雖然分別占 4和 8個(gè)字節(jié)，但為了對(duì)齊，結(jié)構(gòu)體 s的 int和 double兩個(gè)字段共占 16個(gè)字節(jié)，而不是 12個(gè)。便于代碼編寫(xiě)規(guī)范整潔美觀正確。 交互式解釋執(zhí)行 C/C++函數(shù)和程序 除了 C語(yǔ)句和表達(dá)式之外， C語(yǔ)言的函數(shù)和程序也可以在 Ch shell中進(jìn)行交互式解釋執(zhí)行。 C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的所有函數(shù)都可以 進(jìn)行交互式執(zhí)行，也可以在用戶(hù)自定義的函數(shù)中使用。比如，在交互式解釋執(zhí)行如圖 26所示的代碼： 圖 26 交互式解釋執(zhí)行代碼 在隨機(jī)數(shù)值生成函數(shù) rand()中種入時(shí)間值 srand (time(NULL))。在命令行中定義并調(diào)用的函數(shù) add()依次調(diào)用了泛型數(shù)學(xué)函數(shù) sin()。函數(shù)文件中定義的函數(shù)也可被其他程序和表達(dá)式在命令外殼直接調(diào)用。 Ch的函數(shù)文件是一種擴(kuò)展名為 .chf的文件，此類(lèi)文struct tag {int i。 double d。} =20 20 s .i = 20 .d = sizeof(s) 16 srand(time(NULL)) rand() 4497 rand() 11439 double add(double a, double b) {double c。 return a+b+sin()。} double c c = add(, 20) 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 6 件只含有一個(gè)函數(shù)定義。函數(shù)文件名和函數(shù)定義是相同的。 如圖 27所示。 圖 27 定義 addition 函數(shù) 比如圖 7 中的程序 就是函數(shù) addition()的函數(shù)文件。函數(shù) addition()可以用于程序或如圖 28 所示的命令外殼中。 圖 28 函數(shù) addition()用于命令外殼中 C/C++程序無(wú)需編譯即可直接進(jìn)行交互式執(zhí)行。比如，要運(yùn)行圖 29中的 “”程序： 圖 29 “”程序 只要在 Ch命令 shell中輸入命令 “”，得到的結(jié)果就是 “Hello, world”，如圖 210所示。 圖 210 C程序 “”運(yùn)行結(jié)果 /* File: */ int addition(int a, int b) { int c。 c = a + b。 return c。 } int i = 10 i = addition(10, i) 20 /* File: */ include int main() { printf(Hello, world\n)。 return 0。 } Hello, world 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)探討 7 210 “ ” 運(yùn)行結(jié)果 使用 ChIDE 編輯和調(diào)試 C/C++程序 Ch由上述命令外殼 (mand shell)和一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (Ch Integrated Development Environment， ChIDE)兩大模塊構(gòu)成。 ChIDE允許用戶(hù)在 IDE中編輯、調(diào)試或運(yùn)行 C/C++程序， 其用戶(hù)界面支持包括中文在內(nèi)的 30多種語(yǔ)言。 ChIDE中含有現(xiàn)代 IDE中常用的大部分功能。 擁有一個(gè)典型的 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境所需要的所有運(yùn)行和調(diào)試功能 :可以設(shè)置多個(gè)斷點(diǎn) 。單步調(diào)試時(shí)的提示清晰明確 。單擊錯(cuò)誤提示就可以直接跳轉(zhuǎn)到有錯(cuò)誤的那一行 。無(wú)需編譯鏈接就可以解釋代碼 。在調(diào)試過(guò)程中可以更改變量的值 ,可以觀測(cè)任何含有變量的表達(dá)式的值 ,甚至可以在學(xué)習(xí)控制結(jié)構(gòu)時(shí) ,學(xué)生可以改變變量的值 ,觀察每次不同的分支選擇結(jié)果 ,以及在什么時(shí)候會(huì)進(jìn)入無(wú)限循環(huán)。對(duì)一個(gè)寫(xiě)好的程序 ,也可以通過(guò)這個(gè)方式測(cè)試其穩(wěn)定性 。 另外，它具有自動(dòng)語(yǔ)法高亮顯示，可 幫助用戶(hù)發(fā)現(xiàn)程序的一些語(yǔ)法錯(cuò)誤。 ChIDE操作簡(jiǎn)便，是專(zhuān)門(mén)為教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)而開(kāi)發(fā)的。 ChIDE的特征和布局都是針對(duì)那些沒(méi)有任何編程經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者而設(shè)置的。比如，如圖 211[7]所示，程序 9行時(shí)，可以在 ChIDE中間的調(diào)試窗格內(nèi)監(jiān)控局部變量和全局變量的值。變量 a和 i以及表達(dá)式 2*g的值可以通過(guò)將相應(yīng)命令輸入右下角的調(diào)試窗格中獲取。教師課堂演示時(shí)，還可以方便地改變 ChIDE中程序的字體大小。 基于 ch 平臺(tái) c 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教