计算机编程基础知识

计算机编程基础知识详细介绍

1. 编程语言基础概念

- 编程语言的分类：

- 机器语言：计算机能够直接识别和执行的二进制指令代码，由0和1组成，是最底层的语言，编写难度大，但执行效率高。

- 汇编语言：使用助记符来代替机器语言中的二进制指令，一定程度上简化了编程，但仍然与硬件紧密相关，主要用于系统软件、底层驱动开发等。

- 高级语言：如Python、Java、C++等，更接近人类的自然语言和数学表达式，具有较高的编程效率，不依赖于特定的硬件，可移植性强，应用广泛。

- 编程语言的语法和语义：

- 语法：规定了语言的结构和形式，包括字符集、单词构成、语句格式等。例如，在Python中，定义一个变量的语法是“变量名 = 值”，不符合这个格式就会产生语法错误。

- 语义：则是关于语言的意义，即程序的逻辑和功能。比如，在循环语句中，语义就是规定了一段代码会按照一定的条件重复执行。

2. 数据类型

- 基本数据类型：

- 整数类型（如int）：用于存储整数，例如在C++中“int num = 10;”就定义了一个整数变量。不同编程语言中整数类型的取值范围可能不同，这与内存分配有关。

- 浮点数类型（如float、double）：用来存储带有小数部分的数。例如在Python中“float pi = 3.14;”定义了一个单精度浮点数。双精度浮点数（double）比单精度浮点数精度更高，能表示更精确的小数。

- 字符类型（如char）：用于存储单个字符，在编程语言中通常用单引号或双引号括起来。例如在Java中“char ch = 'A';”定义了一个字符变量。

- 布尔类型（如bool）：只有两个值，真（True或1）和假（False或0），主要用于条件判断。例如在Python中“if a > 10:”这个条件判断中，“a > 10”的结果就是一个布尔值。

- 复合数据类型或构造数据类型：

- 数组：是一组相同类型元素的集合。例如在JavaScript中“let arr = [1, 2, 3];”定义了一个包含三个整数的数组。可以通过下标访问数组中的元素，如“arr[0]”表示访问数组中的第一个元素。

- 字符串（也可看作一种特殊的数组）：用于存储一串字符。在很多编程语言中，字符串有多种操作方法，如拼接、截取等。例如在Python中“string1 = 'Hello'; string2 = 'World'; string3 = string1 + string2;”实现了两个字符串的拼接。

- 结构体（struct）和类（class）：用于将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的类型。在C++中用结构体来组织数据，如“struct Student { char name[20]; int age; float score; };”定义了一个学生结构体，包含姓名、年龄和成绩。类在面向对象编程语言中使用，除了包含数据成员外，还包括方法（函数）成员，用于实现对象的行为。

3. 变量与常量

- 变量：

- 变量是程序运行过程中可以改变的值。在定义变量时，需要指定数据类型（在一些动态类型语言中可以不指定）。例如在Python中“a = 10; a = a + 5;”，首先定义变量a并赋值为10，然后将a的值增加5。变量有作用域，分为局部变量（在函数内部定义，只在函数内部有效）和全局变量（在函数外部定义，在整个程序中都可以访问，不过在函数内部访问全局变量可能需要特殊的声明，具体取决于编程语言）。

- 常量：

- 常量是程序运行过程中不能改变的值。在一些语言中可以用关键字来定义常量，如在C++中“const int MAX_VALUE = 100;”定义了一个常量MAX_VALUE，在程序运行过程中不能被修改。在Python中可以通过将变量名全部大写来暗示这是一个常量，虽然实际上可以修改，但这是一种约定俗成的做法，如“PI = 3.14159”。

4. 运算符

- 算术运算符：

- 包括加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）、取余（%）等。例如在Java中“int result = 5 % 3;”，结果为2，因为5除以3的余数是2。不同语言对于算术运算符的优先级规定类似，但在复杂表达式中最好使用括号来明确运算顺序。

- 关系运算符：

- 用于比较两个值的大小关系，如大于（>）、小于（<）、等于（==）、大于等于（>=）、小于等于（<=）、不等于（!=）。在编程语言中，关系运算的结果通常是一个布尔值。例如在Python中“print(3 > 2)”会输出True。

- 逻辑运算符：

- 包括逻辑与（&&或and）、逻辑或（||或or）、逻辑非（!或not）。用于组合多个条件判断。例如在C#中“if ((a > 10) && (b < 20)) { … }”，只有当a大于10并且b小于20这两个条件同时满足时，才会执行花括号内的代码。

- 赋值运算符：

- 最基本的是“=”，用于将右边的值赋给左边的变量。还有复合赋值运算符，如“+=”（如“a += 2”等价于“a = a + 2”）、“-=”、“*=”、“/=”、“%=”等，这些运算符可以简化代码书写。

5. 控制结构

- 顺序结构：

- 程序按照语句的书写顺序依次执行，这是最基本的执行流程。例如在Python中“print('Hello'); print('World');”会先打印“Hello”，然后打印“World”。

- 选择结构：

- if语句：根据条件是否成立执行不同的代码块。例如在Java中“if (a > 10) { System.out.println("a大于10"); } else { System.out.println("a小于等于10"); }”，如果变量a的值大于10，就执行if后面花括号内的代码，否则执行else后面花括号内的代码。

- switch语句（在一些语言中有）：用于多分支选择。例如在C++中“switch (n) { case 1: cout << "选择了1"; break; case 2: cout << "选择了2"; break; default: cout << "其他选择"; }”，根据变量n的值执行相应的分支，注意每个case分支后一般要加上break语句，以防止执行完一个分支后继续执行下一个分支。

- 循环结构：

- while循环：当条件为真时，重复执行循环体中的语句。例如在Python中“while i < 10: print(i); i = i + 1;”，只要变量i的值小于10，就会一直执行打印i和i加1的操作。

- do - while循环（在一些语言中有）：先执行一次循环体，然后再判断条件是否为真，若为真则继续循环。例如在Java中“do { System.out.println(i); i++; } while (i < 10);”，这种循环至少会执行一次循环体。

- for循环：通常用于已知循环次数的情况。例如在C中“for (int i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", i); }”，定义了一个循环变量i，初始值为0，每次循环后i加1，当i小于10时执行循环体，用于打印0到9这十个数字。

6. 函数和过程（在一些语言中有）

- 函数定义：

- 包括函数头和函数体。函数头包含返回类型、函数名和参数列表，函数体是实现函数功能的代码块。例如在Python中“def add(a, b): return a + b;”定义了一个名为add的函数，接受两个参数a和b，返回它们的和。

- 函数调用：

- 在主函数或其他函数中可以调用已经定义好的函数。例如在上述Python函数定义后，可以用“result = add(3, 5);”来调用add函数，将结果存储在result变量中。

- 参数传递：

- 参数可以是值传递（将参数的值复制一份传递给函数，函数内部对参数的修改不会影响到函数外部的变量）或引用传递（将变量的地址传递给函数，函数内部对参数的修改会影响到函数外部的变量，不过这取决于语言的实现）。例如在C++中，基本数据类型默认是值传递，而数组等是引用传递。

7. 输入和输出

- 输入函数：

- 不同语言有不同的输入函数。例如在Python中，使用“input()”函数可以从键盘获取用户输入的字符串。如果要获取整数等其他类型的数据，需要进行类型转换，如“num = int(input("请输入一个整数："));”。在C++中，使用“cin >> variable;”来输入一个变量的值，其中“variable”是要输入的变量。

- 输出函数：

- 用于将数据输出到屏幕或其他设备。在Python中，使用“print()”函数可以输出各种类型的数据，如“print("Hello, World!");”输出一个字符串，还可以输出变量的值，如“print("变量a的值是：", a);”。在C++中，使用“cout << "输出内容";”来进行输出，也可以输出变量的值，如“cout << a;”。