程序设计基础 · 第1章

引言：生成式AI时代
怎样学程序设计？

中医药人工智能学院 · 浙江中医药大学

第0章之后，第1章还要解决什么？

第1章内容组织

开场问题

如果期末给你一个题目，
你把它完整交给AI生成代码——
这算不算“会程序设计”？

A 算B 不算C 要看情况

代码生成 ≠ 问题解决

程序设计真正学什么？

AI特别擅长：解释、生成、补全、修改、提示

人必须负责：目标、判断、验证、选择、责任

程序与程序设计语言

程序与指令

用“菜谱”理解程序

计算机程序比菜谱更严格：每一步都必须精确。

虚拟计算机指令系统

例：编写程序，分别求和与乘积。约定字母表示内存单元，0、1 等数字表示常量；虚拟计算机定义7条指令：

• Input X：将当前输入数据存储到内存 X 单元
• Output X：将内存 X 单元的数据输出
• Add X Y Z：将操作数 X 与 Y 的值相加，结果存储到内存 Z
• Sub X Y Z：将操作数 X 与 Y 的值相减，结果存储到内存 Z
• BranchEq X Y P：若操作数 X 与 Y 的值相等，跳转到 P 处执行
• Jump Q：程序跳转到 Q 处执行
• Set X Y：将操作数 X 的值存储到内存 Y

虚拟程序：输入A、B、C，求A+B+C

Input A;     输入第1个数据到A
Input B;     输入第2个数据到B
Input C;     输入第3个数据到C
Add A B D;   D = A + B
Add C D D;   D = C + D
Output D;    输出D
        

思考：如何求 A + B - C？

虚拟程序：输入A，求A+A+A

Input A;
Add A A D;
Add A D D;
Output D;
                

Input A;
Set 0 Z;
Add Z A Z;
Add Z A Z;
Add Z A Z;
Output Z;
                

同一个问题可以有不同程序，但都要表达清楚步骤。

虚拟程序：输入A和B，求A*B

先限定 B 为非负整数。此时 A*B = A + A + ... + A，相当于 B 个 A 相加。

Input A;
Input B;
Set 0 Z;
Add Z A Z;
Add Z A Z;
...
Add Z A Z;
Output Z;
        

这样的思路可行吗？关键问题在哪里？

引出循环：用重复加法求A*B

Input A;
Input B;
Set 0 X;
Set 0 Z;
BranchEq X B 9;
Add Z A Z;
Add 1 X X;
Jump 5;
Output Z;
                

适用条件：B 为非负整数；若允许负数，还需要增加符号处理。

思考：如何求 (A+B)*C？

程序设计语言的功能

数据表达

C语言中的数据类型

• 基本数据类型：整型、实型/浮点型、字符型等
• 构造类型：数组、结构体、联合体等
• 其他类型：指针类型、枚举类型、空类型等
• 常量：程序运行过程中值不变的数据
• 变量：程序运行过程中可保存和改变数据的存储单元

结构化程序设计方法

• 将复杂程序划分为若干相对独立的模块
• 模块可以是一条语句、一段程序或一个函数
• 强调单入口、单出口
• 程序结构清晰，便于阅读、修改和调试

三种基本控制结构

任何程序都可以将模块通过三种基本控制结构组合实现。

顺序结构

分支结构

循环结构

程序设计语言的语法

程序必须符合语法规则，规定代码该怎么写。

C语言的主要“单词”

• 标识符：变量名、函数名等，由字母、数字、下划线组成，且第一个字符不能是数字
• 保留字/关键字：C语言规定的特殊单词，如 int、for、return
• 常量：如 123、12.34
• 运算符：如 +、-、*、/、%、>
• 分隔符：如 { }、( )、;
• 注释：用于解释程序，编译器会忽略

C语言的主要语法单位

• 表达式：运算符与运算对象组合形成表达式，如 2+3*4
• 变量定义：定义变量时需要说明类型，如 int n;
• 语句：程序最基本的执行单位
• 函数的定义与调用：把程序组织成模块

从第一个C程序开始

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello, C!\n");
    return 0;
}
        

先问6个问题

AI也可以是“随时可问的助教”

但：AI的解释也需要判断。

例如：“C程序从第一行开始执行”——对吗？

C程序的基本框架

#include <stdio.h>     // 预处理命令

int main(void)          // 主函数：程序入口
{
    // 函数体：写具体要执行的语句
    return 0;           // 程序正常结束
}
        

C程序由一个或多个函数组成，main 是主函数，有且只有一个。

例1-1：求阶乘问题

输入一个正整数 n，输出 n!。例如输入 4，输出 24。

#include <stdio.h>
int factorial(int n);

int main(void)
{
    int n, result;
    scanf("%d", &n);
    result = factorial(n);
    printf("%d\n", result);
    return 0;
}

int factorial(int n)
{
    int i, fact = 1;
    for(i = 1; i <= n; i++)
    {
        fact = fact * i;
    }
    return fact;
}
        

阶乘程序：先读懂，不急着写

• 函数：C程序由函数组成，main 是入口，factorial 是自定义函数
• 变量：int n, result; 在内存中准备空间保存整数
• 函数声明：提前告诉 main 后面有一个 factorial 函数
• 输入：scanf("%d", &n) 从键盘读取整数
• 循环：for 反复执行乘法，实现 n!

Python 与 C：我们已经会什么，还缺什么？

a = 10
print(a)
                

int a = 10;
printf("%d\n", a);
                

Python常常替你隐藏很多细节；C会逼着你理解这些细节。

Python → C：输入两个整数并求和

a = int(input())
b = int(input())
print(a + b)
                

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    printf("%d\n", a + b);
    return 0;
}
                

从比较中认识C语言

程序的编译与编程环境

• 程序的编译：编译器分析源代码并将其翻译为汇编代码或目标代码
• 链接：链接器把目标文件与所需库代码组合起来，生成可执行程序
• 错误诊断：编译器能够发现并报告许多词法、语法和部分语义错误
• 编程环境：包括编辑程序、编译、调试等工具和过程

C语言编译过程

• 预处理：处理头文件、宏、条件编译
• 编译：语法检查，生成汇编代码
• 汇编：生成目标文件
• 链接：组合目标文件与所需库代码，生成可执行文件

编译命令：先了解即可

gcc -c test.c
gcc test.o -o test
gcc -o test test.c
gcc -Wall -save-temps test.c -o test
        

如果使用IDE，“运行”按钮背后也包含编辑、编译、链接和执行的过程。

从源代码到运行结果

故意让程序出错

printf("Hello C!")
                

pritnf("Hello C!");
                

printf("Hello C!\n";
                

错误信息不是失败，而是程序给你的反馈。

语法错误与逻辑错误

C语言程序编译、链接、运行与调试

第一次AI Debug

问题求解示例

问题：求 1–100 之间所有偶数的和

先不要急着写代码，先分析问题。

问题分析与算法分析

• 思路 → 算法：先有解决问题的思路，再形成明确步骤
• 算法：一组明确的解决问题的步骤，它产生结果，并能在有限时间内终止
• 算法描述：自然语言、伪代码、流程图

思路和算法

• 明确问题：在范围 1–100 内，找到满足条件“偶数”的整数，并求累加和
• 设置变量：用 sum 保存累加结果，初始值为 0
• 重复检查：依次查看每个整数 i
• 条件判断：如果 i 是偶数，就执行 sum = sum + i;

算法描述：流程图

从算法到程序：先看整体

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i, sum = 0;

    for(i = 1; i <= 100; i++)
    {
        if(i % 2 == 0)
        {
            sum = sum + i;
        }
    }

    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}
        

第一次课只看清楚“输入/处理/输出”和“顺序/分支/循环”如何配合。

问题延伸：同一个结构可以解决更多问题

思考：如何计算从 1 到 n 之间的奇数之和？

问题延伸：让AI帮助，但不替代思考

这比直接问“给我答案”更能帮助学习。

三种使用AI的学生

谁真正学到了东西？

AI协作编程六步法

本课程允许AI，但有边界

人与AI怎样分工？

课堂任务：同一道题，做两次

输入长方形的长和宽，计算面积和周长。

推荐提示词模板

第一次实验衔接：五题开放，自主推进

允许教材、课件和手机AI助手；要求自己能看懂、能运行、能验证。

任务0：我的第一次AI协作编程

本章要点总结

• 程序：为解决问题而设计的一系列指令或步骤。
• 程序设计语言：用于表达数据、处理过程、输入输出和模块化组织。
• C程序框架：由一个或多个函数组成，必须有 main 主函数。
• 结构化控制：顺序、分支、循环是程序组织的基本方式。
• 编译运行：源程序需要经过编译、链接，才能形成可执行程序。
• 问题求解：核心是先分析问题和设计算法，再编写、运行和验证程序。
• AI协作：AI可以辅助，但不能替代理解、判断、测试和责任。

课后任务建议