為什么編程第一課都要學(xué)Hello World？
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“Hello World”在編程的世界里是個(gè)“?！?，說(shuō)的是所有教編程的老師在第一節(jié)課都會(huì)讓學(xué)生們?cè)谟?jì)算機(jī)屏幕上輸出一個(gè)“Hello World!”。
瑞問(wèn)：“為什么第一節(jié)課都要學(xué)‘Hello World!’？”
其實(shí)，在計(jì)算機(jī)屏幕上輸出一個(gè)什么東西，并不是編程語(yǔ)言天然該有的功能。因?yàn)橛?jì)算機(jī)發(fā)明的最初目的，只是能夠快速運(yùn)算，所以，C 語(yǔ)言發(fā)明的時(shí)候，也將注意力放在如何運(yùn)算上。但很快，人們就發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行了程序、做了運(yùn)算，卻不知道如何將結(jié)果告訴我們。這就意味著，無(wú)論運(yùn)算能力有多強(qiáng)大，如果不能把結(jié)果告訴我們，那么這個(gè)運(yùn)算都毫無(wú)意義。于是，讓計(jì)算機(jī)把運(yùn)行結(jié)果顯示出來(lái)，就成了編程的首要任務(wù)。
瑞問(wèn)：“有道理！那么，計(jì)算機(jī)到底怎么在屏幕上顯示內(nèi)容呢？”
計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，有過(guò)很多顯示方案，最終人們發(fā)現(xiàn)，顯示器是最棒的輸出設(shè)備。然而，把內(nèi)容顯示到顯示器上，并不容易。顯示屏上密密麻麻地布滿了點(diǎn)，我們稱其為像素點(diǎn)。這些像素點(diǎn)的亮與滅形成了顯示器上的圖案，比如，我們要顯示“5”，在顯示器上顯示的是 5 的圖像點(diǎn)陣。將 5 這個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換成圖像點(diǎn)陣，是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。
然而，把要顯示的內(nèi)容傳輸?shù)斤@示器上，這個(gè)過(guò)程更復(fù)雜。我嘗試著將這個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單地描述出來(lái)：顯示器上的像素點(diǎn)，是和存儲(chǔ)器的某個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的。存儲(chǔ)器其實(shí)分為兩個(gè)類型，有一類存儲(chǔ)器處于計(jì)算機(jī)最核心的位置，稱為內(nèi)存。程序操作內(nèi)存很容易。將需要顯示的內(nèi)容放在內(nèi)存里，計(jì)算機(jī)里的一個(gè)硬件裝置叫顯卡，它負(fù)責(zé)將那段內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到顯示器對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)。
在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，人們要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)在變得越來(lái)越復(fù)雜了，我們不僅要輸出給顯示器，還有打印機(jī)、耳機(jī)，未來(lái)肯定會(huì)出現(xiàn)更多輸出設(shè)備。當(dāng)時(shí)，每增加一個(gè)輸出設(shè)備，就要修改計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)，專門支持新設(shè)備，這太麻煩了，所以人們想到了更好的辦法。計(jì)算機(jī)只需將信息從內(nèi)存送到外邊，這個(gè)操作統(tǒng)稱為輸出。在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的時(shí)候，所有的輸出設(shè)備一視同仁，不針對(duì)具體設(shè)備進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，新發(fā)明的輸出設(shè)備自己想辦法用合適的方式顯示，這樣計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)就簡(jiǎn)化了下來(lái)。輸入設(shè)備也用了同樣的設(shè)計(jì)方案，組合在一起簡(jiǎn)稱 I/O（Input/Output）。
瑞說(shuō)：“聽起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜，不好理解。”
把東西顯示到屏幕上，很復(fù)雜，需要幾百行的程序，初學(xué)者根本不可能完成這樣的任務(wù)。好在有編程的前輩把那一大堆程序統(tǒng)一成一個(gè)叫 printf()的程序。我們只要在程序里寫“printf()”，就能將結(jié)果輸出到顯示器上。而至于這幾百行程序在處理什么，以及其間發(fā)生什么事情，我們不需要關(guān)心。
瑞問(wèn)：“printf 后面有兩個(gè)小括號(hào)，那是干什么的？”
printf 告訴計(jì)算機(jī)即將顯示東西，而括號(hào)中的信息就是我們需要顯示的內(nèi)容。小括號(hào)是個(gè)不錯(cuò)的設(shè)計(jì)，看上去像是填空題，例如，運(yùn)行 printf("Hello World!")，就能在顯示器上顯示出“Hello World!”。另外，還有一點(diǎn)需要提醒，printf()不是C 語(yǔ)言自身的功能，所以你還需要再寫一句話“#include<stdio.h>”，告訴程序：我需要使用 stdio.h 里面的輸入輸出功能。
還有一些細(xì)節(jié)，我需要進(jìn)一步解釋一下。在 C 語(yǔ)言中，單詞拼寫正確、大小寫正確，十分重要。在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算機(jī)中，“A”和“a”是完全不同的東西。編程語(yǔ)言的初學(xué)者，常常會(huì)在大小寫上出錯(cuò)。為此，有些編程語(yǔ)言人性化地不區(qū)分大小寫，但是這個(gè)“人性化”會(huì)增加計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，在 C 語(yǔ)言被發(fā)明的年代，計(jì)算機(jī)硬件性能完全不足以提供這樣的“人性化”。
瑞問(wèn)：“stdio.h 是個(gè)名字嗎？”
#include 可以解釋成“我需要使用別人的程序”。需要使用的程序放在<>中。stdio.h 僅僅是一個(gè)名字。但是你能看到一個(gè)優(yōu)秀的程序員在起名字的時(shí)候，會(huì)盡可能讓別人一眼看懂，如 std 是英文 Standard（標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫，i 和 o 分別代表 Input（輸入）和 Output（輸出）。
還記得我前面解釋程序是什么的時(shí)候說(shuō)過(guò)，給人一張紙，上面寫了很多命令，人會(huì)照著去做。人的習(xí)慣是從紙的第 1 行開始向下看，而計(jì)算機(jī)不是這樣的，它會(huì)尋找一個(gè)特定的位置執(zhí)行你所寫的程序。我們將這個(gè)位置稱為程序的入口。
瑞問(wèn)：“程序入口怎么寫？是規(guī)定好的嗎？”
我們買回家的計(jì)算機(jī)，本身已經(jīng)包含了一些程序，其中最重要的程序就是操作系統(tǒng)。我們使用計(jì)算機(jī)時(shí)下達(dá)的每條命令，都會(huì)被操作系統(tǒng)獲取并翻譯成由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行的一系列動(dòng)作。而我們編寫的程序，也是運(yùn)行在操作系統(tǒng)這個(gè)程序之上的?？梢赃@么理解：操作系統(tǒng)就是一個(gè)太空的空間站，我們所編寫的程序是要到達(dá)這個(gè)空間站的飛船；無(wú)論是哪個(gè)國(guó)家的飛船，無(wú)論是貨運(yùn)飛船還是客運(yùn)飛船，都需要和空間站連接在一起。
要連接，就需要一個(gè)接口。C 語(yǔ)言所編寫的程序和操作系統(tǒng)之間的接口的名字叫作 int main(){}，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的寫法，因?yàn)榻涌诰褪沁@么定義的，你會(huì)看到其中也有一對(duì)小括號(hào)。隨著學(xué)習(xí)越來(lái)越深入，你會(huì)發(fā)現(xiàn) C 語(yǔ)言里有一些規(guī)則，有助于我們觸類旁通地去理解另外一個(gè)地方出現(xiàn)的相同符號(hào)。這里的小括號(hào)也是允許你填寫信息的?，F(xiàn)在我們并不需要填什么，但是即便什么都不填，小括號(hào)也必須寫。
后面還有一對(duì)大括號(hào)，你跟計(jì)算機(jī)說(shuō)的話、編寫的程序都放在這對(duì)大括號(hào)里。思考一下，如果由你來(lái)設(shè)計(jì) C 語(yǔ)言，是否有更好的方案？其他的編程語(yǔ)言確實(shí)也有不同的做法，不過(guò)不同的做法各有優(yōu)缺點(diǎn)，{}的設(shè)計(jì)其實(shí)還不錯(cuò)。
瑞說(shuō)：“接口為什么要有小括號(hào)？我還是不明白?！?/span>
這個(gè)目前先當(dāng)成固定寫法記住，時(shí)間久了才能理解。
我們現(xiàn)在的任務(wù)就是在屏幕上顯示“Hello World!”，那么完整的程序是這個(gè)樣子的。
int main(){printf("Hello World!");}
瑞問(wèn)：“看起來(lái)怪怪的，一定要按照這樣的格式寫嗎？”
這個(gè)程序?qū)懥撕芏嘈?。把它們?nèi)慷紝懺谝恍兄?，?jì)算機(jī)是認(rèn)識(shí)的，但是這樣看上去不夠優(yōu)雅。雖然對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，優(yōu)雅并不重要，但是優(yōu)秀的程序員會(huì)遵循一些規(guī)則，努力地把自己的程序?qū)懙脙?yōu)雅。
你會(huì)發(fā)現(xiàn)，printf()后面有一個(gè)分號(hào)，分號(hào)代表我們跟計(jì)算機(jī)說(shuō)的一句話結(jié)束了，這是必須寫的。其他幾行末尾沒有分號(hào)，是因?yàn)槟切┬械恼Z(yǔ)句都是編寫這個(gè)程序的準(zhǔn)備動(dòng)作，而不是真正的指令。還記得編譯器嗎？分號(hào)對(duì)編譯器而言非常重要。編譯器在“翻譯”時(shí)是一句話一句話地處理的，分號(hào)是一句話結(jié)束的標(biāo)識(shí)符，是需要讓編譯器識(shí)別的。
前面說(shuō)過(guò)，printf 后邊的括號(hào)里放的是我要輸出的內(nèi)容，今天我要輸出的“Hello World!”對(duì)于 C 語(yǔ)言來(lái)說(shuō)是一句話。而一句話需要放在英文的雙引號(hào)里。放在雙引號(hào)里的內(nèi)容，稱為字符串。這樣就會(huì)讓編譯器處理成在顯示時(shí)將原文輸出。
瑞問(wèn)：“哦！我明白了，都不能寫錯(cuò)，問(wèn)題是程序怎么能寫到計(jì)算機(jī)里呢？”
現(xiàn)在，你需要想辦法將這段程序輸入計(jì)算機(jī)。所有的文本編輯器都可以用來(lái)輸入程序，計(jì)算機(jī)自帶的記事本就能完成這個(gè)工作。而 Word 并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的文本編輯器，因?yàn)樗峁┝颂嗟墓δ堋?/span>程序輸入的“標(biāo)準(zhǔn)范式”，就是要使用純文本編輯器。
瑞問(wèn)：“我寫完了，前面說(shuō)過(guò)的編譯器，計(jì)算機(jī)里有嗎？”
瑞說(shuō)：“現(xiàn)在可以開始寫程序了，我寫的程序也應(yīng)該有個(gè)名字吧？”
瑞問(wèn)：“C 語(yǔ)言的擴(kuò)展名是什么？”
瑞問(wèn)：“控制臺(tái)又是什么？”
瑞問(wèn)：“編譯好了怎么運(yùn)行呢？
。。。。。。
以上來(lái)自一位從未接觸過(guò)計(jì)算機(jī)編程的小學(xué)生提問(wèn)，作者嘗試站在編程語(yǔ)言發(fā)明者的角度來(lái)回答，提問(wèn)有趣活潑，從不懂計(jì)算機(jī)編程到能參加信息學(xué)奧林匹克比賽；回答清晰深刻，描述正確的編程思維并能學(xué)以致用！
作者把孩子帶到發(fā)明C語(yǔ)言的年代，與孩子一起面對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展道路上遇到的一個(gè)個(gè)難題和挑戰(zhàn)，假設(shè)我們就是當(dāng)年的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，思考我們會(huì)如何解決這些問(wèn)題；討論假如C語(yǔ)言是我發(fā)明的，我是否還會(huì)發(fā)明這些規(guī)則。
這本書并沒有簡(jiǎn)單地迎合孩子想要的趣味案例，而是針對(duì)C語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)科學(xué)進(jìn)行深入的探討，給孩子帶來(lái)好奇心的滿足和成就感，這樣的引導(dǎo)會(huì)讓孩子更高效、深入地理解C語(yǔ)言，為未來(lái)學(xué)習(xí)更加復(fù)雜的算法打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，助力孩子攀登信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽高峰。
每一個(gè)孩子都該學(xué)習(xí)編程，信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽是對(duì)學(xué)有余力孩子的智力挑戰(zhàn)，孩子是否有這個(gè)方向的天賦，需要通過(guò)機(jī)會(huì)嘗試一下。
這本書有非常好的可讀性，完全可以送給孩子享受駕馭計(jì)算機(jī)的快樂！
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