Cấu trúc chương trình C

1. Cấu trúc chương trình C

C có một số từ khóa, chính xác là 32. Những từ khóa này kết hợp với cú pháp của C hình thành ngôn ngữ C. Nhưng nhiều trình biên dịch cho C đã thêm vào những từ khóa dùng  cho việc tổ chức bộ nhớ ở những giai đoạn tiền xử lý nhất định.

Vài quy tắc khi lập trình C như sau :

- Tất cả từ khóa là chữ thường (không in hoa)
- Ðoạn mã trong chương trình C có phân biệt chữ thường và chữ hoa. Ví dụ : do while thì khác với DO WHILE
- Từ khóa không thể dùng cho các mục đích khác như đặt tên biến (variable name) hoặc tên hàm (function name)
- Hàm main()  luôn là hàm đầu tiên được gọi đến khi một chương trình bắt đầu chạy (chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn ở phần sau)

Xem xét đoạn mã chương trình:

main ()
{
/* This is a sample program */
int i = 0;
i = i + 1;
.
.
}

Ghi chú: Những khía cạnh khác nhau của chương trình C được xem xét qua đoạn mã trên. Ðoạn mã này xem như là đoạn mã mẫu, nó sẽ được dùng lại trong suốt phần còn lại của giáo trình này.

2. Ðịnh nghĩa Hàm

Chương trình C được chia thành từng đơn vị gọi là hàm. Ðoạn mã mẫu chỉ có duy nhất một hàm main(). Hệ điều hành luôn trao quyền điều khiển cho hàm main() khi một chương trình C được thực thi. Tên hàm luôn được theo sau là cặp dấu ngoặc đơn (). Trong dấu ngoặc đơn có thể có hay không có những tham số (parameters).

3. Dấu phân cách (Delimiters)

Sau định nghĩa hàm sẽ là dấu ngoặc xoắn mở {. Nó thông báo điểm bắt đầu của hàm. Tương tự, dấu ngoặc xoắn đóng } sau câu lệnh cuối trong hàm chỉ ra điểm kết thúc của hàm. Dấu ngoặc xoắn mở đánh dấu điểm bắt đầu của một khối mã lệnh, dấu ngoặc xoắn đóng đánh dấu điểm kết thúc của khối mã lệnh đó. Trong đoạn mã mẫu có 2 câu lệnh giữa 2 dấu ngoặc xoắn.

Hơn nữa, đối với hàm, dấu ngoặc xoắn cũng dùng để phân định những đoạn mã trong trường hợp dùng cho cấu trúc vòng lặp và lệnh điều kiện..
4. Dấu kết thúc câu lệnh (Terminator)

Dòng  int i = 0; trong đoạn mã mẫu là một câu lệnh (statement). Một câu lệnh trong C thì được kết thúc bằng dấu chấm phẩy (;). C không hiểu việc xuống dòng dùng phím Enter, khoảng trắng dùng phím spacebar hay một khoảng cách do dùng phím tab. Có thể có nhiều hơn một câu lệnh trên cùng một hàng nhưng mỗi câu lệnh phải được kết thúc bằng dấu chấm phẩy. Một câu lệnh không được kết thúc bằng dấu chấm phẩy được xem như một câu lệnh sai.

5. Dòng chú thích (Comment)

Những chú thích thường được viết để mô tả công việc của một lệnh đặc biệt, một hàm hay toàn bộ chương trình. Trình biên dịch sẽ không dịch chúng. Trong C, chú thích bắt đầu bằng ký hiệu /* và kết thúc bằng */. Trường hợp chú thích có nhiều dòng, ta phải chú ý ký hiệu kết thúc (*/), nếu thiếu ký hiệu này, toàn bộ chương trình sẽ bị coi như là một chú thích. Trong đoạn mã mẫu dòng chữ "This is a sample program" là dòng chú thích. Trong trường hợp chú thích chỉ trên một dòng ta có thể dùng  //. Ví dụ:

int a = 0; // Biến ‘a’ đã được khai báo như là một kiểu số nguyên (interger)

6. Thư viện C (Library)

Tất cả trình biên dịch C chứa một thư viện hàm chuẩn dùng cho những tác vụ chung. Một vài bộ cài đặt C đặt thư viện trong một tập tin (file) lớn trong khi đa số còn lại chứa nó trong nhiều tập tin nhỏ. Khi lập trình, những hàm được chứa trong thư viện có thể được dùng cho nhiều loại  tác vụ khác nhau. Một hàm (được viết bởi một lập trình viên) có thể được đặt trong thư viện và được dùng bởi nhiều chương trình khi được yêu cầu. Vài trình biên dịch cho phép hàm được thêm vào thư viện chuẩn trong khi số khác lại yêu cầu tạo một thư viện riêng.

7. Biên dịch và thực thi một chương trình (Compiling and Running)

Những bước khác nhau của việc dịch một chương trình C từ mã nguồn thành mã thực thi được thực hiện như sau :

• Soạn thảo/Xử lý từ

Ta dùng một trình xử lý từ (word processor) hay trình soạn thảo (editor) để viết mã nguồn (source code). C chỉ chấp nhận loại mã nguồn viết dưới dạng tập tin văn bản chuẩn. Vài trình biên dịch (compiler) cung cấp môi trường lập trình (xem phụ lục) gồm trình soạn thảo.

• Mã nguồn

Ðây là đoạn văn bản của chương trình mà người dùng có thể đọc. Nó là đầu vào của trình biên dịch C.

• Bộ tiền xử lý C

Từ mã nguồn, bước đầu tiên là chuyển nó qua bộ tiền xử lý của C. Bộ tiền xử lý này sẽ xem xét những câu lệnh bắt đầu bằng dấu #. Những câu lệnh này gọi là các chỉ thị tiền biên dịch (directives). Điều này sẽ được giải thích sau. Chỉ thị tiền biên dịch thường được đặt nơi bắt đầu chương trình mặc dù nó có thể được đặt bất cứ nơi nào khác. Chỉ thị tiền biên dịch là những tên ngắn gọn được gán cho một tập mã lệnh.

• Mã nguồn mở rộng C

Bộ tiền xử lý của C khai triển các chỉ thị tiền biên dịch và đưa ra kết quả. Ðây gọi là mã nguồn C mở rộng, sau đó nó được chuyển cho trình biên dịch C.

• Trình biên dịch C (Compiler)

Trình biên dịch C dịch mã nguồn mở rộng thành ngôn ngữ máy để máy tính hiểu được.

Nếu chương trình quá lớn nó có thể được chia thành những tập tin riêng biệt và mỗi tập tin có thể được biên dịch riêng rẽ. Ðiều này giúp ích khi mà một tập tin bị thay đổi, toàn chương trình không phải biên dịch lại.

• Bộ liên kết (Linker)

Mã đối tượng cùng với những thủ tục hỗ trợ trong thư viện chuẩn và những hàm được dịch riêng lẻ khác kết nối lại bởi Bộ liên kết để cho ra mã có thể thực thi được.

•   Bộ nạp (Loader)

Mã thực thi được thi hành bởi bộ nạp của hệ thống.

8. Các bước lập trình giải quyết vấn đề

Chúng ta thường gặp phải những bài toán. Để giải quyết những bài toán đó, chúng ta cần hiểu chúng trước rồi sau đó mới hoạch định các bước cần làm .

Giả sử chúng ta muốn đi từ phòng học đến quán ăn tự phục vụ ở tầng hầm. Ðể thực hiện việc này chúng ta cần hiểu nó rồi tìm ra các bước giải quyết trước khi thực thi các bước đó:

BƯỚC 1 : Rời phòng
BƯỚC 2 : Ðến cầu thang
BƯỚC 3 : Xuống tầng hầm
BƯỚC 4 : Ði tiếp đến quán ăn tự phục vụ

Thủ tục trên liệt kê tập hợp các bước thực hiện được xác định rõ ràng cho việc giải quyết vấn đề. Một tập hợp các bước như vậy gọi là giải thuật (Algorithm hay gọi vắn tắt là algo ).

Một giải thuật (còn gọi là thuật toán) có thể được định nghĩa như là một thủ tục, công thức hay cách giải quyết vấn đề. Nó gồm một tập hợp các bước giúp đạt được lời giải.

Qua phần trên, chúng ta thấy rõ ràng để giải quyết được một bài toán, trước tiên ta phải hiểu bài toán đó, kế đến chúng ta cần tập hợp tất cả những thông tin liên quan tới nó. Bước kế sẽ là xử lý những mẩu thông tin đó. Cuối cùng, chúng ta cho ra lời giải của bài toán đó.

Giải thuật chúng ta có là một tập hợp các bước được liệt kê dưới dạng ngôn ngữ đơn giản. Rất có thể rằng các bước trên do hai người khác nhau viết vẫn tương tự nhau nhưng ngôn ngữ dùng diễn tả các bước có thể khác nhau. Do đó, cần thiết có những phương pháp chuẩn mực cho việc viết giải thuật để mọi người dễ dàng hiểu nó. Chính vì vậy , giải thuật được viết bằng cách dùng hai phương pháp chuẩn là mã giả (pseudo code) và lưu đồ (flowchart).

Cả hai phương pháp này đều dùng để xác định một tập hợp các bước cần được thi hành để có được lời giải. Liên hệ tới vấn đề đi đến quán ăn tự phục vụ trên, chúng ta đã vạch ra một kế hoạch (thuật toán) để đến đích. Tuy nhiên, để đến nơi, chúng ta phải cần thi hành những bước này thật sự. Tương tự, mã giả và lưu đồ chỉ đưa ra những bước cần làm. Lập trình viên phải viết mã cho việc thực thi những bước này qua việc dùng một ngôn ngữ nào đó.

Chi tiết về về mã giả và lưu đồ được trình bày dưới đây.

9. Mã giả (pseudo code)

Nhớ rằng mã giả không phải là mã thật. Mã giả sử dụng một tập hợp những từ tương tự như mã thật nhưng nó không thể được biên dịch và thực thi như mã thật.

Chúng ta hãy xem xét mã giả qua ví dụ sau.Ví dụ này sẽ hiển thị câu 'Hello World!'.

Ví dụ 1:

BEGIN
DISPLAY 'Hello World!'
END

Qua ví dụ trên, mỗi đoạn mã giả phải bắt đầu với từ BEGIN hoặc START, và kết thúc với từ END hay STOP. Ðể hiển thị giá trị nào đó, từ DISPLAY hoặc WRITE được dùng. Khi giá trị được hiển thị là một giá trị hằng (không đổi), trong trường hợp này là  (Hello World), nó được đặt bên trong dấu nháy. Tương tự, để nhận một giá trị của người dùng, từ INPUT hay READ được dùng.

Ðể hiểu điều này rõ hơn, chúng ta xem xét ví dụ 2, ở ví dụ này ta sẽ nhập hai số và máy sẽ hiển thị tổng của hai số.

Ví dụ 2:

BEGIN
INPUT A, B
DISPLAY A + B
END

Trong đoạn mã giả này, người dùng nhập vào hai giá trị, hai giá trị này được lưu trong bộ nhớ và có thể được truy xuất như là A và B theo thứ tự. Những vị trí được đặt tên như vậy trong bộ nhớ gọi là biến. Chi tiết về biến sẽ được giải thích trong phần sau của chương này. Bước kế tiếp trong đoạn mã giả sẽ hiển thị tổng của hai giá trị trong biến A và B.

Tuy nhiên, cũng đoạn mã trên, ta có thể bổ sung để lưu tổng của hai biến trong một biến thứ ba rồi hiển thị giá trị biến này như trong ví dụ 3 sau đây.

Ví dụ 3:

BEGIN
INPUT A, B
C = A + B
DISPLAY C
END

Một tập hợp những chỉ thị hay các bước trong mã giả thì được gọi chung là một cấu trúc. Có ba loại cấu trúc : tuần tự, chọn lựa và lặp lại. Trong đoạn mã giả ta viết ở trên,chúng ta dùng cấu trúc tuần tự. Chúng được gọi như vậy vì những chỉ thị được thi hành tuần tự, cái này sau cái khác và bắt đầu từ điểm đầu tiên. Hai loại cấu trúc còn lại sẽ được đề cập trong những chương sau.