บทที่ 1 พื้นฐานโปรแกรมภาษาซี

พื้นฐานโปรแกรมภาษา C

ดร. จันทร์จิรา สินทนะโยธิน, วิศรุต พลสิทธิ
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช)

ฝึกฝนและพัฒนาการเขียนโปรแกรมภาษา C
Introduction to C Programming

การพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ บางคนก็ว่ายาก บางคนก็ว่าเป็นเรื่องสนุก หลายคนบอกว่า ขอเป็นแค่ผู้ใช้สนุกที่สุด แต่จะมีซักกี่คนที่จะมีใจรักที่จะก้าวไปบนถนนแห่งการพัฒนาฝีมือและฝึกฝนการเขียนโปรแกรมด้วยตัวเอง เพื่อให้มีผู้ที่สนใจนำไปใช้งาน และเพิ่มประสิทธิ์ภาพในการทำงาน และ ความสะดวกสบายๆ ต่างๆมากขึ้น ว่าไปแล้วนักโปรแกรมเมอร์เหล่านี้ ก็ไม่แตกต่างจากผู้ที่ปิดทองหลังพระมากนัก เพราะหลายๆ โปรแกรมที่มีให้ใช้งานกันในปัจจุบัน จะมีใครทราบบ้างไหมว่า ผู้เขียนโปรแกรมเหล่านั้นมีใครกันบ้าง ดังนั้น ผู้ที่คิดจะก้าวมาเป็นนักพัฒนาโปรแกรมมืออาชีพ คงต้องอาศัยใจรักที่จะอยากจะพัฒนา และฝึกฝนฝืมือในการเป็นโปรแกมเมอร์มืออาชีพมาเป็นอันดับหนึ่ง สำหรับบทความนี้จะเริ่มต้นด้วยการสอนให้เข้าใจในหลักการพื้นฐานของการการพัฒนาโปรแกรมในภาษา C ความรู้และความเข้าใจที่จำเป็นต่อการเป็นโปรแกรมเมอร์มืออาชีพในอนาคต เราลองเริ่มมาเรียนรู้กันอย่างคร่าวๆ กันเลยล่ะกัน โดยผู้เขียนจะอธิบายเป็นตอนๆ ทั้งหมด 8 ตอนด้วยกันได้แก่

1. พื้นฐานโปรแกรมภาษา C (Introduction to C Programming)
2. การเขียนโปรแกรมทางเลือก (Selection Structures)
3. การเขียนโปรแกรมแบบ วนซ้ำ (Repetition & Loop)
4. ฟังก์ชัน และการเขียนโปรแกรมแยกเป็นโมดูล (Functions & Modular Programming)
5. ตารางอาเรย์ (Arrays)
6. ตัวแปรพอยเตอร์ (Pointers)
7. ตัวแปรสตริง (String)
8. โครงสร้างสตักเจอร์ (Structure)

1. พื้นฐานโปรแกรมภาษา C (Introduction to C Programming) 

ก่อนอื่นของแนะนำพื้นฐานเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์กันซักนิด ก่อนที่จะเริ่มเรียนรู้ภาษา C กัน หน่วยสำคัญที่สุดของคอมพิวเตอร์ก็คือ หน่วยประมวลผลหรือที่เรียกกันว่า CPU โดยปกติ CPU จะมีภาษาของตัวเองที่เรียกว่า ภาษาเครื่อง (Machine Language) ซึ่งจะเป็นภาษาที่ประกอบไปด้วยเลขฐานสองมากมาย ดังนั้นการที่จะเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ โดยใช้ภาษาเครื่องโดยตรงนั้นจึงทำได้ยาก จึงได้มีการพัฒนาตัวแปรภาษาเครื่องที่เรียกว่า โปรแกรมภาษาระดับสูงขึ้นมา หรือที่เรียกว่า High Level Languages โดยภาษาในระดับสูงเหล่านี้ จะมีลักษณะรูปแบบการเขียน (Syntax) ที่ทำให้เข้าใจได้ง่ายต่อการสื่อสารกับผู้พัฒนา และถูกออกแบบมาให้ง่ายต่อการใช้งาน และจะเปลี่ยนคำสั่งจากผู้ใช้งาน ไปเป็นเป็นภาษาเครื่อง เพื่อที่จะควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ต่อไป ตัวอย่างของโปรแกรมภาษาระดับสูง ได้แก่ COBOL ใช้กันมากสำหรับโปรแกรมทางด้านธุรกิจ, Fortran ใช้กันมากสำหรับการพัฒนาโปรแกรมด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เพราะง่ายต่อการคำนวณ, Pascal มีใช้กันทั่วไป แต่เน้นสำหรับการพัฒนาเครื่องมือสำหรับการเรียนการสอน, C & C++ ใช้ทั่วไป ปัจจุบันมีผู้เลือกที่จะใช้กันอย่างแพร่หลาย, PROLOG เน้นหนักไปทางด้านงานประเภท AI และ JAVA ใช้ได้ทั่วไป ปัจจุบันเริ่มมีผู้หันมาสนใจกันมากและเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
คราวนี้เราลองมาเตรียมตัวกันซักนิก ก่อนที่จะลงมือพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ขั้นแรก เราต้องศึกษารูปแบบความต้องการของโปรแกรมที่จะพัฒนา จากนั้นก็วิเคราะห์ถึงปัญหาตลอดจนวิธีการแก้ปัญหา จากนั้นจึงนำเอาความคิดในการแก้ปัญหาอย่างเป็นขั้นตอน ไปเขียนในรูปแบบของโปรแกรมภาษาในระดับสูง ซึ่งจะอยู่ในรูปแบบของ Source Program หรือ Source Code จากนั้นเราก็จะใช้ Complier ของภาษาที่เราเลือก มาทำการ Compile Source code หรือกล่าวง่ายๆ คือแปลง Source code ของเราให้เป็นภาษาเครื่องนั่นเอง ซึ่งในขั้นตอนนี้ ผลที่ได้ เราจะเรียกว่า Object code จากนั้น Complier ก็จะทำการ Link หรือเชื่อม Object code เข้ากับฟังก์ชันการทำงานใน Libraries ต่างๆ ที่จำเป็นต่อการใช้งาน แล้วนำไปไว้ในหน่วยความจำ แล้วเราก็จะสามารถ Run เพื่อดูผลของการทำงานโปรแกรมได้ หากโปรแกรมมีข้อผิดพลาด เราก็จะทำการแก้ หรือที่เรียกกันในภาษาคอมพิวเตอร์ว่า การ Debug นั่นเอง
ภาษา C เป็นโปรแกรมภาษาระดับสูง ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1972 ที่ AT&T Bell Lab เราสามารถใช้ภาษา C มาเขียนเป็นคำสั่งต่างๆ ที่คอมพิวเตอร์สามารถเข้าใจได้ และกลุ่มของคำสั่งเหล่านี้ เราก็เรียกกันว่า อัลกอริธึม ได้มีผู้ให้คำจำกัดความของคำว่า อัลกอริธึม ว่าเป็น “A precise description of a step-by-step process that is guaranteed to terminate after a finite number of steps with a correct answer for every particular instance of an algorithmic problem that may occur.” สำหรับ Compiler ภาษา C ที่มีในปัจจุบัน มี 2 ค่ายใหญ่ๆ ที่มีผู้คนสนใจใช้กันมากได้แก่ Microsoft และ Borland การใช้งาน Compiler ทั้งสองตัวนี้ สามารถเรียนรู้ได้ไม่ยากนัก เราจึงจะมาเริ่มต้นที่การเขียนโปรแกรมในภาษา C กันเลย เราลองมาเริ่มจากตัวอย่างการเขียน ภาษา C แบบ ง่ายๆ กันก่อนกับโปรแกรม Hello World

#include
main()
{
printf(“Hello World  !! “);
}

บรรทัดแรก #include เป็นการบอกว่าให้ทำการรวม Header file ที่ชื่อว่า stdio.h (.h = header) ซึ่งเป็น header ที่เกี่ยวข้องกับการรับและให้ข้อมูล (Standard Input Output) นอกจาก stdio.h แล้ว ก็ยังมี Header อื่นๆ ที่ผู้พัฒนาสามารถที่จะเรียกใช้งาน Function ที่จำเป็นจาก Header นั้นๆ ได้ อาทิเช่น

5519

รู้จัก Header File กันไปล่ะ คราวนี้ เราลองมาดูบรรทัดถัดไปกัน ก็คือ ฟังก์ชัน main() จะเป็นจุดเริ่มต้นของโปรแกรม และโปรแกรมทุกโปรแกรมในภาษา C จะต้องมี Function main() นี้ โดยส่วนมาก เราจะใช้ Function main() ในการกำหนดค่าเริ่มต้นต่างๆ ของโปรแกรม จากนั้นจึงเข้าสู่ Function ต่างๆ ที่ผู้พัฒนา ได้กำหนดขึ้นไว้

บรรทัดถัดมาจะเป็นเครื่องหมาย { ซึ่งเป็นเครื่องหมายบ่งบอกขอบเขตของ Function โดยขอบเขตของฟังก์ชัน จะเปิดและปิดโดยใช้เครื่องหมายเปิด { และเครื่องหมายปิด } ตามลำดับ ภายใน Function main() จะมีคำสั่ง (Statement) printf(“Hello World  !! “); ซึ่ง printf เป็น Function ในภาษา C ทำหน้าที่ให้โปรแกรม ทำการแสดงผลออกทางหน้าจอว่า Hello World  !! และทุกครั้ง ผู้พัฒนาจะต้องทำการจบคำสั่งหรือ Statement ด้วยเครื่องหมาย semi-colon ;

ดังนั้นรูปแบบของการเขียนโปรแกรม จึงเขียนออกมาในรูปแบบดังนี้

// ข้อความที่อยู่ข้างหลังเครื่องหมาย // จะเป็นคำอธิบายโปรแกรม
#include
void main()
{
constant declarations; // การกำหนดค่าคงที่ต่างๆ
variable declarations; // การกำหนดตัวแปรต่างๆ
executable statements; // คำสั่งการทำงานของโปรแกรม
}

การอ่านข้อมูลและการแสดงผล (Input & Output) 

รูปแบบการใช้งานฟังก์ชัน printf จะทำการพิมพ์ในรูปแบบที่ เริ่มต้นด้วย Format ที่ต้องการจะพิมพ์ และตามด้วยตัวแปรที่ต้องการพิมพ์ ดังนี้

printf( const char *format [, argument]… );

สำหรับการนำข้อมูลเข้าก็เช่นกัน จะใช้ฟังก์ชัน scanf ซึ่งจะเป็นฟังก์ชันสำหรับอ่านข้อมูลจากคีย์บอร์ด และจะนำข้อมูลที่ User ทำการพิมพ์ไปเก็บไว้ใน argument โดยแต่ละ argument จะต้องเป็นตัวแปรที่เรียกว่า pointer (รายละเอียดจะได้กล่าวต่อไป) และมีชนิดที่ตัวแปรที่สัมพันธ์กับที่ได้กำหนดไว้ใน Format รูปแบบการใช้งานของฟังก์ชัน scanf สามารถเขียนได้ดังนี้

scanf( const char *format [,argument]… );

หน้าที่ 2 – ตัวแปร (Variables)

ตัวแปร (Variables) 

ตัวแปรจะเป็นชื่อที่ใช้ในการบอกจำนวนหรือปริมาณ ซึ่งสามารถที่จะทำการเปลี่ยนแปลงจำนวนได้ด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ การตั้งชื่อตัวแปร จะต้องตั้งชื่อให้แตกต่างไปจากชื่อของตัวแปรอื่นๆ ยกตัวอย่างชื่อของตัวแปร ได้แก่ x, y, peter, num_of_points และ streetnum เป็นต้น โดยปกติการเขียนโปรแกรมที่ดี ควรจะตั้งชื่อตัวแปรให้สอดคล้องกับการทำงานหรือหน้าที่ของตัวแปรนั้นๆ เพราะเมื่อถึงเวลาต้องมาทำการปรับปรุงแก้ไขโปรแกรม จะสามารถทำได้โดยไม่ยากนัก

ในภาษา C หรือ C++ ได้มีกฏในการตั้งชื่อตัวแปรที่สามารถใช้งานได้ดังนี้
– ชื่อตัวแปรจะต้องขึ้นต้นด้วยตัวอักษร
– ชื่อตัวแปรจะประกอบไปด้วย ตัวอักษร ตัวแลข และ _ ได้เท่านั้น
– ชื่อตัวแปรจะต้องไม่ใช่ชื่อ reserved word (ชื่อที่มีการจองไว้แล้ว)

ตัวอย่างของชื่อตัวแปรที่สามารถนำมาใช้ตั้งชื่อได้ ได้แก่
length, days_in_year, DataSet1, Profit95, Pressure, first_one

และตัวอย่างของชื่อ ที่ไม่สามารถนำมาใช้เป็นชื่อตัวแปรได้ ยกตัวอย่างเช่น
day-in-year, 1data, int, first.val เป็นต้น

reserved word (ชื่อที่มีการจองไว้แล้ว)

Reserved words หรือตัวแปรที่ได้จองไว้แล้วนั้น จะประกอบไปด้วยตัวอักษรตัวเล็กทั้งหมด และจะมีความสำคัญสำหรับภาษา C++ และจะไม่นำมาใช้ด้วยวัตถุประสงค์อื่นๆ ตัวอย่างของ Reserved words ได้แก่ and, bool, break, case, catch, char, class, continue, default, delete, do, double, if , else, enum, export, extern เป็นต้น

นอกจากนี้ในภาษา C หรือ C++ ชื่อตัวแปร ที่ประกอบไปด้วยอักษรเล็ก หรือใหญ่ ก็มีความแตกต่างกัน หรือที่เรียกว่า Case sensitive ยกตัวอย่างเช่น

‘X’ และ ‘x’ เป็นตัวแปรต่างกัน
‘peter’ และ ‘Peter’ เป็นตัวแปรต่างกัน
‘bookno1’ และ ‘bookNo1’ เป็นตัวแปรต่างกัน
‘XTREME’ และ ‘xtreme’ เป็นตัวแปรต่างกัน
‘X1’ และ ‘x1’ เป็นตัวแปรต่างกัน
‘int’ และ ‘Int’ เป็นตัวแปรต่างกัน

การกำหนดชนิดของตัวแปร (Declaration of Variables) 

ในภาษา C หรือ C++ (และโปรแกรมในภาษาอื่นๆ) ตัวแปรทุกตัวที่จะมีการเรียกใช้ในโปรแกรมจำเป็นต้องมีการกำหนดชนิดของตัวแปรนั้นๆ ก่อนที่จะทำการเรียกใช้ตัวแปร

การกำหนดชนิดของตัวแปรมีวัตถุประสงค์หลัก 2 ประการได้แก่
– เป็นการบอกชนิด และตั้งชื่อตัวแปรที่จะเรียกใช้ ชนิดของตัวแปรจะทำให้คอมไพเลอร์สามารถแปลคำสั่งได้อย่างถูกต้อง (ยกตัวอย่างเช่น ใน CPU คำสั่งที่ใช้ในการบวกตัวเลขจำนวนเต็ม 2 จำนวน ย่อมแตกต่างจากคำสั่งที่จะบวกจำนวนจริง 2 จำนวนเข้าด้วยกัน)
– ชนิดของตัวแปร ยังเป็นบ่งบอกคอมไพเลอร์ให้ทราบว่าจะต้องจัดเตรียมเนื้อที่ให้กับตัวแปรตัวนั้นมากน้อยเท่าใด และจะจัดวางตัวแปรนั้นไว้แอดเดรส (Address) ไหนที่สามารถเรียกมาใช้ใน code ได้

สำหรับในบทความนี้จะพิจารณาชนิดตัวแปร 4 ชนิดที่ใช้กันมากได้แก่ int, float, bool และ char

int ชนิดตัวแปรที่สามารถแทนค่าจำนวนเต็มได้ทั้งบวกและลบ โดยปกติสำหรับคอมพิวเตอร์ทั่วไป คอมไพเลอร์ จะจองเนื้อที่ 2 ไบต์ สำหรับตัวแปรชนิด int จึงทำให้ค่าของตัวแปรมีค่าตั้งแต่ -32768 ถึง +32768
ตัวอย่างของค่า int ได้แก่ 123 -56 0 5645 เป็นต้น

floatชนิดของตัวแปรที่เป็นตัวแทนของจำนวนจริง หรือตัวเลขที่มีค่าทศนิยม ความละเอียดของตัวเลขหลังจุดทศนิยมขึ้นอยู่กับระบบคอมพิวเตอร์ โดยปกติแล้ว ตัวแปรชนิด float จะใช้เนื้อที่ 4 ไบต์ นั่นคือจะให้ความละเอียดของตัวเลขหลังจุดทศนิยม 6 ตำแหน่ง และมีค่าอยู่ระหว่าง -1038 ถึง +1038
ตัวอย่างของค่า float ได้แก่ 16.315 -0.67 31.567

bool ชนิดของตัวแปรที่สามารถเก็บค่าลอจิก จริง (True) หรือ เท็จ (False) ตัวแปรชนิดนี้ เป็นที่รู้จักกันอีกชื่อคือ ตัวแปรบูลีน (Boolean)
ตัวอย่างของตัวแปรชนิด bool ได้แก่ 1 0 true false (เมื่อ 1 = true และ 0 = false)

char เป็นชนิดตัวแปรที่เป็นตัวแทนของ ตัวอักษรเพียงตัวเดียว อาจเป็นตัวอักษร ตัวเลข หรือตัวอักขระพิเศษ โดยปกติตัวแปรชนิดนี้จะใช้เนื้อที่เพียง 1 ไบต์ ซึ่งจะให้ตัวอักษรในรูปแบบที่แตกต่างกันได้ถึง 256 ค่า การเขียนรูปแบบของ char หลายๆ ตัว โดยปกติ จะอ้างอิงกับ American Standard Code for Information Interchange (ASCII)
ตัวอย่างของตัวแปรชนิด char ได้แก่ ‘+’ ‘A’ ‘a’ ‘*’ ‘7’

การกำหนดชนิดของตัวแปร สามารถเขียนได้อยู่ในรูป type identifier-list; 
เมื่อ type บ่งบอกชนิดของตัวแปร ส่วน identifier-list เป็นการกำหนดชื่อของตัวแปร ซึ่งอาจจะมีมากกว่า 1 ตัวแปร และจะแยกตัวแปรแต่ละตัวออกจากกันด้วยเครื่องหมาย comma (,)
ตัวอย่าง รูปแบบของการกำหนดชนิดของตัวแปร ได้แก่

int i, j, count;
	float sum, product;
	char ch;
	bool passed_exam;

มาถึงตอนนี้ เราก็จะสามารถปรับปรุงการเขียนโปรแกรมแบบง่ายๆ ได้ดังนี้

#include 
main()
{
   int its_price;
   printf("How much is that ? ");
   scanf("%d", &its_price);
   printf("oh! %d ?, hmmm...., too expensivenn",its_price);
}

จาก code ข้างบน ผู้อ่านจะเห็น %d เมื่อมีการเรียกใช้ฟังก์ชัน scanf และ printf ทั้งนี้ %d จะเป็น format ที่ใช้บ่งบอกชนิดของตำแหน่ง (Place Holders) ที่จะมีการส่งข้อมูล โดยในที่นี้ %d หมายถึงตำแหน่งของจำนวนเต็ม หรือ int นั่นเอง ตัวอย่างของ Place Holders อื่นๆ สามารถแสดงได้ดังตาราง

คราวนี้ลองมาดูตัวอย่างของการใช้ Place Holders

printf("C=%f, F=%f",cel,fah);
printf("He wants to score %d goals today",9);

เมื่อ % เป็นการบ่งบอกตำแหน่งเริ่มต้นของ Place Holder จากนั้น
ตัวอักษร f ตัวแรก จะบ่งบอกถึง ตัวแปรcel ว่ามีค่าเป็นจำนวนจริง (Float)
ส่วน f ตัวทีสอง จะบ่งบอกคอมไพเลอร์ว่า ตัวแปร fah ก็มีค่าเป็นจำนวนจริงเช่นกัน

นอกจากนี้ Place holder %d และ %f ยังสามารถใช้กับการกำหนดตำแหน่งตัวเลขตามต้องการได้ ยกตัวอย่างเช่น สมมุติให้ x=235; และ y=6.54321;

5520

การให้กำหนดค่าตัวแปร (Variable Assignment) 

เราสามารถกำหนดค่าให้กับตัวแปรได้ ด้วยเครื่องหมาย = ยกตัวอย่างเช่น

int name; // กำหนดตัวแปร name ที่เก็บค่าจำนวนเต็ม
name = 23; // กำหนดให้ตัวแปร name มีค่าเป็น 23

ในขณะเดียวกัน เราสามารถใช้เครื่องหมาย = ระหว่างตัวแปรกับตัวแปร หรือตัวแปรกับจำนวนใดๆ ได้ อาทิเช่น

change = x1 - x2;
mean = (x1 + x2)/2;
x = x + 1;

ตอนนี้เราลองมาเขียนโปรแกรมอย่างง่าย เพื่อทำการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ ด้วยการแปลงค่า อุณหภูมิ ในหน่วยของ ฟาเรนไฮต์ เป็น เซลเซียส เมื่ออุณหภูมิในหน่วยฟาเรนไฮต์ มีค่า = 85 และเป็นที่ทราบกันดีว่า ความสัมพันธ์ระหว่าง องศาฟาเรนไฮต์ และ เซลเซียส สามารถเขียนได้อยู่ในรูปของสมการ

5521

การเขียนโปรแกรม เพื่อแก้ปัญหา การแปลงค่า 85 ฟาเรนไฮต์ให้เป็นเซลเซียส สามารถเขียนได้ดังนี้

#include 
void main()
{
    	float F;
	float C;

	F = 85;
	C = 5*(F-32)/9;
	printf("the result is %f",C);
}

อีกตัวอย่าง ของโปรแกรม การบวกค่าจำนวนเต็ม 2 จำนวนเข้าด้วยกัน แล้วแสดงผลลัพธ์ออกทางหน้าจอ การเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหานี้ สามารถเขียนได้ดังนี้

#include 
void main()
{
    int N1, N2, Sum;
	
	printf("please input an integer number : ");
	scanf("%d",&N1);
	printf("please input another integer number : ");
	scanf("%d",&N2);

	Sum = N1 + N2;
	printf("so, %d + %d = %d",N1,N2,Sum);
}

จากตัวอย่างการเขียนโปรแกรมข้างต้น จะเห็นว่ามีการคำนวณทางคณิตศาสตร์เข้ามาเกี่ยวข้อง คราวนี้เราลองมาดู การคำนวณในภาษา C กันว่าจะเขียนกันได้อย่างไรบ้าง

5522

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

%d bloggers like this: