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| 寫了第一個C語言程式後，感覺自己都變得像是專業駭客一樣聰明了 |
*本文是CS50x的中文學習筆記，是原課程的筆記補充，建議先看完課影片，將原課程筆記與本文對照閱讀。由於是學習筆記，裡頭記載的知識可能有誤，請小心服用。
Week0的課程只是小菜，Scratch雖然是完整的程式語言，但是大部分被拿來當教學用，要學真正的程式語言，還是得從基本學起。
所以這週從C語言開始，據聞如果能夠理解C語言，基本上學什麼語言都能夠快速上手，一起來學吧！
不過如果你是超新手，在這個階段會面臨很大很大的挫折，你會無法理解，然後開始懷疑人生。這都是很正常的，因為有太多資訊要記，所以放寬心，一點一點地接觸，熟悉了就不會再害怕了。基礎的程式語言真的非常非常簡單，只是量太多你一下子記不住而已。所以雖然cs50x是9週課程，但是其實你大可以花12週、16週、18週（我自己也打算這麼學），重點就是靜下心，大量練習。
此外，我建議練習時，不要複製貼上課程筆記裡面的語法，請自己一個字一個字打上去，增加熟悉度。如果遇到有不懂的語法，請先自行Google。在初學者等級時遇到的問題，基本上都能在網路上找到答案。
C語言
如果你有好好地玩過一次Scratch，對於C語言就不會那麼陌生。因為兩者其實很類似。
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| 點擊綠旗會說hello, world |
這段程式碼是同樣的行為。
程式碼最上方的#include <stdio.h>是一個工具箱，它稱為前置處理指令 (preprocessing directive)，所以就是把 stdio.h 這個工具箱（在安裝編譯器的子資料夾下） 放在原始程式的最開頭，那麼電腦就可以執行stdio.h定義的指令。比如說你的電腦不認識什麼叫做printf函式，執行#include <stdio.h>，你的電腦就會去找stdio.h工具箱裡的工具，然後它就會知道printf的意思，是要把括弧裡面的字串印出來。
在Scratch裡面，要點下綠旗才開始執行程式積木。這個動作有一點類似int main(void)這串，每個C語言程式的開頭都會有這串，可視為程式的進入點。int就是整數integer的意思，意思是程式執行完後，會回傳一個整數給系統。
那main(void)裡的void是什麼意思呢，void就是虛無、空白的意思，意思是在main()裡面不要放入任何參數。
printf指print，f是formatted的意思，就是會按照格式印出來。最後結尾會用一個 ; 符號，代表程式結束了。這個結尾符號超級容易忘記放，所以執行程式發生錯誤，要趕快檢查一下是不是忘記放結尾符號。
*裝語言環境這件事，一開始也是讓我感到疑惑，語言環境到底是什麼意思呢。我現在對於此事的理解是，因為電腦只懂得2進位，所以我們必須告訴電腦C語言每一個符號代表的意思，電腦該如何執行。這個東西就叫做語言環境。所以不管是C語言、Python，或是JavaScript，都要安裝對應的語言環境。你也可以直接安裝IDE，也就是整合開發環境，把常用的語言環境一口氣裝一裝。例如Visual Studio、Visual Studio Code、Sublime Text、ATOM、Jupyter。因為這裡你要學C語言，所以如果你要在你自己的電腦執行C語言，我推薦Visual Studio。至於要怎麼在Visual Studio執行C語言，可閱讀這篇文章。
進入CS50沙盒後，首先看到底下畫面。
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| 直接按create就好 |
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| 要開啟一個新程式，就在上方按+ |
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| 新創一個C語言檔案，副檔名就叫c，然後按「Create File」
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| 輸入程式碼之後，按一下旁邊資料夾圖案 |
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可以看到這裡有一個檔案叫hello.c，接著我們在底下的終端機（terminal）編譯這份檔案，不然電腦看不懂 |
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| 首先我輸入ls，確認這裡有一份檔案叫hello.c，輸入clang hello.c 會產生一個a.out的檔案，clang意思是c language，a.out意思是組合輸出（assembly output）的意思。這裡面的檔案就是2進位的檔案，專門給電腦讀的。接著你輸入./a.out，就會執行這個檔案。 |
*你在終端機輸入的這些指令叫做command line，如果你使用的是Windows 10，可以在下方的搜尋欄直接輸入power shell，按下Enter，這就是你電腦裡的終端機，你可以在這裡直接跟電腦溝通。你之後勢必要學習command line的，不過現在可以先跳過。
噠啦，你寫了你的第一個C語言程式。
你可能會注意到printf("hello, world\n");，裡面的\n不知道是什麼意思。\n就是換行的意思。如果沒換行，游標會停在hello, world後面。要注意\n必須在引號""裡面。
在終端機使用clang hello.c會自動產生a.out的檔案。如果你想取新檔名呢？每次都叫a.out，這樣會搞混。簡單，你可以輸入clang -o hello hello.c，意思是編譯成hello這份機器碼，然後把來源檔案hello.c放在最後。你也可以直接輸入make hello，就是要把hello.c編譯成hello機器碼。
*由於C語言是編譯式語言，所以每次都要要依賴編譯器（compiler）將程式編譯成機器碼。這樣的好處是執行速度比較快。我第一個學會的語言Python是直譯式語言，不需要編譯器，在執行時會一行一行編譯，速度會稍微慢一點，好處是可以馬上測試，就會知道有沒有哪邊打錯。
接著試試看另一個常用的scratch程式積木
這個積木會詢問你叫什麼名字，當你輸入名字後。你的名字會儲存在answer這個變數裡。如果我輸入我的名字Kai，接著會印出hello, Kai。
我們把上面的積木改為C語言。
首先你會注意到多了一個cs50.h，這是因為課程在教學時，教師發現可能會需要使用一些常用的函式，所以乾脆都寫在cs50.h這個工具箱裡面，你在沙盒裡面可以直接使用，但是如果在本地端就無法使用哦！所以先用沙盒學習就好了。
string是指要把name這個變數定義為string。提了這麼多次變數，變數（variable）是什麼意思？變數就是一個記憶體空間，可以把它視為一個盒子。string name就是說我要把這個記憶體空間取名叫做name，然後這個空間我要拿來放string，也就是專門用來儲存文字符號。
*要注意如果把整數定義為string，電腦也會視為string。例如我們若把 5 定義為string，要把這個 5 跟 3 相加，就不會變成 8 。因為這邊的 5 視為文字。
這裡的=不是「等於」的意思。在程式語言裡，=是指將右邊的值，賦值給左邊。如果我們把=右邊的get_string("What's your name?\n");，視為一個物體，然後把=左邊的name，視為標籤，則=就是把name標籤貼在物體上的行為。那如果要表示「等於」怎麼辦，那就直接用兩個等號：==。
在printf()函式裡面的範例，長得跟前面的範例不太一樣。%s叫做placeholder，它有各種型態，如%c、%f、%i，對應到不同的資料型態。使用方法就是放在引號裡面，然後在引號外面逗點，再寫上你要放的變數。
*資料型態是學習程式語言必須要知道的知識，程式語言裡，記憶體可以儲存的資料型態有下列幾種，例如string（文字）、bool（True或False）、int（整數）、float（含有小數的數字），其他還有好幾種，請見原課程筆記。
因為我們有加入新的前置處理指令cs50.h，C語言預設沒有這個，所以要在終端機編譯的話，得在命令行裡輸入 clang -o get get_string.c -lcs50 ，最後面的-l，是for link的意思。就是要把cs50.h跟此檔案連結起來。不過也可以直接輸入make "檔名"，就會自動連結。
加數字
接著來說說一個對新手很疑惑的語法（至少我當初很疑惑）。
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| 將變數counter設為0 |
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| counter每次迴圈都+1 |
如果你仔細閱讀過上面的文章，第一行的int counter = 0;應該不難理解，就是把一個記憶體取名counter，定義為int整數，然後賦值為0。可是第二行是什麼東西？
基本上你比較少會看到counter = counter + 1;的呈現方式，一般來說你會看到counter +=1;或者counter++。這個意思是把counter+1的意思，通常是搭配迴圈一起使用，所以counter才會一直+1，就可以數數啦。
迴圈與條件運算式
接著介紹幾個常用的迴圈與條件運算式。
無窮迴圈：
要關掉無窮迴圈，直接按ctrl+c即可。
這個迴圈的意思就是，當while裡面定義的事情為真，就會一直執行裡面的程式。那如果裡面定義的事情為假呢？就會停下來。
while迴圈也可以寫為有限迴圈。
while()裡面要放布林值，也就是問True或False。當某個情況為真，裡面的程式就會不斷執行，所以每次迴圈都會先檢查是否為真，再執行。while迴圈可以用在你根本不知道要跑幾次迴圈的情況
do-while迴圈
跟上面的迴圈很像，他會執行大括號裡面的程式，然後確認while裡面的布林值是否為真。
兩者有何不同呢，至少do-while迴圈會執行一次，一般的while迴圈，如果檢查為假，就不執行了。do-while迴圈用在你至少想跑一次迴圈的情況
接著示範上面說的加數字，在程式碼裡是這樣寫的。
while裡面是布林值，因為我一開始設i=0，然後每次都會檢查i是否小於50，答案當然不是嘛，所以就會執行程式。程式第二行的i++，意思是i要+1。接著程式會回到while去檢查布林值。反覆這樣50次以後，當i=50，程式就會停止。
for迴圈
for迴圈跟while迴圈很像，兩者也能混用。不過主要是用在你已經知道要跑幾次迴圈的情況。for裡面的函式，意思是把一個記憶體空間取名為i，i宣告為int整數，i小於50，每次執行完，i+1。所以這一個迴圈，也會跟上面的while迴圈一樣，列印50次hello, world。
if...else條件運算式
if...else條件運算式，用中文念起來就是：如果怎樣，就執行某程式，反之如果怎樣，那就執行另一段程式。else if專門用在if後面，如果if裡面的布林值為假，就跳到else if，看看裡面的布林值是否為真，假設還不是，那就執行else。else都是放在最後，代表說上面的都沒有的話，那就執行最後的式子。
課程筆記中有許多範例使用了上述的迴圈及條件運算式，請盡量去試著做看看。
巢狀迴圈
對於新手來說，巢狀迴圈（nested loop）會有點棘手，不太好理解，這部分得花一些時間。
巢狀迴圈，就是指在一個迴圈裡，還有一個迴圈。
課程舉的例子其實很好理解，所以在這邊我不用課程舉的例子，另外用台灣人熟習的九九乘法表示範給大家看。
結果如下：
在第一層迴圈裡，i會從1跑到9。
在第二層迴圈裡，j也會從1跑到9。
所以當i = 1時，i會分別乘上1、2、3...9；當i=2時，i繼續分別乘上1、2、3...9，以此類推。
這部分一定要試試看才知道，建議多練習幾次。
不精確的浮點數
電腦需要仰賴記憶體來儲存資料，然而記憶體的容量是有限的，因此程式語言在設計上，也會限制儲存容量。這個問題導致浮點數運算時，在小數點後會有奇怪的數字。
例如底下這個例子：
首先說明一下%.50f，意思是那裡將取小數點後50位。
如果我們設x = 1， y = 10時，執行結果如下：
x: 1
y: 10
x / y = 0.10000000149011611938476562500000000000000000000000
奇怪，電腦壞了嗎？x / y不是應該是0.1嗎？後面那串是什麼？如果是取小數點後50位，也應該是0.10000000000000000000000000000000000000000000000000啊。
這裡就要先來談基本的數學概念了。浮點數是什麼意思？
整數我們都知道什麼意思，例如12塊蛋糕，這個12就是整數。
我們拿出其中一塊，切成4等分，每份就是0.25塊蛋糕，如果我們切成8等分，就是0.125塊蛋糕。理論上我們能夠無限制一直切下去。
然而就像是前面提到的，電腦的記憶體有容量極限，可是浮點數卻可以無限地分下去，那怎麼會有空間容納所有浮點數呢？
所以就有了一個IEEE 754的浮點數運算標準，就是一個大家說好的標準，透過這個標準，大家有一個準則來計算浮點數。
詳細要解釋IEEE 754太複雜了，況且我也不是很清楚，還是回頭來講為什麼浮點數運算會有不精確的情況。根據我閱讀相關文章的理解，浮點數運算的問題，出在10進位與2進位之間的轉換。
比如，5的2進位計算方式是2² + 2⁰，表現為101。
那5之後如果有小數點，例如5.5呢？計算方式必須將小數點乘以2，一直乘到小數為0，且依序由上往下取出整數。用說得太模糊了，直接計算在下面給大家看。
0.5換算成2進位，其運算方式為0.5*2=1.0，取小數點前的數字1，做為2進位小數點後的第一位。
因此，5.5的2進位是101.1
再來一個，5.25
小數點後的第一位：0.25*2=0.5，取0
小數點後的第二位：0.5*2=1.0，取1
5.25的2進位是101.01
那5.7呢？
小數點後的第一位：0.7*2=1.4，取1
小數點後的第二位：0.4*2=0.8，取0
小數點後的第三位：0.8*2=1.6，取1
小數點後的第四位：0.6*2=1.2，取1
小數點後的第五位：0.2*2=0.4，取1
...
...
可以看出0.7在轉換成2進位的過程中，會變成無限循環的小數。所以這就造成了在電腦裡運算浮點數，會造成錯誤的原因。
相關技術文章可讀這篇：從 IEEE 754 標準來看為什麼浮點誤差是無法避免的
整數逸出
整數逸出（integer overflow）跟浮點數計算出錯的問題很相似，都跟記憶體不足有關。我們先看課堂的示範。
如果你有照著課程示範，自己實作一次，會發現這個語法就是把數字以等比級數的方式，不斷地乘以2上去，sleep函式就是讓程式停一秒，避免一下就爆掉結果你不知道發生什麼事。
所以這個程式不斷執行，到了1073741824就出錯了。請記得按ctrl+c終止。
怎麼會這樣？前面說到小數點後的數字因為能夠無限切下去，所以如果有循環小數就會出錯。同樣的整數也無法無止盡地加上去，記憶體也無法容納。你可能覺得不太對勁，不是啊，我的電腦記憶體明明就有32G，好啦扣除系統、Spotify或者一些其他零零總總在背景執行的程式，至少還有16G以上吧。結果跑到1073741824就給我當掉了，怎麼回事？
原因是C/C++語言是以32位元來設計的，不管你系統是不是64位元，或者記憶體有多大都一樣。所以如果數字超過32位元可以容納的範圍，程式就會出錯。
假設我有一台電腦是4位元的，數字最大只能從-7到+7，然後我用等差級數的方式，計算數字，直到7。
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| 算到7，剛好每個位元都填滿 |
那8呢？
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| 8無法正確地轉換成4位元的有號數（有正負符號的），所以就變成0。 |
作業
作業有兩個，一個是畫馬利歐兄弟裡面的磚頭，一個是檢查信用卡是哪一家的，然後是不是有效的卡片號碼。
他們的難易度又分成簡單與困難兩種，我挑困難的來寫，畢竟都學了快一年的Python了，總是有點基礎。
如果你真的想好好地練習，建議您最好別參考我的答案，試著自己寫看看。
但是如果你已經卡了好幾天了，那就試試看我的答案，然後自己想一次。
此外，課程提供了檢查程式style50，由於程式不只是要轉譯給電腦看，更是要給人閱讀的。所以style50會檢查你有無留空白，有無加註comment之類的。建議最好是讓style50檢查一次。
Mario
Credit Card
Happy coding!
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