用 C 语言计算圆的面积和周长

介绍

在这个实验中，我们将创建一个 C 程序来计算圆的面积和周长。这个简单的程序展示了几个基本的编程概念，包括变量声明、用户输入处理、数学计算和格式化输出显示。

我们将使用以下数学公式：

• 圆的面积 = π × 半径²
• 圆的周长 = 2 × π × 半径

在这个实验结束时，你将编写一个完整的 C 程序，该程序接受用户输入并使用这些公式进行计算。

创建程序文件和基本结构

让我们从创建 C 程序文件并设置基本结构开始。我们将在 ~/project/circle_program 目录下创建一个名为 circle.c 的文件。

1. 导航到项目目录：

   cd ~/project/circle_program
   

2. 使用 WebIDE 编辑器创建一个名为 circle.c 的新文件。点击 WebIDE 顶部的“File”菜单，然后选择“New File”。或者，你也可以在文件资源管理器面板中右键单击并选择“New File”。

3. 将文件命名为 circle.c 并保存到 ~/project/circle_program 目录中。

4. 现在，让我们在文件中添加 C 程序的基本结构：

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 我们将在这里添加代码
   
       return 0;
   }
   

在上述代码中：

• #include <stdio.h> 是一个预处理指令，它告诉编译器包含标准输入/输出库，该库提供了像 printf() 和 scanf() 这样的函数。
• int main() 定义了主函数，它是任何 C 程序的入口点。
• 花括号 { } 标记了主函数体的开始和结束。
• return 0; 表示程序成功执行。

5. 按下 Ctrl+S 或使用“File”菜单并选择“Save”来保存文件。

声明变量和常量

现在我们已经有了基本的程序结构，让我们添加计算所需的变量和常量。

1. 在编辑器中打开你的 circle.c 文件（如果它还没有打开的话）。

2. 我们需要几个变量：

   • 一个用于存储圆半径的变量
   • 一个用于存储 π（圆周率）值的常量
   • 用于存储计算得到的面积和周长的变量

3. 按如下方式更新你的代码：

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 声明变量和常量
       float radius;         // 用于存储圆的半径
       const float PI = 3.14159; // 数学常量 π（圆周率）
       float area;           // 用于存储计算得到的面积
       float circumference;  // 用于存储计算得到的周长
   
       return 0;
   }
   

让我们来理解一下这些变量声明：

• float radius; —— 我们使用 float 数据类型，因为半径可能是一个小数。
• const float PI = 3.14159; —— 我们将 PI 定义为常量，因为它的值在程序执行期间不应改变。const 关键字确保了这一点。
• float area; 和 float circumference; —— 这些变量将存储我们的计算结果，结果可能是小数。

在 C 编程中，我们通常在函数开头声明所有变量。这种做法使程序更有条理，更易于理解。

4. 保存你的文件（Ctrl+S）。

获取用户输入

现在，让我们添加代码来询问用户圆的半径并读取他们的输入。

1. 在编辑器中打开你的 circle.c 文件（如果它还没有打开的话）。

2. 添加提示用户并读取其输入的代码：

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 声明变量和常量
       float radius;         // 用于存储圆的半径
       const float PI = 3.14159; // 数学常量 π（圆周率）
       float area;           // 用于存储计算得到的面积
       float circumference;  // 用于存储计算得到的周长
   
       // 提示用户输入半径
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // 从用户输入中读取半径值
       scanf("%f", &radius);
   
       // 验证输入（可选，但为良好实践）
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // 以错误代码退出
       }
   
       return 0;
   }
   

让我们来理解一下我们添加的内容：

• printf("Please enter the radius of the circle: "); —— 这会显示一条消息，提示用户输入半径。
• scanf("%f", &radius); —— 这会从用户那里读取一个浮点数，并将其存储在 radius 变量中。
  • %f 是浮点数的格式说明符。
  • &radius 传递 radius 变量的内存地址，以便 scanf() 可以修改其值。
• 我们添加了一个简单的验证检查，以确保半径为正数，因为圆的半径不能为零或负数。

scanf() 函数用于从标准输入（键盘）读取格式化输入。使用正确的格式说明符（浮点数使用 %f）并使用 & 运算符传递变量的地址非常重要。

3. 保存你的文件（Ctrl+S）。

计算面积和周长

现在我们已经获取了半径，就可以使用公式来计算圆的面积和周长了。

1. 在编辑器中打开你的 circle.c 文件（如果它还没有打开的话）。

2. 添加计算代码：

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 声明变量和常量
       float radius;         // 用于存储圆的半径
       const float PI = 3.14159; // 数学常量 π（圆周率）
       float area;           // 用于存储计算得到的面积
       float circumference;  // 用于存储计算得到的周长
   
       // 提示用户输入半径
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // 从用户输入中读取半径值
       scanf("%f", &radius);
   
       // 验证输入
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // 以错误代码退出
       }
   
       // 计算圆的面积
       area = PI * radius * radius;
   
       // 计算圆的周长
       circumference = 2 * PI * radius;
   
       return 0;
   }
   

让我们来理解一下这些计算：

• area = PI * radius * radius; —— 这使用公式 π × r² 来计算面积，其中 r 是半径。
• circumference = 2 * PI * radius; —— 这使用公式 2 × π × r 来计算周长。

在 C 语言中，乘法运算符是 *。要计算 r²，我们只需将半径乘以自身（radius * radius）。对于更复杂的数学运算，我们会使用 math.h 库中的函数，但我们的计算足够简单，不需要使用该库。

3. 保存你的文件（Ctrl+S）。

显示结果并测试程序

让我们通过添加显示结果的代码来完成这个程序，然后编译并运行它，看看它是否能正确工作。

1. 在编辑器中打开你的 circle.c 文件（如果它还没有打开的话）。

2. 添加显示结果的代码：

   #include <stdio.h>
   
   int main() {
       // 声明变量和常量
       float radius;         // 用于存储圆的半径
       const float PI = 3.14159; // 数学常量 π（圆周率）
       float area;           // 用于存储计算得到的面积
       float circumference;  // 用于存储计算得到的周长
   
       // 提示用户输入半径
       printf("Please enter the radius of the circle: ");
   
       // 从用户输入中读取半径值
       scanf("%f", &radius);
   
       // 验证输入
       if (radius <= 0) {
           printf("Error: Radius must be a positive number\n");
           return 1;  // 以错误代码退出
       }
   
       // 计算圆的面积
       area = PI * radius * radius;
   
       // 计算圆的周长
       circumference = 2 * PI * radius;
   
       // 显示结果
       printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius);
       printf("Area: %.2f square units\n", area);
       printf("Circumference: %.2f units\n", circumference);
   
       return 0;
   }
   

让我们来理解一下输出代码：

• printf("\nResults for a circle with radius %.2f units:\n", radius); —— 这会显示保留 2 位小数的半径。
• printf("Area: %.2f square units\n", area); —— 这会显示保留 2 位小数的计算所得面积。
• printf("Circumference: %.2f units\n", circumference); —— 这会显示保留 2 位小数的计算所得周长。

%.2f 格式说明符告诉 printf() 以保留 2 位小数的方式显示浮点数，使输出更易读。

3. 保存你的文件（Ctrl+S）。

4. 现在，让我们来编译这个程序。在终端中，导航到你的项目目录并使用 gcc 编译器：

   cd ~/project/circle_program
   gcc circle.c -o circle
   

   -o circle 选项告诉编译器创建一个名为 circle 的可执行文件。

5. 如果编译成功，你可以使用以下命令运行你的程序：

   ./circle
   

6. 当出现提示时，输入一个半径值（例如 5）并按回车键。你应该会看到类似于以下的输出：

   Please enter the radius of the circle: 5
   
   Results for a circle with radius 5.00 units:
   Area: 78.54 square units
   Circumference: 31.42 units
   

7. 尝试再次运行程序，输入不同的半径值，以确认程序能正确工作。

恭喜！你已经成功创建了一个 C 程序，它可以根据用户输入计算并显示圆的面积和周长。

总结

在这个实验中，你已经成功创建了一个 C 程序，该程序可以：

1. 提示用户输入圆的半径
2. 读取并验证用户的输入
3. 使用公式 π × r² 计算圆的面积
4. 使用公式 2 × π × r 计算圆的周长
5. 以适当的格式显示计算结果

在此过程中，你学习了几个重要的 C 编程概念：

• 使用 #include 包含头文件
• 定义和使用变量及常量
• 使用 scanf() 读取用户输入
• 进行数学计算
• 使用 printf() 显示格式化输出
• 编译和运行 C 程序

这些基础技能是构建更复杂 C 程序的基石。现在，你可以基于这些知识，创建更复杂的、涉及用户交互和计算的应用程序。