程式並不是寫完就可以自動運行，就跟不是買了水龍頭回家就有水的意思一樣。部分的程式語言還需要經過「編譯」的階段，轉成 0 和 1，本篇會講解與示範編譯的四個階段。另外帶入「陣列」的觀念，讓你了解資料儲存結構的形式，再分享三個除錯的方法。
真正的 C 語言運行需要四個編譯階段，第一篇提到的 make 檔名 是在 CS50 的平台中只是其中方便初學者理解有編譯這個過程存在，真正的編譯需要有四個階段。下面是這四個階段的簡單說明：
編譯四階段總覽
- Preprocessing
這個階段會處理程式中的指令，比如 #include，用來引入外部函式庫。編譯器會找到這些函式庫並將內容加入程式，確保函式庫功能可以被正確編譯。
- Compling
gcc 當作編譯器。在 CS50 的編譯器中使用 Clang 編譯- Assembling
轉成電腦能看懂的 0 和 1，每個標頭檔函示庫的功能會個別編譯。
- Linking
將個別已轉成 0 和 1 的標頭檔內容連結，讓程式可運行。
Preprocessing
這次我們改用 clang 指令進行編譯：
使用 clang 編譯
左邊出現 ./a.out 的預設檔名編譯檔案
此時檔名尚未更新，需要運行./a.out的預設檔名才有結果
如何自訂檔名?
clang -o 自定義檔名 檔案名稱.c
顯示錯誤，原因是沒有編譯到 <cs50.h> 這個函式庫的功能，電腦就不知道 get_string 是什麼意思。
如果程式有使用其他的 library ，就要另外編譯。
clang -o 自定義檔名 檔案名稱.c -l函式庫
補充說明：gcc 也是一種編譯模式，你也可以試試。
gcc 是 C 語言常用的編譯方式
Compling 編譯
編譯器將 C 語言的原始碼轉換為組合語言（assembly language），這是比 C 語言更接近電腦用語的語言。不同的編譯器，組合語言的指令可能有所不同。以下的組合語言由 ChatGPT 提供，一般人類很難直接寫出組合語言。
section .data
hello db 'Hello, World!', 0xA ; The string to print (0xA is a newline character)
section .text
global _start ; Entry point for the program
_start:
; System call to write (sys_write)
mov rax, 1 ; System call number for sys_write (1)
mov rdi, 1 ; File descriptor (1 = stdout)
mov rsi, hello ; Pointer to the string
mov rdx, 13 ; Length of the string
syscall ; Call kernel
; System call to exit (sys_exit)
mov rax, 60 ; System call number for sys_exit (60)
xor rdi, rdi ; Exit code 0
syscall ; Call kernel
Assembling
轉成 0 和 1 的二進位語言，即機器語言（machine code）。
10111000 00000001 00000000 00000000 00000000 //節錄 hello,world 部分machine code
Linking
將多個機器語言輸入：
main.o（主程式的機器語言）。- 標頭檔中
printf函式所屬的函式庫機器語言。 - 如果有
<cs50.h>的get_string功能也會在這個階段連結成完整的程式。
每個程式語言都要編譯嗎？
不一定。世界上也有「直譯語言」，也有介於兩者中間的型態。
Compiled Language 編譯語言：
知名的 C 語言 C++ 都屬於編譯語言，編譯語言的概念如下圖：
左邊是你的電腦，右邊是我的電腦，而編譯語言會先將程式碼編譯成０和１並儲存成「新的檔案」，再把這個檔案給我的電腦執行。此圖片截圖自，影片版請點以下連結：
Compiler and Interpreter: Compiled Language vs Interpreted Programming Languages
Interpreted Language 直譯語言：
網頁常用的 JavaScript 就屬於直譯語言。
直譯語言直接把原始的程式碼，傳送到我的電腦，直接在我的電腦逐條直譯。相較於編譯語言，直譯語言需要給對方「原始程式碼檔案」。
兩者比較：
稍微了解編譯的過程後，我們來看另一個常用的功能：陣列。
沒有陣列的程式
老師希望計算每個學生的平均成績，如果學生人數不多，可能會這樣寫：
#include <stdio.h>
int main()
{
int score1 = 72; // 定義每個變數表示一個成績
int score2 = 73;
int score3 = 33;
printf("Average: %f\n", (score1 + score2 + score3) / 3.0); // 計算平均分數
}
問題： 這個方法可以處理少數學生的成績，但如果有 100 位學生，這樣寫程式就非常不方便，因為你需要定義 100 個變數，並在計算平均時把它們一個個相加。萬一第 50 位學生轉學，你還必須手動去修改變數名稱，甚至重寫部分程式碼。
此外，若還需要儲存學生的姓名、學號等資訊，這樣的寫法會讓程式變得更複雜且難以維護。因此，我們需要使用「陣列」來簡化這些操作。
陣列（Array）是什麼？
每個數值都需要占用一些儲存空間，而這個空間的大小取決於數值的型態（例如，整數、浮點數等）。當我們使用陣列時，電腦可以根據每個數值的位置快速找到它，而不是從頭一個一個地搜尋。
可以把陣列想像成一列火車，每個「車廂」就是一個存放數值的位置。我們提前規劃好車廂的位置，這樣當我們需要找到某個特定車廂（數值）時，不需要從火車頭開始搜尋，而是可以直接跳到那個車廂去取東西，而這展現陣列的高效率。
記憶體在硬體上呈現的樣子 ( 本圖截圖自 CS50 Lecture 2）
#include <stdio.h>
int main()
{
int score[3]; // 我需要有存放3個數值的空間
int score[0] = 72; // 注意第一個位置是0
int score[1] = 73;
int score[2] = 33;
printf("Average:%f\n", (score[0] + score[1] + score[2]) / 3.0);
}
- 首先，告訴陣列需要為你準備多少空間。陣列中的每個位置都可以存放一個成績，使用
score[3]表示我們需要 3 個整數的空間，並且它們的索引（位置）會是 0 到 2。 - 需要注意的是，陣列的索引是從 0 開始的，所以即使陣列可以存 3 個值，它們的索引分別是
0、1和2。
優化程式，使用迴圈：
如果我們有 100 位學生，老師不可能手動為每個學生輸入成績 100 次。所以，當我們發現有重複行為時，應該想到使用「迴圈」來自動化這些操作。這樣可以減少複製貼上，讓程式更有效率。
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>
int main()
{
int score[3]; // 我需要有存放3個數值的空間
int score[0] = get_int("Score: ");
for(int i = 0; i < 3; i++)
{
score[i] = get_int("Score: ");//請使用者輸入分數，分數會存入記憶體
}
printf("Average:%f\n", (score[0] + score[1] + score[2]) / 3.0);
}
優化程式，使用變數：
當你發現有「固定數字」重複出現在程式裡（例如 int score[3]; 跟 (score[0] + score[1] + score[2]) / 3.0);），代表可以使用變數來替代。這樣當學生人數改變時，只需要改變一個地方，程式就能處理不同的人數。
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>
int main()
{
const int N = 3; // 指定 N 為常數，表示這裡 N 只能等於 3，無法更改
int score[N]; // 使用 N 來宣告一個大小為 N 的陣列，儲存成績
// 使用迴圈讓使用者輸入 N 個學生的成績
for(int i = 0; i < N; i++)
{
score[i] = get_int("Score: "); // 使用者輸入的成績依次存入陣列中
}
// 計算並輸出成績的平均值
printf("Average: %f\n", (score[0] + score[1] + score[2]) / (float) N);
// 用 (float) 將 N 轉成浮點數，確保結果是小數
}
使用 const 宣告常數，使學生人數固定
在 C 語言中，我們可以使用 const 關鍵字來宣告一個常數，這樣變數的值在程式運行期間不能被修改。適合用在不能被改變的數值，像是固定的學生人數、圓周率等等。在專案協作中，使用 const 有助於工程師溝通時了解這是不能被改變的數值，增加程式易讀性和安全性。
不使用固定常數，讓老師自行輸入
以下提供，不固定學生人數的寫法 （節錄版）：
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>
int main()
{
int n = get_int("Number of students: "); // 讓使用者輸入學生人數
int score[n]; // 根據使用者輸入的學生人數來設定陣列大小
最後還是有 score[0] + score[1] + score[2] 更聰明的寫法如下：
- 寫一個函數計算功能：透過將計算邏輯封裝在
average函數中。 - 迴圈計算總合。
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
const int N = 3; // 適用於全域，其他程式編輯者可在一開始改變陣列長度
float average(int length, int array[]);//prototype宣告等一下使用此函數
int main()
{
int scores[N]; // 我需要有存放N個數值的空間
for (int i = 0; i < N; i++)
{
scores[i] = get_int("Score: "); // 請使用者輸入分數，分數會存入記憶體
}
printf("Average:%f\n", average(N, scores)); // float使 N 轉浮點數
}
float average(int length, int array[])// 定義新函數，平均的算法。
{
int sum = 0;
for (int i = 0; i < length; i++)
{
sum = array[i] + sum;
}
return sum / (float) length; // 變浮點數，平均才會有小數
}
鏈結串列（Linked List）：
另外一種資料結構是鏈結串列，儲存的資料不必是連續的，電腦要找資料必須從第一個開始查找。鏈結串列會談到指標（Pointer）的概念，之後的章節會再深入探討。
除錯 （debug）三妙招
- 邊打邊念，或是先寫下思考邏輯。
範例：計算 5 位學生的成績總和。
- 寫下一般數學運算總和如何表示，再一邊寫程式一邊模擬教學講出此程式碼代表的意義。
- 善用
printf()打印出每一行程式，觀察變化。
範例：寫 1 加到 50 ，發現輸出錯誤，可以在中間使用printf() 檢查每一次的輸出。
- 外掛程式偵錯。在 cs50 中可以使用
debug50 ./檔名來偵錯，而其他的介面平台也會有適合的外掛程式。
