【笔记】C语言学习笔记

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前言

C是一种通用的编程语言，广泛用于系统软件与应用软件的开发。于1969年至1973年间，为了移植与开发UNIX操作系统，由丹尼斯·里奇与肯·汤普逊，以B语言为基础，在贝尔实验室设计、开发出来。 C语言具有高效、灵活、功能丰富、表达力强和较高的可移植性等特点，在程序设计中备受青睐，成为最近25年使用最为广泛的编程语言。（维基百科）

include 关键字

  • 引入头文件

系统目录下的头文件

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#include <头文件名.h>

当前目录下的头文件

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#include "头文件名.h"

main函数

  • main函数是C语言程序的入口
  • 一个C语言程序必须有且只有一个main函数
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int main()
{
  ...
  return 0;
}

注释

行注释

  • 这种注释方式从C++继承过来的，但是现在也可以在C语言中使用
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// 行注释

块注释

  • 这种注释方式是C语言标准的注释方式
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/*
块注释
*/

变量命名规则

  • 可以包含数字字母下划线
  • 首字母不可以是数字
  • 不可以为c语言内置关键字
  • 向一个标准输出设备输出一个字符串

<str>：一个任意类型的数据

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#include <stdio.h>

int main()
{
    system(<str>);
    return 0;
}

编译错误

warning

  • 警告，不影响编译

error

  • 错误，无法执行编译

return 关键字

  • 返回值
  • 如果返回值类型为void，就不需要返回值
  • 执行到return会立即结束当前函数，return后面的语句是没有意义的

main 函数的 return

  • 在main函数中调用return关键字，程序立即终止
  • return 0表示程序执行成功
  • return -1表示程序执行失败

System 函数

  • 调用system，可以再C语言的代码中执行另外一个程序

<command>：在当前操作系统下的命令

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#include <stdlib.h>

int main()
{
    system("<command>");
    return 0;
}

Linux上查看应该引入什么头文件

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man 2 print
man 3 system

头文件存储位置

  • 在Linux平台下的头文件存储位置
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vim /usr/include/stdio.h

解决跨平台

  • 在不同平台下，C语言只能保证源码语法相同，并不一定能保证执行结果相同
  • 为了解决跨平台问题，可以使用POSIX标准书写代码
    • Windows对POSIX的标准支持的比较差
  • 如果有符合POSIX标准的函数，尽量使用

操作系统结构

用户模式

  • 普通的C语言程序，只能访问自己的内存

内核模式

  • 只有系统底层的C语言程序才可以访问系统内核相关的内存

CPU

32位和64位系统的区别

  • 32位CPU
    • 32位寄存器可以存放32个二进制位
    • 32位CPU的总线是32位
    • 32位管理内存最大值为4G
      • 所以在32位的系统上大于4G的内存是浪费的
      • 所以在小于等于4G内存的情况下，安装64位操作系统，并不一定比32位系统快
  • 如果在64位的CPU上安装64位操作系统，那么这个系统就是64位
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0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
  • 64位CPU
    • 64位寄存器可以存放64个二进制位
    • 64位CPU的总线是64位
    • 64位管理内存最大值至少大于4G
  • 如果在64位的CPU上安装32位操作系统，那么这个系统就是32位
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1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
  • 准64位CPU
    • 64位寄存器，总线是32位
    • 运算可以达到64位的效果，但是和外部交换数据时只能是32位的速度

RISC和CISC

  • RISC：精简指令集
    • SPARC
    • ARM
  • CISC：复杂指令集
    • x86

常量

定义常量

define

  • 这种定义常量的方法叫宏常量，宏常量的常量名通常用全大写
  • define通常紧跟include
  • C语言通常使用define定义常量
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#define 常量名 常量值

const

  • const常量变量名可以小写
  • const通常写在代码内
  • C++通常使用const定义常量
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const 常量类型 常量名 = 常量值

进制转换

十进制 二进制 八进制 十六进制
0 0 0 0
1 1 1 1
2 10 2 2
3 11 3 3
4 101 4 4
5 110 5 5
6 111 6 6
7 1000 7 7
8 1001 10 8
9 1010 11 9
10 1011 12 A
11 1100 13 B
12 1101 14 C
13 1110 15 D
14 1111 15 E
15 10000 17 F
16 10001 20 10
  • 1二进制位 = 1比特（bit）
  • 8比特 = 1字节（Byte）
  • 2字节 = 1字（Word）
  • 2字 = 1双字（DWord）
  • 1024字节 = 1千字（KByte）
  • 1024千字 = 1兆字（MByte）
  • 1024兆字 = 1GByte

转化二进制

  • 如果有这样一组二进制数
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10101010111

快速二进制转八进制

  • 分成每3个位为一组，前面不足位用0补位
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2
3
010 101 010 111

2   5   2   7
  • 所以转换后的八进制数为2527

快速二进制转十六进制

  • 分成每4个位为一组，前面不足位用0补位
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2
3
0101 0101 0111

5    5    7
  • 所以转换后的十六进制数为557

无符号数和有符号数

无符号数

  • 无符号数只能表示正数
  • 范围：0~255

有符号数

  • 有符号数的第一位为符号位，可以表示负数
  • 范围：-125~124
原码
  • 第一位为符号位，其他位表示数
  • 正数符号位为0，负数符号位为1
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+7的原码（1Byte）
0000 0111

-7的原码（1Byte）
1000 0111
反码
  • 如果为正数，原码和反码相同
  • 如果为负数，第一位为符号位，其他位的0和1相反
    • 正数符号位为0，负数符号位为1
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+7的反码（1Byte）
0000 0111

-7的反码（1Byte）
1111 1000
补码
  • 如果为正数，反码和补码相同
  • 如果为负数，第一位为符号位，其他位为反码+1
    • 正数符号位为0，负数符号位为1
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+7的补码（1Byte）
0000 0111

-7的补码（1Byte）
1111 1001

sizeof 关键字

  • 得到变量在内存中占用的大小
  • 返回一个无符号数
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sizeof(变量)

大端对齐与小端对齐

  • 小端对齐（倒着放）：高内存地址存放整数高位，低内存地址存放整数低位
    • x86、ARM的CPU通常使用的是小端对齐存储方式
  • 大端对齐（正着放）：低内存地址存放整数高位，高内存地址存放整数低位
    • Unix的CPU通常使用的是大端对齐存储方式

数据类型

传送门

类型限定关键字

const 关键字

  • 不允许变量被修改，可以理解为常量
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const 类型 变量名 = 变量值;

volatile 关键字

  • 当变量被频繁改变时，编译器会对代码自动优化，但这种优化有利有弊，为了防止编译器做优化，可以使用volatile关键字
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volatile 类型 变量名 = 变量值;

register 关键字

  • 直接将变量放到（汇编的）寄存器中，而不是内存中
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register 类型 变量名 = 变量值;
  • register是建议型指令，而不是命令型指令。如果CPU的寄存器有空闲，那么register就生效，如果没有CPU的寄存器没有空闲，那么register无效

字符串

  • 字符串在内存中是一段连续的char空间，以\0结尾

输出一个char

  • putchar一次只能输出一个字符

<char>：一个字符

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putchar('<char>');

输出一个字符串

<str>：一个字符串

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printf("<str>");

printf函数

  • 格式化输出
格式化 对应数据类型 描述
%d int 有符号十进制整数
%u unsigned int 无符号十进制整数
%o unsigned int 无符号八进制整数
%x、%X unsigned int 无符号十六进制整数
%ld long 有符号十进制长整数
%lld long long 有符号十进制长整数
%lu long 无符号十进制长整数
%llu long long 无符号十进制长整数
%lo long 无符号八进制长整数
%llo long long 无符号八进制长整数
%lx、%lX long 无符号十六进制长整数
%llx、%llX long long 无符号十六进制长整数
%hd short int 短整数
%hu unsigned short int 无符号短整数
%f float或double 单精度浮点数或双精度浮点数
%e、%E double 科学记数法
%c char 字符型
%s、%S char* / wchar_t* 字符串
%p void* （以十六进制）输出指针（数据在内存中的地址）
%% % 输出一个百分号

指定数据长度

用空格补齐

  • 在%后加数字，表示输出的结果最小长度，如果不足，用空格补齐
    • 如果为正数，空格在数据前补齐，数据右对齐
    • 如果为负数，空格在数据后补齐，数据左对齐

用0补齐

  • 在用空格补齐的基础上，再在%后加0，表示用0补齐至最小长度
    • 如果最小长度为负数，不可以使用0补齐
      • 如果仍然使用，编译时警告，0将被忽略

getchar函数

  • 接收一个字符，获取它的ASCII码值
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#include <stdio.h>

int 变量 = getchar();

scanf函数

  • 接收一个变量

&变量名：这个参数需要指定内存地址

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scanf("%d", &变量名);

VS解决报错

  • 在VS2013中，VS认为scanf不安全，所以使用scanf会报错
  • 解决办法有两种
    • 一种是添加一个宏函数（这个宏函数一定要写到文件的第一行）
    • 一种是屏蔽警告
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#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
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#pragma warning(disable:4996)

运算符

传送门

分支语句

传送门

循环语句

传送门

exit 函数

  • 在程序的任何时候调用exit函数，程序立即终止
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#include <stdlib.h>

exit(0);

作用域

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int a = 0; // 文件作用域
int main() {
    int a = 0; // 函数作用域
    {
      int a = 0;  // 代码块作用域
    }
}

自动变量

  • 代码块内部定义的都是自动变量，只不过平常我们会省略auto关键字
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{
    auto int a = 0;
}

寄存器变量

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register int a = 0;

静态变量

  • 静态变量放在代码块内或代码块外都可以
  • 静态变量只初始化一次，在程序加载到内存的时候就创建，直到程序运行结束才销毁
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statis int a = 0;

静态全局变量

  • 静态全局变量只能在定义它的文件内使用

静态全局函数

  • 静态全局函数只能在定义它的文件内使用

对堆内存的操作

引入头文件

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#include <stdlib.h>

返回值为一个指针

  • 返回一个指针时，应该使用堆内存来操作，因为栈的生命周期只有代码块内，当代码块执行结束后，指针指向的地址就没有意义了
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int *a()
{
    int a  = 0;
    return &a
}

int main()
{
    int *p = a();
    ...
    free(p);
    return 0;
}

C语言的入栈规则

  • 函数的形参是从右到左入栈的

完成