C语言学习笔记-不定期更新

C语言学习笔记

借助C Primer Plus第六版中文版

[TOC]

一、初识C语言

基本概览，没啥好记的

二、 C语言概述

简单的C程序示例

注释略显杂乱

// 这是单行注释
/*
这是多行注释
*/

#include <stdio.h>	//预处理器指令，包含一个文件。C程序顶部的信息集合被称为头文件
int main(void)	//main总是第一个被调用的函数，void表示main不带任何参数
{	//函数体开始，必须使用花括号
    int num;	//声明变量，int代表整型。int是关键字，num是变量，属于标识符
    //给变量命名：只能大小写字母、数字和下划线，第一个字符不能是数字。尽量避免下划线开头，可能会与其他标识符冲突
    num = 1;	//赋值表达语句，从右侧把值赋到左侧
    
    printf("I am a simple ");	//调用printf函数，printf是函数名，圆括号内是参数。可以理解为这里控制权从main转给了printf
    printf("computer.\n");	// \n是一个转移序列，代表换行
    printf("My favourite number is %d because it is first.\n", num);	// %d是占位符，指明输出num的位置
    
    return 0;	//return语句，目前可以看做是结束main函数的要求
}	//函数体结束

简单程序的结构

包含函数头和函数体，函数体又主要有声明和语句

建议在一开始就进行声明，虽然新规则没有要求了但最好还是这样

大部分语句都以分号结尾！！！不要忘记！！！

提高程序可读性

1. 积极写注释
2. 使用有意义的变量名
3. 使用空行分隔
4. 每行一条语句
5. 程序第一行就写注释，包括程序名称和目的

进一步使用C

同时声明多个变量：使用逗号隔开

int a, b;

打印多个值：同样用逗号隔开

printf("I like %d and %d !\n", food, drink);

待打印的值不一定是变量

printf("The answer is %d !", 3 * total);

多个函数

可以将自己的函数加入到程序中。示例代码如下：

#include <stdio.h>
void butler(void);	//函数原型，告诉编译器在程序中要使用该函数，类似声明
int main(void)
{
    printf("I will summon the butler function.\n");
    butler();	//调用函数，写出函数名和圆括号即可
    printf("Yes. Bring me some tea and writeable DVDs.\n");
    
    return 0;
}
void butler(void)	//函数定义，即函数本身的源代码。同时这也是函数头，其信息表明butler不带任何参数，且没有返回值
{
    printf("You rang, sir?\n");
}
//函数放的位置和运行顺序没有关系，只看什么时候被调用。一般而言main函数放在第一个，因为它提供了程序的基本框架

调试程序

语法错误：把有效的C符号放在了错误的地方

如：用圆括号代替了花括号；声明变量的写法错误；多行注释没写末尾*/；没打分号等等

语义错误：语法正确，意思上的错误

编译器无法检测，因为语言规则正确，但是运行结果不符合预期要求

如何监视程序状态？

1. 对于简单代码，假设自己是计算机，模拟运行一遍
2. 在程序关键点插入额外的printf，了解程序执行情况
3. 利用调试器（推荐）

关键字和保留标识符

一些关键字比较特殊，不能用它们作为标识符，如int、while、break等等

还有一些是保留标识符，C语言已经制定了他们的用途或者保留了他们的使用权，比如那些以下划线字符开头的标识符和标准库函数名，比如printf

练习

进行了第5题和第8题的练习

copilot真的太好用了你知道吗？不过为了练习需求还是不开了

三、数据和C

示例代码

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    float weight;	//新的浮点数类型的变量。其可以储存带小数的数字
    float value;
    
    printf("Are you worth your weight in platinum?\n");
    printf("Let's check it out.\n");
    printf("Please enter your weight in pounds: ");
    
    scanf("%f", &weight);	//用于读取键盘输入，%f表示读取浮点数。&weight表示把输入值赋给weight变量
    value = 1700.0 * weight * 14.5833;
    printf("Your weight in platinum is worth $%.2f.\n", value);	//%.2f表示输出输出浮点数显示小数点的后两位
    printf("You are easily worth that! If platinum prices drop,\n");
    printf("eat more to maintain your value.\n");
    
    return 0;
}

变量与常量数据

程序运行过程中没有变化的量叫做常量，在程序运行期间可能会被改变或者被赋值的叫做变量

数据：数据类型和关键字

对变量而言，要在声明时指定其类型

• int表示基本的整数类型，其关键字long、short、unsigned用于提供其变式
• char表示字母和其他字符，也可以表示较小的整数
• float、double和long double表示带小数点的数
• _Bool表示布尔值（true和false）
• _complex表示复数
• _Imaginary表示虚数

按照计算机的存储方式可以分为两大基本类型：整数类型和浮点数类型

位、字节和字

• 位bit：最小存储单元，可以储存0或1
• 字节byte：1字节有8位，有256种组合
• 字word：设计计算机时给定的自然存储单位，目前一般为64位。字长越大，数据转移越快，允许的内存访问也就更多

整数

8位字节中储存，二进制。例如7表示为0000111

浮点数

第一位表示正负号，最后一位表示10的几次幂

C语言基本数据类型

int类型

目前计算机一般是64位，但是大多数情况任然用32位储存一个int值

1. 声明int变量：用多行或者逗号创建变量。此步是为变量创建存储空间

2. 初始化变量：也就是为变量赋一个初始值。方法如下：

   1. 直接赋值

      cows = 100;

   2. 通过函数比如scanf

   3. 声明时就初始化

      int cats = 100, dogs = 200;
      //不要像下面这样，把未初始化和初始化的放在同一行，容易误解
      int dogs, cats = 100;

3. int类型常量：C把不含小数点和指数的数作为整数，它们都是整形常量。非常大的整数除外

4. 打印int值：使用printf打印，%d（转换说明）表明了打印整数的位置（%d与所有int类型相匹配）。要确保转换说明的数量与待打印值的数量相同

5. 八进制和十六进制：0前缀表示八进制，0x或者0X表示16进制。如16是020，也是0x10

6. 显示八进制和十六进制：将%d换为%o或者%x、%X，就可以以8进制或者16进制显示数字。如果要在前面加上0和0x前缀，改为%#o或者%#x、%#X

其他整数类型（前缀）

1. short，占空间比int少，用于较小数值场合
2. long，占用存储空间比int多，较大数值场合
3. unsigned，用于非负值场合

如何选择？

1. 先考虑unsigned类型，此类型一般用于计数
2. 超出int范围，则使用long，甚至long long
3. short用于节省空间

通常，编译器会“自动”为数字选择对应的存储类型

若想在int为16为，long为32位的系统中，将“自动”存储为int类型的数值用long类型存储，则可以在该值的末尾加上l或L后缀。一般使用L因为小写l容易弄混。类似的，8进制和16进制也可以；long long则是两个L；u或U表示unsigned

//例如：
a = 7L;
b = 10ULL;
//貌似这里识别有问题，不用管

打印short、long等类型

转换说明：

1. unsigned int：%u

2. long：%ld（若系统中int和long大小相同那么%d就可以）

   八进制或者十六进制就是在对应字母前加上l，如%lo、%lx

3. short：%hd，其他进制类似long，但是前缀是h

4. 组合unsigned：在最后加上u后缀，如%lu、%llu

使用错误的转换说明会导致输出错误的结果

//例子如下：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    unsigned int un = 3000000000;
    short end = 200;
    long big = 65537;
    long long verybig = 12345678908642;

    printf("un = %u and not %d\n", un, un);
    printf("end = %hd and not %d\n", end, end);
    printf("big = %ld and not %hd\n", big, big);
    printf("verybig = %lld and not %ld\n", verybig, verybig);

    return 0;
}

/*
输出结果如下：
un = 3000000000 and not -1294967296	无符号和有符号，这两个结果在系统内存中表示完全相同
end = 200 and not 200	编译器自动把short值转换为了int，因为这样处理最高效
big = 65537 and not 1	使用%hd时，只会截取最后16位
verybig = 12345678908642 and not 1942899938	类似上一行，%ld截取最后32位
*/

整数溢出
如果整数超过了取值范围就会溢出。unsigned溢出后从0开始，int从-2147483648开始

使用字符：char类型

实际上char存储的是整数，是整数类型。所以使用ASCII编码，用特定整数代表特定字符。也有其他编码方式如Unicode

声明char类型变量

类似其他

char response;

字符常量和初始化

注意：C语言中单引号双引号不同！

char broiled;
broiled = 'T';	//正确，单引号括起来的叫做字符常量
broiled = T;	//错误！此时T是一个变量
broiled = "T";	//错误！此时"T"是一个字符串

//事实上，char是以整数形式存储的，所以以下方式也可以（不妥当）
char grade = 65;

非打印字符

如退格、换行等，可以用3种方式表示这些字符

// 1.使用ASCII码，如蜂鸣字符的ASCII值是7
char beep = 7;

// 2. 使用转移序列（重要，对照表在后面）
char nerf = '\n'
    //代表换行。那么打印nerf的作用就是另起一行
    
// 3.使用十六进制表示字符常量

转义序列部分对照

• \a：警报
• \b：退格，移动光标位置往前一格，不是删除
  ​ 输入时数据会替换掉后面的字符
• \f：换页
• \n：换行
• \r：回车（回到本行第一个字符）
• \t：水平制表符
• \v：垂直制表符
• \\：取消对\的转义
• \‘：单引号’
• \“：双引号’’
• ?：问号?
• \0：后面接0-7的数字，用八进制值ASCII码表示字符
• \x：后面接0-f，用十六进制值ASCII码表示字符

一些需要注意的

1. 使用ASCII码时注意数字和数字字符的区别。如字符4对应的ASCII码是52，’4’表示字符4而不是数值4
2. 双引号中不需要再把转移序列用单引号括起来
3. 优先使用转移序列而不是ASCII码

打印字符

在printf用%c表示待打印的字符

如果使用%d则会直接打印一个整数

有符号&无符号

有些编译器把char视为有符号类型，那么此时char表示的范围就是-128~127；有的视为无符号类型，那么范围就是0~255

可以在char前面使用signed或者unsigned

_Bool类型

用于表示布尔值true或者false，1表示true，0表示false

所以_Bool实际上也是一种整数类型

可移植类型：stdint.h和inttypes,h

头文件需要使用<inttypes.h>

此数据类型略

float、double和long double

C标准规定，float至少能表示6位有效数字，double至少可以表示10位有效数字。float一般占用32位，其中8位表示指数的的值和符号，身下24位用于表示非质指数部分；double一般占用64位而不是32位，因此至少可以表示13位有效数字

声明浮点型变量

float noah, jonah;
float trouble;
float planck = 6.63e-34;
long double gnp;

浮点型常量

基本形式：有符号的数字（包括小数点），后面紧跟e或E，最后是一个有符号数表示10的指数

可以省略正号；可以省略小数点（2e5）或指数部分（19.28）；可以省略小数部分（3.e16）或整数部分（.45e-6)

e和E左右都不要加空格

默认情况下，编译器假定float是double类型的精度并使用双精度进行乘法运算，然后将结果截断成float，这样计算精度更高但是会损失速度。若要强制视为float类型，在数据最后加上f或F。若要强制视为long double类型，加上l或L。

C99标准添加了一种用16进制表示浮点型常量的方法，此处略

打印浮点值

在printf中使用%f表示待打印的浮点值。若要打印指数计数法的形式，用%e（C99标准也可以用%a）

打印long double，使用%Lf、%Le（或%La）

浮点值的上溢overflow和下溢underflow

上溢：当计算值过大超出当前类型能表达的范围，printf显示为inf或infinity

下溢：因为精度原因损失了有效数位，0.1234e-10除以10得到0.0123e-10

未定义浮点值
如给asin()函数输入一个大于1的值，因为sin的范围不能大于1，所以返回值是NaN，printf会显示为nan等

浮点值舍入错误
若浮点能够储存的有效数字少于运算所需的，就可能发生错误，因为计算机缺少足够的小数位来完成运算。
例如2.0e20先加1，再减2.0e20，得到的结果并不是1

复数和虚数类型

三种复数类型：float_Complex、double_Complex和long double_Complex

类似地，三种虚数类型float_Imaginary，后略

这些类型的变量包括两个float类型的值，分别用于表示复数的实部和虚部

如果包含complex.h头文件，则可使用complex、imaginary用来代替_Complex和_Imaginary

类型大小

使用sizeof()运算符，以字节为单位给出指定类型的大小，在printf中用%zd表示

printf("The int has a size of %zd bytes.\n", sizeof(int));

使用数据类型

初始化变量时应使用与变量类型匹配的常数类型

若类型不对应，会损失部分数据，例如float转化为int会直接丢弃小数点后的值，double转化为float会损失精度

参数和陷阱

传递给函数的信息称为参数

printf中参数不对应时并不会给出警告，如果发现程序输出与预期不符，可以进行检查

程序运行情况

刷新输出

printf会将输出发送到一个叫做“缓冲区”的中间存储区域，然后缓冲区的内容再不断被发送到屏幕上

当缓冲区满、遇到换行符或者需要输入的时候，会将缓冲区的内容发送到屏幕上

练习

练习2、4、5、6四道题，目前题目依旧比较简单，基本10行内都可以搞定

简单了解了一下还没学的scanf的用法

四、字符串和格式化输入/输出

字符串简介

字符串是一个或者多个字符的序列

用双引号括起，“告诉程序这是字符串”

char类型数组和null字符串

C语言的字符串储存在char类型的数组中，每个单元储存一个字符

数组末尾的字符 \0 是空字符，C语言用它标记字符串的结束，它不是数字0，是非打印字符

C中的字符串一定以空字符结束，所以数组容量必须至少比带存储字符串中的字符数多1

数组

数组是同类型数据元素的有序序列

//通过以下声明创建了一个包含40个存储单元（元素）的数组
//每个单元储存一个char类型的值
char name[40];
//char表示存储元素的类型，[]表明是数组，40表示数组中的元素数量

使用字符串

在printf中使用%s代表待打印的字符串

scanf在读取输入时，会自动把空字符放入字符串的末尾

字符和字符串

字符串常量”x”和字符常量’x’不同。

1. ‘x’是基本类型char，而”x”是派生类型（char数组）
2. “x”实际由两个字符组成，”x”和空字符\0

strlen()函数

sizeof()函数以字节为单位给出对象的大小。strlen()函数给出字符串中的字符长度

//sizeof与strlen对比
#include <stdio.h>	//stdio.h头文件包含标准函数，如printf和scanf
#include <string.h>	//使用strlen则需要使用该头文件。string.h头文件包含一些与字符串有关的函数，如strlen()函数
#define PRAISE "You are an extraordinary being."	//C预处理器，后面会讲到
int main(void)
{
    char name[40];
    
    printf("What's your name?");
    scanf("%s", name);
    printf("Hello, %s. %s\n", name, PRAISE);
    printf("Your name of %zd letters occupies %zd memory cells.\n", strlen(name), sizeof name);	
    //此处的sizeof并不需要括号。当运算对象是类型时，必须加括号，如sizeof(int), sizeof(float); 而对于特定量则可有可无，如sizeof 6.28, sizeof name。但是最好所有情况都加括号。
    //使用很长的printf，可以在参数之间断为两行（不要在双引号的字符串中间断开），或是使用两次printf，前一次不打\n即可
    printf("The phrase of praise has %zd letters ", strlen(PRAISE));
    printf("and occupies %zd memory cells.\n", sizeof PRAISE);
    
    return 0;
}

如输入Serendipity Chane，得到输出：sizeof显示name数组有40个存储单元，但只有11个单元用来储存输入的Serendipity，因此strlen()输出结果11

注意：此处输出11并不是因为strlen()计数到了空格，而是因为scanf的%s是读取单词，碰到Serendipity后的空格之后就停止了读取，所以只有Serendipity被输入了name变量，chance没有被输入

而strlen(PRAISE)输出是31，可见空格也算作一个字符。sizeof输出则是32，因为把字符串末尾不可见的空字符也算在内了

常量和C预处理器

有时候需要在程序中使用常量，如使用圆周率3.14159，一般而言，可以直接输入这个值，但是使用一格1符号常量，如π，代替它会更好，原因如下：

1. 常量名比单纯的数字表达的信息更多
2. 假设程序多处要使用某一个常量，例如税率，其经常变化，需要在程序中反复多次修改不方便，使用符号变量可以简单做到而无需在程序中查找

我们一般可以使用声明变量并给其赋值的方法，但是可能会导致无意中变量的值被改变

因此，我们可以使用C预处理器，只需在程序顶部添加这一行：

#define PI 3.1415926
//其通用格式如下
#define NAME value	//先写符号常量名，接着是符号常量的值
//一般使用全大写表示符号常量
//也会使用c_和k_前缀表示符号常量
//符号常量命名规则与变量相同（只能大小写字母、数字和下划线，第一个字符不能是数字。尽量避免下划线开头）

同时define指令也可以定义字符和字符串常量，前者单引号后者双引号

注意define指令不需要”=”

const限定符

也可以不使用define而使用const限定符将一个变量限定为只读

const int MONTHS = 12;	//MONTHS在程序中不可修改，值为12

明示常量

C的头文件limits.h和float.h分别提供了与整数类型和浮点类型大小限制的详细信息

如limits.h头文件包含如下代码

#define INT_MAX +32767
#define INT_MIN -32767
//注：在32位系统中，INT_MAX = +2147483647，上面数字只是示例

limits.h: https://www.runoob.com/cprogramming/c-standard-library-limits-h.html

float.h: https://www.runoob.com/cprogramming/c-standard-library-float-h.html

printf() 和 scanf()

它们是输入/输出函数，或I/O函数

两个函数工作原理几乎相同，都是用格式字符串和参数列表

printf()

打印数据的指令要和待打印的数据类型相匹配，如打印整数时使用%d。这些符号被称为转换说明

转换说明

• %a和%A：浮点数、十六进制数和p计数法
• %c：单个字符
• %d：有符号的十进制整数
• %e和%E：浮点数，e计数法
• %f：浮点数，十进制计数法
• %g和%G：自动选择%e或%f。%e用于指数小于-4或者大于或等于精度时
• %i：和%d相同，有符号十进制整数
• %o：无符号八进制整数
• %p：指针
• %s：字符串
• %u：无符号十进制整数
• %x和%X：无符号十六进制整数，使用0f或0F
• %%：打印一个百分号

使用printf

printf函数的格式：printf(“格式字符串”, 待打印项1, 待打印项2……)

格式字符串时双引号括起来的内容；待打印项可以是变量、常量，甚至是打印之前先要计算的表达式

printf("Farewell!\n");	//可以不用转义序列
printf("%c%d\n", '$', 2 * cost);

要打印%，转义序列是%%

printf()的转换说明修饰符

在%和转换字符之间插入修饰符可以修改基本的转换说明

printf中的修饰符

• 标记：见下一条注释
• 数字：最小字段宽度。如果输出的字符数小于这个，则（在前面）补上空格，如果输出字符数大于这个则无影响
• .数字：精度。
  • 对于%e、%E、%f，表示小数点右边数字的位数，超出一般四舍五入
  • 对于%g和%G，表示有效数字最大位数
  • 对于%s，表示待打印字符的最大数量（如果长度小于这个就打印整个字符串，大于则只输入前面的）
  • 对于整型，表示最小位数，如果不足最小位数就在前面补0
  • .后不接数字等于.0
• h：和整型一起使用表示short int或者unsigned short int
• hh：和整型一起使用，表示signed char或unsigned char
• j：和整型一起使用，，表示intmax_t或uint_max（此类型定义在stdint.h中）
• l：和整型一起使用，表示long int或unsigned long int
• ll：和整型一起使用，表示long long int或者unsigned long long int
• L：和浮点一起使用，表示long double
• t：和整型一起使用，表示ptrdiff_t（两个指针差值的类型）
• z：和整型一起使用，表示size_t（sizeof返回的类型）

没有float的转换类型，因为float被自动转换成了float类型

printf中的标记

-：左对齐，此时补空格补在右边

+：显示有符号值的正负（在前面加上+/-）

空格：类似+，但是+换成空格

#：对于非零八进制或者十六进制，加上0或者0x和0X；对于浮点数，即使小数点后没有数字，也打印小数点

0：对于数值格式，用0代替空格填充；如果是整数格式且出现了-或者指定了精度，则不影响

转换说明的意义

转换说明将以二进制形式储存在计算机中的值转换成一系列字符（字符串）以便展示（不会改变原始值，类似翻译）

转换不匹配

转换说明与数据类型不一致则会出现错误，具体错误略

参数传递

与计算机数据结构有关，此处略

printf()的返回值

printf()函数有一个返回值，是其打印字符的个数

int a = 100;
int rv;

rv = printf("12345and%d\n", a);
printf("%d", rv);

第二行会输出12，因为第一行共打印了12个字符（包括换行符）。但是字符串末尾的\0空字符不会被包括

打印较长的字符串

四种方法断行：

1. 在参数之间断为两行（不要在双引号的字符串中间断开）
2. 使用多个printf，前面的不用\n
3. 在双引号内用\和enter来换行，注意下一行必须顶格
4. 将一个双引号拆分成多个双引号，中间可以加空格换行等等

使用scanf

如果用其读取基本变量的类型，则需要在变量名前加上&

如果用其读取字符串，则不需要加上&

scanf("%d", &age);
scanf("%s", name);

scanf使用空白（空格、换行符、制表符）将输入分成多个字段，依次输入（中间只需要至少一个即可，但是%c例外）

scanf的转换说明与修饰符

与printf几乎相同。不同的在下方列出

scanf特殊的修饰符

*：抑制负值

数字：输入达到最大字段宽度，或遇到空白字符时停止

从scanf角度看输入

挨个字符读取，例如%d类型输入12a3，会到a时停止读取，并把a3放入缓冲区，最终输入12

格式字符串中的普通字符

如果代码如下

scanf("%d,%d", &m, &n);

则必须按以下格式输入“[数字],[数字]”，即需要符合格式字符串

scanf会跳过整数前面的空白，所以逗号后可以加入空格、换行符、制表符

特殊：%c

除了%c，scanf会自动跳过输入的空白，所以”%d,%d”等价于”%d, %d”

而对%c，如果%c前面没有空白，则会从第一个字符开始读取；而如果有空白，则会从第一个非空白字符开始读取

scanf()的返回值

scanf()函数返回成功读取的项数，如果没有成功读取则返回0

可以使用scanf的返回值来检测（和处理）不匹配的输入

printf()和scanf()的*修饰符

printf()

用于通过程序指定字段宽度或者浮点精度

printf("Width is |%*d|\n", width, number);	//指示字段宽度
printf("Weight = %*.*f\n", width precision, weight);	//指示字段宽度和精度

scanf()

用于跳过读取

scanf("%*d %*d %d", &n);	//此时输入三个数字，只有最后一个会被存入n

printf()的用法提示

1. 要想打印的数据整齐，可以使用足够大的固定字段宽度，如%9d
2. 在两个打印的字符中间插入一个空白，可以避免因为数字超过字段宽度而导致两个数连在一起的情况
3. 如果要在文字中嵌入一个数字，则字段宽度应该小于该数字长度，避免空白导致的不美观

练习

练习1、2、5、6、7五道题，依旧很简单

五、运算符、表达式和语句