C 语言基础

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C 语言是一种通用的、面向过程式的计算机程序设计语言。1972 年，为了移植与开发 UNIX 操作系统，丹尼斯·里奇在贝尔电话实验室设计开发了 C 语言。

C 语言基础

###程序结构

C 程序结构如下：

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// 引入头文件。
// stdio.h 是一个头文件 (标准输入输出头文件) , #include 是一个预处理命令，用来引入头文件。 当编译器遇到 printf() 函数时，如果没有找到 stdio.h 头文件，会发生编译错误。
#include <stdio.h>

// 入口函数。所有的 C 语言程序都需要包含 main() 函数。代码从 main() 函数开始执行。
// 参数一指输入的参数个数，参数二保存了所有参数。
// 返回值为 int 类型，一般 0 代表成功，负数代表失败。
int main(int argc,char* argv[]){
  // printf() 用于格式化输出到屏幕。printf() 函数在 "stdio.h" 头文件中声明。
    printf("Hello World!\n");
    return 0;  // 代表执行成功。退出程序。
}

通过指令的编译与执行：

打开一个文本编辑器，添加代码，保存文件为 xxx.c。( C 程序的源文件通常使用扩展名 .c )

打开命令提示符，进入到保存文件所在的目录。

MAC 下的编译使用 clang，Linux 下的编译使用 gcc。

第一种方式： 

gcc hello.c，输入回车，编译代码。

如果不指定目标文件名时默认生成的可执行文件名为 a.out 或 a.exe。

键入./a.out 来执行程序。

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jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % clang hello.c
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % ls
a.out  hello.c
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % ./a.out
Hello, World!
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test %

第二种方式：

gcc/clang -g -o Hello xxx.c

  • -g 是 debug 模式，带有调试信息的。
  • -o 指明输出文件的名字。
  • xxx.c 源代码。

在 Mac 或 Linux 下使用 ./Hello 来执行

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jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % clang -o Hello hello.c
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % ls
Hello  hello.c
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test % ./Hello
Hello, World!
jianghouren@jianghourendeMacBook-Pro test %

集成环境的运行，后台其实也是这个步骤。

标识符与关键字

标识符：在编程语言中，就是程序员自己规定的具有特定含义的词，比如类名称，属性名称，变量名等。

关键字：C 中的保留字不能作为常量名、变量名或其他标识符名称。

常用基本类型

在 C 语言中，数据类型指的是用于声明不同类型的变量或函数的一个广泛的系统。变量的类型决定了变量存储占用的空间，以及如何解释存储的位模式。C 中的类型可分为以下几种：

1、基本类型。它们是算术类型，包括两种类型：整数类型和浮点类型。

  • short（短整型）、int（整型）、long（长整型）

  • float（单精度浮点型，一般情况使用 float。）、double（双精度浮点型，精度高，适用于科学计算等。）

  • char（字符，整数类型。）

2、枚举类型。它们也是算术类型，被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。

3、void 类型。类型说明符 void 表明没有可用的值。（对类型不关心时）

4、派生类型。它们包括：指针类型、数组类型、结构类型、共用体类型和函数类型。

可使用 sizeof 运算符。通过表达式 sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节在特定平台上的准确大小。

资料：数据类型

基本运算

  • +、-
  • *、/、%
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int main(int argc,char* argv[]){ 
    int a = 10;
    float b = 12.5;
    // 打印结果；a+b=22.500000 （float 类型）
    printf("a+b=%f\n",a+b);
    // 打印结果；... , a*b=125.000000 （float 类型）
    printf("a+b=%f\n,a*b=%f\n",a+b,a*b);
    
    char c = 'a';
    // 打印结果；c=f（c 为字符 a，c 加数字可以变为另一个字符，c+1=b，c+2=c，...）
    printf("c=%c\n",c+5);
    // 打印结果；c=102（f 的实际编码的值就是 102）
    printf("c=%d\n",c+5);
    
    int d = 10;
    int e = d % 6; // 取余
    int f = d / 6; // 取商
    // 打印结果；e=4,f=1
    printf("e=%d\n,f=%d\n",e,f);
    
    return 0;  // 代表执行成功。
}

变量与常量

  • int a = 0; // 变量，可以再赋值。可以不赋值初始值。

    变量在计算机中的物理意义，就是一个寄存器。寄存器是临时存储数据的，它的速度非常快。从内存中取一块数据时，首先存储到寄存器，当改变这个值时，刷新的是寄存器，可擦除。这样可以加快程序的执行速度。

  • const int LEN = 265; // 常量，不可改变。需要赋值初始值。

    在编译程序时，程序中设定了一段静态缓冲区，静态缓冲区是受保护的，通过正常途径是不可修改的。但如果知道内存的具体物理地址，也是可以改变的。

资料：C 变量 、 C 常量。

数组

数组是有序的元素序列（C 语言的数组存放的是同一种类型的元素，索引从 0 开始），C 语言中定义数组需要告诉编译器数组的长度。C 语言中数组的定义; char c[2], int arr[10]

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int main(int argc,char* argv[]){ 
//    int arr[10];
//    arr[0] = 1;
//    arr[1] = 2;
//    printf("%d,%d\n",arr[0],arr[1]);
    
    int arr[10] = {1,2,3,};
    // 打印结果；1，2，3，0（默认情况下，不赋值的情况下，数组会初始化为 0。）
    printf("%d,%d,%d,%d\n",arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);
    
    float f[2] = {1,2};
    // 打印结果；1.000000,2.000000
    printf("%f,%f\n",f[0],f[1]);
    
    return 0;
}

结构体

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// 它是没有保护的概念的(如 private 等)
struct st {
    int a; // 成员 a
    int b; // 成员 b
};
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// 结构体可以理解为它是一个类
struct st{
    int a;
    float f;
};

int main(int argc,char* argv[]){
    struct st ss;
    ss.a = 12;
    ss.f = 10.2;
    // 打印结果；struct:12, 10.200000
    printf("struct:%d, %f\n",ss.a,ss.f);
    
    return 0;  // 代表执行成功。
}

枚举类型

枚举可以认为它是一个有限制的整型。一般情况下的使用，是在有一定数值范围的，比如某个属性的取值只能为 1、2、3。

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enum em {
    red_color = 0,  // 值为 0，如果值为 1
    green_color,    // 值为 1，则值为 2
    black_color     // 值为 2，则值为 3
};
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enum em {
    red_color = 5,
    green_color,
    black_color = 10,
    yellow_color
};

int main(int argc,char* argv[]){
    enum em ee;
    
    ee = green_color;
    // 打印结果；enum:6
    printf("enum:%d\n",ee);
    
    ee = yellow_color;
    // 打印结果；enum:11
    printf("enum:%d\n",ee);
    
    return 0;  // 代表执行成功。
}

指针

指针就是存放内存地址的变量。地址空间内的存的值，在 C 语言中，它除了可以存放普通的数值，还可以存放另一个内存的地址，这个值就是指针，通过这个值就可以访问到其它地址，然后就可以取出这个地址所存放的数据。所以，这个值可以有多重含义，具体跟业务逻辑相关。

指针的作用：

  • 提升执行效率。

    一般情况下，将字符串传入函数中，函数对字符串进行操作时，它是一个拷贝的过程，函数将字符串拷贝到自己的函数空间存放起来。多次的拷贝会对整个 CPU 造成巨大的浪费。而指针，只需要向函数传递这个字符串所在的地址，函数通过指针访问字符串。

  • 更强的控制力。

    因为它具有访问地址的能力。像计算机的硬件实际到操作系统层都会有一个对应的映射地址，通过这个地址，C 语言就能访问到硬件设备，并进行控制。C 语言是更底层的语言，它可以访问设备。

指针的操作：

  • 一是对指针本身的操作。

    实际就是对地址的操作。比如，当获取某个空间的指针后，可以对这个指针进行加减乘除的操作，对其加一，就指向了下一个空间。

  • 二是对所指向的内容操作。

    指针指向某一个内存地址时，可以获取其内容，可以对这个内容进行加减乘除的操作。

指针的定义与使用：

type* var：

  • type 指类型，比如 int、void 等。
  • 而 * 代表这个变量是一个指针，可以靠近类型 type 写，表示这种类型的指针，关注指针是什么类型的，也可以靠近变量 var 写，表示这个变量是一个指针，而对类型不关注。这两种写法对编译器是没有区别的，但在编写代码时，最好统一风格。

*var：表示获取指针所指向的内容

堆内存的分配与释放：

分配内存：void* mem = malloc(size);

释放内存：free(mem);

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // malloc() 需要的头文件

int main(int argc,char* argv[]){
    // malloc() 一般返回的是 void* 类型。
    // malloc() 在 <stdlib.h> 头文件中。
    char* p = (char*)malloc(10); // 分配十个字符的空间
    *p = 'a';      // 第一个字符的位置
    *(p+1) = 'b';  // 第二个字符的位置
    // 将内存分配的地址告诉 printf，
    // printf 将 p 地址所指向的空间的内容以字符串的形式打印出来。
    printf("%s\n",p); // 打印结果；ab
    
    // 将 p 所指向的空间释放掉
    // 系统管理层将内存又还给了堆空间
    free(p);
    *p = 'd';
    // 即使把空间释放掉，但因为仍然掌握此空间的位置，知道 p 的指向。
    // 所以即使被释放掉了，还是可以对其操作。
    printf("%s\n",p); // 打印结果；db
    
    // 所以为了不让再访问这个地址，要将其指向 NULL，设置为无效地址。
    p = NULL;
//    *p = 'e';  // crash
    
    return 0;
}

常见的内存空间

栈空间：栈的机制，后进先出。最大的特点是，在 C 语言中写的函数，在函数内所分配的所有变量都是在栈空间分配的，当从函数退出时，从栈空间分配的资源会被自动释放。（分配的资源是有限的，默认每个函数栈空间的大小是 8兆。）

堆空间：需要明确的使用 malloc() 函数来分配资源，使用完内存后，要通过 free() 函数将资源释放回堆空间，这样别人使用时还能从堆空间分配资源。（分配的资源几乎可以认为是无限的，适合需要大空间的时候。）

内存映射：像一些动态库一般都是将它直接导入内存映射区，也是一段专门的空间。比如将某个文件直接映射到内存中，文件的内容与内存形成映射关系，当改变内存中的值时，会直接在系统内部自动更新到文件中。

Linux 内存地址的划分：4G 32 位系统

0 ~ 0x08048000：这段是受保护空间，我们的进程是不能访问的。

code：存放的是进程所要执行的代码段。

堆空间的增长是从下向上，栈空间是从上向下，每次分配空间是向下走的。堆空间与栈空间这样的划分是为了减少冲突。

共享库，或者叫内存映射区，当想通过内存改变文件时，就可以将文件映射到 mmap 这段空间中。

内存泄漏：

  • 不断的向系统申请内存。
  • 申请的内存不用，也不释放。

野指针：占用别人的内存称为野指针。

条件判断与循环

比较运算：>、<、>=、<=、==、!=

if/else 语句：

if( a> b){
​ …
}else{
​ …
}

for 语句：

for(int i =0; i<100; i++){
​ …
}

while 语句：

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>   // usleep() 需要的头文件

int main(int argc,char* argv[]){
    while (1) {  // 死循环
        printf("while...\n"); // 一秒钟打印一次
        usleep(1000000); // 微秒
    }
    return 0;
}

函数

C 语言中的命名一般以 Linux 的风格，单词与单词用下划线连接，单词一般都是缩写。

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// void 返回类型
// func 函数名称
// int a 形参
void func(int a){
    ... // 函数不能太大，一般不超过 50 行。
}

函数指针：指向函数的指针变量。通过 C 语言的函数指针可以实现 C++ 中的多态，就是定义的函数指针既可以指向 a 函数，也可以指向 b 函数，对外层来说，只需要调用这个函数指针就可以了。（多态就是指一个函数可以有不同的含义）

函数指针的格式：返回值类型 (*指针变量名) ([形参列表]);

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int func(int x);  // 声明一个函数
int (*f)(int x);  // 声明一个函数指针。返回类型和形参必须与指定的函数一致。
f = func;  // 将 func 函数的首地址赋值给指针 f。然后调用 f 即可。
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#include <stdio.h>

int func(int a){
    printf("a=%d\n",a);
    return 0;
}

int func1(int b){
    printf("b=%d\n",b+5);
    return 0;
}

int main(int argc,char* argv[]){
    int (*f)(int);
    // 在 C++ 中这就是多态。
    // 对上层来讲，调用的都是 f 这个函数指针，但在底层返回的是不同的结果。
    f=func;
    f(2);
    f=func1;
    f(3);
    // 打印结果；a=2 b=8
    return 0;
}

文件操作

文件类型：FILE* file; （FILE* 在 Linux 下叫指针，在 Windows 下叫句柄。）

打开文件：FILE* fopen(path,mode);

关闭文件：fclose(FILE*);

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#include <stdio.h>

void createfile(char* filename){
    // open/create file
    FILE* file = fopen(filename,"w");
    if (!file) {
        printf("Failed to create file (%s)\n",filename);
        return;
    }
    
    // 向创建好的文件内写入内容。
    // 参数一指写入的字符串，参数二指字符串中的每一项多大，参数三指一共有几项，参数四指写到哪个文件
    size_t len = fwrite("aaaaa", 1, 5, file);
    if (len !=5) {
        // size_t 使用的打印为 %zu。
        printf("Failed to write file,(%zu)",len);
        fclose(file);
        return;
    }
    
    printf("Successed to write file\n");
    fclose(file);
    printf("Successed to create file\n");
}

void read_data(char* filename){
    FILE* file = fopen(filename,"r");
    if (!file) {
        printf("Failed to create file (%s)\n",filename);
        return;
    }
    // 定义为 1k 大小，并初始化为 0。
    char buffer[1024] = {0,};
    // 参数：读出的数据存放位置，长度，读多少，从哪读。
    size_t len = fread(buffer, 1, 10, file);
    if (len <= 0) {
        printf("Failed to read file!\n");
        fclose(file);
        return;
    }
    printf("read_data:%s\n",buffer);
    fclose(file);
    return;
}


int main(int argc,char* argv[]){
    // create file
//    createfile("/Users/jianghouren/Downloads/1.txt");
    // read file
    read_data("/Users/jianghouren/Downloads/1.txt");
    return 0;
}

备注

参考资料：

菜鸟教程

慕课网-音视频基础(李超)

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