01-C 语言基础概念

黑静美原创...大约 30 分钟

数据类型 Data type

每种类型所需的存储大小因平台而异 C语言有一个内置的sizeof操作符，可以返回特定的数据类型的内存占用大小。例如：

int main() {
    /*TODO: int 整数，一个整数
     *TODO: float 浮点数，一个带有小部分数字
     *TODO: double: 双精度浮点数
     *TODO: char 单个字符
     *TODO：c语言有一个内置的sizeof，可以返回特定的数据类型的内存占用内存大小
    */
    printf("int: %ld \n",sizeof(int));
    printf("float: %ld \n",sizeof(float));
    printf("doucle: %ld \n",sizeof(double));
    printf("char: %ld \n",sizeof(char));
    return 0; //该语句则终止了 main() 函数，并返回数值0。数字0通常意味着我们的程序已经成功执行。（0 bug）任何其他数字都表示程序失败了。*/

    //TODO: syntax 语法
    //TODO: 程序输出限时的每种数据类型相对应大小（byte）
    //TODO: 格式指定符（%ld）的字符串
}

A. int, double, char, boolean B. int, bool, string C. int, float, double, char☑️ D. int, float, string, char

变量 Variable

变量是内存中某块值的名称。变量名（也称为标识符）必须以字母或下划线_开头，可以

由字母、数字和下划线_字符组成。不同语言中，变量的命名规则各不相同，但是使用小写字母和下划线来分隔单词是很常见的（snake_case）。变量在使用前也必须声明为一种数据类型。

命名规则

C 语言中的变量命名遵循一系列规则和约定。以下是主要的命名规则：

首字符：变量名必须以字母（a-z 或 A-Z）或下划线（_）开始。
后续字符：变量名的后续字符可以是字母、数字（0-9）或下划线。
区分大小写：C 语言是区分大小写的，所以 Variable 和 variable 是两个不同的变量名。
长度限制：尽管 C 语言标准没有明确变量名的最大长度，但大多数编译器对标识符长度都有一定的限制。然而，这个长度通常都很长，足以满足大多数应用的需要。
关键字限制：不能使用 C 语言的关键字作为变量名。例如，int, return, if 等都是保留的关键字，不能用作变量名。
含义：尽管不是严格的规则，但建议变量名应该有意义，并描述其用途或内容。例如，如果一个变量用于存储年龄，那么 age 是一个比 x 或 a1 更好的选择。
命名约定：
- 驼峰式命名：例如，myVariableName。
- 下划线分隔：例如，my_variable_name。
- 常量命名：有些程序员选择使用全部大写字母来命名常量，例如，PI 或 MAX_LENGTH。
避免使用特定前缀：在某些编程约定中，以下划线开始的变量名（如 _variable）可能有特定的含义或用途。为了避免与库或编译器特定命名冲突，最好避免使用这样的前缀，除非你知道它的确切含义和用途。
全局变量：有些编程约定建议为全局变量使用特定的前缀，以便更容易地区分它们和局部变量。

int & float：整数和浮点数

int main() {
    //声明的数据类型
    int my_var;
    int wuyue;  //int 声明的数据类型为int

    my_var = 42;//赋值
    printf("%d",my_var);

    //同时声明多个变量
    int x,y,z; //不能重复声明同一变量
    //int x;
    x = 1;
    printf("x = %d \n",x);
    y = 2;
    z = 10;

    x =
//TODO:变量就是在计算机的内存当中开辟空间
// 内存
    int l = 12, yy = 1111;
    
    return 0;
}

遵循这些规则和约定可以确保你的代码更具可读性，减少出错的机会，并与其他 C 程序员更容易协作。

示例：求和

    int x,y,z;
    x = 1;
    printf("x = %d \n",x);
    y = 2;
    z = 10;

//求和
    x = x + 1;
    x += x;
    printf("x = %d \n",x);
    x = x + y;
    printf("x = %d \n",x);

int main() {
    float wy_lucky = 1.2f;
    printf("%f\n", wy_lucky);
    printf("%.3f", wy_lucky);//不同精度 %.3 小数点后3位
    return 0;
}

char

int main() {
    char ch = 'w';
    printf("%c\n", ch);
    return 0;
}

常量 Constant

一个常量存储了一个不能改变值的变量(但必须初始化变量)。通过使用有意义的常量名，代码会更易阅读和理解。为了区分常量和变量，一个常见的做法是使用大写的标识符来声明常量。定义常量的一种方法是在变量声明前使用 const 关键字。

示例：const double

int main() {
    //const声明常量并初始化值
    const double PI = 3.14;
    printf("%f",PI) //在程序执行期间，常量PI的值不能改变
    //PI = 888
    return 0;
}

常量在声明时必须用一个值进行初始化，因为常量在创建出来之后，不能被修改。所以，一开始如果不赋值的话，在后面你就无法赋值了。

define

const 和 define 在 C 语言中都可以用来定义常量，但是它们的工作方式有所不同，并且各有各的用途。以下是它们之间的一些主要区别：

预处理器和编译器：

define 是预处理器指令，它在编译过程的预处理阶段进行替换，而 const 是编译器指令，它在编译阶段进行处理。

作用域：

define 不考虑作用域，只要在定义之后，都可以使用。而 const 具有作用域，只在定义它的作用域内有效。

内存占用：

define 定义的常量不会占用内存，因为它们在预处理阶段就被替换了。但是 const 定义的常量会占用内存，因为它们在运行时还存在。

类型和检查：

define 定义的常量没有类型，它只是简单的文本替换，编译器无法进行类型检查。但 const 定义的常量有类型，编译器会进行类型检查。

现在我们来看一些代码示例：

使用 define

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159 //没有分号

int main() {
    float radius = 5.0f;
    float area = PI * radius * radius;
    printf("Area: %f\n", area);

    printf("Area: %d\n", area); //错误的声明Format
    return 0;

}

在上面的代码中，PI 被定义为 3.14159，并在计算面积时使用。

对比使用 const

int main() {
    const float pi = 3.14159;
    float radius = 5.0;
    float area = pi * radius * radius;
    printf("Area: %f\n", area);
    return 0;
}

Question 1 在具体使用的时候我们应该如何选择？

选择 const 或者 define 的决定依赖于具体的应用场景和你的需求。以下是一些考虑的因素：

类型检查：

如果你需要编译器进行类型检查，你应该选择 const，因为 define 不提供类型检查。如果你试图使用一个与定义的类型不同的值，使用 const 的代码会在编译时报错。

作用域：

如果你希望常量只在特定的作用域内有效，你应该使用 const，因为它会考虑作用域。define 定义的宏在定义后的所有地方都是有效的。

性能：

由于 define 在预处理阶段就进行了文本替换，所以它不会占用内存，这可能会有一些性能优势。然而，这个优势通常很小，并且在现代计算机上可能无法察觉。

编程风格：

在一些编程风格中，例如 C++，推荐使用 const 而不是 define，因为 const 提供了更多的类型安全性和更好的集成到语言中。

总的来说，两者都可以用来定义常量，但它们的适用场合并不完全相同。如果你需要更多的类型安全性或更细的作用域控制，使用 const 会更好。而如果你正在定义一个需要在多个文件或整个项目中使用的常量，define 可能是一个更好的选择。

数据类型	是否需要取址符 (&)	示例
`int`	需要	`scanf("%d", &num);`
`float`	需要	`scanf("%f", &f);`
`double`	需要	`scanf("%lf", &d);`
`char`	需要	`scanf(" %c", &c);`
`long`	需要	`scanf("%ld", &l);`
`short`	需要	`scanf("%hd", &s);`
`long long`	需要	`scanf("%lld", &ll);`
`unsigned int`	需要	`scanf("%u", &unum);`
`char[]`
(字符串数组)	不需要	`scanf("%s", str);`
`char*`
(字符指针)	不需要	`scanf("%s", strPtr);`

printf 函数

C 语言中，输出内容到屏幕的基本函数是 printf() 函数，该函数声明在 stdio.h 头文件中。

在第一个"Hello World"程序中引入了 printf 函数。对这个函数的调用需要一个格式字符串，其中可以包括用于输出特殊字符的转义字符和由值替换的格式指定符。

例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("The tree has %d apples.\n", 22);
    /* output: The tree has 22 apples. */

    printf("\"Hello World!\"\n");
    /* output: "Hello World!" */
}

现在，我们来学习如何使用它。

printf() 函数基本使用

C 语言中输出内容到屏幕的基本函数是 printf() 函数，该函数的声明在 stdio.h 头文件中。

例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("The tree has %d apples.\n", 22);
    /* output: The tree has 22 apples. */

    printf("\"Hello World!\"\n");
    /* output: "Hello World!"  todo: \" */ 
}

首先，我们从最基础的 printf() 函数开始。下面是一个最简单的 C 程序，该程序使用 printf() 函数向控制台打印出一段文字。

#include <stdio.h>  // 引入stdio.h头文件，这个头文件中声明了printf()函数

int main() {  // main函数是C程序的入口
    printf("Hello, World!\n");  // 使用printf函数打印一段文字到控制台
    return 0;  // main函数结束，返回0
}

printf() 函数中的转译序列

`\n`换行符，打印完这个字符后，光标会移动到下一行开始位置

`\t`制表符，打印完这个字符后，光标会移动到下一个制表位置

`\b`退格删除特定值

   printf("Hello,\nworld!\n");
    /*
    Hello,
    world!
    */
    printf("Hello\tworld!\n"); //Hello	world!
    printf("Hello\\world!\n"); //Hello\world!
    printf("Hello/world!\n"); //Hello/world! todo 不需要特殊转义
    printf("Hello\'world!\'\n"); //Hello'world!'
    printf("Hello\"world!\"\n"); //Hello"world!"
    printf("Hello world!\b\n"); //Hello world

printf() 函数中的格式化输出

格式化指定符以百分号开始，并由格式字符串后的相应参数取代。一个格式指定符可以包括几个选项，以及一个转换字符：

%[-][wid].[precision]conversion character

-指定字符串中的数据的左对齐没有该符号为右对齐可选的[width]提供了最小字符数其中.将宽度⬆️与精度⬇️分开可选的精度[presicion] 给出了数字的小数位数。如果- 如果有必要，转换字符将参数conversion character转换为指定的类型: %d：整数数据（十进制） %c：字符 %s：字符串 %f：浮点数 %e：科学记数法 %x：十六进制 %o: 八进制

C语言中的 printf 函数支持多种格式控制符来打印各种数据类型。以下是最常用的格式控制符列表：

控制符	描述
`%d`	以十进制形式输出带符号整数
`%i`	以十进制形式输出带符号整数（与 `%d`相同）
`%u`	以十进制形式输出无符号整数
`%f`	输出单精度浮点数
`%lf`	输出双精度浮点数
`%e`	使用科学计数法格式输出单精度浮点数
`%E`	使用科学计数法格式输出单精度浮点数（使用大写的 `E`）
`%g`	对于 `%f` 和 `%e`，输出长度较短的一种
`%G`	对于 `%f`和 `%E`，输出长度较短的一种
`%x`	以十六进制形式输出无符号整数（小写字母）
`%X`	以十六进制形式输出无符号整数（大写字母）
`%o`	以八进制形式输出无符号整数
`%s`	输出一个字符串
`%c`	输出一个字符
`%p`	输出指针的值
`%n`	将到目前为止输出的字符数存入整数指针参数所指的位置
`%%`	输出 `%`符号

这些控制符可以与标志、宽度、精度和长度修饰符结合使用，以控制输出的格式。例如，%6.2f 表示输出的浮点数至少有6个字符宽，且小数点后有两位数字。

长度修饰符可以与某些格式控制符结合，以表示特定的大小或者长度的变量类型，例如：

长度修饰符	描述
`hh`	与整数格式控制符一起使用，表示 `signed char`
或 `unsigned char`
`h`	与整数格式控制符一起使用，表示 `short int`
`l`	与整数格式控制符一起使用，表示 `long int`；
与 `%f`，`%e`, `%g`一起使用表示 `double`
`ll`	与整数格式控制符一起使用，表示 `long long int`
`L`	与 `%f`, `%e`, `%g`一起使用，表示 `long double`
`j`	与整数格式控制符一起使用，表示 `intmax_t`
或 `uintmax_t`
`z`	与整数格式控制符一起使用，表示 `size_t`
`t`	与整数格式控制符一起使用，表示 `ptrdiff_t`

请注意，支持的长度修饰符可能会根据不同的编译器和平台而有所不同。

格式化输入

scanf 函数用于将输入分配给变量。对于这个函数的调用是根据格式指定符扫描输入，在必要时转换输入/ 如果输入不能被转换，那么就不能被赋值。scanf()语句会等待输入，然后进行赋值。

    int x;
    float num;
    char text[20];
    scanf ("%d %f %s", &x, &num, text);
    printf("%d %f %s", x, num, text);

输入 10 22.5 abcd，然后按回车键，将 10 分配给 x，22.5 分配给 num，abcd 分配给 text。

注意，必须使用 & 来访问变量地址。字符串不需要 &，因为字符串的名字就像一个指针。

格式指定符以百分号 % 开始，用于为控制字符串后的相应参数赋值。空白、制表符和换行符被忽略。

一个格式指定符可以包括几个选项和一个转换字符:

%[*][max_field]conversion character

可选的*将跳过输入字段
可选的max_field指定了输入字段的最大字符

如有必要，转换字符将参数conversion character转换为制定类型，如

d - 十进制
c - 字符
s- 字符串
f - 浮点数
x - 十六进制

例如：每个程序都从读取用户输入开始，然后打印出用户输入的值。在这些例子中，'%' 后面的字符定义了输入或输出值的类型，而 '&' 用于获取变量的地址，以便 scanf 可以将读取的值存储在正确的位置。详细解释上面的 demo 代码：

这个程序首先从用户输入获取数据，然后将数据赋值给指定的变量，最后打印这些变量的值。

以下是具体步骤的解释：

程序首先调用 scanf 函数从用户输入读取数据。格式字符串 "%2d %d %*f %5s" 定义了需要读取的数据类型和格式。这个字符串表示：

读取一个最多两位的十进制整数并存储到变量 x 中（对应 "%2d" ）
然后跳过一个或多个空格（对应 " "）
再读取一个十进制整数并存储到变量 y 中（对应 "%d"）
然后跳过一个或多个空格（对应 " "）
然后读取一个浮点数，但是忽略它不保存（对应 "%*f"）
然后跳过一个或多个空格（对应 " "）
最后读取一个最多五个字符的字符串并存储到 text 数组中（对应 "%5s"）。

代码注释

多行注释

注释是程序代码的解释信息，你可以在程序中添加注释，让代码更易阅读理解。编译器会忽略注释，所以它们对程序没有影响。注释以斜线 /* 开始，以斜线 */ 结束，可以出现在代码的任何地方。注释可以和语句在同一行，也可以跨越多行。 例如：

#include <stdio.h>

/* 简单的c语程序
 *  Version 1.0
 */
int main() {
    /* 输出字符串 */
    printf("Hello World!");
    return 0;
}

正如你所看到的，注释向读者澄清了程序的意图。使用注释来澄清代码段背后的目的和逻辑。

单行注释

C++ 引入了双斜线注释 // 作为注释单行的一种方式。大部分 C 语言编译器也支持单行注释。 例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    int x = 42; // 声明int变量x
    
    //%d 占位符，此处代表x
    printf("%d", x);
    
    return 0;
}

给代码添加注释是良好的编程实践。它有助于你和他人清楚地了解代码。符号|内容|

算术运算符

C 支持的算术运算符：

+（加法）、-（减法）、*（乘法）、/（除法）和 %（模除法）。运算符经常用来组成一个算术表达式，如10+5，在这种情况下，它包含两个操作数和加法运算符。

算术表达式经常用于赋值语句中。 例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    int length = 10;
    int width = 5;
    int area;

    area = length * width;
    printf("%d \n", area);  /* 50 */

    return 0;
}

除法

C 语言有两个除法运算符: / 和 %。根据操作数的数据类型，除法 / 运算符有不同的表现。当两个操作数都是 int 数据类型时，为整数除法，也称为截断除法，去掉任何余数，结果是一个整数。当一个或两个操作数都是实数（float 或 double ）时，结果是一个实数。 % 运算符只返回整数除法的余数。它对许多算法很有用，如欧几里得算法求最大公约数。但模数除法不能在浮点数上执行。下面的例子演示了除法：

#include <stdio.h>

int main() {

    // TODO 除法
    int i1 = 10;
    int i2 = 3;
    int quotient, remainder;
    float f1 = 4.2;
    float f2 = 2.5;
    float result;

    quotient = i1 / i2; //3
    remainder = i1 % i2; //1
    result = f1 / f2; //1.68

    printf("%d \n", quotient);
    printf("%d \n", remainder);
    printf("%f \n", result);

    return 0;

}

假设你有一个两位的整数，我们需要通过以下规则产生两个新的数字

第一个新数字是原数字的两位数中的各个数字的和
第二个新数字是原数字的反转 (如原数字为21，反转后的数字为12)。

输入: 一个整数 **x**(10 ≤ x ≤ 99) 输出: 两个整数，或者一个错误信息字符串。示例: 假设输入的数字为 91，那么你的代码应当输出两个数字: 10 (9和1的和)和19 (91的反转)。假设输入的数字为 26，那么你的代码应当输出两个数字: 8 (2和6的和)和62 (26的反转)。假设输入的数字为 18，那么你的代码应当输出两个数字: 9 (1和8的和)和81 (18的反转)。

#include <stdio.h>

int main() {
   int x;
   int x_0, x_1;
   printf("Please input a 2-dig number" );
   scanf("%d",&x);
   x_1 = x/10;
   x_0 = x%10;

   printf("The sum number is %d", x_0 + x_1);

   printf("The units and tens remainded number is %d", x_0 * 10 + x_1);

   return 0;

}

C 语言根据运算符的优先级来计算算术表达式。

+ 和 - 的优先级相同，*、/ 和 % 的优先级也相同。

首先按照从左到右的顺序执行 *、/ 和 %，然后是 + 和 - 。你可以通过使用圆括号 () 来改变计算的顺序，表示哪些运算要先执行。

例如，5+3*2的结果是 11，而 (5+3)*2 的结果是16。

例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 6;
    int b = 4;
    int c = 2;
    int result;
    result = a - b + c;  // 4
    printf("%d \n", result);
    result = a + b / c;  // 8
    printf("%d \n", result);
    result = (a + b) / c;  // 5
    printf("%d \n", result);

    return 0;
}

注意

C 在执行计算算术表达式时，对于顺序无关的运算可能不是严格的从左到右计算。例如，x*y*z 可能被视为(x * y) * z 或 x * (y * z)。如果顺序很重要，请将表达式分成不同的语句。

练习： 填空，变量 x 减去 y，再相加 z 并将结果赋值给 result。

int x = 6;
int y = 4;
int z = 2;

int res = (x - y) + z;

C 语言运算符优先级

C 语言的运算符优先级决定了表达式中多个运算符的运算顺序。以下是 C 语言运算符的优先级列表，从最高到最低：

后缀：
- (): 函数调用
- []: 数组下标
- .: 结构体成员选择
- ->: 通过指针选择结构体/联合体成员
- ++: 后缀递增
- --: 后缀递减
前缀：
- ++: 前缀递增
- --: 前缀递减
- +: 正号
- -: 负号
- !: 逻辑非
- ~: 位非
- *: 解引用
- &: 取址
- sizeof: 获取大小
- _Alignof: 对齐要求 (C11起)
- (类型)：强制类型转换
乘除：
- *: 乘
- /: 除
- %: 取余
加减：
- +: 加
- -: 减
位移：
- <<: 左移
- >>: 右移
关系：
- <: 小于
- <=: 小于等于
- >: 大于
- >=: 大于等于
相等：
- ==: 等于
- !=: 不等于
位与：
- &
位异或：
- ^
位或：

逻辑与：

&&

逻辑或：

||

条件：

? : (三元运算符)

赋值：

=: 赋值
+=: 加并赋值
-=: 减并赋值
*=: 乘并赋值
/=: 除并赋值
%=: 取余并赋值
<<=: 左移并赋值
>>=: 右移并赋值
&=: 位与并赋值
^=: 位异或并赋值
|=: 位或并赋值

逗号：

, (逗号运算符)

在一个复杂的表达式中，你可以使用括号 `()` 来改变运算顺序，明确优先级。

类型转换

当一个算术表达式包含不同的数据类型操作时，它们会在一个被称为类型转换的过程中自动进行必要的转换。例如,在一个同时涉及浮点数float和int的计算中，编译器会把整数转化为浮点数。

自动类型转换

在下面的程序中，变量increase被自动转换为浮点数：

#include <stdio.h>

int main() {
   float price = 6.50;
   int increase = 2;
   float new_price;

   new_price = price + increase;
   printf("New price is %4.2f", new_price);
/*Output: new price is 8.50 */

    return 0;

}

浮点数默认为double类型，如果想要使用单精度，请标明“f”

在 C 语言中，当两个不同的数据类型进行运算时，C 语言会进行自动类型转换，以确保数据不会因为类型不匹配而发生错误。这种转换通常是根据类型的“精度”来进行的。以下是 C 语言中基本数据类型的精度顺序，从最低到最高： 1.char/unsigned char 2.short int/unsigned short int 3.int/unsigned int 4.long int/unsigned long int 5.long long int/unsigned long long int 6.float 7.double 8.long double ，C 语言会自动将精度较低的类型转换为精度较高的类型，然后再进行运算。

例如，如果你有一个 int 值和一个 double 值并将它们相加，C 语言会首先将 int 值转换为 double，然后再进行加法运算。

注意：这种自动类型转换可能会引起某些不预期的问题，尤其是当涉及到有符号和无符号类型时。因此，编程时最好明确数据类型，确保类型转换的准确性。

当你想把表达式的结果强制转换成不同的类型时，你可以通过类型转换进行显式的转换，如下代码：

#include <stdio.h>

int main() {
/*   float price = 6.50;
   int increase = 2;
   float new_price;

   new_price = price + increase;
   printf("New price is %4.2f", new_price);
                                             */
/*Output: new price is 8.50 */
    float averange;
    int total = 23;
    int count = 4;
    //total 转换为float 强制转换
    averange = (float)total / count;
    printf("%4.2f", averange);
    return 0;

}

5.75

赋值运算符

赋值语句首先评估等号( = )右边的表达式，然后将该值赋给 = 左边的变量。这使得在赋值语句的两边使用同一个变量是有可能的，且在编程中经常使用该特性。

例如：

int x = 3;
x = x + 1;

为了缩短此类型的赋值语句，C 语言提供了 += 赋值运算符。上面的语句可以写成:

x += 1

许多 C 语言的运算符都有一个相应的赋值运算符。下面的程序演示了算术赋值运算符:

int x = 2; 
x -= 1; //
x *= 3;
x /= 2;
x %= 2;
x += 3 * 2;

仔细看一下最后一条赋值语句。右边的整个表达式被计算，然后和 x 相加，再赋值给 x。等价于 x = x + (3 * 2)。

练习填空，将 int 类型变量num2相加到变量num1中：

int num1 = 8;
int num2 = 42;
num1___num2;

+=

自增和自减运算

给一个变量加1可以用自增++完成同样的**--**** **用于减1

int z = 6;
--z; //5
++z; //6

自加（自减）位置不同，代表的运算意义也不同

int y = 3, z = 3;
x = z--;
/* x = z;
   z = z - 1;
*/
x = --y;

前缀形式是先增加、减少变量，然后在赋值语句中使用它。后缀形式首先使用变量的值，然后再进行增减。

下面代码，变量 x 最终等于多少？

int x = 8;
int y = 7;
x++; //9
x += y--;//x = 9+7 = 16 y = 6

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