嵌入式八股文（一）——C语言基础篇【理论干货，复习好用】运算符、关键字

前言​

根据各方大佬总结的 c 语言面试问题进行了收集，并根据自己的理解进行整理，本篇章属于知识点汇总，如果有需要的内容可以根据目录跳转。
另外八股文等知识梳理的文章，在下整理都要花费十数个小时，若觉得不错的话还请点赞、收藏、关注在下文章吧，感谢感谢！

一、运算符

（一）运算符优先级

问：运算符的优先级
答：成员运算符 > 单目运算符 >= 算数运算符 > 移位运算符 > 关系运算符 > 逻辑运算符 > 赋值运算符

1. () 和 [] 优先级最高
2. 成员运算符：. 成员选择（对象）、 -> 成员选择（指针）
3. 单目运算符：~ 按位取反、- 负号、++ 自增、-- 自减、& 取值、! 逻辑非、(类型) 强制类型转换、sizeof 长度运算符
   ! 表示取非，对于整形变量，非 0 数字取非为 0，0 取非为 1
   ~ 表示取反，代表位取反& 表示取地址符
   * 作用于指针时表示访问指针所指向的对象

#include 

int main()
{
   /*  Write C code in this online editor and run it. */
   int a = 20;
   printf("%d\n",a);     // 20
   printf("%d\n",&a);    // a的地址值，比如0093F968

   int* b = &a;
   printf("%d\n",b);     // a的地址值
   printf("%d\n",*b);    // 20

   int c = !a;    
   printf("%d\n",c);     // 0

   int d = ~a;
   printf("%d\n",d);    // -21
   
   return 0;
}

4. 算数运算符：+ 加法、- 减法、* 乘法、/ 除法、% 取余、++ 自增、-- 自减
5. 移位运算符：<< 左移、>> 右移
6. 关系运算符：> 大于、< 小于、== 等于、 != 不等于、 >= 大于等于、<= 小于等于
7. 逻辑运算符：&& 逻辑与、|| 逻辑或、& 位与、| 位或、^ 异或
8. 赋值运算符：? : 三目运算符、= 赋值、/= 除后赋值、*= 乘后赋值、%= 取模后赋值、+= 加后赋值、-= 减后赋值、<<= 左移后赋值、>>= 右移后赋值、 &= 位与后赋值、|= 位或后赋值、^=异或后赋值

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% 操作要求左右的值均为整数

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（二）原码、反码、补码

问：请说说原码、反码、补码

答： 整形数值在计算机的存储中，最左边的一位代表符号位，0 正 1 负

• 原码：二进制的数，比如 10 的原码为 0000 1010
• 反码：正数的反码与原码相同，比如 10 的原码为 0000 1010，反码则为 0000 1010；
  负数的反码 0 变 1，1 变 0（符号位不变），比如 -10 的原码为 1000 1010，反码则为 1111 0101。
• 补码：正数的补码与原码相同，比如 10 的原码为 0000 1010，补码则为 0000 1010
  负数的补码为反码加1，比如 -10 反码为 1111 0101，补码为 1111 0110

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二、关键字

（一）continue

1. 作用： 跳过本次循环体中余下未执行的语句，立即进行下一次循环条件判定。
2. 注意： continue 只能用在循环语句中，且并不会终止循环

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（二）break

1. 作用： 跳出本层循环
2. 注意：

• break 能用在循环语句和 switch 语句中，其作用是跳出当前循环或跳出当前 switch 语句体
• 如果存在多重循环比如for(){switch case: break}，则仅跳出 switch 语句，for循环不受影响
• 使用 switch 一定要加 break，除非有特殊需要

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（三）return

结束当前循环，退出函数，用在函数体中则返回特定值

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（四）goto

无条件跳转，几乎不使用。

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（五）volatile

1. 作用： 用于修饰变量和指针，告诉编译器该变量是容易发生变化的，不能对该变量进行优化，每次取值必须从内存中取值而不是直接去取之前在寄存器中的值
2. 注意： 首先要清楚在 c 语言中，变量是存储在内存中的，而编译器会将对内存的多次读取操作替换为单次读取操作，以减少对内存的访问次数。比如下列代码：

volatile int a = 20, b, c;
b = a;
c = a;

上述代码如果不加 volatile 编译器的执行流程如下：

1. b=a; 先从a的内存中取值存放到寄存器，再把寄存器的值给存到b的内存
2. c=a;把寄存器的值给存到b的内存

这里可以看出编译器对 c=a;进行了优化，不再执行从 a 的内存中取值，而是直接从寄存器中取值 如果这段时间内 a 发生了变化（比如中断触发、多线程共享变量修改了a的值），那么 c 就不能得到最新的值

这时候就需要使用 volatile 告诉编译器，不要对变量 a 进行优化，每次都是从内存中取出 a 的值

3. 使用场景：

• 多线程使用共享变量：因为多线程是多核操作，同时进行
• 中断：中断程序会修改其他程序中使用的变量
• 硬件寄存器：因为寄存器随时会被修改，好比AD转换的寄存器，随时会因 为电压变化而修改
• 外部任务会修改变量

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（六）struct 结构体

问：struct 与 typedef struct 的区别
答：typedef 是类型定义的意思，用在结构体中是给结构体取别名，定义方式如下

#include 
#include 

typedef struct Student
{
	char name[20];
	int age;
	int sex;
} stu; // stu 即结构体别名

struct Teacher
{
	char name[20];
	int age;
} Li; // 结构体成员

int main() {
	stu Zhangsan = {"zhangsan", 18, 1}; // 使用typedef struct可以直接使用结构体别名创建新的结构体成员
	stu Lisi;
	strcpy(Lisi.name, "lisi"); // 使用strcpy复制字符串
	Lisi.age = 17;
	Lisi.sex = 0;

	struct teacher Zhang; // 直接使用struct创建结构体成员

	return 0;
}

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问：结构体大小如何计算
答：

1. 对于不同的操作系统，个别数据类型的大小有区别，比如 long 在 32 位操作系统中为 4 字节，在 64 位中就是 8 字节
2. 计算大小时需要考虑字节对齐问题：
   a. 结构体成员的每个变量的首地址，必须是成员变量中“最大基本数据类型成员所占字节数”的整数倍（对齐）
   b. 每个变量类型的偏移量必须是该变量类型的整数倍（对齐）

//最大基本数据类型为 double，占 8 字节，其他的结构体变量占用空间均为 8 的整数倍
struct data {
    double d1;    // 大小为8字节，从地址0开始，占用到地址8
    int d2[5];    // 大小为 4x5=20 字节，首地址为8，为8的倍数，占用到地址28
    char d3;      // 大小为 1，首地址为28，不是8的倍数，偏移地址到32，占用到地址33
};               // 当前结构体大小为33，不是8的倍数，取8的倍数，所以结构体大小为40

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（七）union 联合体

union 的使用:
union 的用法和 struct 差不多，区别是同一个 union 成员的不同的成员变量共享同一块内存空间（起始地址相同），同一时刻只能存在一个成员变量
这边可以理解为张三和李四是穿同一条裤子的，张三穿了裤子，李四就没裤子穿了，同一时刻张三和李四最多只有一个人能穿裤子。
举例个代码：

#include 

union Age
{
	int zhangsan;//成员变量张三
	int lisi;//成员变量李四
}; 

int main() {
	//union Age age = {18, 20};//同一时刻只能存在一个成员变量，所以这里运行会报错
	union Age age;
	age.zhangsan = 18;
	age.lisi = 22;
	printf("%d, %d\n", age.zhangsan, age.lisi);	//运行结果 22, 22，说明后赋的值会将先赋的值覆盖
	printf("%p, %p\n", &age.zhangsan, &age.lisi);//获取成员变量的地址值，结果0x7ffc6b832f5c, 0x7ffc6b832f5c，说明起始地址相同
	printf("%d\n", sizeof(union Age));//获取联合体大小，结果为4，说明该联合体只有一个int类型大小
	return 0;
}

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问：union 联合体和 struct 结构体的区别

答：

1. 对于联合体同一成员的所有成员变量都共享一块内存，而结构体是将所有成员变量内存的叠加，需要考虑字节对齐问题。
2. 对于联合体来说，只要你修改了里面的成员变量，其他的成员变量也会被修改，而结构体间的成员变量是互不影响的。

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问：联合体一般可以用来做什么？

答：

1. 获取数据的高低位，或检查大小端问题

在实际的编程当中，为了确定当前计算机使用的存储模式是大端存储还是小端存储，可以使用union进行简单高效的判断
大端存储模式：高字节存放在低位地址，低字节存放在高位地址
小端存储模式：低字节存放在低位地址，高字节存放在高位地址
ps：x86架构和多数ARM、DSP都为小端存储模式，keil C51则为大端存储模式，有些架构还可以自主切换

#include 

union GetByte
{
	short twoByte; //short 类型占 2 字节
	char myByte[2];//myByte[0] 和 myByte[1] 分别占用 1 字节
}getbit; 

int main() {
	getbit.twoByte = 0x1122;
	printf("%x, %x\n", getbit.myByte[0], getbit.myByte[1]);	//运行结果 22, 11；说明本计算机是低字节存放在低位，高字节存放在高位，为小端存储
	return 0;
}

2. 节省内存空间（计算机早期内存寸土寸金时才考虑的事情）

如果有不理解的地方，可以看看孤烟大佬的视频

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（八）enum

int main()
{
	enum { a,b=5, c, d=4, e };
	printf("%d, %d, %d, %d, %d",a, b, c, d, e);
	//输出结果0, 5, 6, 4, 5
}

• 在枚举变量的值默认为前一个变量的值+1
• 而如果第一个枚举变量没有被赋值，默认值为 0
• b == e == 5 说明枚举的值是可以重复的

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（九）typedef

问：typedef 和 #define 的区别
答：

• #define 是 c 语言中定义的语法，是预处理指令，在预处理时进行简单而机械的字符串替换，不作正确性检查，只有在编译已被展开的源程序时才会发现可能的错误并报错。可作用于类型定义、常量、变量等。
• typedef 是关键字，在编译时处理，有类型检查功能。它在自己的作用域内给一个已存在的类型一个别名，但不能在一个函数定义里面使用 typedef。用 typedef 定义数组、指针、结构等类型能够使程序书写简单，也能使意义明确，增强可读性。可作用于类型定义上。

#define	typedef
预处理指令	关键字
在编译前不作检查，编译时可能检查到错误	有类型检查功能
无作用域限制	有作用域限制
可定义类型、常量、变量等的别名	可定义类型的别名

• 定义指针区别

#define myptr int* p
myptr a,b;//a 是 p 的指针变量，b 是 int 变量
typedef int* myptr;
myptr a,b;//a 是 int* a,    b是 int* b

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（十）const

1. const 定义变量，表示该变量是个常量（并不是真正意义上的常量），不允许被修改，如果存在修改会在编译时报错

const int a = 100;
int const b = 10;

a = 200; //报错

char str[b] = "abcdefg";//报错，因为被const修饰的变量b并不是真正意义上的常量，无法分配准确的大小给str
char num[b];//数组不初始化是不会报错的

2. const 修饰函数参数，表示函数体内不能修改该参数的值

void test1(const int x, int y)
{
	x = 10; //编译时报错
	y = 10;
}

3. const 修饰函数返回值，赋值返回值的变量需要被 const 修饰

const int * test(void)
{
	return 1;
}

int main(){
	const int *num1 = test();
	int *num2 = test();//编译时报错
}

4. const 修饰指针

int main(){
	//*在const后，即常量指针，表示指针指向的内容不可以修改，但是指针的地址可以更改
	const * int a;
	int const *b;
	
	//*在const前，即指针常量，表示指针指向的内容可以修改，但是指针的地址不可以更改
	int * const c;

	//指针的地址和内容都不可以被修改
	const int * const d;
}

5. const 修饰的变量存放位置
   对于const修饰的局部变量：存放在栈中，代码结束就会释放，在C语言中可以通过指针修改里面的值
   对于const修饰的全局变量（已初始化的）存放在只读数据段，不可以通过指针修改里面的值，未初始化的存放在.bss

（十一）extern 链接阶段

1. extern 声明外部变量：（保存在数据段）
   在文件 a.c 定义变量并声明全局变量：int a = 10; 这时会建立存储空间
   在文件 b.c 对变量 a 进行声明，注意声明时不能初始化。

extern int a;
extern int a = 30; //错误，生命时不能初始化

注意：全局变量最好不要写在 .h 头文件中，如果写在了 .h 文件中，多个 .c 文件对这头文件进行包含，编译器会报错 multiple define 多个定义。

如果有些全局变量经常在多个文件中被需要，普遍的做法如下：

// file1.c 文件
int globalVariable = 10; // 定义全局变量

// golbal.h 文件
#ifndef GLOBAL_H_
#define GLOBAL_H_

extern int globalVariable; // 声明全局变量

#endif /* GLOBAL_H_ */

//file2.c 文件
#include "global.h"
#include 

int main() {
    printf("%d\n", globalVariable);
    return 0;
}

如上，在golbal.h文件中将常出现的变量进行声明，在需要全局变量的文件中包含即可，如果需要增加代码可读性和防止特殊错误，你也可以在 file2.c 中再进行一次声明。

extern 的作用主要是告诉编译器我在其他文件定义了个全局变量，并且已经分配了空间，不需要再为该变量申请空间

2. extern 声明外部函数：方式和声明外部变量一样。

extern void function1(int x, int y);

3. extern “C”
   该作用是实现在 c++ 中调用 c 语言代码，告诉编译器这部分代码要是有 c 编译

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（十二）register

register 只能用于修饰变量（且不能是浮点数），被修饰的变量会被存储在 CPU 内部的寄存器中，而不是内存中。
寄存器有两个特点，一个是运算速度快，一个是不能取地址。
被 register 修饰的变量无法取地址，取地址会编译报错

（十三）auto

一般情况下，我们没有特别声明的局部变量，都默认为 auto 类型，存储在栈中

（十四）static

1. static 修饰变量
   静态全局变量：作用域当前文件中，其他文件无法访问这个变量，程序运行时被初始化，有且只初始化一次。
   静态局部变量：作用域在当前函数中，函数外无法访问，函数被调用时被初始化，有且只初始化一次，生命周期不会随函数结束而结束，直到程序结束

#include 

int staticNum()
{
	static int num = 0;
	return ++num;
}

int main()
{
	int sum = 0;
	for(int i=0; i<10; i++)
	{
		sum = staticNum();
	}
	printf("%d\n", sum);	//打印结果为 10
	return 0;
}

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问：静态全局变量与静态局部变量的区别
答：作用域不同，静态全局变量的作用域在当前文件中，静态局部变量的作用域在当前函数体中。

问：普通全局变量和静态全局变量的去呗
答：作用域不同，静态全局变量的作用域在当前文件中，普通全局变量的作用域为当前整个项目。

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2. static 修饰函数
   在函数返回值前加上 static 关键字，函数即被定义为静态函数，静态函数的作用域为当前文件，在其他文件也可使用同名的静态函数

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（十五） switch case

注意：

1. switch里面不能是浮点数、double，可以是表达式，但是结果不能是浮点数或double
2. 要注意 case 语句后面是否有break，如果没有，就会从找到的case语句一直执行到停止
3. case不能是 “abcdef” 这样的字符串，但是可以是 ‘a’ 这样的单字符，因为字符最终也是整数

（十六）do while

先执行 do {} 中的内容，在执行 while() 里的条件判断是否符合。

（十七） sizeof

问： sizeof() 和 strlen() 的区别
答：
1. sizeof 是关键字，strlen 是函数
2. sizeof 用于计算占用内存大小，strlen 用来计算字符串的长度
3. sizeof 会计算 \0 的空间，strlen 不需要

#include 
#include 

int main()
{
	char c[5] = {1,2,3};
	printf("%d\n", sizeof(c)); //5
	printf("%d\n", strlen(c)); //3
	
	int i[5] = {1,2,3};
	printf("%d\n", sizeof(i)); //20
	return 0;
}

4. sizeof 在编译时计算，strlen 在运行时计算

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问：如何不适用 sizeof 求数据类型字节的大小
答：

//(char*)强转，便于在指针运算中以字节为单位进行计算。
//&value+1 则能够获取value结束后的地址
//&value 获取value的起始地址
#define	mysizeof(value)		(char*)(&value+1)-(char*)(&value)

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问：strlen(“\0”) == sizeof(“\0”); 是否正确？
答：

printf("%d\n", sizeof("\0"));	//2
printf("%d\n", strlen("\0"));	//0

printf("%d\n", sizeof('\0'));	//4
printf("%d\n", strlen('\0'));	//报错空指针

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问： sizeof(a++)； a最后的结果会改变吗？
答：不会，sizeof 只会求所占内存大小，不会进行表达式运算

int a = 2;
printf("%d\n", sizeof(a++));	//4
printf("%d\n", a);	//2

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问：计算数组大小
答：

	char ch[]  = "hello";
	char str[10] = {'h','e','l','l','o'};
	printf("%d\n",sizeof(ch));//6
	printf("%d\n",strlen(ch));//5
	
	printf("%d\n",sizeof(str));//10
	printf("%d\n",strlen(str));//5

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问：sizeof(void); 结果
答：报错，或者为1

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