01-C语言：第01天笔记
C语言：第1天笔记
内容提要
- C语言概述
- 数据类型
- 常量
- 变量
C语言概述
计算机基础
计算机的组成
计算机组成
-
计算机：能进行计算以及逻辑处理的设备
-
硬件：组成计算机的物理部件。（内存条、CPU、硬盘…）
开发中对于硬件的认知：
硬件包括电子设备、单片机、集成电路和嵌入式系统。
-
软件：计算机中运行的程序和数据。
开发中对于软件的认知：
软件分为系统软件（OS）、应用软件和编程工具（编译器）
计算机的六大部件
- 中央处理器（CPU）：控制 + 计算
- 内存：临时存储运行时的数据。
- 输入设备：向计算机输入数据（键盘、鼠标、扫码枪）
- 输出设备：将计算机数据进行输出（显示器、打印机）
- 外存储器：永久存储数据（硬盘）
- 网络：数据传输与通信
计算机的工作原理
- 存储程序：程序和数据存储在内存中
- 程序控制：CPU按指令顺序执行
计算机的语法
- 机器语言：二进制代码，直接控制硬件
- 汇编语言：助记符形式，需要汇编器翻译
- 高级语言：C/C++，Java，Python，PHP，C#，GO
C语言简史与特点
C语言的起源
- 其前身是B语言；
- B语言是美国贝尔实验室的 Ken Thompson（肯·汤普森）于1969年开发出来的，并且用B语言编写了初版的UNIX系统
- 1972年美国贝尔实验室的Dennis Ritchie（丹尼斯·M·里奇）在B语言基础上开发的C语言.C语言提供了丰富的数据类型和标识符，使得程序的编写变得非常高效和方便。
- 1973年初，C语言的主体完成。汤普森和里奇迫不及待地开始用它完全重写了UNIX。
C语言的标准
为了C语言健康发展下去，很多有识之士及美国国家标准协会（ANSI）于1982年成立了一个委员会以确定C语言的标准。
- 1989 ANSI 发布了第一个完整的C语言标准，即C89。不过人们习惯性的称为 “ANSI C”
- 1990年ISO(国际标准化组织一字不改的采纳了 C89，官方给出的名称为 ISO C90) 。
- 1999年，C语言标准经过了一次修正和完善后，ISO发布了新版的C语言标准，简称” C99”。
- 2018年6月份发布的 “C18”GNU C 标准 (标准C的扩展) ，进一步增强了语言的稳定性和功能性。
- 在2011年12月8日，ISO又正式发布了新的标准，称为ISO/IEC9899:2011，简称为“C11”。
- “C23”是最新的标准，预计将进一步扩展C语言的功能和性能。
- 应用于Linux 系统，当然Linux也支持标准C，因为标准C是跨平台的。
嵌入式开发就是针对Linux系统的开发，而Linux系统是使用C语言开发的，所以从事嵌入式开发要使用C语言。
C语言特点
- 简洁高效，支持底层硬件操作
- 可移植性强，适合结构化编程
- 生成代码质量高，执行速度快
C语言程序的开发过程（掌握）
开发的三个步骤
① 编辑：编写源代码（.c文件，程序员完成）
② 编译：将源代码文件转换为可执行的文件（编译器完成）
③ 运行：执行程序（操作系统加载）
C语言程序的编译过程
注意：本章节只是做一个简单的讲解，后续在深入！
上面提到的编译，实际上是分为了四个步骤：
- **预处理：**处理宏和头文件以及注释等。
- 编译： 生成汇编代码
- **汇编：**转换为机器码/二进制代码
- **链接：**合并库文件和目标文件（二进制代码）
测试代码：
// 头文件包含 预处理的时候，会将stdio.h中的代码全部拷贝到当前文件
#include 编译的命令
| 编译步骤 | 命令 | 文件类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 预处理 | gcc -E *.c -o *.i |
*.c → *.i | 生成的是C代码（文本） |
| 编译 | gcc -S *.c -o *.s |
*.i → *.s | 生成的是汇编代码（文本） |
| 汇编 | gcc -c *.c -o *.o |
*.s → *.o | 生成的是二进制代码（文本） |
| 链接 | gcc *.c -o * |
生成的是二进制代码 |
C语言的基本结构
一个简单的C语言程序
功能：要求在控制台输出“hello world!”
代码：
#include
// 主函数：一个.c文件只能有一个main函数，这个函数是程序的入口
int main()
{
// 向控制台输出hello world!
printf(“hello world!\n”);
return 0;
}
程序结构分析：
- 注释：解释代码逻辑，写给程序员自己看，预处理阶段会被删除。
- 预处理指令：程序中包含的某一文件内容（`#include `）
- 主函数：`main`函数是程序唯一的入口，一个文件中最多有1个，==这个函数不能被其他函数调用==，这是一个自动执行的函数，系统是通过这个函数的指针进行访问的。
- 关于函数：
- **函数头：**（函数首部或者函数说明）
说明函数类型，函数头由==函数名==和==形参列表==构成。
- **函数体：**
包括==变量说明==和==语句执行==部分。
- 函数调用语句：比如：printf()
### C语言编程规范要求
C语言在编程的时候，需要遵循如下规范：
- 常用的缩进格式（一般缩进2~4个字符，推荐缩进4个字符，我们Vim配置的是缩进4个字符，也就是一个`Tab键`）
- 要有足够的注释（添加必要的注释，使代码更好理解）
- 要有合适的空行（一般预处理指令和函数之间，函数和函数之间，全局变量和函数之间...，加空行提高代码可读性，使代码结构清晰）
#include
#include
#define PI 3.14
#define R 2
int fun()
{
printf("A\n");
}
int main(int argc,char *argv[])
{
printf("hello world!\n");
fun();
return 0;
}
-
{}对齐（C和C++{和}都需要独占一行，千万不要受Java影响）Java
int fun() { ... }C/C++
int fun() { ... } -
函数体内采用分层缩进和模块化的书写方式。
int fun() { if(..) { for(..) { printf("hello\n"); } } if(..) { for(..) { printf("hello\n"); } } } -
不把多条语句写在程序的同一行上（最好的区分是，不要在同一行连续出现多个
;，for循环(;;)除外）int main() { // 错误写法（不影响编译，但是影响阅读体验） printf("hello"); printf("hello"); printf("hello"); // 错误写法（不影响编译，但是影响阅读体验） int a = 10; int b = 20; // 正确写法 for (;;) { ... } } -
标识符命名要见名知意。
int main() { // 创建3个变量，用来存储年龄、身高、体重 // 错误演示（不影响编译，但是影响阅读体验） int a = 21; int b = 168; int c = 190; // 正确演示 int age = 21; int height = 168; int weight = 190; }
C语言程序的设计特点
C语言程序在设计的时候，需要注意以下细节：
-
C程序有一个或多个函数组成，但有且仅有一个main函数；这个函数是程序的入口函数，可以置于任意位置，建议放在所有函数的最下面。
-
程序中可以有预处理指令（
#include、#define），预处理指令通常放在程序的最前面。 -
每个语句以分号结尾：（注意：
预处理,函数头,函数、分支语句、while和for语句后面不能添加分号，否则会报错） -
函数体由一对
{}括起来，函数的{}不能省略。 -
包含在
/*..*/内，或者//..后面的文本为注释内容，在预处理阶段删除。 -
一行可以写多个语句，一个语句可以写在多行上。
int main() { // 一行可以写多个语句 int a, b, c; // 一个语句写在多行上 while(1) { ... } } // 格式化笔记中的代码：shift + tabC语言中的注释
在C语言中，注释一般分为两类：单行注释和多行注释
注释的作用：给代码添加解释说明性文字，提升代码的可读性，注释本身不参与编译，在预处理阶段会被删除。我们同时也可以使用注释屏蔽掉暂时不需要的代码。
单行注释
说明：单行注释使用双斜杠
//..表示。我们一般用于变量、常量、函数调用语句等。语法：
// 需要注释的内容范例：
// 预处理指令，引入系统的标准输入输出库 #includeint main() { // 向控制台打印输出 hello world! printf("hell world!\n"); return 0; } 多行注释
说明：多行注释使用双斜杠星花
/*..*/表示。它可以占用一行，也可以占用多行，但不能嵌套。我们一般用于函数，文件头说明等。语法：
/* 要注释的内容 */ /* 要注释 的内容 */范例：
/* 主函数 */ int main() { ... }注意：由多行注释衍生出一种更为细致的注释，我们称之为文档注释
范例：
/** * 主函数 * @author 开发者 * @param 参数1 说明 * @param 参数2 说明 * @return 返回值 */ int main() { ... }
数据类型
定义
数据类型其实就是固定大小内存的别名，并且描述了一个变量存放什么类型的数据。简单来说，就是组织和操作数据。
**数据：**计算机要处理的数据（数字、字符串、文字、符号、图片、音视频等）
- 数据类型不仅帮助我们组织和操作数据，还决定了程序如何有效的利用内存。
- 了解数据类型的内存需求是理解计算机管理和操作数据的关键。
小贴士：程序运行需要在内存中
数据类型分类和计算方法
数据类型分类（重点）
- 基本类型（C语言内置）
- 数值类型
- 整型（整数）
- 短整型：short（short int 缩写）
- 基本型：int（使用频率最高）
- 长整型：long（long int 缩写）
- 长长整型：long long（long long int 缩写，C99新增）
- 浮点型（小数、实数、实型）
- 单精度型：float
- 双精度型：double
- 长双精度型：long double（C99新增）
- 整型（整数）
- 字符型：char
- 数值类型
- 构造类型（C语言提供语法，用户自定义）
- 结构体：struct
- 联合体/共用体：union
- 枚举类型：enum
- 指针类型
- 空类型：void（C语言内置）
数据类型在内存中的大小（重点）
| 序号 | 数据类型 | 中文说明 | 大小（字节） |
|---|---|---|---|
| 1 | short（short int） | 短整型 | 2 |
| 2 | int | 基本整型 | 4 |
| 3 | long（long int） | 长整型 | 4（32位系统）/ 8（64位系统） |
| 4 | long long（long long int） | 长长整型 | 8 |
| 5 | float | 单精度浮点型 | 4 |
| 6 | double | 双精度浮点型 | 8 |
| 7 | char | 字符型 | 1 |
| 8 | bool（_Bool，C99新增） | 布尔型，true-真，false-假 | bool：1，true(1)：4，false(0)：4 |
课后作业：自己查资料获取每个数据类型的范围？举例：char：-128 ~ 127
小贴士：
获取某个数据类型或者变量所占的字节数，使用sizeof运算符：
sizeof(某个数据类型或者变量名)printf("true size:%d\n", sizeof(true)); // trus size:4 解释：true本身就是int类型的1，所以占4个字节 printf("bool size:%d\n", sizeof(bool)); // bool size:1 解释：占1个字
案例：
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
// 计算数据类型或者变量的字节大小，通过sizeof运算符
printf(“long long 的大小是%d个字节\n”, sizeof(long long)); // %d 表示10进制整数
printf(“long 的大小是%d个字节\n”,sizeof(long));
printf(“long double的大小是%d个字节\n”,sizeof(long double));
return 0;
}
运行结果：
总结：
① 数据类型在内存中所占的字节数跟C语言的编译系统有关。
② 计算某个数据类型所占字节数可以用sizeof运算符。
③ 布尔类型要添加`#include `，大家也可以直接使用int类型的0和1来表示布尔类型。
#### 课堂练习
校验各个数据类型在内存中的大小。
## 常量
在C语言中，数据的基本表现形式是==常量==和==变量==。不管是变量还是常量，都是需要在内存中申请一块空间，用于数据的存放。
**定义：**在程序执行过程中其值不可改变的量。称之为常量。
**分类：**int、float、double、char、符号常量（宏定义）。
### 整型常量
- 整型常量可以用十进制、八进制、十六进制三种形式表示。
- **十进制常量：**由数字==0~9==构成，没有前缀，不能以0开头。举例：
```c
99,218 // 正确
0 // 正确
09 // 错误，不能以0开头
```
- **八进制常量：**由数字==0~7==构成，以==0==为前缀，==不能表示小数==。举例：
```c
023,077 // 正确
00 // 正确
099 // 错误
```
- **十六进制常量：**由数字==0~9==、字母==a ~ f/A ~ F==构成，以==0x / 0X==为前缀，==不能表示小数。==举例：
```c
0xffffff // 正确
0x0 // 正确
```
> **注意：**
>
> 整型常量中的长整型数据可用`L或者l`作为后缀，举例：
>
> ```c
> long num = 123L;
> ```
- 整型常量的分类：
- 有符号与无符号基本整型常量（int）
- 有符号表示范围：==负数 + 0 + 正数==，默认写的都是有符号
- 无符号表示范围：==0 + 正数==，内存中所有负数的位置都用来表示整数，此时它的正数范围超过有符号正数范围。
- 有符号与无符号长整型常量（long）
- 有符号与无符号短整型常量（short）
- 整型常量的表示
- 十进制表示：可以使用10个数字符号0~9以及`+,-`，如：123，-90
- 八进制表示：以0开头，可以使用7个数字符号0~7以及`+,-`，如：0123，-011
- 十六进制表示：以0x或者0X开头，可以使用`0~9`以及`A~F（a~f）`，如：0x12，-0x12
### 浮点型常量
C语言中浮点数就是平常说的小数（实数），有两种表现形式：
- **十进制小数：**如：0.123，-12.6，0.123F（==float类型的常量，需要跟上`F/f`==）
- **指数形式（科学计数法）：**
- 正数表示：如十进制小数$1234.5$的指数表示法就是$1.2345*10^3$，也可以表示为$1.2345e3$
- 负数表示：如十进制小数$0.012$的指数表示法就是$1.2*10^{-2}$，也可以表示为$1.2e-2$
**注意**：
① 在符号e的前面必须要有数字
② 在符号e的后面必须为整数，不能是带有小数点的实数型。
③ 实型常量的后缀用F/f表示单精度型。
### 字符型常量
用单引号`''`括起来的一个字符，如`'a'， 'A', '4', '_'`等，比如：`'刘'`就不是字符，一个汉字所占的字节数超过1个字符。中文符号当成汉字理解。==英文输入法下输入的字母、数字、符号都是单字符==。
**转义字符常量：**以反斜杠`\`开头的字符序列，表示控制以及不可见字符。如：
| 字符形式 | 中文含义 | ASCII码 |
| :------- | :--------- | :------ |
| \n | 换行 | 10 |
| \r | 回车 | 13 |
| \0 | 空字符 | 0 |
| \t | 水平制表符 | 9 |
> **注意：**
>
> 使用`man ascii`可以查看所有的ASCII字符。
### 字符串常量
说明：在C语言中，==支持字符串常量，不支持字符串变量。==字符串变量需要使用字符数组或者字符指针实现。
- 用一对双引号`""`括起来的一个字符序列，如：
```c
"How do you do? zhaopeipei"
"hello world!"
"12"
“true”
"12.25"
-
可以使用printf输出一个字符序列，如：
printf("%s","hello world!\n"); printf("hello world!\n"); // 等价于上面写法
注意：
字符常量’a’与字符串常量"a"的区别：
系统自动为字符串常量加上结尾的
\0，使所占内存单元多一个，单字符常量的长度不变，可用sizeof()运算符来测量。
符号常量
说明：一般通过宏定义，在预处理的时候替换成具体的常量
定义一个标识符来代表一个常量，如：用PI表示圆周率π（3.1415926）
好处：
- 增加代码的可读性
- 增强了代码的可维护性
定义符号常量：
-
需要借助预处理指令：
#define -
格式：
#define 宏名称 宏值 -
注意：
-
宏名称和宏值之间用空格隔开
-
句末不能添加任何符号
-
无参的宏名称的命名采用大写，如果有多个单词，使用下划线分隔，举例：
#define MAX_VAL 9999 #define MIN_VAL 1000
-
-
举例：
#include// 定义符号常量 #define PI 3.14 #define R 20 int main(int argc,char *argv[]) { // 计算圆的周长 2 × PI × R printf("计算圆的周长：%f\n",2 * PI * R);// %f：以小数显示 // 计算圆的面积 PI × R × R printf("计算圆的面积：%f\n",PI * R * R); return 0; }
日常错误
-
问题描述：编译过程中，控制台提示类似于
\357这样的信息 -
解答：这是由于代码中使用了中文标点符号导致的错误
-
演示：
课后预习
-
进制转换
-
需要借助预处理指令：
#define -
格式：
#define 宏名称 宏值 -
注意：
-
宏名称和宏值之间用空格隔开
-
句末不能添加任何符号
-
无参的宏名称的命名采用大写，如果有多个单词，使用下划线分隔，举例：
#define MAX_VAL 9999 #define MIN_VAL 1000
-
-
举例：
#include// 定义符号常量 #define PI 3.14 #define R 20 int main(int argc,char *argv[]) { // 计算圆的周长 2 × PI × R printf("计算圆的周长：%f\n",2 * PI * R);// %f：以小数显示 // 计算圆的面积 PI × R × R printf("计算圆的面积：%f\n",PI * R * R); return 0; }
日常错误
-
问题描述：编译过程中，控制台提示类似于
\357这样的信息 -
解答：这是由于代码中使用了中文标点符号导致的错误