C programming

C programming

Introduction to C programming

Posted by Yingshan Li on November 18, 2019

前言

C语言是由Dennis Ritchie与1972年在贝尔实验室开发出来的。Unix操作系统、C编译器和绝大部分的unix应用程序都是C语言编写的。C语言的代码运行速度和汇编语言几乎一样。

1. Basic structure

  1. 预处理指令(包含指定的都文件)， #include <stdio.h>
  2. 主函数int main(){}，函数从这里开始执行

2. Compiling

gcc -o hello.out hello.c (默认生产a.out文件）

3. Tokens

c语言就是由一系列的令牌组成的:

  1. 分号: 每条语句必须以分号结束，跟perl一样
  2. 注释符： ／／单行注释；／* 单行或多行注释 *／
  3. 标识符： 不允许有@，¥，%，区分大小写
  4. 关键字： 如break，do，if等
  5. 空格

4. Variables

4.1. Defile a variable：type variable_list;

告诉编译器在何处创建变量的存储，以及如何创建变量的存储。

4.2 Variable type

4.2.1 Integers
  1. char 1字节 char c, ch;
  2. int 2或4字节 int i, j, k;
  3. short 2字节
  4. long 4字节
  5. size_t >16 bit unsigned integer
  6. unassigned 没有负数
4.2.2 Float
  1. float 4字节
  2. double 8字节
  3. long double 16字节
4.2.3 void
  1. 函数返回为空：需要在定义函数的时候在函数前加void
  2. 函数参数为空：如int rand(void)
  3. 指针指向void：如内存分配函数void *malloc(size_t size)返回指向void的指针
4.2.4 引申类型
4.2.4.1 Array

存储一个相同类型元素的集合：

  1. 申明数组：type arrayName [arraySize]
  2. 初始化数组：double a[5] = {0.1, 3.4, 8.0, 1000.0, 5.2}
  3. 访问数组元素：索引从0开始
4.2.4.2 Enumeration
enum {
MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;
4.2.4.3 String

实际上是使用null字符’\0’终止的一维字符数组(char是整数类型)：

  1. 创建字符串：
char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
char greeting[] = "Hello";
printf("Greeting message: %s\n", greeting );
  1. 字符串操作：
strcpy(s1, s2)	复制字符串 s2 到字符串 s1
strcat(s1, s2)	连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾
strlen(s1)	字符串 s1 的长度
strcmp(s1, s2)	s1=s2相同返回0；s1<s2返回小于0；s1>s2 返回大于0
strchr(s1, ch)	返回一个指针，指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置
strstr(s1, s2)	返回一个指针，指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置
4.2.4.4. Pointer：

其值为另一个变量的内存位置的直接地址，用*来指定变量为指针，在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个NULL值

  1. 创建和使用指针：
int main () {
int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */
int  *ip;        /* 指针变量的声明 */
ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */
printf("Address of var variable: %p\n", &var  );
/* 在指针变量中存储的地址 */
printf("Address stored in ip variable: %p\n", ip );
/* 使用指针访问值 */
printf("Value of *ip variable: %d\n", *ip );
return 0;
}
  1. 函数指针：
type (*fun_ptr)(type_of_args)
int max(int x, int y) {
	return x > y ? x : y;
}

int main(void) {
	/* p是函数指针 */
	int (*p)(int, int) = &max; // &可以省略
	d = p(p(a, b), c); 
	printf("最大的数字是: %d\n", d);
}
4.2.4.5. Struct：

允许存储不同类型的数据，表示一条记录，如想要跟踪图书馆中的书本属性，如title，author等等

  1. 定义结构体：
struct Books {
   	char  title[50];
   	char  author[50];
   	char  subject[100];
   	int   book_id;
} book = {"C 语言", "RUNOOB", "编程语言", 123456};
 
int main() {
   printf("title : %s %d\n", book.title);
}
4.2.4.6. Union：

在相同的内存位置存储不同的数据类型，共用体可以有多个成员但任何时候只能有一个成员带有值。共用体占用的内存应足够存储共用体中最大的成员。

  1. 定义共用体
union Data {
		int i;
		float f;
		char  str[20];
		} data;
						
int main( ) {
		union Data data;        
 
		data.i = 10;
		data.f = 220.5;
		strcpy( data.str, "C Programming");
							
		return o;
}
4.2.4.7. Bit-fields：

存储布尔型变量，节省内存

  1. 定义位域：struct {type [member_name] : width ;};
struct {
		unsigned int age : 3;
} Age;

int main( ) {
		Age.age = 4;
		printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
   		return 0;
}

4.3 Variable initialization：

type variable_name = value; 如int i=3, f=5;

5. Constant：

5.1. Define a constant：

  1. #define identifier value; 一般放在主函数外面，常量名一般都用大写
  2. const type variable = value; 在主函数内部定义

5.2. Type of constant：

5.2.1. Integers：
  1. 十进制 85
  2. 八进制(0开头) 0213
  3. 十六进制(0x或0X开头) 0x4b
  4. 无符号整数(u结尾) 30u
  5. 长整数(l结尾) 30l
  6. 无符号长整数 30ul
5.2.2. Float：
  1. 浮点类型 12.5f 等等
5.2.3. 字符常量：

\\, \n, \t等等

6. 存储类：

用来定义变量或函数的范围和生命周期

  1. auto类：所有局部变量（函数内部）默认的存储类，主能在函数内部使用
  2. register类：定义存储在寄存器中而不是内存中的局部变量，寄存器只用于需要快速访问的变量，比如计数器。
  3. static类：static的字面意思就是恒定，static定义的变量只初始化一次，在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。
  4. extern类：字面意思外部，用来在另一个文件中声明一个全局变量（函数外部）或函数。

7. Operator：

  1. 算术运算符: +，-，*，／，%，++，—-
  2. 关系运算符: >, <, >=, <=, ==, !=
  3. 逻辑运算符: &&, ||, !
  4. 位运算符: &, |, ^
  5. 赋值运算符: =, +=, -=, *=, /=, %=
  6. 三元操作符：?:
  7. \&返回变量的实际内存地址
  8. *返回一个指针指向变量

8. Logical statement：

8.1. 判断

8.2. Loop：

  1. 循环类型：
1. for循环：
		for (init; condition; increment) {
			    statements(s);
		} 

2. while循环：
		while (condition) {
				statement(s);
		}

8.3. Loop control：break，continue，

9. Function：

  1. 定义申明：告诉编译器函数的名称、返回类型和参数，return_type function(args), 注意如果想将函数的定义放在程序的最后面，那么在前面使用这个函数之前需要先申明它
  2. 函数定义：加上函数主体，return_type function(args) {body}

10. In and Out(c treats everything as file, including the hardware)：

1. scanf()与printf():
			int main() {
    				float f;
    				printf("Enter a number: ");
    				// %f 匹配浮点型数据
    				scanf("%f",&f);
    				printf("Value = %f", f);
    				return 0;
			}

2. getchar():从屏幕读取下”一个”可用的字符，并把它返回为一个”整数”，不是字符串;
pitchar():把”一个”字符输出到屏幕上，并返回相同的字符。
			
			int main( ){
   				int c;
 
   				printf( "Enter a value :");
   				c = getchar( );
 
   				printf( "\nYou entered: ");
   				putchar( c );
   				printf( "\n");
   				return 0;
			}

3. gets(): 从stdin读取一行到 s 所指向的缓冲区，直到一个终止符或 EOF;
		   puts(): 把字符串 s 和一个尾随的换行符写入到 stdout
			
			int main( ) {
				char str[100];
 
				printf( "Enter a value :");
				gets( str );
 
   				printf( "\nYou entered: ");
   				puts( str );
   				return 0;
			}

11. File IO：

11.1 Read in file:

int fputs(const char *s, FILE *fp);
int fprintf(FILE *fp,const char *format, ...) 
			
int main() {
		FILE *fp = NULL;
   		fp = fopen("/tmp/test.txt", "w+");

   		fprintf(fp, "This is testing for fprintf...\n");
   		fputs("This is testing for fputs...\n", fp);
   		fclose(fp);
}

11.2 读取文件:

char *fgets(char *buf, int n, FILE *fp); 从流中读取一个字符串, 把读取的字符串复制到缓冲区 buf，并在最后追加一个 null 字符来终止字符串。

int fscanf(FILE *fp, const char *format, …); 从文件中读取字符串，但在遇到第一个空格字符时停止读取。

int main() {
   		FILE *fp = NULL;
   		char buff[255];
   		fp = fopen("/tmp/test.txt", "r");

   		fscanf(fp, "%s", buff);
   		printf("1: %s\n", buff );
 
   		fgets(buff, 255, (FILE*)fp);
   		printf("2: %s\n", buff );
}

12. Preprocessor：

以#开头，如#define(定义宏), #include(包含头文件), #undef(取消已定义的宏)等等。

预定义的宏： __DATE__; __TIME__; __FILE__; __LINE__; __STDC__

13. Head file：

拓展名为.h，包含了C函数声明和宏定义，被多个源文件中引用共享。建议把所有的常量、宏、系统全局变量和函数原型写在头文件中

语法：

#include <file> 	在系统目录的标准列表中搜索名为 file 的文件
#include "file"		在包含当前文件的目录中搜索名为 file 的文件

14. Error：

在发生错误时，大多数的C或UNIX函数调用返回1或 NULL，同时会设置一个错误代码errno，需要包含errno.h头文件

perror()函数：显示您传给它的字符串，后跟一个冒号、一个空格和当前 errno 值的文本表示形式。

strerror()函数：返回一个指针，指针指向当前 errno 值的文本表示形式。

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

extern int errno ;

int main () {
   	FILE * pf;
   	int errnum;
   	pf = fopen ("unexist.txt", "rb");
   	if (pf == NULL) {
      	errnum = errno;
      	fprintf(stderr, "错误号: %d\n", errno);
      	perror("通过 perror 输出错误");
      	fprintf(stderr, "打开文件错误: %s\n", strerror( errnum ));
	} else {
      	fclose (pf);
   	}
   	return 0;
}

15. Memory management：

动态分配和管理的函数在头文件中

15.1. 内存管理函数：

  1. void *calloc(int num, int size); 在内存中动态地分配num个长度为size的连续空间，并将每一个字节都初始化为0
  2. void free(void *address); 释放 address 所指向的内存块,释放的是动态分配的内存空间
  3. void *malloc(int num); 在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据
  4. void *realloc(void *address, int newsize); 重新分配内存，把内存扩展到newsize

15.2 动态分配内存：

需要定义一个指针，该指针指向未定义所需内存大小的字符，后续再根据需求来分配内存

15.3. 重新调整内存的大小和释放内存：

在不需要内存时，应该调用函数free()来释放内存，或通过调用函数 realloc() 来增加或减少已分配的内存块的大小

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
int main() {
   		char name[100];
  		char *description;
 
   		strcpy(name, "Zara Ali");
 
   		/* 动态分配内存 */
   		description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
   		if( description == NULL ) {
      			fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   		}
   		else {
      			strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
   		}
   		/* 假设您想要存储更大的描述信息 */
   		description = realloc( description, 100 * sizeof(char) );
   		if( description == NULL ) {
      			fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   		}
   		else {
      			strcat( description, "She is in class 10th");
   		}
   		printf("Name = %s\n", name );
   		printf("Description: %s\n", description );
   		/* 使用 free() 函数释放内存 */
   		free(description);
}
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