C语言基础

 第一部分 综述      

       C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

     随着C语言的发展，整个发展的历程中已经演变出很多版本，这使得各个C语言之间有很多不一致的地方，导致程序编译等一系列的不方便。为了改变这种情况,美国国家标准研究所(ANSI)为C语言制定了一套ANSI标准，成为现行的C语言标准，即我们常说的ANSI C。

     C语言是世界上流行、使用最广泛的高级程序设计语言之一。其实我个人觉得，C语言应该算是一种中级语言，在计算机的语言中，越是接近底层的语言，级别越低，但是编译和程序的运行效率会提高，级别越高，编译的难度会降级，但是运行和转换的时间增长，降低了程序运行的效率。

    C语言在设计程序时没有太严格的要求，灵活性高，这一方面很受程序员的喜爱，这也决定了C语言相对其他语言来说难度较大。

   C语言有以下优点

   1、简洁紧凑、灵活方便 
　　C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，区分大小写。把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。

注：32个关键字符是

   auto break case char const continue defaultdo double else enum extern float forgoto if int long register return shortsignedstatic sizof struct switch typedef unionunsigned void volatile while

　　2、运算符丰富 
　　C语言的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。
　　3、数据类型丰富 
　　C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。
　　4、表达方式灵活实用 
　　C语言提供多种运算符和表达式值的方法，对问题的表达可通过多种途径获得，其程序设计更主动、灵活。它语法限制不太严格，程序设计自由度大，如对整型量与字符型数据及逻辑型数据可以通用等。
　　5、允许直接访问物理地址，对硬件进行操作 
　　由于C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。
　　6、生成目标代码质量高，程序执行效率高 
　　C语言描述问题比汇编语言迅速，工作量小、可读性好，易于调试、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当。
　　7、可移植性好 
　　C语言在不同机器上的C编译程序，86%的代码是公共的，所以C语言的编译程序便于移植。在一个环境上用C语言编写的程序，不改动或稍加改动，就可移植到另一个完全不同的环境中运行。
　　8、表达力强 
　　C语言有丰富的数据结构和运算符。包含了各种数据结构，如整型、数据类型、指针类型和联合类型等，用来实现各种数据结构的运算。C语言的运算符有34种，范围很宽，灵活使用各种运算符可以实现难度极大的运算。 
　　C语言能直接访问硬件的物理地址，能进行位（bit）操作。兼有高级语言和低级语言的许多优点。 
　　它既可用来编写系统软件，又可用来开发应用软件，已成为一种通用程序设计语言。

    C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画它是数值计算的高级语言。 
　　常用的编译软件有Microsoft Visual C++,Borland C++,Watcom C++ ,Borland C++, Borland C++ Builder,Borland C++ 3.1 for DOS,Watcom C++ 11.0 for DOS,GNU DJGPP C++, Lccwin32 C Compiler 3.1,Microsoft C,High C等。

      在本文中，使用的都是VisualC++6.0进行编译。

第二部分  编程从第一个程序“Hello World!”开始

   编程在有些人看来会觉得比较难，因为编程有一点抽象，并不是像那些实体一样能感受到，其实编程也不是很枯燥，那么我们就从第一个程序“Hello World!”开始。

 [例1] Hello World 

#include<stdio.h>  这是C语言设计中的头文件名，因为我们下面要调用 printf() 这个函数，所以要在代码的最前面声明。

viod main()          这是C语言设计中的主函数名，注意 一个C语言的程序代码中只能有一个主函数。

{

     printf("Hello World!\n" )  printf()表示将括号内的字符串打印到电脑显示器上 引号中的反斜杠\n是转义字符 表示光标换行

}

通过上面这个最简单的C语言程序，也许大家会觉得，编程并不是想象的那么难。

下面我们来看另一个例子。

[例2] 一个简单的数学运算

  #include<math.h> 这个也是头文件名 但是是math.h 原因是我们下面用了一个 sin()的数学函数，为了正常使用，所以声明调用

  #include<stdio.h> 这是C语言设计中的头文件名，因为我们下面要调用 printf()和scanf()这个函数，所以要在代码的最前面声明。

  main()                     这是C语言设计中的主函数名，注意 一个C语言的程序代码中只能有一个主函数。

{ 

   double x,s;            定义两个变量为双精度浮点型，供以后使用（关于数据类型的在以后的文章中会详细讲到）

    printf("input number:\n");   在运行程序的时候显示input number \n是转义字符 表示光标回车 在下一行输入。

    scanf("%lf",&x);        把输入的数字赋值给变量x （关于%和&符号的连接问题，在以后的文章中会讲到）

    s=sin(x);                    把sin(x)的运算结果赋值给变量s

    printf("sine of %lf is %lf\n",x,s);  输出结果

}

   值得注意的是，在这里的printf() scanf() sin() 这些函数都是系统已经为你编写好运算过程的，可以直接调用的函数，如果自己定义函数，还得记得在程序中生命函数的运算法则，这样编译环境才能够识别并正确运行。

例如：

  int add(int x,int y)  定义add()这个函数，中间定义了函数中使用的变量 x和y

{

return x+y;                声明add()这个函数的运算法则，是把变量都相加。

}

  特别注意，定义函数不能当作一个独立的程序进行运行，只能在一个程序中起声明函数作用。

第三部分 C语言数据类型

     数据是我们日常生活中经常见到的东西，那么在C语言中也不例外。

          C语言的数据类型分为：基本数据类型，指针数据类型，构造数据类型和空类型。

          在基本数据类型中，又分为：整型，字符型，实型（浮点型）和枚举类型。

          在实型中，分为单精度型和双精度型。

          在构造数据类型中又分为：数组，结构和共同体。

   指针数据类型是C语言设计中比较难的一个数据类型，在上篇文章中我们知道，C语言可以直接访问内存等硬件，这就为控制硬件有了极大的方便，指针类型就是指出这个数据在内存中所占的位置。（在稍后的篇幅中会说到）

   本文重点讲解基本数据类型。

 

第四部分 基本数据类型及其常量和变量

  什么是基本数据类型？我们来看一下比较规范的解释。基本数据类型的值不可以再分解为其它类型。也就是说，基本数据类型是自我说明的。说白了，基本数据类型就是我们身体中的细胞，他能构成很多很多的组织和器官。

   那么构造数据类型是什么呢，我们再来看一下比较规范的解释：是根据已定义的一个或多个数据类型用构造的方法来定义的。也就是说，一个构造类型的值可以分解成若干个“成员”或“元素”。每个“成员”都是一个基本数据类型或又是一个构造类型。在C语言中，构造类型有以下几种：

数组类型

结构类型

联合（共用体）类型

  那么我刚才所说到的指针数据类型又是什么呢？指针数据类型是一种特殊的，同时又起重要作用的数据类型。其值用来表示某个变量在内存存储器中的地址。虽然指针变量的取值类似整数型，但是这两个完全不一样，所以不能混淆。

  空类型又是什么呢？在调用函数的时候，通常会向调用函数的人返回一个数值，这个数值应该是有数据类型的，应该在函数的定义和函数的说明中给予说明。例如int min(int x,int y)，由于有了int，这个函数表明返回的函数值应该是整型的。但是还有一类函数，在调用函数后不需要向调用者返回函数值，这种函数可以定义为空类型，其类型说明符为void。

       这篇文章重点讲基本数据类型中的整型，浮点型和字符型。

 

第五部分 变量和常量

 

   在基本数据类型中，我们又可以按照数据的取值是否可以发生改变分为变量和常量。

  在程序的执行过程中，其值不变的是常量，而数值发生改变的是变量。

  可以和数据类型结合起来分类 如整形变量，整形常量……等。

  符号常量指的是用一个符号代表一个常量，在C语言中，可以这样来节约修改程序的时间。

  在使用符号常量之前，需要先定义，格式如下：

  #define 标识符 常量

  下面我们来看一个例子：

  [例1]define

 

  #define PRICE 30  我们定义PRICE这个符号常量的值为30

  void main()

  {

      int num,total;    定义整形常量num，total

      num=10;          赋值

      total=num* PRICE;

      printf(“total=%d”,total); 输出

   }

    也许有些没有看明白，我来解释一下。这里面我们把30给了PRICE 这个符号常量，那么在以后的程序语句中出现PRICE，编译环境会把他转换为30，然后进行计算。

    符号常量有什么好处呢？加入我们把PRICE变成30，那么我们想修改这个数值的时候，还得一个一个的修改，如果使用了符号常量，我们只需在程序的开头进行修改，那么下面的程序语言中的所有都会修改，大大的提高了程序编译的效率。

    下面我们再来说说变量：

   其值可以改变的量称为变量，一个变量应该有一个名字，在内存中占据一定的存储单元，定义变量一定只能在使用变量之前，一般放在函数体的开头部分。

例如：

 

int k = 3;

 

int            k             =           3;                        0x0010ff

         变量的名称                变量的值            在内存中的地址

 

第六部分  整型常量的表示方法 

 

在C语言，使用的整型常量有 八进制 十六进制和十进制三种。

1.十进制整数。如356，-120，0。

2.八进制整数。八进制形式的常量都以0开头，如0123，也就是十进制的83；-011，也就是十进制的-9。

3.十六进制整数。十六进制的常量都是以0x开头，如0x123，就是十进制的291。

C语言中，程序是根据前缀来区分数的，一定要记住八进制形式的常量都以0开头，十六进制的常量都是以0x开头。

整型常数的后缀：这是在TC编译环境上的问题，VC++不存在这样的问题。有兴趣的可以去查一下。

 

在这里补充一个常识：一个字节（BYTE)=8位（bit)

在宽带的带宽中，那个M是，Mbps，是BIT这个B，而不是BYTE的B    

数值是以补码的形式存在，

正数的补码和原码相同，

负数的补码是将该数的绝对值的二进制形式按位取反后加1.

例如，求-10的补码

10的二进制原码是：00001010

取反                       11110101

再加1                     11110110

 

第七部分 整型变量的分类

 

基本型：类型说明符为int 在内存中占四个字符（可以用size of自己在自己的编译环境下查看）

短整型：类型说明符是short int 或者 short

长整型：类型说明符是long int 或者 long

无符号型：类型说明符是unsigned

 

整型变量的定义 一般格式为：

 

类型说明符  变量名标识符  变量名称符

 

例如：

int a,b,c;

long x,y;

注意，每个语句后面必须以分号结尾，否则在编译的时候会出现问题，在C语言中，你可以这样理解，分号就是句号。

 

第八部分 整型变量的溢出

 

  最后我们来说一个比较好玩的东西——数据溢出

  因为C语言的程序会很自由，如果编程不谨慎的话，会出现数据溢出。

  我们来看一个例子：

  [例2] 数据溢出

 

 #include<stdio.h>

 main()

｛

   short a,b;

   a=32767

   b=a+1

   printf("%d,%d\n"a,b)

}

 

  大家可以在自己的程序编译环境中试一下这个代码，按正常来说，32767+1应该就是32768，但是这个程序出来的结果却是-32768，为什么呢？

  程序中我定义了short int ，用size of 可知short int 占两个字符，两个字符就是2*8=16位，所以数字的取值范围就应该是2的16次方正负对半，就是32768，由于包括0，所以最大只能在32767. 超出了32767，就会发生数据溢出。

 32767的十六位表示方式：0111111111111111

 如果再加上一，会变成什么呢？

  1000000000000000

那么这个是不是就是-32768？嗯 是的

提示 用上文所说的补码求出来验证。

   这就是数据的溢出，这就需要程序员在编写和定义常量和变量的同时，记住这些定义的数值取值范围！

上一章节我们说到，C语言的几种数据类型，这一章就告诉大家C语言的运算符和基本的表达式。

   第九部分、算术运算符和算术表达式

       首先我们来说一下运算符的优先级，在C语言中，运算符一共分为15级，1级是最高级别，15级是最低级别，在表达式中，优先级高的较于优先级低的进行运算，而在一个运算量两侧的运算符优先级相同时，则按运算符的结合性所规定的结合方向处理。

       然后我们再说一下运算符的结合性，在C语言中，运算符的结合性分为两种，即左结合性（自左向右）和右结合性（自右向左）。如表达式X+Y-Z，这样进行运算的时候，应该是先Y和X进行加法运算，然后在和Z进行减法运算。这种自左向右的运算方式就是左结合性。最为典型的右结合运算是赋值运算符。例如表达式X=Y=Z，按照右结合性运算规则应该先进行y=z运算，然后再进行x=(y=z)的运算。在C语言中有很多运算符都是右结合性运算符，到时候要注意区分，以免造成误解。

    基本算术运算符

    加法运算符"+"：加法运算符是双目运算符，即有两个元素参加运算，如“A+B”"4+8" 具有右结合性。

    减法运算符“-”：减法运算符为双目运算符，但是在作为负值运算符的时候，可以做单目运算，如“-8”"-x"，具有左结合性。

    乘法运算符“*”，双目运算符，具有左结合性。

   除法运算符“/”，双目运算符，具有左结合性。参与运算量均为整型时，结果也为整型，舍去小数。如果运算量中有一个是实型，则运算结果为双精度实型。

强制类型转换运算符

其一般形式为：

  类型说明符 表达式

作用为把表达式的运算符强制转换为类型说明符所表示的类型。

例如：

（float）a  把a转换为实型。

自增自减运算符（使用广泛，重要）

自增1，自减1运算符。自增用“++” 表示，其功能是使变量的值自增1，自减运算符为“-”其功能是使变量的值自减1

均为单目运算符，具有右结合性。

自增自减运算符有以下四种的表现形式

++i     i的值增加1后再参与其他的运算

-i        i减少1以后再参与其他的运算

i++    i先参与运算，然后他的值再增加1

i-       i先参加运算，然后他的值再减1

   以上四种运算符的表现形式一定要记得清楚，准确，自增自减运算符使程序得到了很大的简化，但是容易出错，尤其对于新程序员来说一定要注意。

我们来看一下下面这个例子

#include <stdio.h>

 void main()

{ 

  int i=8;  

   printf("%dn",++i);  在这一步的运算 得出的数值为9

  printf("%dn",--i); 在这一步运算 得到的数据为8 

  printf("%dn",i++); 

  printf("%dn",i--);

  printf("%dn",-i++);

 printf("%dn",-i--);

}

其他的请各位读者自行计算。

第十部分、赋值运算符与赋值表达式

 赋值运算符

简单的赋值运算符表达式：简单的赋值运算符记为“=”，特别注意，这里面的所谓的等号不是真正意义上的等号，在C语言中，等号是“==”这个运算符号，赋值运算符的一般形式为：

变量 = 表达式

例如：

W=a+b

Y=sinx+cosx

赋值运算符具有右结合性。

类型转换

如果赋值运算符两边的数据类型不相同，系统将自行进行转换，把赋值号右边的类型转化为赋值号左边的类型。具体规则如下：

1.实型赋予整型，舍去小数部分。

2.整型赋予实型，数值不变，但将以浮点形式存放，即增加小数部分（小数部分的值为0）

3.字符型赋予整型。由于字符型占一个字节，而整型为两个字节（对于TC编译环境），故将字符的ASCII码值放到整型量的低八位中，高八位为0.整型赋予字符型，只把低八位赋予字符量。

我们来看一个例子：

#include <stdio.h> 

void main()

{ 

  int a,b=322;  

  float x,y=8.88;  

  char c1='k',c2; 

   a=y; 

   x=b;

   a=c1; 

   c2=b; 

   printf("%d,%f,%d,%c",a,x,a,c2);

}

 

请各位读者用自己的VC++进行验证，看看会出现什么情况。

复合的赋值运算符

 

在赋值符号 = 之前加入其它的二目运算符号，构成一个新的运算符号。例如 += ^= *=等等。

例如：

a+=5 等价于a=a+5

x*=y+7 等价于 x=x*(y+7)

这种复合运算符对于初学的编程员不是太习惯，但是对于编译却有很大优点。提高了编译效率，也有利于写出高质量代码。

逗号运算符与逗号表达式

在C语言中，逗号也是一种运算符，称为逗号运算符。其功能是把两个表达式连接起来组成一个表达式。

其一般形式为：

表达式1，表达式2

其求值过程是，分别求出两个表达式的值，然后以表达式2的值作为整个逗号表达式的值。

我们来看一个例子：

#include <stdio.h> 

void main()

{ 

  int a=2,b=4,c=6,x,y;  

  y=(x=a+b),(b+c); 

  printf("y=%d,x=%d",y,x);

}

这个例子的运算结果应该是10

对于逗号运算符再做出一下几点说明：

1.逗号表达式中的表达式1，表达式2，也可以是逗号运算符。

例如：

表达式1，（表达式2，表达式3）形成嵌套结构。

我们也可以对逗号表达式进行推广，

表达式1，表达式2，……表达式n

2、程序中使用逗号表达式，分别是求逗号表达式内各个表达式的值，并不一定要求整个逗号表达式的值。

并不是在所有出现逗号表达式的地方都叫做逗号表达式，如在变量说明中，函数参数表中的逗号只是作为各个变量之间的间隔符。