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前言

C 語言是一門抽象的、面向過程的語言，C 語言廣泛應(yīng)用于底層開發(fā)，C 語言在計(jì)算機(jī)體系中占據(jù)著不可替代的作用，可以說 C 語言是編程的基礎(chǔ)，也就是說，不管你學(xué)習(xí)任何語言，都應(yīng)該把 C 語言放在首先要學(xué)的位置上。下面這張圖更好的說明 C 語言的重要性

可以看到，C 語言是一種底層語言，是一種系統(tǒng)層級(jí)的語言，操作系統(tǒng)就是使用 C 語言來編寫的，比如 Windows、Linux、UNIX 。如果說其他語言是光鮮亮麗的外表，那么 C 語言就是靈魂，永遠(yuǎn)那么樸實(shí)無華。

C 語言特性

那么，既然 C 語言這么重要，它有什么值得我們?nèi)W(xué)的地方呢？我們不應(yīng)該只因?yàn)樗匾W(xué)，我們更在意的是學(xué)完我們能學(xué)會(huì)什么，能讓我們獲得什么。

C 語言的設(shè)計(jì)

C 語言是 1972 年，由貝爾實(shí)驗(yàn)室的丹尼斯·里奇(Dennis Ritch)和肯·湯普遜(Ken Thompson)在開發(fā) UNIX 操作系統(tǒng)時(shí)設(shè)計(jì)了C語言。C 語言是一門流行的語言，它把計(jì)算機(jī)科學(xué)理論和工程實(shí)踐理論完美的融合在一起，使用戶能夠完成模塊化的編程和設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)理論：簡(jiǎn)稱 CS、是系統(tǒng)性研究信息與計(jì)算的理論基礎(chǔ)以及它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)的學(xué)科。

C 語言具有高效性

C 語言是一門高效性語言，它被設(shè)計(jì)用來充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，因此 C 語言程序運(yùn)行速度很快，C 語言能夠合理了使用內(nèi)存來獲得最大的運(yùn)行速度

C 語言具有可移植性

C 語言是一門具有可移植性的語言，這就意味著，對(duì)于在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫的 C 語言程序可以在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上輕松地運(yùn)行，從而極大的減少了程序移植的工作量。

C 語言特點(diǎn)

硬件

下面讓我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的示例來說明一下 C 語言

入門級(jí) C 語言程序

下面我們來看一個(gè)很簡(jiǎn)單的 C 語言程序，我覺得工具無所謂大家用著順手就行。

第一個(gè) C 語言程序

#include?<stdio.h>

int?main(int?argc,?const?char?*?argv[])?{
????printf("Hello,?World!n");
??
???printf("my?Name?is?cxuan?n")
????
????printf("number?=?%d?n",?number);
????
????return?0;
}

你可能不知道這段代碼是什么意思，不過別著急，我們先運(yùn)行一下看看結(jié)果。

這段程序輸出了 Hello,World! 和 My Name is cxuan，下面我們解釋一下各行代碼的含義。

首先，第一行的 #include <stdio.h>，這行代碼包含另一個(gè)文件，這一行告訴編譯器把 stdio.h 的內(nèi)容包含在當(dāng)前程序中。stdio.h 是 C 編譯器軟件包的標(biāo)準(zhǔn)部分，它能夠提供鍵盤輸入和顯示器輸出。

什么是 C 標(biāo)準(zhǔn)軟件包？C 是由 Dennis M 在1972年開發(fā)的通用，過程性，命令式計(jì)算機(jī)編程語言。C標(biāo)準(zhǔn)庫是一組 C 語言內(nèi)置函數(shù)，常量和頭文件，例如<stdio.h>，<stdlib.h>，<math.h>等。此庫將用作 C 程序員的參考手冊(cè)。

我們后面會(huì)介紹 stdio.h ，現(xiàn)在你知道它是什么就好。

在 stdio.h 下面一行代碼就是 main 函數(shù)。

C 程序能夠包含一個(gè)或多個(gè)函數(shù)，函數(shù)是 C 語言的根本，就和方法是 Java 的基本構(gòu)成一樣。main() 表示一個(gè)函數(shù)名，int 表示的是 main 函數(shù)返回一個(gè)整數(shù)。void 表明 main() 不帶任何參數(shù)。這些我們后面也會(huì)詳細(xì)說明，只需要記住 int 和 void 是標(biāo)準(zhǔn) ANSI C 定義 main() 的一部分(如果使用 ANSI C 之前的編譯器，請(qǐng)忽略 void)。

然后是 /*一個(gè)簡(jiǎn)單的 C 語言程序*/ 表示的是注釋，注釋使用 /**/ 來表示，注釋的內(nèi)容在兩個(gè)符號(hào)之間。這些符號(hào)能夠提高程序的可讀性。

注意：注釋只是為了幫助程序員理解代碼的含義，編譯器會(huì)忽略注釋

下面就是 { ，這是左花括號(hào)，它表示的是函數(shù)體的開始，而最后的右花括號(hào) } 表示函數(shù)體的結(jié)束。{ } 中間是書寫代碼的地方，也叫做代碼塊。

int number 表示的是將會(huì)使用一個(gè)名為 number 的變量，而且 number 是 int 整數(shù)類型。

number = 11 表示的是把值 11 賦值給 number 的變量。

printf(Hello,world!n); 表示調(diào)用一個(gè)函數(shù)，這個(gè)語句使用 printf() 函數(shù)，在屏幕上顯示 Hello,world ， printf() 函數(shù)是 C 標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)中的一種，它能夠把程序運(yùn)行的結(jié)果輸出到顯示器上。而代碼 n 表示的是 換行，也就是另起一行，把光標(biāo)移到下一行。

然后接下來的一行 printf() 和上面一行是一樣的，我們就不多說了。最后一行 printf() 有點(diǎn)意思，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè) %d 的語法，它的意思表示的是使用整形輸出字符串。

代碼塊的最后一行是 return 0，它可以看成是 main 函數(shù)的結(jié)束，最后一行是代碼塊 } ，它表示的是程序的結(jié)束。

好了，我們現(xiàn)在寫完了第一個(gè) C 語言程序，有沒有對(duì) C 有了更深的認(rèn)識(shí)呢？肯定沒有。。。這才哪到哪，繼續(xù)學(xué)習(xí)吧。

現(xiàn)在，我們可以歸納為 C 語言程序的幾個(gè)組成要素，如下圖所示

C 語言執(zhí)行流程

C 語言程序成為高級(jí)語言的原因是它能夠讀取并理解人們的思想。然而，為了能夠在系統(tǒng)中運(yùn)行 hello.c 程序，則各個(gè) C 語句必須由其他程序轉(zhuǎn)換為一系列低級(jí)機(jī)器語言指令。這些指令被打包作為可執(zhí)行對(duì)象程序，存儲(chǔ)在二進(jìn)制磁盤文件中。目標(biāo)程序也稱為可執(zhí)行目標(biāo)文件。

在 UNIX 系統(tǒng)中，從源文件到對(duì)象文件的轉(zhuǎn)換是由編譯器執(zhí)行完成的。

gcc?-o?hello?hello.c

gcc 編譯器驅(qū)動(dòng)從源文件讀取 hello.c ，并把它翻譯成一個(gè)可執(zhí)行文件 hello。這個(gè)翻譯過程可用如下圖來表示

這就是一個(gè)完整的 hello world 程序執(zhí)行過程，會(huì)涉及幾個(gè)核心組件：預(yù)處理器、編譯器、匯編器、連接器，下面我們逐個(gè)擊破。

預(yù)處理階段(Preprocessing phase)，預(yù)處理器會(huì)根據(jù)開始的 # 字符，修改源 C 程序。#include <stdio.h> 命令就會(huì)告訴預(yù)處理器去讀系統(tǒng)頭文件 stdio.h 中的內(nèi)容，并把它插入到程序作為文本。然后就得到了另外一個(gè) C 程序hello.i，這個(gè)程序通常是以 .i為結(jié)尾。

然后是 編譯階段(Compilation phase)，編譯器會(huì)把文本文件 hello.i 翻譯成文本hello.s，它包括一段匯編語言程序(assembly-language program)。

編譯完成之后是匯編階段(Assembly phase)，這一步，匯編器 as會(huì)把 hello.s 翻譯成機(jī)器指令，把這些指令打包成可重定位的二進(jìn)制程序(relocatable object program)放在 hello.c 文件中。它包含的 17 個(gè)字節(jié)是函數(shù) main 的指令編碼，如果我們?cè)谖谋揪庉嬈髦写蜷_ hello.o 將會(huì)看到一堆亂碼。

最后一個(gè)是鏈接階段(Linking phase)，我們的 hello 程序會(huì)調(diào)用 printf 函數(shù)，它是 C 編譯器提供的 C 標(biāo)準(zhǔn)庫中的一部分。printf 函數(shù)位于一個(gè)叫做 printf.o文件中，它是一個(gè)單獨(dú)的預(yù)編譯好的目標(biāo)文件，而這個(gè)文件必須要和我們的 hello.o 進(jìn)行鏈接，連接器(ld) 會(huì)處理這個(gè)合并操作。結(jié)果是，hello 文件，它是一個(gè)可執(zhí)行的目標(biāo)文件（或稱為可執(zhí)行文件），已準(zhǔn)備好加載到內(nèi)存中并由系統(tǒng)執(zhí)行。

你需要理解編譯系統(tǒng)做了什么

對(duì)于上面這種簡(jiǎn)單的 hello 程序來說，我們可以依賴編譯系統(tǒng)(compilation system)來提供一個(gè)正確和有效的機(jī)器代碼。然而，對(duì)于我們上面講的程序員來說，編譯器有幾大特征你需要知道

優(yōu)化程序性能(Optimizing program performance)

理解鏈接時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤(Understanding link-time errors)

避免安全漏洞(Avoiding security holes)

緩沖區(qū)溢出(buffer overflow vulnerabilities)

是造成網(wǎng)絡(luò)和 Internet 服務(wù)的罪魁禍?zhǔn)祝晕覀冇斜匾ヒ?guī)避這種問題。

系統(tǒng)硬件組成

為了理解 hello 程序在運(yùn)行時(shí)發(fā)生了什么，我們需要首先對(duì)系統(tǒng)的硬件有一個(gè)認(rèn)識(shí)。下面這是一張 Intel 系統(tǒng)產(chǎn)品的模型，我們來對(duì)其進(jìn)行解釋

總線(Buses)

字(word)

。字中的字節(jié)數(shù)（字長(zhǎng)）是一個(gè)基本的系統(tǒng)參數(shù)，各個(gè)系統(tǒng)中都不盡相同?，F(xiàn)在大部分的字都是 4 個(gè)字節(jié)（32 位）或者 8 個(gè)字節(jié)（64 位）。

I/O 設(shè)備(I/O Devices)：Input/Output 設(shè)備是系統(tǒng)和外部世界的連接。上圖中有四類 I/O 設(shè)備：用于用戶輸入的鍵盤和鼠標(biāo)，用于用戶輸出的顯示器，一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)用來長(zhǎng)時(shí)間的保存數(shù)據(jù)和程序。剛開始的時(shí)候，可執(zhí)行程序就保存在磁盤上。

每個(gè)I/O 設(shè)備連接 I/O 總線都被稱為控制器(controller) 或者是 適配器(Adapter)?？刂破骱瓦m配器之間的主要區(qū)別在于封裝方式。控制器是 I/O 設(shè)備本身或者系統(tǒng)的主印制板電路（通常稱作主板）上的芯片組。而適配器則是一塊插在主板插槽上的卡。無論組織形式如何，它們的最終目的都是彼此交換信息。

主存(Main Memory)，主存是一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備，而不是永久性存儲(chǔ)，磁盤是 永久性存儲(chǔ) 的設(shè)備。主存既保存程序，又保存處理器執(zhí)行流程所處理的數(shù)據(jù)。從物理組成上說，主存是由一系列 DRAM(dynamic random access memory) 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)構(gòu)成的集合。邏輯上說，內(nèi)存就是一個(gè)線性的字節(jié)數(shù)組，有它唯一的地址編號(hào)，從 0 開始。一般來說，組成程序的每條機(jī)器指令都由不同數(shù)量的字節(jié)構(gòu)成，C 程序變量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的大小根據(jù)類型進(jìn)行變化。比如，在 Linux 的 x86-64 機(jī)器上，short 類型的數(shù)據(jù)需要 2 個(gè)字節(jié)，int 和 float 需要 4 個(gè)字節(jié)，而 long 和 double 需要 8 個(gè)字節(jié)。

處理器(Processor)，CPU(central processing unit) ?或者簡(jiǎn)單的處理器，是解釋（并執(zhí)行）存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器中的指令的引擎。處理器的核心大小為一個(gè)字的存儲(chǔ)設(shè)備（或寄存器），稱為程序計(jì)數(shù)器(PC)。在任何時(shí)刻，PC 都指向主存中的某條機(jī)器語言指令（即含有該條指令的地址）。

從系統(tǒng)通電開始，直到系統(tǒng)斷電，處理器一直在不斷地執(zhí)行程序計(jì)數(shù)器指向的指令，再更新程序計(jì)數(shù)器，使其指向下一條指令。處理器根據(jù)其指令集體系結(jié)構(gòu)定義的指令模型進(jìn)行操作。在這個(gè)模型中，指令按照嚴(yán)格的順序執(zhí)行，執(zhí)行一條指令涉及執(zhí)行一系列的步驟。處理器從程序計(jì)數(shù)器指向的內(nèi)存中讀取指令，解釋指令中的位，執(zhí)行該指令指示的一些簡(jiǎn)單操作，然后更新程序計(jì)數(shù)器以指向下一條指令。指令與指令之間可能連續(xù)，可能不連續(xù)（比如 jmp 指令就不會(huì)順序讀?。?/p>

下面是 CPU 可能執(zhí)行簡(jiǎn)單操作的幾個(gè)步驟

加載(Load)：從主存中拷貝一個(gè)字節(jié)或者一個(gè)字到內(nèi)存中，覆蓋寄存器先前的內(nèi)容

存儲(chǔ)(Store)：將寄存器中的字節(jié)或字復(fù)制到主存儲(chǔ)器中的某個(gè)位置，從而覆蓋該位置的先前內(nèi)容

操作(Operate)：把兩個(gè)寄存器的內(nèi)容復(fù)制到 ALU(Arithmetic logic unit)。把兩個(gè)字進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，并把結(jié)果存儲(chǔ)在寄存器中，重寫寄存器先前的內(nèi)容。

算術(shù)邏輯單元（ALU）是對(duì)數(shù)字二進(jìn)制數(shù)執(zhí)行算術(shù)和按位運(yùn)算的組合數(shù)字電子電路。

跳轉(zhuǎn)(jump)

程序計(jì)數(shù)器(PC)

中，覆蓋原來的值

剖析 hello 程序的執(zhí)行過程

前面我們簡(jiǎn)單的介紹了一下計(jì)算機(jī)的硬件的組成和操作，現(xiàn)在我們正式介紹運(yùn)行示例程序時(shí)發(fā)生了什么，我們會(huì)從宏觀的角度進(jìn)行描述，不會(huì)涉及到所有的技術(shù)細(xì)節(jié)

剛開始時(shí)，shell 程序執(zhí)行它的指令，等待用戶鍵入一個(gè)命令。當(dāng)我們?cè)阪I盤上輸入了 ./hello 這幾個(gè)字符時(shí)，shell 程序?qū)⒆址鹨蛔x入寄存器，再把它放到內(nèi)存中，如下圖所示

當(dāng)我們?cè)阪I盤上敲擊回車鍵的時(shí)候，shell 程序就知道我們已經(jīng)結(jié)束了命令的輸入。然后 shell 執(zhí)行一系列指令來加載可執(zhí)行的 hello 文件，這些指令將目標(biāo)文件中的代碼和數(shù)據(jù)從磁盤復(fù)制到主存。

利用 DMA(Direct Memory Access) 技術(shù)可以直接將磁盤中的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存中，如下

一旦目標(biāo)文件中 hello 中的代碼和數(shù)據(jù)被加載到主存，處理器就開始執(zhí)行 hello 程序的 main 程序中的機(jī)器語言指令。這些指令將 hello,worldn 字符串中的字節(jié)從主存復(fù)制到寄存器文件，再?gòu)募拇嫫髦袕?fù)制到顯示設(shè)備，最終顯示在屏幕上。如下所示

高速緩存是關(guān)鍵

上面我們介紹完了一個(gè) hello 程序的執(zhí)行過程，系統(tǒng)花費(fèi)了大量時(shí)間把信息從一個(gè)地方搬運(yùn)到另外一個(gè)地方。hello 程序的機(jī)器指令最初存儲(chǔ)在磁盤上。當(dāng)程序加載后，它們會(huì)拷貝到主存中。當(dāng) CPU 開始運(yùn)行時(shí)，指令又從內(nèi)存復(fù)制到 CPU 中。同樣的，字符串?dāng)?shù)據(jù) hello,world n 最初也是在磁盤上，它被復(fù)制到內(nèi)存中，然后再到顯示器設(shè)備輸出。從程序員的角度來看，這種復(fù)制大部分是開銷，這減慢了程序的工作效率。因此，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，最主要的一個(gè)工作是讓程序運(yùn)行的越來越快。

由于物理定律，較大的存儲(chǔ)設(shè)備要比較小的存儲(chǔ)設(shè)備慢。而由于寄存器和內(nèi)存的處理效率在越來越大，所以針對(duì)這種差異，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者采用了更小更快的存儲(chǔ)設(shè)備，稱為高速緩存存儲(chǔ)器(cache memory, 簡(jiǎn)稱為 cache 高速緩存)，作為暫時(shí)的集結(jié)區(qū)域，存放近期可能會(huì)需要的信息。如下圖所示

圖中我們標(biāo)出了高速緩存的位置，位于高速緩存中的 L1高速緩存容量可以達(dá)到數(shù)萬字節(jié)，訪問速度幾乎和訪問寄存器文件一樣快。容量更大的 L2 高速緩存通過一條特殊的總線鏈接 CPU，雖然 L2 緩存比 L1 緩存慢 5 倍，但是仍比內(nèi)存要哦快 5 - 10 倍。L1 和 L2 是使用一種靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SRAM) 的硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。最新的、處理器更強(qiáng)大的系統(tǒng)甚至有三級(jí)緩存：L1、L2 和 L3。系統(tǒng)可以獲得一個(gè)很大的存儲(chǔ)器，同時(shí)訪問速度也更快，原因是利用了高速緩存的 局部性原理。

Again：入門程序細(xì)節(jié)

現(xiàn)在，我們來探討一下入門級(jí)程序的細(xì)節(jié)，由淺入深的來了解一下 C 語言的特性。

#include<stdio.h>

我們上面說到，#include<stdio.h> 是程序編譯之前要處理的內(nèi)容，稱為編譯預(yù)處理命令。

預(yù)處理命令是在編譯之前進(jìn)行處理。預(yù)處理程序一般以 # 號(hào)開頭。

所有的 C 編譯器軟件包都提供 stdio.h 文件。該文件包含了給編譯器使用的輸入和輸出函數(shù)，比如 println() 信息。該文件名的含義是標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出頭文件。通常，在 C 程序頂部的信息集合被稱為 頭文件(header)。

C 的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由 ANSI 發(fā)布的。雖然這份文檔后來被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)采納并且 ISO 發(fā)布的修訂版也被 ANSI 采納了，但名稱 ANSI C(而不是 ISO C) 仍被廣泛使用。一些軟件開發(fā)者使用ISO C，還有一些使用 Standard C。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫

除了 <sdtio.h> 外，C 標(biāo)準(zhǔn)庫還包括下面這些頭文件

<assert.h>

提供了一個(gè)名為 assert 的關(guān)鍵字，它用于驗(yàn)證程序作出的假設(shè)，并在假設(shè)為假輸出診斷消息。

<ctype.h>

C 標(biāo)準(zhǔn)庫的 ctype.h 頭文件提供了一些函數(shù)，可以用于測(cè)試和映射字符。

這些字符接受 int 作為參數(shù)，它的值必須是 EOF 或者是一個(gè)無符號(hào)字符

EOF是一個(gè)計(jì)算機(jī)術(shù)語，為 End Of File 的縮寫，在操作系統(tǒng)中表示資料源無更多的資料可讀取。資料源通常稱為檔案或串流。通常在文本的最后存在此字符表示資料結(jié)束。

<errno.h>

C 標(biāo)準(zhǔn)庫的 errno.h 頭文件定義了整數(shù)變量 errno，它是通過系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置的，這些庫函數(shù)表明了什么發(fā)生了錯(cuò)誤。

<float.h>

C 標(biāo)準(zhǔn)庫的 float.h 頭文件包含了一組與浮點(diǎn)值相關(guān)的依賴于平臺(tái)的常量。

<limits.h>

limits.h 頭文件決定了各種變量類型的各種屬性。定義在該頭文件中的宏限制了各種變量類型（比如 char、int 和 long）的值。

<locale.h>

locale.h 頭文件定義了特定地域的設(shè)置，比如日期格式和貨幣符號(hào)

<math.h>

math.h 頭文件定義了各種數(shù)學(xué)函數(shù)和一個(gè)宏。在這個(gè)庫中所有可用的功能都帶有一個(gè) double 類型的參數(shù)，且都返回 double 類型的結(jié)果。

<setjmp.h>

setjmp.h 頭文件定義了宏 setjmp()、函數(shù) longjmp() 和變量類型 jmp_buf，該變量類型會(huì)繞過正常的函數(shù)調(diào)用和返回規(guī)則。

<signal.h>

signal.h 頭文件定義了一個(gè)變量類型 sig_atomic_t、兩個(gè)函數(shù)調(diào)用和一些宏來處理程序執(zhí)行期間報(bào)告的不同信號(hào)。

<stdarg.h>

stdarg.h 頭文件定義了一個(gè)變量類型 va_list 和三個(gè)宏，這三個(gè)宏可用于在參數(shù)個(gè)數(shù)未知（即參數(shù)個(gè)數(shù)可變）時(shí)獲取函數(shù)中的參數(shù)。

<stddef.h>

stddef .h 頭文件定義了各種變量類型和宏。這些定義中的大部分也出現(xiàn)在其它頭文件中。

<stdlib.h>

stdlib .h 頭文件定義了四個(gè)變量類型、一些宏和各種通用工具函數(shù)。

<string.h>

string .h 頭文件定義了一個(gè)變量類型、一個(gè)宏和各種操作字符數(shù)組的函數(shù)。

<time.h>

time.h 頭文件定義了四個(gè)變量類型、兩個(gè)宏和各種操作日期和時(shí)間的函數(shù)。

main() 函數(shù)

main 函數(shù)聽起來像是調(diào)皮搗蛋的孩子故意給方法名起一個(gè) 主要的 方法，來告訴他人他才是這個(gè)世界的中心。但事實(shí)卻不是這樣，而 main() 方法確實(shí)是世界的中心。

C 語言程序一定從 main() 函數(shù)開始執(zhí)行，除了 main() 函數(shù)外，你可以隨意命名其他函數(shù)。通常，main 后面的 () 中表示一些傳入信息，我們上面的那個(gè)例子中沒有傳遞信息，因?yàn)閳A括號(hào)中的輸入是 void 。

除了上面那種寫法外，還有兩種 main 方法的表示方式，一種是 void main(){} ，一種是 int main(int argc, char* argv[]) {}

void main() 聲明了一個(gè)帶有不確定參數(shù)的構(gòu)造方法int main(int argc, char* argv[]) {} 其中的 argc 是一個(gè)非負(fù)值，表示從運(yùn)行程序的環(huán)境傳遞到程序的參數(shù)數(shù)量。它是指向 argc + 1 指針數(shù)組的第一個(gè)元素的指針，其中最后一個(gè)為null，而前一個(gè)（如果有的話）指向表示從主機(jī)環(huán)境傳遞給程序的參數(shù)的字符串。如果argv [0]不是空指針（或者等效地，如果argc> 0），則指向表示程序名稱的字符串，如果在主機(jī)環(huán)境中無法使用程序名稱，則該字符串為空。

注釋

在程序中，使用 /**/ 的表示注釋，注釋對(duì)于程序來說沒有什么實(shí)際用處，但是對(duì)程序員來說卻非常有用，它能夠幫助我們理解程序，也能夠讓他人看懂你寫的程序，我們?cè)陂_發(fā)工作中，都非常反感不寫注釋的人，由此可見注釋非常重要。

C 語言注釋的好處是，它可以放在任意地方，甚至代碼在同一行也沒關(guān)系。較長(zhǎng)的注釋可以多行表示，我們使用 /**/ 表示多行注釋，而 // 只表示的是單行注釋。下面是幾種注釋的表示形式

//?這是一個(gè)單行注釋

/*?多行注釋用一行表示?*/

/*
??多行注釋用多行表示
????多行注釋用多行表示
??????多行注釋用多行表示
????????多行注釋用多行表示

*/

函數(shù)體

在頭文件、main 方法后面的就是函數(shù)體（注釋一般不算），函數(shù)體就是函數(shù)的執(zhí)行體，是你編寫大量代碼的地方。

變量聲明

在我們?nèi)腴T級(jí)的代碼中，我們聲明了一個(gè)名為 number 的變量，它的類型是 int，這行代碼叫做 聲明，聲明是 C 語言最重要的特性之一。這個(gè)聲明完成了兩件事情：定義了一個(gè)名為 number 的變量，定義 number 的具體類型。

int 是 C 語言的一個(gè) 關(guān)鍵字(keyword)，表示一種基本的 C 語言數(shù)據(jù)類型。關(guān)鍵字是用于語言定義的。不能使用關(guān)鍵字作為變量進(jìn)行定義。

示例中的 number 是一個(gè) 標(biāo)識(shí)符(identifier)，也就是一個(gè)變量、函數(shù)或者其他實(shí)體的名稱。

###變量賦值

在入門例子程序中，我們聲明了一個(gè) number 變量，并為其賦值為 11，賦值是 C 語言的基本操作之一。這行代碼的意思就是把值 1 賦給變量 number。在執(zhí)行 int number 時(shí)，編譯器會(huì)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中為變量 number 預(yù)留空間，然后在執(zhí)行這行賦值表達(dá)式語句時(shí)，把值存儲(chǔ)在之前預(yù)留的位置?？梢越o number 賦不同的值，這就是 number 之所以被稱為 變量(variable) 的原因。

printf 函數(shù)

在入門例子程序中，有三行 printf()，這是 ?C 語言的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。圓括號(hào)中的內(nèi)容是從 main 函數(shù)傳遞給 printf 函數(shù)的。參數(shù)分為兩種：實(shí)際參數(shù)(actual argument) 和 形式參數(shù)(formal parameters)。我們上面提到的 printf 函數(shù)括號(hào)中的內(nèi)容，都是實(shí)參。

return 語句

在入門例子程序中，return 語句是最后一條語句。int main(void) 中的 int 表明 main() 函數(shù)應(yīng)返回一個(gè)整數(shù)。有返回值的 C 函數(shù)要有 return 語句，沒有返回值的程序也建議大家保留 return 關(guān)鍵字，這是一種好的習(xí)慣或者說統(tǒng)一的編碼風(fēng)格。

分號(hào)

在 C 語言中，每一行的結(jié)尾都要用 ; 進(jìn)行結(jié)束，它表示一個(gè)語句的結(jié)束，如果忘記或者會(huì)略分號(hào)會(huì)被編譯器提示錯(cuò)誤。

關(guān)鍵字

下面是 C 語言中的關(guān)鍵字，C 語言的關(guān)鍵字一共有 32 個(gè)，根據(jù)其作用不同進(jìn)行劃分

數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字

數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵字主要有 12 個(gè)，分別是

char: 聲明字符型變量或函數(shù)

double: 聲明雙精度變量或函數(shù)

float: 聲明浮點(diǎn)型變量或函數(shù)

int: 聲明整型變量或函數(shù)

long: 聲明長(zhǎng)整型變量或函數(shù)

short: 聲明短整型變量或函數(shù)

signed: 聲明有符號(hào)類型變量或函數(shù)

_Bool: ?聲明布爾類型

_Complex：聲明復(fù)數(shù)

_Imaginary: 聲明虛數(shù)

unsigned: 聲明無符號(hào)類型變量或函數(shù)

void: 聲明函數(shù)無返回值或無參數(shù)，聲明無類型指針

控制語句關(guān)鍵字

控制語句循環(huán)的關(guān)鍵字也有 12 個(gè)，分別是

循環(huán)語句

for: for 循環(huán)，使用的最多

do：循環(huán)語句的前提條件循環(huán)體

while：循環(huán)語句的循環(huán)條件

break: 跳出當(dāng)前循環(huán)

continue：結(jié)束當(dāng)前循環(huán)，開始下一輪循環(huán)

條件語句

if：條件語句的判斷條件

else: 條件語句的否定分支，與 if 連用

goto: 無條件跳轉(zhuǎn)語句

開關(guān)語句

switch: 用于開關(guān)語句

case：開關(guān)語句的另外一種分支

default: 開關(guān)語句中的其他分支

返回語句

retur：子程序返回語句（可以帶參數(shù)，也看不帶參數(shù)）

存儲(chǔ)類型關(guān)鍵字

auto: 聲明自動(dòng)變量一般不使用

extern: 聲明變量是在其他文件正聲明（也可以看做是引用變量）

register: 聲明寄存器變量

static: 聲明靜態(tài)變量

其他關(guān)鍵字

const: 聲明只讀變量

sizeof: 計(jì)算數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度

typedef: 用以給數(shù)據(jù)類型取別名

volatile: 說明變量在程序執(zhí)行中可被隱含地改變

C 中的數(shù)據(jù)

我們?cè)诹私馔晟厦娴娜腴T例子程序后，下面我們就要全面認(rèn)識(shí)一下 C 語言程序了，首先我們先來認(rèn)識(shí)一下 C 語言最基本的變量與常量。

變量和常量

變量和常量是程序處理的兩種基本對(duì)象。

有些數(shù)據(jù)類型在程序使用之前就已經(jīng)被設(shè)定好了，在整個(gè)過程中沒有變化（這段話描述不準(zhǔn)確，但是為了通俗易懂，暫且這么描述），這種數(shù)據(jù)被稱為常量(constant)。另外一種數(shù)據(jù)類型在程序執(zhí)行期間可能會(huì)發(fā)生改變，這種數(shù)據(jù)類型被稱為 變量(variable)。例如 int number 就是一個(gè)變量，而3.1415 就是一個(gè)常量，因?yàn)?int number 一旦聲明出來，你可以對(duì)其任意賦值，而 3.1415 一旦聲明出來，就不會(huì)再改變。

變量名

有必要在聊數(shù)據(jù)類型之前先說一說變量名的概念。變量名是由字母和數(shù)字組成的序列，第一個(gè)字符必須是字母。在變量名的命名過程中，下劃線 _ 被看作字母，下劃線一般用于名稱較長(zhǎng)的變量名，這樣能夠提高程序的可讀性。變量名通常不會(huì)以下劃線來開頭。在 C 中，大小寫是有區(qū)別的，也就是說，a 和 A 完全是兩個(gè)不同的變量。一般變量名使用小寫字母，符號(hào)常量（#define 定義的）全都使用大寫。選擇變量名的時(shí)候，盡量能夠從字面上描述出變量的用途，切忌起這種 abc 毫無意義的變量。

還需要注意一般局部變量都會(huì)使用較短的變量名，外部變量使用較長(zhǎng)的名字。

數(shù)據(jù)類型

在了解數(shù)據(jù)類型之前，我們需要先了解一下這些概念位、字節(jié)和字。

位、字節(jié)和字都是對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元的描述。在計(jì)算機(jī)世界中，最小的單元是 位(bit)，一個(gè)位就表示一個(gè) 0 或 1，一般當(dāng)你的小伙伴問你的電腦是 xxx 位，常見的有 32 位或者 64 位，這里的位就指的是比特，比特就是 bit 的中文名稱，所以這里的 32 位或者 64 位指的就是 32 bit 或者 64 bit。字節(jié)是基本的存儲(chǔ)單元，基本存儲(chǔ)單元說的是在計(jì)算機(jī)中都是按照字節(jié)來存儲(chǔ)的，一個(gè)字節(jié)等于 8 位，即 1 byte = 8 bit。字是自然存儲(chǔ)單位，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，一個(gè)字等于 2 字節(jié)。

C 語言的數(shù)據(jù)類型有很多，下面我們就來依次介紹一下。

整型

C 語言中的整型用 int 來表示，可以是正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零。在不同位數(shù)的計(jì)算機(jī)中其取值范圍也不同。不過在 32 位和 64 位計(jì)算機(jī)中，int 的取值范圍是都是 2^32 ，也就是 -2147483648 ~ +2147483647，無符號(hào)類型的取值范圍是 0 ~ 4294967295。

整型以二進(jìn)制整數(shù)存儲(chǔ)，分為有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)兩種形態(tài)，有符號(hào)數(shù)可以存儲(chǔ)正整數(shù)、負(fù)整數(shù)和零；無符號(hào)只能存儲(chǔ)正整數(shù)和零。

可以使用 printf 打印出來 int 類型的值，如下代碼所示。

#include?<stdio.h>?
int?main(){
?int?a?=?-5;
?printf("%dn",a);
?
?unsigned?int?b?=?6;
?printf("%dn",b);
?
}

C 語言還提供 3 個(gè)附屬關(guān)鍵字修飾整數(shù)類型，即 short、long 和 unsigned。

可能

比 int 類型多，適合用于數(shù)值較大的場(chǎng)景。long long int 或者 long long（C99 加入）占用的存儲(chǔ)空間比 long 多，適用于數(shù)值更大的場(chǎng)合，至少占用 64 位，與 int 類似，long long 也是有符號(hào)類型。unsigned int 或 unsigned 只用于非負(fù)值的場(chǎng)景，這種類型的取值范圍有所不同，比如 16 位的 unsigned int 表示的范圍是 0 ~ 65535 ，而不是 -32768 ~ 32767。在 C90 標(biāo)準(zhǔn)中，添加了 unsigned long int 或者 unsigned long 和 unsigned short int 或 unsigned short 類型，在 C99 中又添加了 unsigned long long int 或者 unsigned long long 。在任何有符號(hào)類型前面加 signed ，可強(qiáng)調(diào)使用有符號(hào)類型的意圖。比如 short、short int、signed short、signed short int 都表示一種類型。

比如上面這些描述可以用下面這些代碼來聲明：

long?int?lia;
long?la;
long?long?lla;
short?int?sib;
short?sb;
unsigned?int?uic;
unsigned?uc;
unsigned?long?uld;
unsigned?short?usd;

這里需要注意一點(diǎn)，unsigned 定義的變量，按照 printf 格式化輸出時(shí)，是能夠顯示負(fù)值的，為什么呢？不是 unsigned 修飾的值不能是負(fù)值啊，那是因?yàn)?unsigned 修飾的變量，在計(jì)算時(shí)會(huì)有用，輸出沒什么影響，這也是 cxuan 剛開始學(xué)習(xí)的時(shí)候踩的坑。

我們學(xué)過 Java 的同學(xué)剛開始都對(duì)這些定義覺得莫名其妙，為什么一個(gè) C 語言要對(duì)數(shù)據(jù)類型有這么多定義？C 語言真麻煩，我不學(xué)了！

千萬不要有這種想法，如果有這種想法的同學(xué)，你一定是被 JVM 保護(hù)的像個(gè)孩子！我必須從現(xiàn)在開始糾正你的這個(gè)想法，因?yàn)?Java 有 JVM 的保護(hù)，很多特性都做了優(yōu)化，而 C 就像個(gè)沒有傘的孩子，它必須自己和這個(gè)世界打交道！

上面在說 short int 和 long int 的時(shí)候，都加了一個(gè)可能，怎么，難道 short int 和 long int 和 int 還不一樣嗎？

這里就是 C 語言數(shù)據(jù)類型一個(gè)獨(dú)特的風(fēng)格。

為什么說可能，這是由于 C 語言為了適配不同的機(jī)器來設(shè)定的語法規(guī)則，在早起的計(jì)算機(jī)上，int 類型和 short 類型都占 16 位，long 類型占 32 位，在后來的計(jì)算機(jī)中，都采用了 16 位存儲(chǔ) short 類型，32 位存儲(chǔ) int 類型和 long 類型，現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)普遍使用 64 位 CPU，為了存儲(chǔ) 64 位整數(shù)，才引入了 long long 類型。所以，一般現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)上常見的設(shè)置是 long long 占用 64 位，long 占用 32 位，short 占用 16 位，int 占用 16 位或者 32 位。

char 類型

char 類型一般用于存儲(chǔ)字符，表示方法如下

char?a?=?'x';
char?b?=?'y';

char 被稱為字符類型，只能用單引號(hào) '' 來表示，而不能用雙引號(hào) “” 來表示，這和字符串的表示形式相反。

char 雖然表示字符，但是 char 實(shí)際上存儲(chǔ)的是整數(shù)而不是字符，計(jì)算機(jī)一般使用 ASCII 來處理字符，標(biāo)準(zhǔn) ASCII 碼的范圍是 0 - 127 ，只需 7 位二進(jìn)制數(shù)表示即可。C 語言中規(guī)定 char 占用 1 字節(jié)。

其實(shí)整型和字符型是相通的，他們?cè)趦?nèi)存中的存儲(chǔ)本質(zhì)是相通的，編譯器發(fā)現(xiàn) char ，就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為整數(shù)存儲(chǔ)，相反的，如果給 int 類型賦值英文字符，也會(huì)轉(zhuǎn)換成整數(shù)存儲(chǔ)，如下代碼

#include?<stdio.h>

int?main(){
?char?a?=?'x';
?int?b;
?b?=?'y';
?
?printf("%dn%dn",a,b);
}

輸出

120

121

所以，int 和 char 只是存儲(chǔ)的范圍不同，整型可以是 2 字節(jié)，4 字節(jié)，8 字節(jié)，而字符型只占 1 字節(jié)。

有些 C 編譯器把 char 實(shí)現(xiàn)為有符號(hào)類型，這意味著 char 可表示的范圍是 -128 ~ 127，而有些編譯器把 char 實(shí)現(xiàn)為無符號(hào)類型，這種情況下 char 可表示的范圍是 0 - 255。signed char 表示的是有符號(hào)類型，unsigned char 表示的是無符號(hào)類型。

_Bool 類型

_Bool 類型是 C99 新增的數(shù)據(jù)類型，用于表示布爾值。也就是邏輯值 true 和 false。在 C99 之前，都是用 int 中的 1 和 0 來表示。所以 _Bool 在某種程度上也是一種數(shù)據(jù)類型。表示 0 和 1 的話，用 1 bit（位）表示就夠了。

float、double 和 long double

整型對(duì)于大多數(shù)軟件開發(fā)項(xiàng)目而言就已經(jīng)夠用了。然而，在金融領(lǐng)域和數(shù)學(xué)領(lǐng)域還經(jīng)常使用浮點(diǎn)數(shù)。C 語言中的浮點(diǎn)數(shù)有 float、double 和 long double 類型。浮點(diǎn)數(shù)類型能夠表示包括小數(shù)在內(nèi)更大范圍的數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)能表示小數(shù)，而且表示范圍比較大。浮點(diǎn)數(shù)的表示類似于科學(xué)技術(shù)法。下面是一些科學(xué)記數(shù)法示例:

數(shù)字	科學(xué)記數(shù)法	指數(shù)記數(shù)法
1000000000	1 * 10^9	1.0e9
456000	4.56 * 10^5	4.56e5
372.85	3.7285 * 10 ^ 2	3.7285e2
0.0025	2.5 * 10 ^ -3	2.5e-3

C 規(guī)定 float 類型必須至少能表示 6 位有效數(shù)字，而且取值范圍至少是 10^-37 ~ 10^+37。通常情況下，系統(tǒng)存儲(chǔ)一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)要占用 32 位。

C 提供的另一種浮點(diǎn)類型是 double(雙精度類型)。一般來說，double 占用的是 64 位而不是 32 位。

C 提供的第三種類型是 long double ，用于滿足比 double 類型更高的精度要求。不過，C 只保證了 long double 類型至少與 double 類型相同。

浮點(diǎn)數(shù)的聲明方式和整型類似，下面是一些浮點(diǎn)數(shù)的聲明方式。

#include?<stdio.h>

int?main(){

?float?aboat?=?2100.0;
?double?abet?=?2.14e9;
?long?double?dip?=?5.32e-5;
?
?printf("%fn",?aboat);
?printf("%en",?abet);
?printf("%Lfn",?dip);
?
}

printf() 函數(shù)使用 %f 轉(zhuǎn)換說明打印十進(jìn)制計(jì)數(shù)法的 float 和 double 類型浮點(diǎn)數(shù)，用 %e 打印指數(shù)記數(shù)法的浮點(diǎn)數(shù)。打印 long double 類型要使用 %Lf 轉(zhuǎn)換說明。

關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)，還需要注意其上溢和下溢的問題。

上溢指的是是指由于數(shù)字過大，超過當(dāng)前類型所能表示的范圍，如下所示

float?toobig?=?3.4E38?*?100.0f;
printf("%en",toobig);

輸出的內(nèi)容是 inf，這表示 toobig 的結(jié)果超過了其定義的范圍，C 語言就會(huì)給 toobig 賦一個(gè)表示無窮大的特定值，而且 printf 顯示值為 inf 或者 infinity 。

下溢：是指由于數(shù)值太小，低于當(dāng)前類型所能表示的最小的值，計(jì)算機(jī)就只好把尾數(shù)位向右移，空出第一個(gè)二進(jìn)制位，但是與此同時(shí)，卻損失了原來末尾有效位上面的數(shù)字，這種情況就叫做下溢。比如下面這段代碼

float?toosmall?=?0.1234e-38/10;
printf("%en",?toosmall);

復(fù)數(shù)和虛數(shù)類型

許多科學(xué)和工程計(jì)算都需要用到復(fù)數(shù)和虛數(shù)，C99 標(biāo)準(zhǔn)支持復(fù)數(shù)類型和虛數(shù)類型，C 語言中有 3 種復(fù)數(shù)類型：float _Complex、double _Complex 和 long double ?_Complex。

C 語言提供的 3 種虛數(shù)類型：float _Imaginary、 double _Imaginary 和 long double _Imaginary。

如果包含 complex.h 頭文件的話，便可使用 complex 替換 _Complex，用 imaginary 替代 _Imaginary。

其他類型

除了上述我們介紹過的類型之外，C 語言中還有其他類型，比如數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)和聯(lián)合，雖然 C 語言沒有字符串類型，但是 C 語言卻能夠很好的處理字符串。

常量

在很多情況下我們需要常量，在整個(gè)程序的執(zhí)行過程中，其值不會(huì)發(fā)生改變，比如一天有 24 個(gè)小時(shí)，最大緩沖區(qū)的大小，滑動(dòng)窗口的最大值等。這些固定的值，即稱為常量，又可以叫做字面量。

常量也分為很多種，整型常量，浮點(diǎn)型常量，字符常量，字符串常量，下面我們分別來介紹

整數(shù)常量

整數(shù)常量可以表示為十進(jìn)制、八進(jìn)制或十六進(jìn)制。前綴指定基數(shù)：0x 或 0X 表示十六進(jìn)制，0 表示八進(jìn)制，不帶前綴則默認(rèn)表示十進(jìn)制。整數(shù)常量也可以帶一個(gè)后綴，后綴是 U 和 L 的組合，U 表示無符號(hào)整數(shù)（unsigned），L 表示長(zhǎng)整數(shù)（long）。

330?????????/*?合法的?*/
315u????????/*?合法的?*/
0xFeeL??????/*?合法的?*/
048?????????/*?非法的：8 進(jìn)制不能定義 8 */

浮點(diǎn)型常量

浮點(diǎn)型常量由整數(shù)部分、小數(shù)點(diǎn)、小數(shù)部分和指數(shù)部分組成。你可以使用小數(shù)形式或者指數(shù)形式來表示浮點(diǎn)常量。

當(dāng)使用小數(shù)形式表示時(shí)，必須包含整數(shù)部分、小數(shù)部分，或同時(shí)包含兩者。當(dāng)使用指數(shù)形式表示時(shí)，必須包含小數(shù)點(diǎn)、指數(shù)，或同時(shí)包含兩者。帶符號(hào)的指數(shù)是用 e 或 E 引入的。

3.14159???????/*?合法的?*/
314159E-5L????/*?合法的?*/
510E??????????/*?非法的：不完整的指數(shù)?*/
210f??????????/*?非法的：沒有小數(shù)或指數(shù)?*/

字符常量

C 語言中的字符常量使用單引號(hào)（即撇號(hào)）括起來的一個(gè)字符。如‘a(chǎn)’，‘x’，'D'，‘?’，‘$’ 等都是字符常量。注意，‘a(chǎn)’ 和 ‘A’ 是不同的字符常量。

除了以上形式的字符常量外，C 還允許用一種特殊形式的字符常量，就是以一個(gè) “” 開頭的字符序列。例如，前面已經(jīng)遇到過的，在 printf 函數(shù)中的‘n’，它代表一個(gè)換行符。這是一種控制字符，在屏幕上是不能顯示的。

常用的以 “” 開頭的特殊字符有

表中列出的字符稱為“轉(zhuǎn)義字符”，意思是將反斜杠（）后面的字符轉(zhuǎn)換成另外的意義。如 ‘n’ 中的 “n” 不代表字母 n 而作為“換行”符。

表中最后第 2 行是用ASCII碼（八進(jìn)制數(shù)）表示一個(gè)字符，例如 ‘101’ 代表 ASCII 碼（十進(jìn)制數(shù)）為 65 的字符 “A”?！?footer>

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