【C语言】自学终极笔记

SarPro

发布于 2024-02-20 15:50:35

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发布于 2024-02-20 15:50:35

文章被收录于专栏：【计网】Cisco

⛳️1. 第一章程序设计和C语言

1.1 基本知识

程序：一组计算机能识别和执行的指令。

计算机语言：计算机和人都能识别的语言。

C语言是在B语言的基础上发展而来。

计算机语言发展阶段：

机器语言：计算机能直接识别和接受的二进制代码的集合（即机器指令的集合）。
符号语言（或汇编语言）：使用英语字母和数字表示指令，再通过汇编语言将其转换为机器语言。如ADD表示“+”...
高级语言：使用英文单词表示语句和指令，需要编译程序将源程序（高级程序）转换为目标程序（机器指令程序）。

C语言特点：

语言简洁，使用方便灵活
运算符丰富
数据类型丰富
程序可移植性好
允许直接访问物理地址，进行位操作
生成的目标代码质量高，程序执行效率高

函数包括：函数首部（第一行）+函数体（‘{’+内容+‘}‘），函数体=函数声明（即函数原型）+执行部分。

注意易错：

每个C程序有且仅有一个main函数，程序从main函数开始执行且结束
C语言注释方式：//单行注释和/* 多行注释 */
一个程序由一个或多个源程序文件组成
C程序编译运行步骤：源程序.c—编译—>目标程序.obj —连接—>可执行程序.exe

全局变量与局部变量同名：在局部变量作用域内，全局变量被“屏蔽”。

变量的静态存储方式和动态存储方式：

静态存储方式：变量的内存空间在程序运行之前就已经分配好，并且在整个程序的执行过程中都存在。这意味着变量的生命周期贯穿整个程序的运行时间。静态存储方式主要包括：全局变量+静态局部变量
动态存储方式：涉及到在程序运行时动态分配和释放内存，通过使用特定的函数来完成，如malloc**、**free等。动态存储的变量在程序运行时根据需要分配内存，因此其生命周期和作用域可以在运行时动态地确定。动态存储方式主要包括：自动变量+形参等等

程序的内存区域：

代码区：函数块
全局数据区：全局变量+静态局部变量【初始值默认为0】+常量
堆区：动态数据，如malloc、free【C语言】或new、delete【C++】
栈区：局部变量【无初始值】+形参+函数返回值+保护现场+返回地址

字符串的注意事项

比较

"hello"=="hello"  //两个不相等，比较的是地址，要用strcmp进行比较

赋值

char ch[5];
ch="hello"; //error,而是strcpy(ch,"hello");

待续

1.2 练习

【例1.1】最简单的C语言程序：

#include <stdio.h>//包含输入输出函数
int main()//返回int型，所以需要return 0；
{
    printf("hello world!\n");//换行：‘\n’，printf表示输出

    return 0;
}

【例1.2】求两个整数和

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a,b;
    scanf("%d%d",&a,&b);//scanf()输入函数，除字符串都要加&
    int sum=a+b;
    printf("a+b=%d\n",sum);

    return 0;
}

【例1.3】求两个整数的较大者

#include <stdio.h>

int max(int num1,int num2);
int main()
{
    int a,b;
    scanf("%d%d",&a,&b);
    printf("%d\n",max(a,b));

    return 0;
}

int max(int num1,int num2){
    return num1>num2?num1:num2;
}

⛳️第二章算法—程序的灵魂

2.1 基本知识

程序=算法+数据结构 算法的特性：

有穷性
确定性
有效性
零个或多个输入
一个或多个输出

循环结构：当型和直到型

当型：先判断后执行
直到型：先执行后判断

2.2 练习

1. 判断是否是闰年（被4整除但不可被100整除 || 被400整除） 2. 1+1/2-1/3+1/4-...+1/n

【例2.1】计算1*2*3*4*5

#include <stdio.h>

int Mul(int n);//计算从1乘至n的积

int main(){
    int n;
    scanf("%d",&n);
    printf("乘积为%d\n",Mul(n));

    return 0;
}

int Mul(int n){//计算从1乘至n的积
    int product=1;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        product*=i;
    }
    return product;
}

【例2.2】略（文字表述）

【例2.3】判断是否是闰年（被4整除但不可被100整除 || 被400整除）

#include <stdio.h>

void RunYear(int n1,int n2);//判断n1至n2中属于闰年的年份并输出

int main()
{
    int year1,year2;
    scanf("%d%d",&year1,&year2);
    RunYear(year1,year2);

    return 0;

}
void RunYear(int n1,int n2){//判断n1至n2中属于闰年的年份并输出
    int count=1;//限制输出格式
    for(int i=n1;i<=n2;i++){
        if((i%4==0 && i%100!=0) || (i%400==0)){
            
            if(count%6==0){
                printf("\n");
                count=1;
            }
            count++;

            printf("%d ",i);
        }
    }
}

【例2.4】1+1/2-1/3+1/4-...+1/n

#include <stdio.h>

double Count(int n);

int main()
{
    int n;
    scanf("%d",&n);

    printf("sum=%.2f",Count(n));

}

double Count(int n){//计算并返回值：1+1/2-1/3+1/4-...+1/n
    int sign=1;
    double add=0;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        add=add+sign*(1.0/i);
        sign=(-1)*sign;

    }
    return add;
}

【例2.5】判断一个大于等于3的正整数是否为素数（只能被1和它本身整除）

#include <stdio.h>

int PrimeNum(int n);//n是素数返回1，否则-1

int main()
{
    int n;
    scanf("%d",&n);

    if(PrimeNum(n)>0){
        printf("%d是素数\n",n);
    }
    else printf("%d不是素数\n",n);

    return 0;

}
int PrimeNum(int n){//n是素数返回1，否则-1
    for(int i=2;i<=n;i++){
        if(i==n) {return 1;break;}
        if(n%i==0){return -1;break;}
    }

    return 0;
}

⛳️第三章顺序结构程序设计

3.1 常量和变量

1.常量

整型常量：如1000，-324
实型常量：12.442，0.145E-25
字符常量：'a','\n'
字符串常量："hello"
符号常量：#define PI 3.14

2.变量

3.常变量

符号常量与常变量区别

4.标识符：字母、数字（不可’首位）或下划线

3.2 数据类型

3.3 基本运算符

算术运算符： 用于各类数值运算。包括加(+),减(-),乘(*),除(/),求余(%),自增(++),自减(--)。
关系运算符： 用于比较运算。包括大于(>),小于(<),等于(=),大于等于(>=),小于等于(<=)和不等于(!=)。
逻辑运算符： 用于逻辑运算。包括与（&&），或（||），非（!）。
位操作运算符： 参与运算的量，按照二进制位进行运算。包括位与（&），位或（|），位非（-），位异或（^），左移（<<），右移（>>）。
赋值运算符： 用于赋值运算，分为简单赋值（=），符合算数赋值（+=,-=,*=,/=,%=）和复合位运算符（&=,|=,^=,>>=,<<=）三类。复合位运算符在基础中不太常用，常用的为前两类。
条件运算符： 也是三目运算符，用于条件求值（?:）。
逗号运算符： 用于把若干表达式组合成一个表达式（,)。
指针运算符： 用于取内容（*）和取地址（&）。
求字节运算符： 用于计算数据类型所占的字节数（sizeof）。
特殊运算符： 有括号（），下标[]，成员（-->，.)等

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("10%%5=%d 5%%10=%d",10%5,5%10);//输出：10%5=0 5%10=5

    return 0;
}

3.4 输入输出

scanf：

int/short/long：%d
double:%lf %f 都可以
float:%f
char:%c
string:%s 不用'&'，如:scanf("%s",str); 而非scanf("%s",&str);

printf:

int/short/long：%d
double:%lf %f 都可以
float:%m,nf【右对齐】 %-m,nf【左对齐】，共占m列，带n位小数
char:%c
string:%s
输出%：%%

putchar（参数）：输出单个字符

getchar（）：输入单个字符

⛳️第四章选择结构程序设计

选择语句：

if-else else与离它最近的 if 配对
switch

#include <stdio.h>

int main() {
    int choice;

    printf("Enter a number (1-3): ");
    scanf("%d", &choice);

    switch (choice) {
        case 1:
            printf("You chose option 1.\n");
            break;
        case 2:
            printf("You chose option 2.\n");
            break;
        case 3:
            printf("You chose option 3.\n");
            break;
        default:
            printf("Invalid choice.\n");
    }

    return 0;
}

switch语句的注意事项：

每个**case**后要加**break**：在switch语句的每个case块结束后都要加上break语句，以避免穿透到下一个case。如果省略break，程序会继续执行后面的case块，直到遇到break或者switch语句结束。
switch**表达式的类型：** switch表达式的类型必须是整数类型+字符型（int、char、enum等）。不支持浮点数或字符串作为switch的表达式。
case**中的常量表达式： case标签中的值必须是常量**。
default**语句(可省略)：** default语句通常放在switch的最后，用于处理未匹配到任何case的情况。然而，它也可以放在任何位置。

条件表达式：表达式1？表达式2：表达式3；

    示例：

max=a>b? a:b;
//等价于
if(a>b) max=a;
else    max=b;

⛳️第五章循环结构程序设计

循环语句：

while(表达式) 语句当型
do 语句 while(表达式) 直到型
for（表达式1；表达式2；表达式3）语句表达式1、2、3都分别可省，也可以都省

注意：

break：终止循环 continue：结束本次循环，进入下次循环 for的表达式3如i++会被执行

⛳️第六章利用数组处理批量数据

6.1 基本知识

数组特点：

有序数据的集合，属于同一数据类型
下标从0开始
提前开辟固定大小
作为参数传递实际上传递的是地址，故在函数中修改原数组也会改变

C语言无string和bool类型

注意:

int a[10];//范围是a[0]至a[9],不存在a[10]

//需要提前开辟大小
int a[10];//ok

int n=10;
int a[n];//error!

6.2 一维数组的定义+初始化

int a[10];//a[0]至a[9],共10个

int a[10]={1,2};//整型后面默认0，字符型默认'\0',指针默认NULL
int a[0]={0};//全0
int a[0]=123;//类推

6.3 二维数组的定义+初始化

float a[3][5];

float a[3][5]={{1,2},{3,4,5},{}};
float a[2][2]={0,1,2,3};

6.4 字符数组的定义+初始化

char c[10]={'h','e','l','l','o'};///长度10
char c[]={'h','e','l','l','o'};//长度5
char c[]={"hello"};//长度6

#include <stdio.h>

double  CountNum(int n);

int main(){
    char ch1[]={'h','e','l','l','o'};//5
    char ch2[]="hello";//5+1
    printf("ch1.len=%d ch2.len=%d\n",sizeof(ch1),sizeof(ch2));

    char c1[]={"I am happy"};//10+1
    char c2[]="I am happy";//10+1
    printf("c1.len=%d c2.len=%d\n",sizeof(c1),sizeof(c2));

    char c3[]={'I',' ','a','m',' ','h','a','p','p','y','\0'};//10+1
    char c4[]={'I',' ','a','m',' ','h','a','p','p','y'};//10
    printf("c3.len=%d c4.len=%d\n",sizeof(c3),sizeof(c4));
    return 0;
}

⛳️第七章用函数实现模块化设计

7.1 基本知识

函数调用：

函数间可以相互调用，除了main()函数【由OS调用】
调用之前需要先声明

函数类型：

需要return 值，则函数类型决定返回值类型，如return的imyCar变量类型和int fuc（xx）保持一致
无需return 值则定义函数类型为void

数组做函数参数示例：

void fuc(int a[],int n){...} //通过 n 指定数组大小 void fuc(int *a,int n){...} //等价
int fuc(int a10){...} //直接指定数组大小，其实 10 不起作用
int fuc(int a[]){...} //不指定数组大小

内部函数和外部函数：

内部函数（static）：只在当前文件中可见的函数，不能被其他文件中的函数调用。
外部函数（extern【默认】）：是指可以被其他文件中的函数调用的函数。

数组做参数在函数内变化，则原数组值也会变。示例：

#include <stdio.h>

void inv(int a[],int n);

int main()
{
    int a[5]={1,2,3,4,5}; 
    inv(a,5);
    for(int i=0;i<5;i++){
        printf("%d ",a[i]);
    }

    return 0;
}

void inv(int a[],int n)
{
    for(int i=0;i<n-1;i++){
        for(int j=0;j<n-1-i;j++){
            if(a[j]<a[j+1]){
                int t=a[j];
                a[j]=a[j+1];
                a[j+1]=t;
            }
        }
    }
}

⛳️第八章善于利用指针

8.1 基本知识

基本概念:

指针就是地址=数据类型+存储编号 int a1;float a2;//前后的地址不同

int a;
int * ptr;   //指针变量是ptr，类型是int *
ptr=&a;

指针的强制类型转换需要加上*，如

int intValue = 42;
int *intPointer = &intValue;

// 强制转换int指针为float指针
float *floatPointer = (float*)intPointer;

指针数组:每个元素存放一个地址，应用场景：指向若干字符串+做main（）的形参

int *p[4];    //指针数组
int (*p)[4];  //指针变量：指向一维数组

const指针用法详见：define与const关键字的多种用法-CSDN博客

8.2 练习

【例8.2】看懂即可

/*地址变，值不变*/
#include <stdio.h>

int main()
{
    int a,b;//5 3 
    scanf("%d%d",&a,&b);

    int *ptr1=&a;
    int *ptr2=&b;

    if(a>b){
        int t;t=ptr1;ptr1=ptr2;ptr2=ptr1;
    }

    printf("a=%d b=%d\n",a,b);//5 3 
    printf("*ptr1=%d *ptr2=%d",*ptr1,*ptr2);//3 5

    return 0;
}

【例8.3】看懂即可

#include <stdio.h>

void swap(int *ptr1,int *ptr2);

int main()
{
    int a,b;//5 3 
    scanf("%d%d",&a,&b);

    int *ptr1=&a;
    int *ptr2=&b;

    if(a>b){
        swap(ptr1,ptr2);  //而不是swap(*ptr1,*ptr2);
    }

    printf("a=%d b=%d\n",a,b);//5 3 
    printf("*ptr1=%d *ptr2=%d",*ptr1,*ptr2);//3 5

    return 0;
}

void swap(int *ptr1,int *ptr2){//地址不变;a,b值交换
    int t=*ptr1;
    *ptr1=*ptr2;
    *ptr2=t;
}

/*
void swap(int *ptr1,int *ptr2){//地址变;a,b值不变
    int *t=ptr1;
    ptr1=ptr2;
    ptr2=t;
}*/
/*
void swap(int ptr1,int ptr2){//没有用
    int t=ptr1;
    ptr1=ptr2;
    ptr2=t;
}*/

8.3 指针指向数组+字符串

一维数组：

//一维数组
int a[5]={1,2,3,4,5};
int *ptr1=&a[0];//等价于int *ptr1=a;

&a i 等价于 p+i 等价于a+i

*(p+i) 等价于 *(a+i)等价于a i

scanf("%d",p);

多维数组：

&a0 等价于 * (a+0)+i 等价于 a0+i

a0 等价于 *(* (a+0)+i) 等价于 *(a0+i)

举例：a1表示为 *（*（a+1）+2）而非*（a+1+2）,后者表示a3

int a[3][4]={1,2,3,0,0,0,0,0,0};
int *p=a[0];

int (*p)[4]=a;//指针变量p指向  包含4个元素的一维数组
//(*p)[0],(*p)[1],(*p)[2],(*p)[3]分别代表a[0]至a[3]

字符串

对于字符指针指向字符数组，需要注意使用scanf需要加&，后续定义或输出都不加*和&。

对于字符指针指向字符串，需要注意使用scanf不要加&，后续定义加&，输出不加*。

字符指针指向字符数组

char *str="hello world";

//等价于
char *str;
str="hello world";//而不是* str="hello world";
printf("%s",str);//而不是printf("%s",* str);

#include <stdio.h>

int main(){

   /*简单示例*/
    char ch[100];
    scanf("%s",&ch);//字符串则不用加 &
    char *str;
    str = ch; // 而不是  str =& ch;
    printf("%s\n", str); 

    return 0;
}

字符指针指向字符串【C++程序，C语言不提供string类型】

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

int main(){

   /*简单示例*/
    string s;
    getline(cin,s);//字符串使用scanf 则不用加 &
    char *str;
    str = &s[0]; // 而不是  str =& ch;
    printf("%s\n", str); 

    
    return 0;
}

/*
hellow djck
hellow djck
*/

【例8.8】数组翻转

#include <stdio.h>

void inv(int a[],int n);//数组翻转

int main()
{
    int a[6]={1,2,3,4,5,6};
    inv(a,6);
    for(int i=0;i<6;i++){
        printf("%d ",a[i]);//6 5 4 3 2 1 
    }

    return 0;
}

//等价于void inv(int *a,int n){
void inv(int a[],int n){//数组翻转
    for(int i=0;i<n/2;i++){
        int j=n-i-1;
        int t=a[i];
        a[i]=a[j];
        a[j]=t;
    }
}

8.4 函数指针

指针函数和函数指针区别-CSDN博客

8.5 malloc、free动态内存分配

局部变量存放栈区，而malloc开辟的数据存放在堆区。

malloc 和 free 是 C 语言中用于动态内存分配和释放的函数

需要导入#include <stdlib.h> 头文件

int *a=(int *)malloc(sizeof(int));//变量
int *arr=(int*)malloc(sizeof(int) * 5);//数组

注意：使用 malloc 分配内存后，一定要使用 free 来释放，以防止内存泄漏。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//调用maloc和free

int main() {
    // 分配一个可以存储 5 个整数的内存块
    int *arr=(int*)malloc(5 * sizeof(int));

    // 使用动态分配的内存
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        arr[i] = i + 1;
    }

    // 打印数组元素
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }

    // 释放动态分配的内存
    free(arr);

    int *a=(int *)malloc(sizeof(int));
    a=5;
    printf("a=%d\n",a);
    free(a);

    return 0;
}

8.6 void *p （无类型指针）

注意在使用 void * 指针时，为了正确解引用指针并获取其指向的值，需要在使用前进行类型转换。无法进行指针运算 malloc返回的就是void *指针

下面代码中使用了 (int*)、(double*) 和 (char*) 分别进行了类型转换。

#include <stdio.h>

int main() {
    // 声明一个 void 指针
    void *p;

    // 声明一些变量
    int num = 10;
    double pi = 3.14159;
    char letter = 'A';

    // 将 void 指针指向不同类型的变量
    p = &num;
    printf("整数变量的值：%d\n", *((int*)p));

    p = &pi;
    printf("双精度浮点数变量的值：%lf\n", *((double*)p));

    p = &letter;
    printf("字符变量的值：%c\n", *((char*)p));

    return 0;
}

⛳️第九章用户自己建立数据类型

9.1 结构体struct

作用：不同数据类型的组合型，结构体长度=各个成员变量长度累加 结构体类型声明形式

struct Student {成员1;成员2;... }；//也可在此定义}s1,s2； 后续定义示例 struct Student s1,s2;
typedef struct Student {成员1;成员2;... }Student； 后续定义示例 Student s1,s2;
结构体指针：struct Student *ptr=&s1; 输出两种方式：ptr->name (*ptr).name 等价 s1.name

示例：

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

// 定义学生结构体
struct Student {
    int studentID;
    char name[50];
    int age;
    float GPA;
};

int main() {
    // 声明一个学生结构体变量
    struct Student student1;

    // 初始化结构体成员
    student1.studentID = 12345;
    strcpy(student1.name, "John Doe");//不可student1.name="John Doe";
    student1.age = 20;
    student1.GPA = 3.8;

    // 打印学生信息
    printf("Student ID: %d\n", student1.studentID);
    printf("Name: %s\n", student1.name);
    printf("Age: %d\n", student1.age);
    printf("GPA: %.2f\n", student1.GPA);

    // 声明一个指向结构体的指针
    struct Student *ptrStudent;

    // 让指针指向学生结构体变量
    ptrStudent = &student1;

    // 通过指针访问结构体成员
    printf("\nVia Pointer:\n");
    printf("Student ID: %d %d\n", ptrStudent->studentID,(*ptrStudent).studentID);
    printf("Name: %s %s\n", ptrStudent->name,(*ptrStudent).name);
    printf("Age: %d %d\n", ptrStudent->age,(*ptrStudent).age);
    printf("GPA: %.2f %.2f\n", ptrStudent->GPA,(*ptrStudent).GPA);

    return 0;
}

9.2 共用体union

作用：同一段存储单元存放不同类型的变量，共用体长度=max(各个成员变量的存储长度） 共用体类型声明形式

union Data {成员1；成员2；... }；//也可在此定义}d1,d2； 后续定义示例 union Data d1,d2;
typedef union Data {成员1;成员2;... }Data； 后续定义示例 Data d1,d2;

注意：同一时间只能存在一个成员。

9.3 枚举类型enum

作用：一个变量只有几种可能的值 枚举型声明形式

enum Weekday { 枚举常量1,枚举常量2,... };//也可在此定义}s1,s2； 后续定义示例 enum Weekday s1,s2;
typedef enum Weekday { 枚举常量1,枚举常量2,... }Weekday； 后续定义示例 Weekday d1,d2;

注意：枚举元素按常量处理，不能赋值。默认从0开始赋值。

#include <stdio.h>

// 定义一个枚举类型
enum Weekday {
    SUNDAY,    // 0
    MONDAY,    // 1
    TUESDAY,   // 2
    WEDNESDAY, // 3
    THURSDAY,  // 4
    FRIDAY,    // 5
    SATURDAY   // 6
};

int main() {
    // 声明一个枚举变量
    enum Weekday today;

    // 给枚举变量赋值
    today = WEDNESDAY;

    // 使用枚举变量
    switch (today) {
        case SUNDAY:
            printf("It's a lazy day!\n");
            break;
        case MONDAY:
            printf("Start of the workweek\n");
            break;
        case WEDNESDAY:
            printf("Halfway through the week!\n");
            break;
        default:
            printf("It's a regular day\n");
    }

    return 0;
}

📝总结

嘘，听说有一位C语言大师突破了次元壁，成功通关了编程的炼金之路！从入门到进阶，你的代码之旅如同编程宇宙的星空，熠熠生辉。你不仅掌握了代码的秘法，更诠释了编程的独特魔力。每一次Debug都是一场魔法修炼，每一行代码都是一篇炫目的咒语。恭喜你，编程冒险家，你已经成为这片代码大陆的传奇英雄。未来等着你用键盘书写更加壮丽的代码史
诗，展开属于你的数字冒险。继续释放编码魔法，让代码的光芒照亮前行的路途！

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原始发表：2024-01-08，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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