C语言基础

环境配置

1.安装mingw

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scoop install mingw #windows
sudo apt install gcc #ubuntu/wsl

2.验证

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gcc -v

数据类型

定义：一段固定大小数据内存的别名

• 1字节=8比特

计算过程

1. 整型数据在内存中存储都是以补码的方式存放
2. 数据在运算的时候是以补码的方式运算
3. 整数反码补码都是一样的
4. 补码运算的时候，符号位也参与运算
5. 运算结果为补码，printf函数打印时，补码还原为原码

• 原码：数据转换成二进制的样子

• 反码：在原码的基础上，0变成1，1变成0，符号位不变

• 补码： 在反码的基础上加1

• 一个有符号整数，使用%u方式输出，直接输出补码

变量

• mian函数外部只用来定义和声明全局变量
• 全局变量在定义时没有赋值，默认为0
• 赋值–实际上就是将数据存储变量所在的内存空间
• =赋值符号的左边称之为左值，指的是变量的内存空间
• =赋值符号的右边称之为右值，指的是变量的值

printf函数

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#include<stdio.h>
int main() {
	printf("hello, world");
	while(1);
	return 0;
}

• 编译运行后输出为空

输入输出缓冲机制

当我们程序运行的时候，将数据输出到屏幕终端，首先数据会先放入一个缓冲区中，然后当达到一定条件时，数据才输出到终端

满足条件

1. 遇到换行符时，系统会将这个程序的输出缓冲区的数据冲刷到屏幕终端上
2. fflush(stdout)刷新缓冲区
3. 缓冲区满

占位符

带颜色输出

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#include <stdio.h>
int main() {
	printf("\033[1;31m Hello, World! \033[0m\n"); // 红色文本 
	return 0;
}

scanf函数

• 原型：int scanf(const char *format,…)
• 作用：从键盘上获取数据，存储到变量的内存空间中。
• 参数：const char*format是格式控制字符串，它指定了输入数据的格式。
• 返回值：返回的是整型数据，代表获取成功的个数

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#include<stdio.h>

int main() {
	int age;
	float score;
	int ret;
	ret = scanf("%d %f", &age, &score);
	// 获取失败，重新处理
	while(ret < 2) {
		printf("获取失败，请重新输入\n");
		ret = scanf("%d%f", &age, &score);
	}
	printf("ret:%d age:%d score:%f\n", ret, age, score);
}

程序进入死循环，在while循环中scanf函数没有等待输入

• scanf函数没有正确读取，不会从输入缓冲区拿走数据
• 在第二次输入前清空缓冲区

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#include<stdio.h>

int main() {
	int age;
	float score;
	int ret;
	ret = scanf("%d %f", &age, &score);
	// printf("%d", ret);
	// 获取失败，重新处理
	while(ret < 2) {
		// 清空输入缓冲区
		while (getchar() != '\n');
		printf("获取失败，请重新输入\n");
		ret = scanf("%d%f", &age, &score);
	}
	printf("ret:%d age:%d score:%f\n", ret, age, score);
}

%c会把空格和换行符在内的字符读入，

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#include<stdio.h>

int main() {
	int age;
	char sex;
	printf("请输入年龄：");
	scanf("%d",&age);
	while(getchar() != '\n');
	printf("请输入性别：");
	scanf(" %c", &sex);
	printf("age:%d sex:%c", age, sex);
	return 0;
}

算术运算符

除法运算 /

• 除法运算时，除数不能为0
• 整型/整型 结果只能是整型，小数部分直接舍弃，即向下取整
• 若参与运算的值有一个是浮点数，运算过程中把所有数转化为浮点数，运算结果也是浮点数

取余运算 %

• 取余运算中参与运算的除数只能是整数

自增运算符 ++

• 自增属于单目运算符，用于一个数的左端或者右端
• 如果++在后，先参与运算，再自增
• 如果++在前，先自增，再参与运算

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#include<stdio.h>

int main() {
	int x = 2;
	int y = 10 + x++;
	printf("x=%d, y=%d\n", x, y);
	// x=3, y=12
	int z = 10 + (++x);
	printf("x=%d, z=%d\n", x, z);
	// x=4, z=14
	return 0;
}

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#include<stdio.h>

int main() {
	int i = 3;
	int ret = i++ + i++; // 3 + 4
	printf("i=%d, ret=%d\n", i, ret);
    // i=5, ret=7
    i = 3;
	ret = i++ + (++i); // 3 + 5
	printf("i=%d, ret=%d\n", i, ret);
    // i=5, ret=8
    return 0;
}

关系运算符 > < == >= <= !=

• 由关系运算符组成的表达式称之为关系表达式
• 关系表达式的结果只有两种，要么关系成立为1，不成立为0

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#include<stdio.h>

int main() {
	int a = 10;
	printf("%d\n", 0<a<2); // 1
	int b = a == 10;
	printf("%d\n", b); // 1
	return 0;
}

逻辑运算符 && ||

由逻辑运算符组成的表达式称之为逻辑表达式，由逻辑运算符组成的表达式称之为逻辑表达式，逻辑表达式的结果是布尔值，要么为真（非0为真），要么为假

• 逻辑表达式中存在惰性运算（短路特性），如果前面的表达式已经能表达出明确的结果了，那么后面就不会算了。

位运算符 « » ~ | & ^

位运算指将一个数据进行bit位运算，也就是说，要将这个数据转成二进制（补码），然后再进行运算位操作。

• 按位或|：至少有一位为1，结果就为1
• 按位与&：两个都为1，结果才为1
• 按位取反~：把每个bit位的0变为1，1变为0
• 按位异或^：两个比特位不同为1，相同为0
• 按位左移«：除符号位，所有的bit位左移x位
• 按位右移»：除符号位，所有的bit位右移x位

移位运算中如果出现如下情况，则其行为未定义：

1. 右操作数（即移位数）为负值；
2. 右操作数大于等于左操作数的位数；

例如，对于 int 类型的变量 a ， a<<-1 和 a<<32 都是未定义的。

对于左移操作，需要确保移位后的结果能被原数的类型容纳，否则行为也是未定义的。对一个负数执行左移操作也未定义。

对于右移操作，右侧多余的位将会被舍弃，而左侧较为复杂：对于无符号数，会在左侧补 

• 可以使用移位操作计算2的幂次问题

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int mulPowerOfTwo(int n, int m) {  // 计算 n*(2^m)
  return n << m;
}
int divPowerOfTwo(int n, int m) {  // 计算 n/(2^m)
  return n >> m;
}

• 可以使用异或操作交换两个数的值

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void swap(int &a, int &b) {
	a ^= b;
	b ^= a;
	a ^= b;
}

• 取一个数二进制的某一位

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// 获取 a 的第 b 位，最低位编号为 0
int getBit(int a, int b) {
	return (a >> b) & 1;
}

• 将一个数二进制的某一位置为0

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// 将 a 的第 b 位设置为 0 ，最低位编号为 0
int unsetBit(int a, int b) {
	return a & ~(1 << b);
}

• 将一个数二进制的某一位置为1

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// 将 a 的第 b 位设置为 1 ，最低位编号为 0
int setBit(int a, int b) {
	return a | (1 << b);
}

• 将一个数二进制的某一位取反

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// 将 a 的第 b 位取反 ，最低位编号为 0
int flapBit(int a, int b) {
	return a ^ (1 << b);
}

• 取一个数二进制的最后一位1

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int getLastOne(int a) {
	return a & (a-1);
}

• 去掉二进制数最低位的1

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int removeLastOne(int a) {
	return a ^ (a & -a);
}

流程控制语句

if语句

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if ("表达式") {
	//code
} else if {
	//code
} else {
	//code
}

• 只要表达式的值为真（非0），执行{ }复合语句 .
• “表达式”:任意的C语言合法的表达式都可以

switch语句

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switch("表达式") {
	case 1:
		//code
		break;
	case 2:
		//code
		break;
	...
	default:
		//code
		break
}

• “表达式"的值必须为整数值(整型，字符型，枚举)
• “常量表达式"的值必须为整数值，且每个case后面的常量表达式的值必须不相同。
• 当表达式的值与某一个case后面的常量表达式的值相同时，就会打开"开关”，执行冒号后面的语句，直到有break语句就提前跳出switch，否则就轮到下一个case，且不会比较常量表达式的值，就直接执行冒号后面的语句(因为开关已经打开了)。当所有的语句都执行完了，就结束了switch。
• break;提前跳出switch语句，常用的用法是每个case语句后都有一个break语句。
• 当所有case后面的常量表达式都不匹配时，就会执行default后面的语句，且打开"开关”。

注意：

• break在这里是退出switch的关键，如果在case当中的执行语句中没有遇到break，它将会一直执行下去，直到遇到break或者到底了
• default这个可加可不加
• default放在哪里都不会影响switch的正常使用
• “判断值”只能是整型数据或者是枚举

循环语句

C语言循环语句

1. goto语句与if构成的循环
2. while循环
3. do~while循环
4. for循环

goto语句（无条件跳转语句）

• 格式

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语句标号:
// code
goto 语句标号; //此时程序将会直接跳转到语句标号的地方开始执行

• goto 语句标号;

• “语句标号”:在C语言中，把一个名字(C标识符)与某一行的地址相关联。

• 格式为在一行的开始处定义一个名字，然后再加一个冒号

• loop:

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n++;

goto loop;

作用:

1. 与if语句向上跳转构成循环结构
2. 向后跳转可以跳出多重循环体等语句

注意:

• goto本身没有任何问题，但是goto语句是无条件跳转语句，应用太灵活，会使程序的可读性变差，应限制使用。
• goto语句只能够在函数内进行跳转，不可以跨越函数跳转。
• goto语句一般用于代码出现异常时，直接goto跳转到异常处理的代码处。比如说多层循环嵌套执行时出现异常，则直接跳出。

while 循环

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while(表达式)//表达式的值为真（非0）时，进入循环体；为假时，跳出循环体 
{ 
    循环体
}

do-while

do while循环的特点：无论判定条件是否为真，至少会执行一遍循环体

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do{ 
    循环体；
}while(表达式);

for 循环

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for( 初始化语句表达式1; 判断语句表达式2; 循环操作语句表达式3) { 
	循环体
}
 
for(int i=0; i<5; i++) {
    printf("%d\n",i);
}

• for循环中 的表达式123都可以为空，表达式2为空表示判断条件永远为真。while的表达式不能为空。
• while循环与for循环的区别:一般来说，while更注重循环条件，for更注重循环次数。 当然它们是可以相互替换的。

循环的嵌套

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int i,j,a=0; 
for(i=0;i<5;i++){ 
	//外循环 
    for(j=0;j<4;j++) { 
	    //内循环
    	printf("%d %d %d\n",i,j,a++); 
    } 
}

break关键字

• break关键字只能用于循环（while for do…while）和switch语句中，表示结束循环或者跳出switch语句
• break关键字只能跳出最近一层的循环，也就是说，如果有多重循环，只能跳出最靠近break语句那层循环
• break关键字 不能 单独用于 if语句中，除非if语句外面包含了循环

continue关键字

1. continue关键字只能用于循环体中（while do…while for），用于提前结束当前循环体后，又从最近一层循环体开始执行
2. continue关键字不能 单独用于 if语句或者switch 语句中，除非外面包含了循环

宏定义

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#define 宏名 宏体

• 宏名：宏定义的标识符，一般用大写字母表示
• 宏体：宏定义的字符串，可以是常量、表达式、函数调用等
• 宏定义的作用：在预处理阶段，将所有的宏名替换成宏体，然后再进行编译

宏定义的注意事项：

• 宏定义没有类型，宏体可以是任意类型的值
• 宏定义没有作用域，宏定义的宏名在全局范围内都有效
• 宏定义是简单的文本替换，不会进行类型检查，可能会导致错误
• 宏定义可以包含参数，参数可以是任意类型的值
• 宏定义的参数没有类型，宏体中的参数会被替换成宏体中的值

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#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

由于宏定义中的参数可以为任何值，任何符号，参数可能为多条语句，为了宏定义能达到预期的效果，宏定义中的参数需要用括号括起来，否则可能会导致错误。

使用宏定义可以达到正常语法无法达到的效果。

例如

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#define Vec(T) \
struct {\
	T *data; \
	int size; \
	int capacity; \
}

在这个例子中，使用宏定义可以实现任意类型的动态数组，注意：在宏定义包含多行的时候，用续行符\进行连接，表明它们为同一行

在linux内核中，还可以经常看到这样的写法, 例如linux内核链表中初始化头结点的宏定义

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#define INIT_LIST_HEAD(ptr) do { \
	(ptr)->next = (ptr); (ptr)->prev = (ptr); \
} while (0)

在宏定义中，使用do...while(0)包裹起来,表明这些语句为一个整体，可以防止宏定义被误用，如果没有使用，例如在if语句中采用这样的格式

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if (condition)
	INIT_LIST_HEAD(ptr);

那么无论条件成立，宏定义中第二条以及之后的语句都会执行，所以，如果你的宏定义中包含多条语句，那么最好使用do...while(0)包裹起来。

在C语言中，宏定义被大量使用，但是由于宏定义没有类型检查，无法打断点调试，降低代码可读性，所以，在编写宏定义的时候，要格外小心。如果你的逻辑可以使用C语言的语法正常实现，那么请尽量不要使用宏定义。