C 语言基础语法

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Agenda Part 1

  • 计算机科学抽象思维
  • C语言常量
  • C中的控制流
  • 函数
  • 数组
  • 字符串
  • 宏定义与预处理

抽象是什么？能吃吗

  • 抽象好比是一个黑箱，我们不需要知道中间发生的过程，只需要知道我输入了什么，我能输出什么，最简单的例子就是 printf。

编程本身就是一种抽象

  • 我们使用的编程语言，比如C语言和Python，都是抽象，因为计算机只懂二进制。

抽象

抽象的力量

https://www.2048.org 这是一个2048 我们可以将其分解为以下几个模块

  • 游戏板: board[BOARD_SIZE][BOARD_SZIE]
  • 初始化: initialize_board
  • 随机生成: generator_number
  • 打印显示: print_board
  • 读取移动指令: choose_direction
  • 合并并移动: move_and_merge
  • 判断游戏终止: is_finished

抽象的力量

run_game() {
    initialize_board();
    generator_number(); generator_number();
    while (true) {
    switch (choose_direction) {
        case UP: move_and_merge_up();break;
        case DOWN: move_and_merge_down();break;
        case LEFT: move_and_merge_left();break;
        case RIGHT:move_and_merge_right();break;
    }
    is_finished() ? break:;
    generator_number();
    print_board();
    }
}

变量

typedef unsigned char uint8_t;
类型 描述 例子
char 8位，ASCII ‘a’, ‘A’, ‘\n’, 12
int 整数值（正、负、0），>= 16 位，一般为32位 0, 78, -217, 0x2E
unsigned int 整数值（正、0） 0, 6, 35102
short 整数值（正、负、0），>= 16 位，一般为16位 0, -8, 32767
long 整数值（正、负、0），>= 32 位，一般为32位 0, 78, -217, 301713123194

Const 常量

const int integer = 100;
const double dob = 1.20;
const char MyChar = 'c';
  • 常量一经分配，无法更改。可以尝试添加integer = 120;看看会发生什么。
#include <stdio.h>
int main(int argc,char* argv[]) {
  const int intager   = 100;
  const double dob    = 1.20;
  const char MyChar   = 'c';
  // 你可以在此处添加代码
  printf("intager:%d\ndob:%lf\nMyChar:%c\n",
         intager,dob,MyChar);
  return 0;
}

C中的控制流

  • 语句(statement)可以是代码块 {} 或只是一个独立的语句

    • if-else

    if (expr) statement

    if (x == 0) y++;

    if (x == 0) {y++;}

    if (x == 0) {y++; j = j + y;}

    if (expr) statement1 else statement2

    • switch case
    • while: while (expr) statement
    • for: for (initialize; check; update) statement

https://godbolt.org/z/j8s5TEb7a

函数

  • 在编程中，函数是一段可重复使用的代码块，用于执行特定的任务或完成特定的操作。函数可以接受输入参数，并且可以返回一个值或执行一些操作
  • 代码重用
  • 提高代码可读性
  • 提高代码可测试性（单元测试）
  • 抽象

https://godbolt.org/z/11bxvT8Ga

数组

  • 数组就是一整块变量的集合，数组名是数组存放的地址，使用索引确定每个元素的位置
  • 定义：unsigned char temp[10] = {0x11,0x12,0x13};
  • 使用：printf(“%02x ”,temp[0]);

https://godbolt.org/z/rzo6o1bsE

#include <stdio.h>
int main(){
  unsigned char temp[10] = {0x11,0x15,0x22};
  printf("temp address: %p\n",temp);
  temp[3] = 0xa8;
  for (size_t i=0;i<10;i++) printf("%02x ",temp[i]);
  printf("\n");
  return 0;
}

字符串

  • 字符串是一种特殊的数组，以'\0'结束。
  • 使用 <string.h> 标准库进行更多操作。

https://godbolt.org/z/3jrrvchE1

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

//  字符串以\0结尾

int main(){
    char str1[] = "I Can Eat Glass";
    char str2[20] = "I Can Eat Glass";

    printf("str1:%s\nsize:%lu\nstr2:%s\nsize:%lu\n",\
    str1,strlen(str1),str2,strlen(str2));
}

使用sizeof和strlen都能获取字符串长度,它们有什么区别呢?

字符串

  • 使用 <string.h> 标准库进行更多操作。

https://godbolt.org/z/sz8Ms1nTj

宏定义

  • #define 是文本替换，比如 #define MAX 1000
  • C预处理器先处理源文件，替换宏并包含文件。

static

https://godbolt.org/z/aMPxbrMbs

gcc -o test test.c -save-temps

关于这块，比较好玩的就是微软早期路径长度在编写时使用了宏定义 #define MAX_PATH 260 导致最长路径除了”C:\”之外，只能有255个字符来指代路径了，虽然现在支持在注册表里面进行更改，不过会引发一些神奇的小bug，这个就留给大家进行探索了

预处理

C 源文件在编译器看到代码之前首先经过预处理器 CPP CPP 用单个空格替换注释 CPP 命令以“#”开头 - #include "file.h" / 将 file.h 插入到文件 / - #include / 在标准位置查找文件，但没有实际区别 / - #define PI (3.14159) / 定义常量 / - #if/#endif / 有条件地包含文本 /

使用 gcc 的 –save-temps 选项查看预处理结果 完整文档位于：http:// /gcc.gnu.org/onlinedocs/cpp/

Cat Break!

static

Agenda Part 2

  • 内存与变量
  • 多维数组
  • 指针的初步介绍
  • 指针的进一步理解
  • 指针与数组
  • 指针与const
  • void指针
  • 警惕UB

内存

static

变量与垃圾值

unsigned int a = 1;
int b = -1;
float c = 1.5f;

变量可以被分为四个部分： int ：类型 b ：标识 -1 ：值 &b ：地址

https://godbolt.org/z/ocbrj7s85 static

数组的越界行为

int array[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };

array 这个标识符是什么呢？

array2

问：能不能访问array[5]呢？

多维数组(目前了解即可)

int array[2][2] = {{1,2},{3,4}};

matrix的类型: int[2][2] sizeof matrix = sizeof(int) * 2 * 2

https://godbolt.org/z/Mbq513KnG

2dmatrix

(问：下面哪种写法是正确的?)

int matrix[][2] = {1,2,3,4};
int matrix[2][] = {1,2,3,4};

指针

指针也可以看作一个变量，我们对其的定义是这样的

int a = 1;
int* p = &a;

int : int表示指针指向的元素类型 代表的是我要定义一个指针 p : 标识符 &a : 指针的值（指针指向的地址） &p : 存放指针的地址

static

指针初始化与使用

int* p;
*p = 1; //  危险，p是野指针

应该这么做

int* p = NULL;

当要使用指针指向的值的时候，可以对指针进行解引用

int a = 1;
int* p = &a;
*p = 2;
printf("%d",*p);

指针的作用

指针是C语言的精髓，广泛运用于传参等方面

https://godbolt.org/z/8MeTzaGjo

看完这个例子后，想一想scanf("%d",&a);为什么需要取a的地址？

数组和指针的关系

// p1的类型是int* , array的类型是int[10]
int array[10];
int *p1 = array;

// p2的类型是int*[2] , matrix的类型是int[][]
int matrix[2][2];
int (*p2)[2] = matrix;

数组与其元素类型的指针存在隐式转换，指向数组首元素的指针可通过数组类型表达式初始化。

问：二维数组可以和二维指针相互转化吗

int array[2][2];
int** ptr = array;
//可以这么做吗

const与指针的关系

前文提到const就像一把锁，被它锁到的事物不能被更改

int a;

// 锁住指针p指向的int类型变量
const int *p = &a;
// 锁住指针本身，但指针指向的元素可以修改
int const *p = &a;
// 一起锁
const int const *p = &a;

假设你有一段音频文件，你想要进行播放，那你绝对不想播放器修改你的音频，那你可以使用const来设计函数，这样就绝对无法更改了

void wav_player(const int *ptr);

指针的加减法

加、减 加、减整数n -> 指向后/前第n个元素

指针相减 表示指针之间的偏移量

仅当原指针和结果指针都指向同一数组中的元素，或该数组的尾后一位置，行为才有定义。

https://godbolt.org/z/q9M6W81x3

警惕UB(未定义行为)

我们很多时候需要警惕未定义行为，就比如说

a[i] = ++i +1;

i在这里多次使用且数值发生了改变，没人知道a[i]先执行还是++i先执行

// i=0
int a = f(i++)+f(i++)-f(i++);

虽然在最后的结果上编译器会将其翻译为int a = (f(i++)+f(i++))-f(i++); 但没人知道哪个f(i++)最先执行，可能是第一个，也可能是第三个

详情请参考 https://zh.cppreference.com/w/c/language/behavior https://zh.cppreference.com/w/c/language/eval_order

Ask Time

static