C语言基础

本文记录C语言学习的基础内容。

一、基本数据类型

（一）变量的定义

定义格式：变量类型 变量名;或变量类型 变量名 = 初值;
变量名命名注意事项：

  • 不能使用C语言标识符；
  • 变量名的第一个字符必须是字母或下划线，除第一个字符之外的其他字符必须是字母、数字或下划线；
  • 区分大小写。

（二）变量类型

1、整型

整型一般分为短整型、整型和长整型，短整型一般用不到，这里只介绍整型和长整型。

（1）整型

占用32bit，4Byte，取值范围是（-2^31-+（2^31-1）。10^9以内的整数都可以定义为int型。

int num = 5;

（2）长整型

占用64bit，8Byte，取值范围是（-2^63-+（2^63-1）。10^10以外的整数都可以定义为长整型。

long long bignum;
long long bignum = 123456789012345LL;

补充： unsigned int和unsigned long long的取值范围分别为0-2^32-1和0-2^64-1。

2、浮点型

（1）单精度浮点数

一个浮点数占用32bit,其中1bit作为符号位，8bit作为指数位，23bit作为位数位，可以存放的浮点数范围是-2^128-+2^128，但有效精度只有6-7位，对于精度要求比较高的场景不合适。

float f1;
float f1 = 3.1415;

（2）双精度浮点数

一个浮点数占用64bit,其中1bit作为符号位，11bit作为指数位，52bit作为位数位，可以存放的浮点数范围是-2^1024-+2^1024，但有效精度只有15-16位。

double db;
double db = 3.1415926536;

3、字符型

（1）字符变量

char c;
char c = 'e';

（2）转义字符

printf("%d\n\n%d",1,3);

（3）字符串常量

#include <stdio.h>

int main() {
    char str1[25] = "Wo ai de ren bu ai wo";
    char str2[25] = "so sad a story it is.";
    printf("%s,%s",str1,str2);
    return 0;
}

4、布尔型

在C++中可以直接使用，但在C语言中必须天剑stdbool.h头文件才可以使用。

#include <stdio.h>

int main() {
    bool flag1 = 0, flag2 = true;
    int a = 1, b=1;
    printf("%d %d %d\n",flag1,flag2,a==b);
    return 0;
}

（三）强制类型转换

格式：(新类型名)变量名

#include <stdio.h>

int main() {
    double r = 12.56;
    int a = 3, b = 5;
    printf("%d\n",int(r));
    printf("%d\n",a/b);
    printf("%.1f\n", (double)a / (double)b);
    return 0;
}

（四）符号常量和const常量

符号常量：又称为替换，宏定义或者宏替换。#define 标识符 常量。

#define pi 3.14

const常量：const 数据类型 变量名 = 常量

const double pi = 3.14;

常量定义后无法改变。

#include <stdio.h>
#define CAL1(x) ((x)*2+1)
#define CAL2(x) (x*2+1)

int main() {
    int a =1;
    printf("%d %d\n",CAL1(a+1),CAL2(a+1));
    return 0;
}

输出:5 4

（五）运算符

1、算术运算符

+ - * / % ++ --。
++iVSi++:
i++是先使用再讲i加1，++i是先将i加1再使用i。

2、关系运算符

< > <= >= == !=。

3、逻辑运算符

运算符 含义 语法 返回值
&& 与 a&&b ab都真，则返回真
` ` 或
! 非 !a 如果a为真，则返回假

4、条件运算符

三目运算符：A?B:C;，含义是：如果A为真，那么执行并返回B的结果；如果A为假，那么执行并返回C的结果。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 3,b = 5;
    int c = a > b ? 7 : 11;
    printf("%d\n", c);
    return 0;
}

5、位运算符

运算符 含义 语法 效果
<< 左移 a<<x 整数a按二进制位左移x位
>> 右移 a>>x 整数按二进制位右移x位
& 位与 a&b 整数a和b按二进制对其，按位进行与运算（除了11得1，其他均为0）
` ` 位或 `a
^ 位异或 a^b 整数a和b按二进制对齐，按位进行异或运算（相同为0，不同为1）
~ 位取反 ~a 整数a的二进制的每一位进行0变1、1变0的操作

二、顺序结构

（一）赋值表达式

int n = 5;
n/=m+1;  // n = n/(m+1)

（二）使用scanf和printf输入/输出

1、scanf函数使用

scanf("格式控制",变量地址)。

数据类型 格式符 举例
int %d scanf("%d",&n)
long long %lld scanf("%lld",&n)
float %f scanf("%f",&f1)
double %lf scanf("%lf",&db)
char %c scanf("%c",&c)
字符串（char数组） %s scanf("%s",str)

在scanf中，除了char数组整个输入的情况下不加&之外，其他变量类型都需要加&。
如果输入3 4这种用空格隔开的两个数字，两个%d之间可以不加空格。可以不加空格的原因是：除了%c外，scanf对其他葛师傅的输入是可以以空白符为结束判断标志的，因此除非使用%c把空格字符读入，其他情况都会自动跳过空格。另外，字符数组使用%s读入的时候以空格跟换行为读入结束的标志。

2、printf函数

printf("格式控制",变量名称);

数据类型 格式符 举例
int %d printf("%d",n)
long long %lld printf("%lld",n)
float %f printf("%f",f1)
double %f printf("%f",db)
char %c printf("%c",c)
字符串（char数组） %s printf("%s",str)

两个浮点数相乘时使用double类型。
%和\的输入：printf("%%");printf("\\")

（1）%md

%md可以使不足m位的int型变量进行右对齐输出，其中高位用空格补；如果变量本身超过m位，则保持原样。

（2）%0md

%md可以使不足m位的int型变量进行右对齐输出，其中高位用0补；如果变量本身超过m位，则保持原样。

（3）%.mf

%.mf可以让浮点数保留m位小数输出，这个“保留”使用的是精度的“四舍六入五成双规则”。

（三）使用getchar和putchar输出输出字符

#include <stdio.h>

int main() {
    char c1,c2,c3;
    c1 = getchar();
    getchar();
    c2 = getchar();
    c3 = getchar();
    putchar(c1);
    putchar(c2);
    putchar(c3);
    return 0;
}

输入数据：abcd,输出结果：acd。

（四）注释

1、”/**/“

注释若干连续行的内容。

2、”//“

注释一行中在该符号之后的所有内容，效果仅限于改行。

（五）typedef

可以给一个很复杂的数据类型起一个别名。

#include <cstdio>
typedef long long LL;  // 给long long起个别名LL
int main() {
    LL a = 123456789012345;
    printf("lld\n",a);
    return 0;
}

（六）常用math函数

1、fabs(double x)

printf("%.2f",fabs(-12.56));

输出结果：12.56

2、floor(double x)和ceil(double x)

printf("%.0f %.0f",floor(5.2),ceil(5.2)); 
printf("%.0f %.0f",floor(-5.2),ceil(-5.2));

输出结果：
-6 -5
5 6

3、pow(double r,double p)

printf("%f\n",pow(2.0,3.0));

输出结果：8.00000

4、sqrt(double x)

printf("%f\n",sqrt(2.0));

输出结果：1.414214

5、log(double x)

printf("%f\n",log(1.0));

输出结果：0.00000

6、sin(double x)、cos(double x)、tan(double x)

7、round(double x)

三、选择结构

（一）if语句

#include <stdio.h>

int main() {
    int n=5;
    if (n>3) {
        n=9;
        printf("%d\n",n);
    }
    return 0;
}

（二）switch语句

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 1,b = 2;
    switch(a + b) {
        case 2:
            printf("%d\n",a);
            break;
        case 3:
            printf("%d\n",b);
            break;
        case 4:
            printf("%d\n",a+b);
            break;
        default:
            printf("sad story\n");
    }
    return 0;
}

四、循环结构

（一）while语句

#include <stdio.h>

int main() {
    int n = 1,sum = 0;
    while(n<=100) {
        sum = sum + n;
        n++;
    }
    printf("sum = %d\n", sum);
    return 0;
}

（二）do…while语句

#include <stdio.h>

int main() {
    int n = 1, sum = 0;
    do {
        sum = sum + n;
        n++;
    } while (n <= 100);
    printf("sum = %d\n", sum);
    return 0;
}

（三）for语句

#include <stdio.h>

int main() {
    int i, sum = 0;
    for (i = 1; i <= 100; i++) {
        sum = sum + i;
    }
    printf("sum = %d\n", sum);
    return 0;
}

（四）break和continue语句

break是跳出整个循环，continue是跳出当前轮回，进入下一个轮回。

五、数组

（一）一维数组

#inlude <stdio.h>
int main() {
    int a[10] = {5,3,2,6,8,4};
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]);
    } 
    return 0;
}

（二）冒泡排序

#include <stdio.h>

int main() {
    int a[10] = {3,1,4,5,2};
    for(int i=1;i<=4;i++) {
        if(int j=0;j<5-i;j++) {
            int temp = a[j];
            a[j] = a[j+1];
            a[j+1] = temp;
        }
    }
    for(int i=1;i<5;i++) {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    return 0;
}

（三）二维数组

#include <stdio.h>

int main() {
    int a[3][3],b[3][3];
    for (int i=0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            scanf("%d",&a[i][j]);
        }
    }

    for(int i=0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            scanf("%d",&b[i][j]);
        }
    }
    int c[3][3];
    for(int i=0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            c[i][j] = a[i][j]+b[i][j];
        }
    }

    for(int i=0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            printf("%d ",c[i][j]);
        }
    }
    return 0;
}

（四）memset-对数组中每一个元素赋相同的值

格式：memset(数组名,值,sizeof(数组名))。
使用menset需要在程序开头添加string.h头文件，且只建议初学者使用memset赋值0或-1。这是因为memset使用的是按字节赋值，即对每个字节赋同样的值，这样组成int型的4个字节就会赋成同样的值。0的二进制补码为全0，-1的二进制补码为全1，不容易出错。赋值其他数字使用fill函数。

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

int main() {
    int a[5] = {1,2,3,4,5};
    memset(a,0,sizeof(a));
    for (int i=1;i<5;i++) {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    printf("\n");
    memset(a,-1,sizeof(a));
    for (int i=1;i<5;i++) {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

（五）字符数组

1、scanf输入，printf输出

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[10];
    scanf("%s",str);
    printf("%s",str);
    return 0;
}

注意：%s通过空格或字符来识别一个字符串的结束。

2、getchar输入，putchar输出

#include <stdio.h>

int main() {
    char str[5][5];
    for(int i =0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            str[i][j] = getchar();
        }
        getchar();
    }
    for(int i =0;i<3;i++) {
        for (int j=0;j<3;j++) {
            putchar(str[i][j]);
        }
        putchar('\n');
    }
    return 0;
}

3、gets输入，puts输出

gets用来输入一行字符串（注意：gets识别换行符\n作为输入结束，因此scanf完一个整数后，如果要使用gets，需要先用getchar接收整数后的换行符），并将其存放在一维数组（或二维数组的一维中）；puts用来输出一行字符串，即将一维数组（或二维数组的一维）在界面中输出，并紧跟一个换行。

#include <stdio.h>

int main() {
    char str1[20];
    char str2[5][10];
    gets(str1);
    for (int i=0;i<3;i++) {
        gets(str2[i]);
    }
    puts(str1);
    for(int i=0;i<3;i++) {
        puts(str2[i]);
    }
    return 0;
}

（六）string.h头文件

1、strlen()

计算字符数组中第一个\0前的字符的个数。

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

int main() {
    char str[10];
    gets(str);
    int len = strlen(str);
    printf("%d\n",len);
    return 0;
}

2、strcmp()

返回两个字符串大小的比较结果，比较原则是按字典序。

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

int main() {
    char str1[50],str2[50];
    gets(str1);
    gets(str2);
    int cmp = strcmp(str1,str2);
    if (cmp<0) {
        printf("str1 < str2\n");
    } else if (cmp>0) {
        printf("str1 > str2\n");
    } else {
        printf("str1 == str2\n");
    }
    return 0;
}

3、strcpy()

把字符数组2复制给字符数组1，这里的复制包括了结束符\0。

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

int main() {
    char str1[50],str2[50];
    gets(str1);
    gets(str2);
    strcpy(str1,str2);
    puts(str1);
    return 0;
}

4、strcat()

把字符数组2接到字符数组1互后面。

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

int main() {
    char str1[50],str2[50];
    gets(str1);
    gets(str2);
    strcat(str1,str2);
    puts(str1);
    return 0;
}

（七）sscanf与sprintf

1、sscanf函数

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    char str[100] = "123";
    sscanf(str,"%d",&n);
    printf("%d\n",n);
    return 0;
}

输出:123。把str的内容以“%d”的格式写到n中（从左至右）。

2、sprintf函数

#include <stdio.h>

int main() {
    int n=233;
    char str[100];
    sprintf(str,"%d",n);
    printf("%s\n",str);
    return 0;
}

输出：233。把n以”%d”的格式写到str字符数组中（从右至左）。

六、函数

（一）函数的定义

1、全局变量

#include <stdio.h>

int x;
void change() {
    x = x + 1;
}

int main() {
    x = 10;
    change();
    printf("%d\n", x);
    return 0;
}

输出结果:11

2、局部变量

#include <stdio.h>

void change(int x) {
    x = x + 1;
}

int main() {
    int x = 10;
    change(x);
    printf("%d\n", x);
    return 0;
}

输出结果:10

（二）main函数

主函数对于一个程序来说只能有一个，并且无论主函数写在哪个位置，整个程序一定是从主函数的第一个语句开始执行，然后在需要调用其他函数时才去调用。

（三）以数组作为函数参数

函数的参数也可以是数组，且数组作为参数时，参数中数组的第一位不需要填写长度（如果是二维数组，那么第二维需要填写长度），实际调用时也只需要填写数组名。数组作为参数时，在函数中对数组元素的修改就等同于对原数组元素的修改。

#include <stdio.h>

void change(int a[], int b[][5]) {
    a[0] = 1;
    a[1] = 3;
    a[2] = 5;
    b[0][0] = 1;
}

int main() {
    int a[3] = {0};
    int b[5][5] = {0};
    change(a,b);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%d ",a[i]);
    }
    return 0;
}

输出结果：1 3 5。
数组可以作为参数，但是却不允许作为返回类型出现。如果想要返回数组，只能传数组进去。

（四）函数的递归调用

#include <stdio.h>

int F(int n) {
    if(n == 0) return 1;
    else return F(n - 1) * n;
}

int main() {
    int n;
    scanf("%d",&n);
    printf("%d\n",F(n));
    return 0;
}

七、指针

（一）什么是指针

在C语言中用“指针”来表示内存地址，而如果这个内存地址恰好是某个变量的地址，那么又称“这个指针指向该变量”。指针是一个unsigned类型的整数。

（二）指针变量

#include <stdio.h>

int main() {
    int a;
    int *p = &a;
    *p = 233;
    printf("%d,%d\n",*p,a);
    return 0;
}

输出结果：233,233
指针变量也可以进行加减法，其中减法的结构就是两个地址偏移的距离。对一个int*型的指针变量p来说， p+1是指p所指的int型变量的下一个int型变量地址。

（三）指针与数组

#include <stdio.h>

int main() {
    int a[10];
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        scanf("%d", a + i);
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ",*(a + i));
    }
    reuturn 0;  
}

（四）使用指针变量作为函数参数

#include <stdio.h>


void swap(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int a = 1, b = 2;
    int *p1 = &a, *p2 = &b;
    swap(p1,p2);
    printf("a = %d, b = %d\n",*p1,*p2);
    return 0;
}

八、结构体的使用

（一）结构体的定义

struct StudentInfo {
    int id;
    char gender;
    char name[20];
    char major[20];
}Bob,stu[1000];

StudentInfo为结构体的名字，内部分别定义了id、gender、name和major，这些是单个学生的信息。大括号外定义了结构体变量Bob，后面的stu[1000]就是当有很多学生时定义的一个结构体数组。

注意：结构体里面能定义除了自己本身之外的任何数据类型。不过虽然不能定义自己本身，但可以定义自身类型的指针变量。

struct Node {
    node* next;
}

（二）访问结构体内的元素

struct StudentInfo {
    int id;
    char name[20];
    StudentInfo* next;
}stu,*p;

访问stu中变量：

stu.id
stu.name
stu.next

访问指针变量p中元素：

(*p).id
(*p).name
(*p).next

（三）结构体的初始化

单个赋值：

stu.id = 1;
stu.gender = 'M';

或：

scanf("%d %c",&stu.id,&stu.gender);

定义多个构造函数：

struct StudentInfo {
    int id;
    char gender;
    StudentInfo() {}
    StudentIndo(char _gender) {
        gender = _gender;
    }
    StudentIndo(int _id, char _gender) {
        id = _id;
        gender = _gender;
    }
};
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