C语言学习---C语言概述

1.C语言简介

1.1编程语言发展简史

1.机器语言时期（1842年~约1970年）
2.汇编语言时期（1946~今）
3.高级编程语言前期（1957~今）
                  C语言的发明人Dennis Ritchie丹尼斯·里奇 同时也是Unix系统的发明人之一，因此C语言搭借操作系统而全球风靡
                  1973年里奇和肯·汤普逊  Ken Thompson  用c重写了unix,自此相辅相成
                  1978年正式发表c语言，Brian W. Kernighan【布莱恩·克尼汉】  和 Dennis Ritchie 同时出版一本书 The C Programming Language， K&R非正式标准
                  1982，c标准委员会，c89    c99    c11

4.高级编程语言后期（1980~今）
    1980年，Alan Kay创造了Smalltalk并发明了“面向对象”这个词。不过对于当时的程序员来说，“面向对象”这个词过于抽象难以理解。
    1983年，Bjarne Stroustrup对C语言进行的大幅度的升级，将“面向对象”的概念嫁接到C语言上，创造出了C++语言。
    1986年，Brad Cox和Tom Love创造了Objective-C。
    1991年，荷兰程序员Guido van Rossum发明了Python语言。
    1990年，James Gosling发明了Oak编程语言，该语言在1995年改名为Java。James Gosling也被称为“Java之父”。

5.自然语言编程

1.2编程语言的发展流程

       编程语言从发明至今，大致分为机器语言阶段、汇编语言阶段、高级编程语言阶段和自然语言阶段。
       机器语言 -----> 汇编语言 -----> 高级编程语言 -----> 自然语言
       难--------------------------------------------------->简单
       与电脑亲和度高--------------------------------->与电脑亲和度低
       底层------------------------------------------------>高层

1.3高级语言分类

 通常情况下，我们可以按照编程语言的运行方式，将编程语言分为：

 编译型编程语言（如C、C++等）
        解释型编程语言（如Python等脚本语言，以及Linux下的Shell编程）
        还可以按照编程语言的发展先后顺序或者编程语言的属性，将编程语言分为：

         面向过程的编程语言（较少，如C语言、Pascal语言）
         面向对象的编程语言（较多，目前广泛应用）

1.4 C语言

1）通过以上分类可以知道，C语言属于面向过程的编译型编程语言
       2）C语言是美国Dennis Ritchie在1972年设计发明的，C语言主体诞生于1973年，正式发行于1977年
       3）C语言经历过几个修订版本，其中影响比较大的是1989年修订的C89版与1999年修订的C99版。C89版也是当代C语言通行的基础版本
       4）C语言主要用于编写操作系统内核、底层驱动程序、小型应用程序、数据库等，借助操作系统，C语言长期处于编程语言排行榜前几位的位置。

 

 

2 编写简单的C程序：HelloWorld

 

2.1 编写简单的C程序HelloWorld

//文件hello.c
#include
int main()
{
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

程序讲解：
#include：标准I/O头文件，下文中的printf需要使用这个文件
main()：主函数，一个程序的入口。一个程序有且只有一个main()函数
int：代表主函数的返回值类型是int型
printf()：格式化输出，将括号内的内容打印到显示器上，打印字符串需要用双引号""引上
return 0;：配合主函数类型使用，一般来说返回0的程序表示程序运行成功

2.2 使用编译器GCC把程序代码变成可执行程序

GCC（GNU C Compiler）是Linux系统内一款开源的C语言编译器，具有强大的功能，被称为“世界上最好用的C语言编译器”。
使用gcc将hello.c编译为可执行程序
gcc hello.c -o hello
-o的作用：指定生成的产物的名字。如果不加-o和名字，则gcc会默认生成a.out文件
同时，可以使用Make工程管理器编译
make hello    //等价于gcc hello.c -o hello
此时会调用系统默认的Makefile，编译hello.c生成hello。

编译成功后，
执行该程序：
./hello（./a.out）

 

2.3 C语言从代码变成可执行程序的编译步骤

在进行编译时，C语言代码会经过预处理、编译、汇编、链接4个步骤
预处理 -----> 编译 -----> 汇编 -----> 链接
⒈预处理：去掉注释，加载头文件，代替宏定义，条件编译
需要文件：.c文件
生成产物：预处理文件（以.i结尾）
使用方法：gcc hello.c -E -o hello.i
可以使用vim打开预处理文件来查看生成产物
⒉编译：使用编译器进行C语言的语法检查，如果有语法错误，报错，并结束编译过程;如果没有语法错误，把C的源程序转变为汇编代码
需要文件：.i文件
生成产物：汇编文件（以.s结尾）
使用方法：gcc hello.i -S -o hello.s
可以使用vim打开汇编文件来查看生成产物
⒊汇编：把汇编源文件通过汇编器生成目标文件（二进制机器语言）
需要文件：.s文件
生成产物：机器码（或称为“目标代码”，以.o结尾）
使用方法：gcc hello.s -c -o hello.o
可以使用vim打开目标代码文件来查看生成产物（不过只会看到乱码）
⒋链接：把目标文件执行所依赖的所有二进制的其他目标文件及C的库文件都整合成一个可执行文件的过程
需要文件：.o文件及各种动态库或静态库
生成产物：可执行程序
使用方法：gcc hello.o -o hello

 

3 标识符、关键字、变量、常量

3.1 标识符

标识符：用于标识变量名、符号常量名、函数名、类型名、文件名等的有效字符序列；
1）标识符的命名规则：
⒈标识符只能由字母、数字和下划线三种字符组成，且第一个字符必须为字母或下划线；
⒉C语言中的标识符大小写敏感；
⒊用户自定义的标识符不能与关键字同名；

练习：下列哪些标识符是合法的？哪些是不合法的？不合法的标识符错误在哪？
Arena、 2ndtest、 arena  s_count、marks40、oh!god、 class_one、start... end、int

3.2 关键字

关键字：对编译器具有特定含义的标识符，是标识符的一个特殊的集合。C语言内所有的关键字都是小写。
/*******************************C语言关键字*****************************************/
1、基本数据类型
void：声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针，显示丢弃运算结果。（C89标准新增）
char：字符型类型数据，属于整型数据的一种。（K&R时期引入）
int：整型数据，表示范围通常为编译器指定的内存字节长。（K&R时期引入）
float：单精度浮点型数据，属于浮点数据的一种。（K&R时期引入）
double：双精度浮点型数据，属于浮点数据的一种。（K&R时期引入）
//_Bool:布尔型（C99标准新增）
//_Complex:复数的基本类型（C99标准新增）
//_Imaginary:虚数，与复数基本类型相似，没有实部的纯虚数（C99标准新增）
//_Generic:提供重载的接口入口（C11标准新增）
2、类型修饰关键字
short：修饰int，短整型数据，可省略被修饰的int。（K&R时期引入）
long：修饰int，长整型数据，可省略被修饰的int。（K&R时期引入）
//long long：修饰int，超长整型数据，可省略被修饰的int。（C99标准新增）
signed：修饰整型数据，有符号数据类型。（C89标准新增）
unsigned：修饰整型数据，无符号数据类型。（K&R时期引入）
//restrict:用于限定和约束指针，并表明指针是访问一个数据对象的唯一且初始的方式。（C99标准新增）
3、复杂类型关键字
struct：结构体声明。（K&R时期引入）
union：联合体声明。（K&R时期引入）
enum：枚举声明。（C89标准新增）
typedef：声明类型别名。（K&R时期引入）
sizeof：得到特定类型或特定类型变量的大小。（K&R时期引入）
//inline:内联函数用于取代宏定义，会在任何调用它的地方展开。（C99标准新增）
4、存储级别关键字
auto：指定为自动变量，由编译器自动分配及释放。通常在栈上分配。与static相反。当变量未指定时默认为auto。（K&R时期引入）
static：指定为静态变量，分配在静态变量区，修饰函数时，指定函数作用域为文件内部。（K&R时期引入）
register：指定为寄存器变量，建议编译器将变量存储到寄存器中使用，也可以修饰函数形参，建议编译器通过寄存器而不是堆栈传递参数。（K&R时期引入）
extern：指定对应变量为外部变量，即标示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。（K&R时期引入）
const：指定变量不可被当前线程改变（但有可能被系统或其他线程改变）。（C89标准新增）
volatile：指定变量的值有可能会被系统或其他线程改变，强制编译器每次从内存中取得该变量的值，阻止编译器把该变量优化成寄存器变量。（C89标准新增）
5、流程控制关键字
1）跳转结构
return：用在函数体中，返回特定值（如果是void类型，则不返回函数值）。（K&R时期引入）
continue：结束当前循环，开始下一轮循环。（K&R时期引入）
break：跳出当前循环或switch结构。（K&R时期引入）
goto：无条件跳转语句。（K&R时期引入）
2）分支结构
if：条件语句，后面不需要放分号。（K&R时期引入）
else：条件语句否定分支（必须与if连用）。（K&R时期引入）
switch：开关语句（多重分支语句）。（K&R时期引入）
case：开关语句中的分支标记，与switch连用。（K&R时期引入）
default：开关语句中的“其他”分支，可选。（K&R时期引入）
for：循环（K&R时期引入）
while：循环（K&R时期引入）
/*******************************C语言关键字end**************************************/

3.3 变量

变量必须先定义，再使用
//定义变量相当于在内存中开辟内存空间，未开辟内存空间无法使用
定义一个int型变量：
int a;//定义一个int型变量
定义一个char型变量：
char c;//定义一个char型变量
注意：定义变量不要重名，而且在选择变量名和其它标识符时，应注意做到“见名知意”，即选有含意的英文单词（或其缩写）作标识符。

定义变量后，需要给变量赋值
//在C语言中，未初始化的局部变量为乱码，因此使用之前需要事先给值
a = 10;//给int型变量赋值需要整数
c = 'A';//给char型变量赋值需要字符
有时为了书写简便，可以直接在定义变量时赋值。
int a = 10;
char c = 'A';
这种在定义时就直接赋值的使用方法称为“初始化”。
变量之间也可赋值，如：
int a = 10;
int b;
b = a;//将a中存放的值赋值给b

 

3.4 常量

　　　　
常量：在程序执行过程中，其值不被改变的量。常量主要分为两类：
    直接常量：直接引用的数字等；
    符号常量：使用标识符来代替一个数字（常见的：宏定义常量 和 常变量）
1）宏定义
宏定义：又称为宏代换，是定义一个标识符来代表一个值或一个表达式。宏定义常见有不带参宏与带参宏两类
         1.不带参宏
          #define 宏名 宏值
         例如：
         #define MAX 10
         #define PI 3.1415926

        2.带参宏
       与不带参宏不同，带参宏会在宏名之后携带参数列表
       #define 宏名(参数列表) 宏值
       例如：
       #define S(r) PI*r*r

 

使用宏定义的优点：
    1.给数值赋予一定含义，增强代码可读性
    2.减少代码编写量
    3.可以“一改全改”

2）常变量
常变量：变量值不可改变的量，使用const修饰
const int a = 10;//定义一个常变量
注意：
const修饰后的变量会变成只读，因此无法再次赋值。因此初始化常变量需要在定义时直接赋值。
常变量与宏定义常量的区别：
宏定义常量是在预处理阶段，使用宏名来代替宏值。而常变量是在程序运行时，程序在内存分配的一个变量，只不过变量不允许再次赋值。