从零开始学C语言
@阆苑祁寒
更新时间：2019-09-13
写在前面：本文从一个初学者的角度，给出了对C语言的简单理解。如有谬误，敬请指出！
Week1——基本语法
1 #include
2 int main(void)
3 {
4 printf("Hello, world! /n");
5 return 0;
6 }
基本语法解释：
- stdio 系统文件库，除stdio有诸多类型的库函数，stdio中最常用的是printf()函数。
- .h 头文件
- #include 预处理器导入头文件，可python的inform和latex的\usepackage是一个道理.
- <> C标准库，写成""表示自定义的库，常见的有标准数据传输库
和数学库 ，具体参考相关附录. - int 返回一个整数，表示整型数据结构，还有其他种类的数据结构，对应到二进制，拥有巧妙的运算规则.有以下几种类型：字符型(char)→整型(int: short/long/long long; signed/unsigned)→浮点型(float,double,long double)，需要特别注意常量的类型和数值溢出(精度)这两个问题.
- main 所有C文件有且只有一个主函数(入口函数)，在C++中main()表示不需要参数，在C中main(void)表示不需要参数(当然前一种情况也可以运行)，注意没有void main这种说法，int main(int argc, char *argv[])表示需要参数，argc为给程序的参数的个数，argv中保存的是给函数的参数，都是字符串。
- printf() 输出到屏幕，必须调用头文件
，是标准数据传输库下两个最重要的函数(另外一个是scanf，格式与printf类似，只是参量表前需要加地址符&)，其调用格式是 printf("<格式化字符串>", <参量表>); ，库函数的声明是 int printf(const char *format, ...) ，其中字符串format包含了要被写入到标准输出 stdout 的文 本，可以包含嵌入的 format 标签，其标签属性是 %[name][flags][width][.precision][length]specifier ，可被随后的附加参数中指定的值替换，并按需求进行格式化。注意每一个printf()可以有多个format标签，写成 %[name]%[name] 格式，中间无需逗号。(注：scanf函数可以识别的数据类型是 [number] [number] (空格输入)和 [number]\n[number] (换行输入)，特别，中间如果是逗号则不能识别。)更多内容参考下表(摘自附录)：
| name | 意义 |
|---|---|
| d | 以十进制形式输出带符号整数(正数不输出符号) |
| o | 以八进制形式输出无符号整数(不输出前缀0) |
| x,X | 以十六进制形式输出无符号整数(不输出前缀Ox) |
| u | 以十进制形式输出无符号整数 |
| f | 以小数形式输出单、双精度实数 |
| e,E | 以指数形式输出单、双精度实数 |
| g,G | 以%f或%e中较短的输出宽度输出单、双精度实数 |
| c | 输出单个字符 |
| s | 输出字符串 |
| p | 输出指针地址 |
| lu | 32位无符号整数 |
| llu | 64位无符号整数 |
| flags | 意义 |
|---|---|
| - | 在给定的字段宽度内左对齐，默认是右对齐（参见 width 子说明符）。 |
| + | 强制在结果之前显示加号或减号（+ 或 -），即正数前面会显示 + 号。默认情况下，只有负数前面会显示一个 - 号。 |
| 空格 | 如果没有写入任何符号，则在该值前面插入一个空格。 |
| # | 与 o、x 或 X 说明符一起使用时，非零值前面会分别显示 0、0x 或 0X。 与 e、E 和 f 一起使用时，会强制输出包含一个小数点，即使后边没有数字时也会显示小数点。默认情况下，如果后边没有数字时候，不会显示显示小数点。 与 g 或 G 一起使用时，结果与使用 e 或 E 时相同，但是尾部的零不会被移除。 |
| 0 | 在指定填充 padding 的数字左边放置零（0），而不是空格（参见 width 子说明符）。 |
| width | 意义 |
|---|---|
| (number) | 要输出的字符的最小数目。如果输出的值短于该数，结果会用空格填充。如果输出的值长于该数，结果不会被截断。 |
| * | 宽度在 format 字符串中未指定，但是会作为附加整数值参数放置于要被格式化的参数之前。 |
| .precision | 意义 |
|---|---|
| .number | 对于整数说明符（d、i、o、u、x、X）：precision 指定了要写入的数字的最小位数。如果写入的值短于该数，结果会用前导零来填充。如果写入的值长于该数，结果不会被截断。精度为 0 意味着不写入任何字符。 对于 e、E 和 f 说明符：要在小数点后输出的小数位数。 对于 g 和 G 说明符：要输出的最大有效位数。 对于 s: 要输出的最大字符数。默认情况下，所有字符都会被输出，直到遇到末尾的空字符。 对于 c 类型：没有任何影响。 当未指定任何精度时，默认为 1。如果指定时不带有一个显式值，则假定为 0。 |
| .* | 精度在 format 字符串中未指定，但是会作为附加整数值参数放置于要被格式化的参数之前。 |
| length | 意义 |
|---|---|
| h | 参数被解释为短整型或无符号短整型（仅适用于整数说明符：i、d、o、u、x 和 X）。 |
| l | 参数被解释为长整型或无符号长整型，适用于整数说明符（i、d、o、u、x 和 X）及说明符 c（表示一个宽字符）和 s（表示宽字符字符串）。 |
| L | 参数被解释为长双精度型（仅适用于浮点数说明符：e、E、f、g 和 G）。 |
- return 0 参量为空时结束循环(为了使代码严谨，必须要加)。return表示返回一个函数的值，在C中没有真假值一说，与python不同，即没有return false和return ture，返回函数return参见后续内容。
- /n 是C语言中的转义字符，借助/以示与字符(参见ASCII表)的区别。更多内容参考下表(摘自附录)：
- C标识符 区分大小写，不允许出现除"_"之外的特殊字符(参见ASCII表)，为避免与常量的区别，禁止用数字开头，通常由写为"(字母)_(数字)"的形式，且字母要求具有一些明确的含义，不可选用关键字。原则上，可以选用一些库函数中的函数名，但是没有必要，徒增混乱！
- C注释 单行可以用\\注释，多行可以用\*和*\注释，后者更为规范，其本质是预编译时以一个空格代之(搜索\*和*\，也是不能嵌套的原因)。
- ; C语句结束语，否则需要用{}括起来。
- C关键字 不能作为常量名、变量名或其他标识符名称。更多内容参考下表(摘自附录)，并注明不常见的关键字。
| auto | 声明自动变量 |
| break | 跳出当前循环 |
| case | 开关语句分支 |
| char | 声明字符型变量或函数返回值类型 |
| const | 声明只读变量 |
| continue | 结束当前循环，开始下一轮循环 |
| default | 开关语句中的"其它"分支 |
| do | 循环语句的循环体 |
| double | 声明双精度浮点型变量或函数返回值类型 |
| else | 条件语句否定分支（与 if 连用） |
| enum | 声明枚举类型 |
| extern | 声明变量或函数是在其它文件或本文件的其他位置定义 |
| float | 声明浮点型变量或函数返回值类型 |
| for | 一种循环语句 |
| goto | 无条件跳转语句 |
| if | 条件语句 |
| int | 声明整型变量或函数 |
| long | 声明长整型变量或函数返回值类型 |
| register | 声明寄存器变量 |
| return | 子程序返回语句（可以带参数，也可不带参数） |
| short | 声明短整型变量或函数 |
| signed | 声明有符号类型变量或函数 |
| sizeof | 计算数据类型或变量长度（即所占字节数） |
| static | 声明静态变量 |
| struct | 声明结构体类型 |
| switch | 用于开关语句 |
| typedef | 用以给数据类型取别名 |
| unsigned | 声明无符号类型变量或函数（正数） |
| union | 声明共用体类型 |
| void | 声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针 |
| volatile | 说明变量在程序执行中可被隐含地改变 |
| while | 循环语句的循环条件 |
- 空格 描述空白符、制表符、换行符和注释，空格分隔语句的各个部分，让编译器能识别语句中的某个元素(如int)在哪里结束，下一个元素在哪里开始。同时也是ASCII表中的特殊字符，由于在C语言中具有特殊的意义，故列出。
- 函数与存储类型 除主函数main之外的其他函数，需要命名为除main之外的名字以便识别，常见写法为“函数名(需要返回的数据类型和参量)”(C99之后的存储类型没有必要写出)，这里的参量与函数内局部声明的参量不同(需要返回！)，这也是当参量为空时写return 0的原因。更多地，计算机硬件部分分为外存→内存→快存(cache，预测CUP动作，算法固定，不受人工干预)→寄存器(与CPU伴生，存储中间运算过程)，调用速度是递增的，存储类型分为"内存"和"寄存器"两种类型，默认是"内存"，故没必要写出。
- 引号 单引号表示一个字符，双引号表示字符串(指针)，前者被编译为字符编码(注意ASCII表中的对应关系，也即char类型)，后者被编译为内存，有关指针的内容在后续指出。
C语言的第一课与其说是认识C语言，不如说是认识最基本的语句helloword里的所包含的全部信息及相关附录！
更多细节部分，可以参考主流C语言参考书自行补充完整。至此，对于一些简单的习题，只需注意一些编译错误(分号/花括号/半角/字符串空格)和数值错误(初始化/分类讨论/数据类型)即可，暂时不用管逻辑上的错误。下面给出了一些基本的习题，对于掌握了上述内容的C语言初学者，完全是小菜一碟。
声明：题目源于已公开的C程序设计练习题，有多种做法，不提供参考答案。
1.利用星号和空格输出一个爱心形状。2.键盘输入x的值，求方程y=x*x+2*x-10所对应的y值。3.以下程序求两个输入的整数的和，请找出其中的错误。
题目3的代码1 #include2 3 int main() 4 { 5 int a,b,sum; 6 7 sum=a+b; 8 a=1; 9 b=2; 10 11 printf("sum=%d\n",sum); 12 } 4.以下程序求1到100的和，请找出其中的错误。
题目4的代码1 #include2 3 int main() 4 { 5 int a,i,sum; 6 7 i=0; 8 while(i<=100) 9 { 10 sum=sum+i; 11 i=i+1; 12 } 13 14 printf("1+2+...+100=%d\n",sum); 15 16 } 5.已知在某C语言编译系统中表达式 sizeof(int) 的值是2，如果希望将常量-70000正确的保存在一个变量a中，该变量声明语句应当是( )
A. int a; B. long int a;
C. unsigned int a; D. unsigned long int a;6.设int类型的数据长度为2个字节，则unsigned int类型数据的取值范围是( )
A.0~255 B.0~65535
C.-32768~32767 D.-256~2557.在C语言中，数字029是一个( )
A.八进制数 B.十六进制数
C.十进制数 D.非法数8.以下标识符中不能用做变量名或自定义函数名的是( )
A. main B. scanf C. _float D. sizeof
9.在以下各组标识符中，均可以用作变量名的一组是( )
A. A01, Int B. table_1, a *.1
C. 0_a, W12 D. for, point10.以下叙述中正确的是( )
A. 在C程序中，main函数必须位于程序的最前面
B. C程序的每行只能写一条语句
C. C语言本身没有输入输出语句
D. 在对一个C程序进行编译的过程中，可发现注释中的拼写错误11.以下叙述不正确的是( )
A. 一个C源程序可由一个或多个函数组成
B. 一个C源程序必须包含一个main函数
C. C程序的基本组成单位是函数
D. 在C程序中，注释说明只能位于一条语句的后面12.C语言规定：在一个源程序中，main函数的位置( )
A. 必须在最开始
B. 必须在系统调用的库函数的后面
C. 可以任意
D. 必须在最后13.编写程序，判断并输出所使用的编译器每种基本类型变量所占的存储空间大小。
14.编写程序，输入一个长方体的长、宽和高（整数），输出这个长方体的体积。
15.编写程序，读取一个在0和1000之间的整数，并将该整数的各位数字相加。
16.编写程序，提示用户输入分钟数（例如10000000），然后显示这些分钟代表的时长（多少年多少天），为了简化问题，假设一年有365天。
17.编写程序，计算将水从初始温度加热到最终温度所需的能量Q=M×（最终温度 – 初始温度）× 4184。
18.编写程序，从键盘输入一个4位正整数，输出该数的反序数。
19.一个美国政府的研究实验室得出结论，认为在肥宅快乐水中常用的人造甜味剂会导致实验室老鼠的死亡。你的一个朋友在拼命的减肥，但是他不能放弃肥宅快乐水。你的朋友想知道能够喝多少汽水而不会导致死亡。请编写程序，帮他回答这个问题。已知实验时，杀死一只老鼠所用的人造甜味剂是5g，老鼠的重量为35g。假设老鼠的致死量（lethal dose）成比例对应于人的致死量。一罐肥宅快乐水350g，其中所含的人造甜味剂占0.1%。输入你的朋友的体重(Kg)，输出他最多可以喝的肥宅快乐水的罐数。
20.(未完待续)
Week2——结构化与基本语句
程序的灵魂是算法，算法的核心是逻辑，语言只是表达给机器的工具（尤其是C，既面向机器，又面向用户）。不同于其他语言，C面向过程，只能实现函数与函数的互相调用，而不能嵌套，其逻辑本质可以平延到高级语言对包的调用。C语言中最常见的语句列表如下。
常用语句解释：
顺序结构
- 表达式语句：赋值和调用函数。
- 复合语句：用{}括出，通常含局部声明和语句两部分。
- 空语句：例如连续输入字符，遇到a则停止，可用getchar表示， while(getchar()!='a'); 。
选择结构
运算符：用于算术：*,/,%(取余);+,-；用于比较(关系运算)：>,<,>=,<=;==,=!；用于逻辑：&&(与);||(或)；用于赋值：=,+=(加,赋值),-=,*=,/=,%=.
需要注意的是，优先级比算术运算符更高的是单目运算(自增++和自减--,等)和括号，更多内容参考下表(摘自附录)：
|
优先级
|
运算符
|
名称或含义
|
使用形式
|
结合方向
|
说明
|
|
1
|
[]
|
数组下标
|
数组名[整型表达式]
|
左到右
|
|
|
()
|
圆括号
|
（表达式）/函数名(形参表)
|
|||
|
.
|
成员选择（对象）
|
对象.成员名
|
|||
|
->
|
成员选择（指针）
|
对象指针->成员名
|
|||
|
2
|
-
|
负号运算符
|
-算术类型表达式
|
右到左
|
单目运算符
|
|
(type)
|
强制类型转换
|
(纯量数据类型)纯量表达式
|
|||
|
++
|
自增运算符
|
++纯量类型可修改左值表达式
|
单目运算符
|
||
|
--
|
自减运算符
|
--纯量类型可修改左值表达式
|
单目运算符
|
||
|
*
|
取值运算符
|
*指针类型表达式
|
单目运算符
|
||
|
&
|
取地址运算符
|
&表达式
|
单目运算符
|
||
|
!
|
逻辑非运算符
|
!纯量类型表达式
|
单目运算符
|
||
|
~
|
按位取反运算符
|
~整型表达式
|
单目运算符
|
||
|
sizeof
|
长度运算符
|
sizeof 表达式
sizeof(类型)
|
|||
| 3 |
/
|
除
|
表达式/表达式
|
左到右 |
双目运算符
|
|
*
|
乘
|
表达式*表达式
|
双目运算符
|
||
|
%
|
余数（取模）
|
整型表达式%整型表达式
|
双目运算符
|
||
|
4
|
+
|
加
|
表达式+表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
-
|
减
|
表达式-表达式
|
双目运算符
|
||
|
5
|
<<
|
左移
|
整型表达式<<整型表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
>>
|
右移
|
整型表达式>>整型表达式
|
双目运算符
|
||
|
6
|
>
|
大于
|
表达式>表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
>=
|
大于等于
|
表达式>=表达式
|
双目运算符
|
||
|
<
|
小于
|
表达式<表达式
|
双目运算符
|
||
|
<=
|
小于等于
|
表达式<=表达式
|
双目运算符
|
||
|
7
|
==
|
等于
|
表达式==表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
!=
|
不等于
|
表达式!= 表达式
|
双目运算符
|
||
|
8
|
&
|
按位与
|
整型表达式&整型表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
9
|
^
|
按位异或
|
整型表达式^整型表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
10
|
|
|
按位或
|
整型表达式|整型表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
11
|
&&
|
逻辑与
|
表达式&&表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
12
|
||
|
逻辑或
|
表达式||表达式
|
左到右
|
双目运算符
|
|
13
|
?:
|
条件运算符
|
表达式1? 表达式2: 表达式3
|
右到左
|
三目运算符
|
|
14
|
=
|
赋值运算符
|
可修改左值表达式=表达式
|
右到左
|
|
|
/=
|
除后赋值
|
可修改左值表达式/=表达式
|
|||
|
*=
|
乘后赋值
|
可修改左值表达式*=表达式
|
|||
|
%=
|
取模后赋值
|
可修改左值表达式%=表达式
|
|||
|
+=
|
加后赋值
|
可修改左值表达式+=表达式
|
|||
|
-=
|
减后赋值
|
可修改左值表达式-=表达式
|
|||
|
<<=
|
左移后赋值
|
可修改左值表达式<<=表达式
|
|||
|
>>=
|
右移后赋值
|
可修改左值表达式>>=表达式
|
|||
|
&=
|
按位与后赋值
|
可修改左值表达式&=表达式
|
|||
|
^=
|
按位异或后赋值
|
可修改左值表达式^=表达式
|
|||
|
|=
|
按位或后赋值
|
可修改左值表达式|=表达式
|
|||
|
15
|
,
|
逗号运算符
|
表达式,表达式,…
|
左到右
|
从左向右顺序结合
|
- 运算符运算：括号>单目>算术>关系>逻辑>赋值，以及多目运算.
- if语句： if(){;}else (if){;} ，允许嵌套.
- switch语句：多种情况的另一种表示法 switch(){case (int型) : (语句);[break;]default: (语句);} ，允许嵌套.
循环结构
- while语句： while((控制语句)){;} ，允许嵌套.
- do-while语句： do{;}while((控制语句)); ，允许嵌套.
- for语句：for((初值);(控制语句);(控制变量)){;} ，允许嵌套.
- 嵌套语句：与选择结构嵌套.
特殊语句
- break语句：结束switch语句中的cases或者结束循环结构，适用于非结构化语句.
- continue语句：强制开启新一轮循环，没有break语句方便高效，适用于非结构化语句.
- 无条件转移语句：goto转向语句编号代表的循环，需要对循环结构编号，容易使程序结构混乱.
至此，完成简单程序的编写对于C语言的初学者便小菜一碟了，程序中或多或少结合的一些代数中的数学思想，会给编程带来一丝丝困扰。无论是从机器语言到C语言，还是C语言本身语句的编写，都离不开数学，可见计算机是对数学思想的一个结构化(程序化)的应用！
下面是一些经典算法的简要介绍：
week3——模块化
简单的语句结合代数知识可以完胜一切结构化的程序开发，但事实上的编程是复杂的，需要用到计算机语言的另外一个核心，即模块化程序开发：函数的调用。如果函数相互调用可以完成变量的传递，如果本身进行调用，则可以完成递归。
week4——数组与指针
如果说结构化与模块化是C语言作为计算机语言的基本特征，那么指针就是C语言的特色。
week5——文件操作简介与位运算详解
至此，已经掌握的C语言的全部基本知识，在将代数知识和程序开发的基本思想应用于更多的计算机语言前，还有另外一个重中之重的任务——算法设计与优化，好的算法在于其高效性与巧妙性，而不仅仅是重复无趣的运算。那么，就用C语言这门跨时代的语言，开启这一精彩而富有挑战性的篇章吧！