C语言笔记第01章：初识C语言

第01章：初识C语言

来自：中南林业科技大学软件协会学术部：谢添

⏲ 时间：2022 - 10 - 05

官网：https://www.csuftsap.cn/

✏️ 本章所有提供代码均已测试，读万卷书不如行万里路，一定要把代码都自己敲一遍并测试

一件事，你若不想做，你会？找出千万个理由去拒绝，你若想做，你会绞尽脑汁的去想办法，做与不做，不在于你行不行，而在于你要不要。

1.什么是C语言

• C语言是一门通用的计算机编程语言，广泛应用于底层开发。
• 尽管C语言提供了许多低级处理的功能，却仍然保持着良好的跨平台特性，一个标准规格写出的C语言程序可以在许多电脑平台上进行编译。
• C语言是一门纯面向过程的计算机编程语言，与C++，Java等面向对象的编程语言有所不同。

2.编译器选择

2.1 Visual Studio（VS）介绍

是一套非常完备的工具和服务，可帮助您为 Microsoft 平台和其他平台创建各种各样的应用程序。Visual Studio 还可将您所有的项目、团队和利益干系人联系在一起。现在您的团队可以从任何位置以虚拟方式进行更为敏捷的合作，无论他们采用何种开发工具。

可以通过强大的集成开发环境构建面向 Windows、Android、iOS 以及 Web 的出色应用。使用任何 IDE 或编辑器在云中进行版本控制、敏捷、持续交付、应用程序分析协作。

适用于所有操作系统的编辑器使用可在 Windows、OS X 或 Linux 上运行的免费代码编辑器构建和调试现代 Web 和云应用程序。

2.2 为什么选择VS

在学习C语言的过程中，编译环境和编辑器肯定是必不可少的。比如大家常见的VC 6.0,Dev,g++等等，但是目前市场上使用最广泛，相对成熟的集成开发环境依旧是Visual Studio。

只是很多高校在教学实践中普遍采用VC或者Dev，因为文件小，安装便捷嘛!不过相对而言，这些软件对初学者往往不够友好，包括界面、提示符、文件系统等等。

而与之对应的，VS凭借它出色的界面、友好的操作方式和完备的体系得到很多开发者的青睐，所以也是奉劝一些仍在坚持学校的软件的学弟学妹入坑VS，只有四个字送给你们：绝对不亏！

2.3 下载与安装教程

必学必会

VS官网：https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/vs/

推荐视频教程：https://www.bilibili.com/video/BV11R4y1s7jz/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click

3.第一个C语言程序与基本结构

Hello World是一个最著名的程序。对每一位程序员来说，这个程序几乎是每一门编程语言中的第一个示例程序。实际上，这个程序的功能只是告知计算机显示Hello World这句话。传统意义上，程序员一般用这个程序测试一种新的系统或编程语言。对程序员来说，看到这两个单词显示在电脑屏幕上，往往表示他们的代码已经能够编译、装载以及正常运行了，这个输出结果就是为了证明这一点。这个测试程序在一定程度上具有特殊的象征意义。在过去的几十年间，这个程序已经渐渐地演化成为了一个久负盛名的传统。几乎所有的程序员，无论是在你之前，或在你之后，当第一次实现与计算机成功沟通之后，在某种程度上，他们的肾上腺素就会急剧上升(激动不已)。

#include

int main() {
	printf("Hello World：你好，软件协会");
	return 0;
}

3.1 具体结构

一个C程序就是由若干头文件和函数组成。

• #include 就是一条预处理命令, 它的作用是通知C语言编译系统在对C程序进行正式编译之前需做一些预处理工作。
• 函数就是实现代码逻辑的一个小的单元。

3.2 主函数

一个C程序有且只有一个主函数，即main函数。

• C程序就是执行主函数里的代码，也可以说这个主函数就是C语言中的唯一入口。
• 而main前面的int就是主函数的返回值类型。
• printf()是格式输出函数，这里就记住它的功能就是在屏幕上输出指定的信息
• return是函数的返回值，根据函数类型的不同，返回的值也是不同的。
• \n 是转义字符中的换行符。
• C程序一定是从主函数开始执行的

3.3 规范

• 一个说明或一个语句占一行，例如：包含头文件、一个可执行语句结束都需要换行。
• 函数体内的语句要有明显缩进，通常以按一下Tab键为一个缩进。
• 括号要成对写，如果需要删除的话也要成对删除。
• 当一句可执行语句结束的时候末尾需要有分号。
• 代码中所有符号均为英文半角符号。

4.0.前言

针对不同的数据，采取不同的存储方式和进行不同的处理。随着处理对象的复杂化，数据类型也要变得更丰富。数据类型的丰富程度直接反映了程序设计语言处理数据的能力。

C语言很重要的一个特点是它的数据类型十分丰富。因此，C语言程序数据处理功能很强。C语言丰富的数据类型可归纳如下：

我们现在要讲的呢，只是对数据类型的简单了解，我们后面的章节再详细讲解各种数据类型。当然，关于基本数据类型还有很多值得探究的地方，也会放在后面补充，毕竟一口气吃不了那么多，就像你能一下子追到你的男神或女神 吗？肯定是要有个循序渐进，循循善诱的过程嘛

4.1 常见基本数据类型

类型	说明
short / short int	短整型
int	整型
long	长整型
long long int	更长的整型
float	单精度浮点型
double	双精度浮点型
char	字符数据类型

C语言没有字符串类型哦，但是我们可以使用字符数组，或者用指针指向字符串，现在不理解没关系，我们先在这稍微提一嘴

以上类型都有两种子类型：有符号数（signed XXX）、无符号数（unsigned XXX）。二者最大的区别：表示的值的范围大小不同，signed > unsigned。

4.2 数据类型字节大小与取值范围

在讲这个前，我们先来简单聊聊字节：

计算机最小的存储单位: bit 比特位。一个比特位存放一个二进制数字 0 / 1 。

再大一点的单位是 byte 字节。一个字币=8个比特位。

它们之间的换算规则是这样的:

• 1 KB = 1024 byte ( byte 也可简写成 B )
• 1 MB =1024 KB
• 1 GB = 1024 MB
• 1 TB = 1024 GB

那字节大小如何确定取值范围的呢？

一个字节 = 8 bit
1 bit 可以存放 0 或 1
那么 1 bit 可以表示两个数：0 1
那么 2 bit 可以表示 2 * 2 即 4 个数：00 01 10 11 分别代表0,1,2,3
这样算下来，8 bit 可以存放2的8次方即256个数
那unsigned short类型占2字节，一共16 bit，不就可以表示65536个数吗
从 0 ~ 65536 不就是65535个数吗 

这里其实还涉及到进制，如果你想了解进制，可以在软协官网下载资源《进制，原码反码补码，位运算》，帮你打通进制从而理解取值范围

也可以查看链接（CSDN上发表）：https://blog.csdn.net/qq_62982856/article/details/126052638?spm=1001.2014.3001.5501

数据类型	字节大小	取值范围
short	2字节	-32768~32767
unsigned short	2字节	0~65535
int	4字节	-2147483648~2147483647
unsigned int	4字节	0~4294967295
long	4字节	-2147483648~2147483647
unsigned long	4字节	0~4294967295
long long	8字节	9,223,372,036,854,775,808~9,223,372,036,854,775,807
unsigned long long	8字节	0~18,446,744,073,709,551,616
float	4字节	-3.4*10^38~3.4*10^38
double	8字节	-1.7*10^308~1.7*10^308
long double	8字节	-1.7*10^308~1.7*10^308

unsigned 是无符号的意思，我们以 short 和 short int 来说明，short 就是有符号数，unsigned short 是 无符号数，但它们占的字节是相同的，则能表示的数的个数也是一致的，short 从 -32768~32767 一共 65536 个整数，unsigned 从 0 ~ 65535 不也是 65536 个整数吗

4.3 测试各种数据类型所占字节大小

计算字节大小，我们可以使用 sizeof(数据类型) 这个单目运算符（sizeof(数据类型)不是函数哦，C/C++语言编译器在预编译阶段的时候就已经处理完了sizeof的问题，也就是说sizeof类似于宏定义），它的返回值是括号内的数据类型的字节大小，在这里先简单使用一下，后面章节会详讲。不多说，上代码。

#include
int main()
{
	//sizeof：计算()内数据所占内存空间大小，单位是字节。

	printf("char = %d\n", sizeof(char)); //计算字符型字节大小
	printf("short = %d\n", sizeof(short)); //计算短整型
	printf("int = %d\n", sizeof(int)); //计算整型
	printf("long = %d\n", sizeof(long)); //计算长整型
	printf("long long = %d\n", sizeof(long long)); //计算更长整型
	printf("float = %d\n", sizeof(float)); //计算单精度浮点型
	printf("double = %d\n", sizeof(double)); //计算双精度浮点型
	return 0;
}

运行来看看结果吧：

❗️ 提一个问题：

问题出在sizeof上，它返回的是一个64位 (8 bytes)的无符号整型

再看看我们使用的占位符 %d ，在格式化输入输出中代表int(4bytes）,%ld代表long int（>=4bytes）, %lld代表long long int (8 bytes);

那你应该很清楚应该怎么改才能消除警告了吧， 修改后的代码

#include
int main()
{
	//sizeof：计算()内数据所占内存空间大小，单位是字节。
	//将 %d 修改为 %lld
	printf("char = %lld\n", sizeof(char)); //计算字符型字节大小
	printf("short = %lld\n", sizeof(short)); //计算短整型
	printf("int = %lld\n", sizeof(int)); //计算整型
	printf("long = %lld\n", sizeof(long)); //计算长整型
	printf("long long = %lld\n", sizeof(long long)); //计算更长整型
	printf("float = %lld\n", sizeof(float)); //计算单精度浮点型
	printf("double = %lld\n", sizeof(double)); //计算双精度浮点型
	return 0;
}

4.4 测试数据类型的取值范围

我们以 short 类型为例，在 4.2 提到它的取值范围为 -32768~32767 ，那就说明最大值是 32767，不能取 32768

上代码测试：

#include
int main()
{
	short temp1 = 32767;
	short temp2 = 32768;
	printf("temp1 = %d\n", temp1);
	printf("temp2 = %d\n", temp2);
}

看下输出结果吧，可以看到temp2的值是超过了 short 的取值范围，因此输出temp2显示的不是我们定义的32768，而是负值

至于为什么是负值，这里不详说，涉及到底层的二进制运算，以后有机会单独拉出来解释。

5.变量、常量

生活中的有些值是不变的（比如：圆周率，性别，身份证号码，血型，张若昀对唐艺昕的爱）

有些值是可变的（比如：年龄，体重，薪资，渣男的爱）。

不变的值，C语言中用常量的概念来表示，变得值C语言中用变量来表示。

5.1 定义变量的方法

int age = 150;
double weight = 45.5;
char ch = 'w';
//我们也可以进行修改
age = 520;
weight = 13.14;

5.2 变量的分类

5.2.1 介绍

1️⃣ 局部变量

1. 也称为内部变量。局部变量是在函数内作定义说明的。其作用域仅限于函数内．离开该函数后再使用这种变量是非法的。
2. 主函数中定义的变量也只能在主函数中使用，不能在其它函数中使用。同时，主函数中也不能使用其它函数中定义的变量。因为主函数也是一个函数，它与其它函数是平行关系。
3. 允许在不同的函数中使用相同的变量名，它们代表不同的对象，分配不同的单元。互不干扰，也不会发生混淆。
4. 在复合语句中也可定义变量，其作用域只在复合语句范围内。

2️⃣ 全局变量

全局变量也称为外部变量，它是在函数外部定义的变量。它不属于哪一个函数，它属于一个源程序文件，其作用域是整个源程序。

3️⃣ 注意事项

如果同一个源文件中，外部变量与局部变量同名，则在局部变量的作用范围内，外部变量被“屏蔽”，即它不起作用。这就是我们以后会常提起的**就近原则**

5.2.2 实例演示

#include 

int global = 2022;//全局变量，定义在main函数外部

int main()
{
    int local = 2018;//局部变量
    
    //下面定义的global会不会有问题？
    int global = 2020;//局部变量
    
    printf("global = %d\n", global);
    return 0; 
}

这是不会有问题的，是允许全局变量与局部变量同名的，但如果在main函数中显示，显示的是2022还是2020呢？

根据就近原则，printf(“global = %d\n”, global);也在main函数当中，说明局部的变量离这条语句更近，因此显示的是 2020

5.3 变量的作用域和生命周期

1️⃣ 作用域

作用域（scope）是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

1. 局部变量的作用域是变量所在的局部范围。比如上述例子中的 local ，它是在main函数当中，因此它的作用域就是main函数内
2. 全局变量的作用域是整个工程。比如上述例子中main函数外面的 global，它的作用域是所在的这个源文件。

2️⃣ 生命周期

变量的生命周期指的是变量的创建到变量的销毁之间的一个时间段

1. 局部变量的生命周期是：进入作用域生命周期开始，出作用域生命周期结束。
2. 全局变量的生命周期是：整个程序的生命周期。

现在你或许还不是很太理解，毕竟第一次接触，但等我们讲到函数还会继续讨论变量的作用域和生命周期。❤️

5.4 常量

C语言中的常量和变量的定义的形式有所差异。

C语言中的常量分为以下以下几种：

1. 字面常量
2. const 修饰的常变量
3. #define 定义的标识符常量
4. 枚举常量

这里我们先提 字面常量 与 const修饰的常变量，后面两个以后再说。

5.4.1 字面常量

	100;//字面常量
	2.5;//字面常量
	1;//字面常量

#include
int main()
{
    //这个 100 就是字面常量，而a是变量
    //我们相当于是把 字面常量100 赋值给了 变量a
	int a = 100;
    
    //我们可以对 变量a 进行修改
    //变量a 原来的值是 100 ，现在我们 将字面常量 520 赋值给了 变量a
    a = 520;
    
    return 0;
}

5.4.2 const 修饰的常变量

#include
int main()
{
    const int num = 10;
    printf("%d\n", num);
    num = 20;
    printf("%d\n", num);
    return 0; 
}

const — 常属性。num：const修饰的常变量，本质上，num还是一个变量。

可以看到，我们刚才写的代码是编译不通过的，可我们刚才又提到了 num 本质是变量，变量不是可以修改吗？这是咋了

其实，这个错误是在程序编译的时候给出的，注意这里，这个时候并没有生成可执行文件，说明const修饰的变量可否修改是由编译器来帮我们保护了，编译器认为你既然声明了const，那就不能给 const修饰的变量a 赋值。

但是，我们可以在可执行程序执行的时候对 const修饰的常变量a 进行修改，既然能修改，那 a 依旧还是个变量，因此 常变量本质还是变量 这句话是没错的，我们可以在 可执行程序执行的时候对常变量的值进行修改。

补充：

关于可执行程序执行时候与如何在此期间对常变量进行修改，等我们讲到指针再来细品。

这时候，你可能就有疑惑了，既然const修饰的常变量是可以修改的，那为什么我们有时候还是需要定义呢，干嘛不直接定义为普通变量呢，这样修改起来也多方便呀。

其实，const修饰的变量，其实质是告诉程序员或编译器该变量为只读，如果程序员在程序中显示的修改一个只读变量，编译器会毫不留情的给出一个error。因此程序员如果定义了一个 const修饰的变量，就是在告诉自己，或者其它阅读与继续编写你的代码的程序员，不要打主意去用指针修改我定义的这个const常变量，其它程序员看到你写的const常变量就会明白：“哦，这个常变量是有用的，我不要去改它，写这个const来修饰变量的程序员在告诉我不要去动它的值！”

5.4.3 #define 定义的标识符常量

#include
#define MAX 100 //设置 常量MAX 的值为 100
int main()
{
	//将常量MAX的值赋值给 num 
	int num = MAX; 
	printf("%d\n", num);
	return 0;
}

5.4.4 枚举常量

生活中有一些事物是可以列举的：星期、颜色、性别、月份等等。

枚举常量关键字：enum

#include
enum week //星期
{
    Mon,
    Tues,
    Wed,
    Thur,
    Fri,
    Sat,
    Sun
};
enum girl{
	Baby,
    Judy,
    Weddy
}
int main()
{
    enum week day = Mon;
    //从 枚举类型 girl 中挑选出 Weddy
    enum girl myGril = Weddy;
    return 0; 
}

5.5 变量的命名规则

1. 命名应当直观且可以拼读，可望文知意，便于记忆和阅读。最好采用英文单词或其组合，不允许使用拼音。程序中的英文单词一般不要太复杂，用词应当准确。
2. 命名的长度应当符合用最少单词表达出最详细的信息原则。C 是一种简洁的语言, 命名也应该是简洁的。例如变量名MaxVal 就比MaxValueUntilOverflow 好用。标识符的长度一般不要过长。
3. 另外，英文词尽量不缩写，特别是非常用专业名词，如果有缩写，在同一系统中对同一单词必须使用相同的表示法，并且注明其意思。
4. 当标识符由多个词组成时，每个词的第一个字母大写，其余全部小写。比如StudentAge、StudentFatherName
5. 尽量避免名字中出现数字编号，如Value1,Value2 等，除非逻辑上的确需要编号。
6. 初学者总是喜欢用带数字的变量名或函数名，这样子看上去很简单方便，但其实是一颗颗定时炸弹。这个习惯初学者一定要改过来。

这里说的是C语言的命名规范，但在其他语言比如Java语言中又会有所不同，这里提一嘴，希望注意。

6.字符串、转义字符、注释

6.1 字符串

"hello world"
"你好，软件协会"
"" //这是一个空字符串

这种由双引号（double quote — "" ）引起来的一串字符称为字符串字面值（String Literal），简称字符串。

字符串的结束标志是一个\0的转义字符。在计算字符串长度（strlen）时， \0 是结束标志，不是字符串内容。。\0 对字符串来说，很重要。

这里呢也是稍微提一嘴，关于字符串我们放在数组细品。

还是上个代码，留个印象

#include
#include
int main()
{
    char arr1[] = "jing";
    printf("arr1 = %s\n", arr1);
    printf("\n");
    printf("arr1_length = %d\n", strlen(arr1));
    return 0; 
}
//strlen函数：计算字符串长度，遇到'\0'停止。

6.2 转义字符

先上个例子引出转义字符（说明：\n代表换行符，即在输出时遇到了 \n 则会自动换行输出)

#include

int main()
{
    printf("\now I love you");
    return 0;
}

【什么是转义字符】

转义字符（Escape character），所有的ASCII码都可以用“\”加数字（一般是8进制数字）来表示。而C中定义了一些字母前加""来表示常见的那些不能显示的ASCII字符，如\0,\t,\n等，就称为转义字符，因为后面的字符，都不是它本来的ASCII字符意思了。简单来说就是在一些字符前加 “\” 使它具有其他意义。

【常见的转义字符】

【水平制表符 \t 演示】

#include

int main()
{
    printf("\tnow I love you");
    return 0;
}

【面试题】

请说出下列代码的输入结果。

#include
#include
int main()
{
    printf("%d\n",strlen("C:\test\32\code\test.c"));
    return 0; 
}

转义字符虽然包含两个或多个字符，但它只代表一个字符。编译系统在见到字符“\”时，会接着找它后面的字符，把它处理成一个字符，在内存中只占一个字节。

结果解释：

• 红色字符：一个字符算一个，13个。
• 紫色字符： \ 与其后面的（紫色）字符合起来算一个字符，4个。
• 单独的一个 \ 不计算长度。

\32 解释：

• 32是2个8进制数字。
• 8进制的32转换成十进制数字为26。
• 26作为ASCII码值，找到对应的字符 — Z。

6.3 注释

6.3.1 分类

1️⃣ 单行注释

#include

int main()
{
    //这是一个单行注释
    return 0;
}

2️⃣ 单行注释

#include

int main()
{
    /*
    这是一个多行注释
    诶，你看，我可以写多行诶
    */
    return 0;
}

多行注释即在/* */ 内的内容都是注释

6.3.2 为什么要有注释

• 代码中有不需要的代码可以直接删除，也可以注释掉。
• 代码中有些代码比较难懂，加注释，便于理解。
• 学会写注释，多写注释都是一个合格程序员的体现。
• 注释也是为了代码的后续维护，实际工作中你写了一个程序并运行了这个项目，这时候需要对程序进行更新或遇到bug需要修改代码，不写注释你可能都不知道自己写的代码是干嘛的，更别说别人来维护你的代码了，估计你家祖宗都会被其它程序员依次问候一遍。

6.3.3 注意事项

注释不能嵌套使用

#include

int main()
{
    /* 
    	我的外层注释 
    	/*我的内层注释 */   
    */
    return 0;
}

上述代码是错误，这是为什么呢？

你想一个 /* 对应一个 */，那我们从第一个 /* 开始看，往后走，遇到的第一个 */只不是就是紧跟在我的内存注释后面的那个*/。因此在这里会直接进行匹配，至于最后一个 */ 该何去何从呢？编译器给你报错呗！

7.常见关键字

看看就行，这些会在以后逐个讲到

//类型名
short int long char float double void
    
//选择、循坏
if else for switch break continue case default do while goto return
    
//自定义类型
struct union typedef enum
    
//修饰
const static extern auto signed unsigned
    
//其他
volatile sizeof register

8.格式控制符

9.简单的输入输出

C语言的输入输出其实很庞大，因为初学，我们先做简单了解，之后单独搞一个专门篇章（由入门到进阶）讲解。

9.1 printf

话不多说，上代码进行用法说明：

#include

int main()
{
    printf("软件协会欢迎你\n"); // \n是换行符，你可以试试不加换行的效果
    
    int a = 10;
    /*
        %d 是int类型的占位符
        逗号“,”后面的变量或变量就会去代替占位符，输出该变量的值
    */
    printf("%d\n", a);

    int b = 89;
    printf("%d 有 %d ，%d 不离 %d\n", a, b, b, a);//这个结果你能想到吗

    //刚才提到了也可以用常量，%lf 是double类型的占位符
    printf("%lf", 13.14);

    return 0;
}

运行结果：

9.2 scanf

这里也是先了解简单使用，目前使用你按下述模板来就行：

#include

int main()
{
    //变量未定义值
    int score;
    printf("请给这篇文章打分（整数）：");
    /*
        这个 %d 是占位符，在逗号“,”后面的是 &变量名 
        表示通过键盘给这个变量赋一个值
    */
    scanf("%d", &score);

    //我们输出，验证一下是不是我们通过键盘输入的值
    printf("您给的分值是：%d", score);
    return 0;
}

这个代码放在 dev 等编译器中是生效的，但在 VS 当中会报错，给出不安全警告，这是为什么呢？

由于微软工作人员从函数安全性的考虑，在VS中弃用了scanf函数，之后创建了scanf_s函数来代替使用，所以在VS中，大多数时候我们还是使用scanf_s函数

所以我们只需在 VS 中对上述代码进行小小修改：scanf统一改为 scanf_s

#include

int main()
{
    //变量未定义值
    int score;
    printf("请给这篇文章打分（整数）：");
    /*
        这个 %d 是占位符，在逗号“,”后面的是 &变量名 
        表示通过键盘给这个变量赋一个值
    */
    scanf_s("%d", &score);

    //我们输出，验证一下是不是我们通过键盘输入的值
    printf("您给的分值是：%d", score);
    return 0;
}

其实不是说不可以使用scanf函数，只不过是预处理器会发出错误警告并停止编译，如果想要坚持使用scanf函数的话，可以在头文件定义#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

我们把上面的代码修改一下，依旧在 vs 中采用 scanf，上代码演示：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS //放在首行，在#include之前
#include


int main()
{
    //变量未定义值
    int score;
    printf("请给这篇文章打分（整数）：");
    /*
        这个 %d 是占位符，在逗号“,”后面的是 &变量名 
        表示通过键盘给这个变量赋一个值
    */
    scanf("%d", &score);

    //我们输出，验证一下是不是我们通过键盘输入的值
    printf("您给的分值是：%d", score);
    return 0;
}

10.小结

本章我们初步了解了C语言以及基本的使用，遇到任何疑惑联系软件协会

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