C语言学习专栏（1）：易忘点

C语言学习专栏系列：

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include< > 与 #include ""的区别:

1. < > 表示系统直接按系统指定的目录检索；
2. “” 表示系统先在 “” 指定的路径(没写路径代表当前路径)查找头文件，如果找不到，再按系统指定的目录检索；

main函数

1. 一个完整的 C 语言程序，是由一个、且只能有一个 main()函数(又称主函数，必须有)和若干个其他函数结合而成(可选)。
2. main 函数是 C 语言程序的入口，程序是从 main 函数开始执行。

C语言编译过程

1. 预处理:宏定义展开、头文件展开、条件编译等，同时将代码中的注释删除，这里并不会检查语法 ；
2. 编译:检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件；
3. 汇编:将汇编文件生成目标文件(二进制文件)；
4. 链接:C 语言写的程序是需要依赖各种库的，所以编译之后还需要把库链接到最终的可执行程序中去；

静态库与动态库

1. 静态库与动态库都是链接阶段的步骤。静态库（.a、.lib）和动态库（.so、.dll）。
2. 静态库编译期间打包到可执行文件中，而动态库是执行时才被载入。
3. 动态库规避了空间浪费和静态库在更新、部署和发布带来的麻烦。不同程序调用相同的动态库，内存中只需要保存一份实例。
4. 静态库和动态库的最大区别,静态情况下,把库直接加载到程序中,而动态库链接的时候,它只是保留接口,将动态库与程序代码独立,这样就可以提高代码的可复用度，和降低程序的耦合度。
5. 动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，因此在程序运行时还需要动态库存在。静态库在程序编译时被连接，运行时不再需要。

声明与定义

一般的情况下，把建立存储空间的声明称之为“定义”，而把不需要建立存储 空间的声明称之为“声明”。直接为声明赋值会报错。

原码、反码与补码

在计算机系统中，数值一律用补码来存储，主要原因是:

1. 统一了零的编码
2. 将符号位和其它位统一处理
3. 将减法运算转变为加法运算
   

赋值表达式的返回值

注意，赋值表达式有返回值，等于等号右边的值。变量y的值就是赋值表达式（x = 2 * x）的返回值2。赋值变量符是从右向左执行。

除法注意事项

1. C 语言里面的整数除法是整除，只会返回整数部分，丢弃小数部分。
2. 如果希望得到浮点数的结果，两个运算数必须至少有一个浮点数，这时 C 语言就会进行浮点数除法。

连续运算符

i < j < k

上面示例中，连续使用两个小于运算符。这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果，即不是保证变量j的值在i和k之间。因为表示运算符是从左到右计算，所以实际执行的是下面的表达式。

(i < j) < k

python是可以这样判断的

浮点数判断大小

注意，由于存在精度限制，浮点数只是一个近似值，它的计算是不精确的，比如 C 语言里面0.1 + 0.2并不等于0.3，而是有一个很小的误差。

bool类型

C99 标准添加了类型_Bool，表示布尔值。但是，这个类型其实只是整数类型的别名，还是使用0表示伪，1表示真。

头文件stdbool.h定义了另一个类型别名bool，并且定义了true代表1、false代表0。只要加载这个头文件，就可以使用这几个关键字。

#include 

bool flag = false;

字面值的类型

一般情况下，十进制整数字面量（比如123）会被编译器指定为int类型。如果一个数值比较大，超出了int能够表示的范围，编译器会将其指定为long int。如果数值超过了long int，会被指定为unsigned long。如果还不够大，就指定为long long或unsigned long long。

unsigned int里面的int可以省略，所以上面的变量声明也可以写成下面这样。

unsigned a;

字符类型char也可以设置signed和unsigned。

signed char c; // 范围为 -128 到 127
unsigned char c; // 范围为 0 到 255

注意，C 语言规定char类型默认是否带有正负号，由当前系统决定。这就是说，char不等同于signed char，它有可能是signed char，也有可能是unsigned char。这一点与int不同，int就是等同于signed int。

溢出

每一种数据类型都有数值范围，如果存放的数值超出了这个范围（小于最小值或大于最大值），需要更多的二进制位存储，就会发生溢出。大于最大值，叫做向上溢出（overflow）；小于最小值，叫做向下溢出（underflow）。

一般来说，编译器不会对溢出报错，会正常执行代码，但是会忽略多出来的二进制位，只保留剩下的位，这样往往会得到意想不到的结果。

unsigned int i = 5;
unsigned int j = 7;

if (i - j < 0) // 错误
  printf("negative\n");
else
  printf("positive\n");

上面示例的运算结果，会输出positive。原因是变量i和j都是 unsigned int 类型，i - j的结果也是这个类型，最小值为0，不可能得到小于0的结果。正确的写法是写成下面这样。

sizeof返回值

sizeof运算符的返回值，C 语言只规定是无符号整数，并没有规定具体的类型，而是留给系统自己去决定，sizeof到底返回什么类型。不同的系统中，返回值的类型有可能是unsigned int，也有可能是unsigned long，甚至是unsigned long long，对应的printf()占位符分别是%u、%lu和%llu。这样不利于程序的可移植性。

C 语言提供了一个解决方法，创造了一个类型别名size_t，用来统一表示sizeof的返回值类型。该别名定义在stddef.h头文件（引入stdio.h时会自动引入）里面，对应当前系统的sizeof的返回值类型，可能是unsigned int，也可能是unsigned long。

C 语言还提供了一个常量SIZE_MAX，表示size_t可以表示的最大整数。所以，size_t能够表示的整数范围为[0, SIZE_MAX]。

printf()有专门的占位符%zd或%zu，用来处理size_t类型的值。

如果当前系统不支持%zd或%zu，可使用%u（unsigned int）或%lu（unsigned long int）代替。

类型转换

1. 赋值运算符的自动转换

字节宽度较小的整数类型，赋值给字节宽度较大的整数变量时，会发生类型提升，即窄类型自动转为宽类型。

字节宽度较大的类型，赋值给字节宽度较小的变量时，会发生类型降级，自动转为后者的类型。这时可能会发生截值（truncation），系统会自动截去多余的二进制位，导致难以预料的结果。

2. 运算符的自动转换

不同的浮点数类型混合运算时，宽度较小的类型转为宽度较大的类型，比如float转为double，double转为long double。

不同的整数类型混合运算时，宽度较小的类型会提升为宽度较大的类型。比如short转为int，int转为long等，有时还会将带符号的类型signed转为无符号unsigned。避免无符号与有符号的混合运算，会出现意想不到的错误。

3. 函数的参数和返回值，会自动转成函数定义里指定的类型。

可移植类型

整数类型的极限值，有时候需要查看，当前系统不同整数类型的最大值和最小值，C 语言的头文件limits.h提供了相应的常量，比如SCHAR_MIN代表 signed char 类型的最小值-128，SCHAR_MAX代表 signed char 类型的最大值127。

为了代码的可移植性，需要知道某种整数类型的极限值时，应该尽量使用这些常量。

SCHAR_MIN，SCHAR_MAX：signed char 的最小值和最大值。
SHRT_MIN，SHRT_MAX：short 的最小值和最大值。
INT_MIN，INT_MAX：int 的最小值和最大值。
LONG_MIN，LONG_MAX：long 的最小值和最大值。
LLONG_MIN，LLONG_MAX：long long 的最小值和最大值。
UCHAR_MAX：unsigned char 的最大值。
USHRT_MAX：unsigned short 的最大值。
UINT_MAX：unsigned int 的最大值。
ULONG_MAX：unsigned long 的最大值。
ULLONG_MAX：unsigned long long 的最大值。

程序员有时控制准确的字节宽度，这样的话，代码可以有更好的可移植性，头文件stdint.h创造了一些新的类型别名。

（1）精确宽度类型(exact-width integer type)，保证某个整数类型的宽度是确定的。

int8_t：8位有符号整数。
int16_t：16位有符号整数。
int32_t：32位有符号整数。
int64_t：64位有符号整数。
uint8_t：8位无符号整数。
uint16_t：16位无符号整数。
uint32_t：32位无符号整数。
uint64_t：64位无符号整数。

程序员有时控制准确的字节宽度，这样的话，代码可以有更好的可移植性，头文件stdint.h创造了一些新的类型别名。

字符数组与字符串区别

数字 0(和字符‘\0’等价)结尾的 char 数组就是一个字符串，字符串是一种特殊的 char 的数组。

字符串多行

1. 如果字符串过长，可以在需要折行的地方，使用反斜杠（\）结尾，将一行拆成多行。

"hello \
world"

2. 只要这些字符串之间没有间隔，或者只有空格，C 语言会将它们自动合并。

char greeting[50] = "Hello, ""how are you ""today!";
// 等同于
char greeting[50] = "Hello, how are you today!";

字符指针和字符数组

1. 指针指向的字符串，在 C 语言内部被当作常量，不能修改字符串本身。

为什么字符串声明为指针时不能修改，声明为数组时就可以修改？原因是系统会将字符串的字面量保存在内存的常量区，这个区是不允许用户修改的。声明为指针时，指针变量存储的只是一个指向常量区的内存地址，因此用户不能通过这个地址去修改常量区。但是，声明为数组时，编译器会给数组单独分配一段内存，字符串字面量会被编译器解释成字符数组，逐个字符写入这段新分配的内存之中，而这段新内存是允许修改的。

为了提醒用户，字符串声明为指针后不得修改，可以在声明时使用const说明符，保证该字符串是只读的。

const char* s = "Hello, world!";

2. 指针变量可以指向其它字符串。

为什么数组变量不能赋值为另一个数组？原因是数组变量所在的地址无法改变，或者说，编译器一旦为数组变量分配地址后，这个地址就绑定这个数组变量了，这种绑定关系是不变的。C 语言也因此规定，数组变量是一个不可修改的左值，即不能用赋值运算符为它重新赋值。

gets(str)与 scanf(“%s”,str)的区别

1. gets(str)允许输入的字符串含有空格
2. scanf(“%s”,str)不允许含有空格

fgets与fputs

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
int fputs(const char * str, FILE * stream);

fgets()在读取一个用户通过键盘输入的字符串的时候，同时把用户输入的回 车也做为字符串的一部分。通过 scanf 和 gets 输入一个字符串的时候，不包 含结尾的“\n”，但通过 fgets 结尾多了“\n”。fgets()函数是安全的，不存在缓冲区溢出的问题。

fputs()是 puts()的文件操作版本，但 fputs()不会自动输出一个’\n’。

数组

1. 数组scores只有100个成员，因此scores[100]这个位置是不存在的。但是，引用这个位置并不会报错，会正常运行，使得紧跟在scores后面的那块内存区域被赋值，而那实际上是其他变量的区域，因此不知不觉就更改了其他变量的值。这很容易引发错误，而且难以发现。
2. C 语言规定，数组变量一旦声明，就不得修改变量指向的地址，声明数组时，编译器自动为数组分配了内存地址，这个地址与数组名是绑定的，不可更改。
3. 数组初始化时，可以指定为哪些位置的成员赋值。

int a[15] = {[2] = 29, [9] = 7, [14] = 48};

上面示例中，数组的2号、9号、14号位置被赋值，其他位置的值都自动设为0。

指定位置的赋值可以不按照顺序，下面的写法与上面的例子是等价的。

int a[15] = {[9] = 7, [14] = 48, [2] = 29};

指定位置的赋值与顺序赋值，可以结合使用。

int a[15] = {1, [5] = 10, 11, [10] = 20, 21}

4. c99提供了变长数组，运行时才知道数组的具体长度。
5. 数组作为函数的参数，必须要传入数组名和长度，不然默认大小为指针大小。
6. 多维数组作为函数参数，除了第一维度，其他维度必须写入定义。
7. 变长数组作为函数参数，数组a[n]是一个变长数组，它的长度取决于变量n的值，只有运行时才能知道。所以，变量n作为参数时，顺序一定要在变长数组前面，这样运行时才能确定数组a[n]的长度，否则就会报错。
8. 因为函数原型可以省略参数名，所以变长数组的原型中，可以使用*代替变量名，也可以省略变量名。

int sum_array(int, int [*]);
int sum_array(int, int []);

9. 数组拷贝一种是挨个元素复制，一种方法是使用memcpy()函数（定义在头文件string.h），直接把数组所在的那一段内存，再复制一份。

memcpy(a, b, sizeof(b));

10. C 语言允许将数组字面量作为参数，传入函数。

// 数组变量作为参数
int a[] = {2, 3, 4, 5};
int sum = sum_array(a, 4);

// 数组字面量作为参数
int sum = sum_array((int []){2, 3, 4, 5}, 4);

上面示例中，两种写法是等价的。第二种写法省掉了数组变量的声明，直接将数组字面量传入函数。{2, 3, 4, 5}是数组值的字面量，(int [])类似于强制的类型转换，告诉编译器怎么理解这组值。

函数

1. c语言没有默认参数
2. 不返回值的函数，使用void关键字表示返回值的类型。没有参数的函数，声明时要用void关键字表示参数类型。
3. 不要返回局部变量的地址
4. 形参是实参的拷贝，值传递。
5. 函数本身就是一段内存里面的代码，C 语言允许通过指针获取函数。

void print(int a) {
  printf("%d\n", a);
}

void (*print_ptr)(int) = &print;

上面示例中，变量print_ptr是一个函数指针，它指向函数print()的地址。函数print()的地址可以用&print获得。注意，(print_ptr)一定要写在圆括号里面，否则函数参数(int)的优先级高于，整个式子就会变成void* print_ptr(int)。

如果一个函数的参数或返回值，也是一个函数，那么函数原型可以写成下面这样。

int compute(int (*myfunc)(int), int, int);

上面示例可以清晰地表明，函数compute()的第一个参数也是一个函数。

5. 函数原型包括参数名也可以，虽然这样对于编译器是多余的，但是阅读代码的时候，可能有助于理解函数的意图。

int twice(int);

// 等同于
int twice(int num);

上面示例中，twice函数的参数名num，无论是否出现在原型里面，都是可以的。

6. 在main()函数里面，exit()等价于使用return语句。其他函数使用exit()，就是终止整个程序的运行，没有其他作用。

C 语言还提供了一个atexit()函数，用来登记exit()执行时额外执行的函数，用来做一些退出程序时的收尾工作。该函数的原型也是定义在头文件stdlib.h。

7. 函数原型默认就是extern
8. static关键字表示该函数只能在当前文件里使用，如果没有这个关键字，其他文件也可以使用这个函数（通过声明函数原型）。
9. 有些函数的参数数量是不确定的，声明函数的时候，可以使用省略号…表示可变数量的参数。

int printf(const char* format, …);
上面示例是printf()函数的原型，除了第一个参数，其他参数的数量是可变的，与格式字符串里面的占位符数量有关。这时，就可以用…表示可变数量的参数。

注意，…符号必须放在参数序列的结尾，否则会报错。

头文件stdarg.h定义了一些宏，可以操作可变参数。

（1）va_list：一个数据类型，用来定义一个可变参数对象。它必须在操作可变参数时，首先使用。

（2）va_start：一个函数，用来初始化可变参数对象。它接受两个参数，第一个参数是可变参数对象，第二个参数是原始函数里面，可变参数之前的那个参数，用来为可变参数定位。

（3）va_arg：一个函数，用来取出当前那个可变参数，每次调用后，内部指针就会指向下一个可变参数。它接受两个参数，第一个是可变参数对象，第二个是当前可变参数的类型。

（4）va_end：一个函数，用来清理可变参数对象。
下面是一个例子。

double average(int i, ...) {
  double total = 0;
  va_list ap;
  va_start(ap, i);
  for (int j = 1; j <= i; ++j) {
    total += va_arg(ap, double);
  }
  va_end(ap);
  return total / i;
}

上面示例中，va_list ap定义ap为可变参数对象，va_start(ap, i)将参数i后面的参数统一放入ap，va_arg(ap, double)用来从ap依次取出一个参数，并且指定该参数为 double 类型，va_end(ap)用来清理可变参数对象。

多文件编程

1. 为了避免同一个文件被 include 多次，C/C++中有两种方式，一种是 #ifndef 方式，一种是 #pragma once 方式。

方法一:
#ifndef __SOMEFILE_H__
#define __SOMEFILE_H__
// 声明语句 #endif
方法二:
#pragma once
// 声明语句

指针

1. 使用 sizeof()测量指针的大小，得到的总是:4 或 8
2. 指针可以和整数加减，指针不能和指针相加，但是可以相减，指针之间可以去进行比较
3. sizeof()测的是指针变量指向存储地址的大小
4. 在 32 位平台，所有的指针(地址)都是 32 位(4 字节)
5. 在 64 位平台，所有的指针(地址)都是 64 位(8 字节)
6. 任意数值赋值给指针变量没有意义，因为这样的指针 就成了野指针，此指针指向的区域是未知(操作系统不允许操作此指针指向的 内存区域)。所以，野指针不会直接引发错误，操作野指针指向的内存区域才 会出问题。
7. void *指针可以指向任意变量的内存空间:

 void *p = NULL;
 int a = 10;
 p = (void *)&a; //指向变量时，最好转换为void *
 //使用指针变量指向的内存时，转换为int *
 *( (int *)p ) = 11;
 printf("a = %d\n", a);

8. 星号*可以放在变量名与类型关键字之间的任何地方
9. 如果同一行声明两个指针变量，那么需要写成下面这样。

// 正确
int * foo, * bar;

// 错误
int* foo, bar;

9. NULL在 C 语言中是一个常量，表示地址为0的内存空间，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。

结构体

1. 声明自定义类型的变量时，类型名前面，不要忘记加上struct关键字。也就是说，必须使用struct fraction f1声明变量，不能写成fraction f1

struct car saturn = {“Saturn SL/2”, 16000.99, 175};
上面示例中，变量saturn是struct car类型，大括号里面同时对它的三个属性赋值。如果大括号里面的值的数量，少于属性的数量，那么缺失的属性自动初始化为0。

注意，大括号里面的值的顺序，必须与 struct 类型声明时属性的顺序一致。否则，必须为每个值指定属性名。

struct car saturn = {.speed=172, .name="Saturn SL/2"};

上面示例中，初始化的属性少于声明时的属性，这时剩下的那些属性都会初始化为0。

声明变量以后，可以修改某个属性的值。

struct car saturn = {.speed=172, .name="Saturn SL/2"};
saturn.speed = 168; 

2. struct 结构占用的存储空间，不是各个属性存储空间的总和，而是最大内存占用属性的存储空间的倍数，其他属性会添加空位与之对齐。这样可以提高读写效率。

struct foo {
    int a;
    char* b;
    char c;
};
printf("%d\n", sizeof(struct foo)); // 24

上面示例中，struct foo有三个属性，在64位计算机上占用的存储空间分别是：int a占4个字节，指针char* b占8个字节，char c占1个字节。它们加起来，一共是13个字节（4 + 8 + 1）。但是实际上，struct foo会占用24个字节，原因是它最大的内存占用属性是char* b的8个字节，导致其他属性的存储空间也是8个字节，这样才可以对齐，导致整个struct foo就是24个字节（8 * 3）。

struct foo {
    int a;        // 4
    char pad1[4]; // 填充4字节
    char *b;      // 8
    char c;       // 1
    char pad2[7]; // 填充7字节
};
printf("%d\n", sizeof(struct foo)); // 24

为什么浪费这么多空间进行内存对齐呢？这是为了加快读写速度，把内存占用划分成等长的区块，就可以快速在 Struct 结构体中定位到每个属性的起始地址。

由于这个特性，在有必要的情况下，定义 Struct 结构体时，可以采用存储空间递减的顺序，定义每个属性，这样就能节省一些空间。

3. struct 变量可以使用赋值运算符（=），复制给另一个变量，这时会生成一个全新的副本。系统会分配一块新的内存空间，大小与原来的变量相同，把每个属性都复制过去，即原样生成了一份数据。这一点跟数组的复制不一样，务必小心。

4. 通常情况下，开发者希望传入函数的是同一份数据，函数内部修改数据以后，会反映在函数外部。而且，传入的是同一份数据，也有利于提高程序性能。这时就需要将 struct 变量的指针传入函数，通过指针来修改 struct 属性，就可以影响到函数外部。

struct 指针传入函数的写法如下。

void happy(struct turtle* t) {
}
happy(&myTurtle);

上面代码中，t是 struct 结构的指针，调用函数时传入的是指针。struct 类型跟数组不一样，类型标识符本身并不是指针，所以传入时，指针必须写成&myTurtle

函数内部也必须使用(*t).age的写法，从指针拿到 struct 结构本身。

void happy(struct turtle* t) {
  (*t).age = (*t).age + 1;
}

上面示例中，(t).age不能写成t.age，因为点运算符.的优先级高于*。*t.age这种写法会将t.age看成一个指针，然后取它对应的值，会出现无法预料的结果。

(*t).age这样的写法很麻烦。C 语言就引入了一个新的箭头运算符（->），可以从 struct 指针上直接获取属性，大大增强了代码的可读性。

void happy(struct turtle* t) {
  t->age = t->age + 1;
}

5. 赋值的时候有多种写法。

// 写法一
struct fish shark = {"shark", 9, {"Selachimorpha", 500}};

// 写法二
struct species myBreed = {"Selachimorpha", 500};
struct fish shark = {"shark", 9, myBreed};

// 写法三
struct fish shark = {
  .name="shark",
  .age=9,
  .breed={"Selachimorpha", 500}
};

// 写法四
struct fish shark = {
  .name="shark",
  .age=9,
  .breed.name="Selachimorpha",
  .breed.kinds=500
};

6. struct 还可以用来定义二进制位组成的数据结构，称为“位字段”（bit field），这对于操作底层的二进制数据非常有用。

struct {
  unsigned int ab:1;
  unsigned int cd:1;
  unsigned int ef:1;
  unsigned int gh:1;
} synth;

synth.ab = 0;
synth.cd = 1;

上面示例中，每个属性后面的:1，表示指定这些属性只占用一个二进制位，所以这个数据结构一共是4个二进制位。

注意，定义二进制位时，结构内部的各个属性只能是整数类型。

实际存储的时候，C 语言会按照int类型占用的字节数，存储一个位字段结构。如果有剩余的二进制位，可以使用未命名属性，填满那些位。也可以使用宽度为0的属性，表示占满当前字节剩余的二进制位，迫使下一个属性存储在下一个字节。

struct {
  unsigned int field1 : 1;
  unsigned int        : 2;
  unsigned int field2 : 1;
  unsigned int        : 0;
  unsigned int field3 : 1;
} stuff;

上面示例中，stuff.field1与stuff.field2之间，有一个宽度为两个二进制位的未命名属性。stuff.field3将存储在下一个字节

7. 很多时候，不能事先确定数组到底有多少个成员。如果声明数组的时候，事先给出一个很大的成员数，就会很浪费空间。C 语言提供了一个解决方法，叫做弹性数组成员（flexible array member）。

如果不能事先确定数组成员的数量时，可以定义一个 struct 结构。

struct vstring {
int len;
char chars[];
};
上面示例中，struct vstring结构有两个属性。len属性用来记录数组chars的长度，chars属性是一个数组，但是没有给出成员数量。

chars数组到底有多少个成员，可以在为vstring分配内存时确定。

struct vstring* str = malloc(sizeof(struct vstring) + n * sizeof(char));
str->len = n;
上面示例中，假定chars数组的成员数量是n，只有在运行时才能知道n到底是多少。然后，就为struct vstring分配它需要的内存：它本身占用的内存长度，再加上n个数组成员占用的内存长度。最后，len属性记录一下n是多少。

这样就可以让数组chars有n个成员，不用事先确定，可以跟运行时的需要保持一致。

弹性数组成员有一些专门的规则。首先，弹性成员的数组，必须是 struct 结构的最后一个属性。另外，除了弹性数组成员，struct 结构必须至少还有一个其他属性。