考研：C语言复习笔记 [Hex Note]

2024-01-29 08:47:58

C语言复习笔记

C语言复习笔记

C语言编译环境与发展史

C语言是一门编译型的编程语言，源代码要经过编译器编译成汇编代码，汇编代码经过汇编成机器码之后才能被机器执行。编译器（如下图gcc）编译包括四步：1.预处理(Preprocessing), 2.编译(Compilation), 3.汇编(Assemble), 4.链接(Linking)，下面这张图已经够详细了。

C语言在不同环境下的编译方式有很大不同，一大堆名词可能会看得云里雾里，所以对下列名词进行解释。在类Unix系统（Linux发行版、macOS）上主流的两个编译器，一个是gcc，一个是Clang。gcc是属于GNU（免费UNIX软件集合）项目的编译器，Clang是LLVM项目的编译器。在Windows上，微软的集成开发环境（Visual Studio）上自带了C语言的编译器；或者选择在Widnows上模拟Linux的编译环境，可以选择MinGW或Cygwin。

MinGW下载地址：https://sourceforge.net/projects/mingw/

根据CPU的指令集不同，可以分为复杂指令集和简单指令集，复杂指令集的代表是Intel，简单指令集的代表是ARM。如果要在Intel CPU的机器上编译能够运行在ARM架构CPU的机器上，还需要用到交叉编译工具链。做嵌入式的C语言开发离不开这个。

# 使用gcc编译器编译hello.c源代码
# 编译完成后会生成一个hello的可执行文件
gcc hello.c -o hello

C语言主要的三个标准：C89(C90)、C99、C11，语言标准的命名是标准的公布年份。

C90是第一个C语言标准，其内容和ANSI C保持一致。
C99是第二个C语言标准。在C90的基础上增加了：1.国际化编程；2.解决明显的缺陷；3.适应科学和工程项目中的关键数值计算。
- 增加了对编译器的限制，比如源程序每行要求至少支持到 4095 字节，变量名函数名的要求支持到 63 字节（extern 要求支持到 31）。
- 增强了预处理功能。例如：
- 宏支持取可变参数 #define Macro(…) __VA_ARGS__
- 使用宏的时候，允许省略参数，被省略的参数会被扩展成空串。
- 支持 // 开头的单行注释（这个特性实际上在C89的很多编译器上已经被支持了）
- 增加了新关键字 restrict, inline, _Complex, _Imaginary, _Bool
- 支持 long long, long double _Complex, float _Complex 等类型
- 支持不定长的数组，即数组长度可以在运行时决定，比如利用变量作为数组长度。声明时使用 int a[var] 的形式。不过考虑到效率和实现，不定长数组不能用在全局，或 struct 与 union 里。
- 变量声明不必放在语句块的开头，for 语句提倡写成 for(int i=0;i<100;++i) 的形式，即i 只在 for 语句块内部有效。
- 允许采用（type_name）{xx,xx,xx} 类似于 C++ 的构造函数的形式构造匿名的结构体。
- 复合字面量：初始化结构的时候允许对特定的元素赋值，形式为：
- struct test{int a[3]，b;} foo[] = { [0].a = {1}, [1].a = 2 };
- struct test{int a, b, c, d;} foo = { .a = 1, .c = 3, 4, .b = 5 }; // 3,4 是对 .c,.d 赋值的
- 格式化字符串中，利用 \u 支持 unicode 的字符。
- 支持 16 进制的浮点数的描述。
- printf scanf 的格式化串增加了对 long long int 类型的支持。
- 浮点数的内部数据描述支持了新标准，可以使用 #pragma 编译器指令指定。
- 除了已有的 __line__ __file__ 以外，增加了 __func__ 得到当前的函数名。
- 允许编译器化简非常数的表达式。
- 修改了 /% 处理负数时的定义，这样可以给出明确的结果，例如在C89中-22 / 7 = -3, -22% 7 = -1，也可以-22 / 7= -4, -22% 7 = 6。而C99中明确为 -22 / 7 = -3, -22% 7 = -1，只有一种结果。
- 取消了函数返回类型默认为 int 的规定。
- 允许 struct 定义的最后一个数组不指定其长度，写做 [](flexible array member)。
- const const int i 将被当作 const int i 处理。
- 增加和修改了一些标准头文件，比如定义 bool 的 <stdbool.h> ，定义一些标准长度的 int 的 <inttypes.h> ，定义复数的 <complex.h> ，定义宽字符的 <wctype.h> ，类似于泛型的数学函数 <tgmath.h>，浮点数相关的 <fenv.h>。在<stdarg.h> 增加了 va_copy 用于复制 … 的参数。里增加了 struct tmx ，对 struct tm 做了扩展。
- 输入输出对宽字符以及长整数等做了相应的支持。
C11是最近的一次C语言标准。主要是提高了对C++的兼容性。
- 对齐处理(Alignment)的标准化(包括_Alignas标志符，alignof运算符, aligned_alloc函数以及<stdalign.h>头文件。
- Noreturn 函数标记，类似于 gcc 的 __attribute_((noreturn))。
- _Generic 关键字。
- 多线程(Multithreading)支持，包括：
- _Thread_local存储类型标识符，<threads.h>头文件，里面包含了线程的创建和管理函数。
- _Atomic类型修饰符和<stdatomic.h>头文件。
- 增强的Unicode的支持。基于C Unicode技术报告ISO/IEC TR 19769:2004，增强了对Unicode的支持。包括为UTF-16/UTF-32编码增加了char16_t和char32_t数据类型，提供了包含unicode字符串转换函数的头文件<uchar.h>.
- 删除了 gets() 函数，使用一个新的更安全的函数gets_s()替代。
- 增加了边界检查函数接口，定义了新的安全的函数，例如 fopen_s()，strcat_s() 等等。
- 增加了更多浮点处理宏。
- 匿名结构体/联合体支持。这个在gcc早已存在，C11将其引入标准。
- 静态断言(static assertions)，_Static_assert()，在解释 #if 和 #error 之后被处理。
- 新的 fopen() 模式，(“…x”)。类似 POSIX 中的 O_CREAT|O_EXCL，在文件锁中比较常用。
- 新增 quick_exit() 函数作为第三种终止程序的方式。当 exit()失败时可以做最少的清理工作。

数据类型

基本数据类型：short、int、long、char、float、double。

注：在不同字长的机器上，数据类型占据的字节长度以实际为准。比如在32位机器上int占据的内存大小是4 个byte；double占据的内存大小是8 个byte；

基本数据类型的转换只能从高精度到低精度：

另外，在<limit.h>中规定了整型的上下限值。

类型	有符号最小值	有符号最大值	无符号最大值
字符	SCHAR_MIN	SCHAR_MAX	UCHAR_MAX
短整型	SHRT_MIN	SHRT_MAX	USHRT_MAX
整型	INT_MIN	INT_MAX	UINT_MAX
长整型	LONG_MIN	LONG_MAX	ULONG_MAX

在<float.h>中规定了浮点数的上下限值。

类型	最小值	最大值
float	FLT_MIN	FLT_MAX
double	DBL_MIN	DBL_MAX
long double	LDBL_MIN	LDBL_MAX

枚举类型

//定义枚举类型
enum WEEKDAY {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY,
    SUNDAY
};
enum SHORT_WEEKDAY {
    MON = 1, TUE = 2, WED = 3,
    THU = 4, FRI = 5, SAT = 6,
    SUN = 0
};
printf("%d\n", MONDAY); //0
printf("%d\n", sizeof(MONDAY)); //4
enum WEEKDAY mon = MONDAY; //定义枚举变量

定义类型别名：typedef关键字

typedef int IntegerNumber;
IntegerNumber a;

控制流和函数

if-else
while
do-while
for
switch-case-default
break
continue
goto

switch

#include <stdio.h>
int main() {
    enum {
        SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, STA
    };
    int input;
    while (1) {
        printf("input=");
        scanf("%d", &input);
        switch (input) {
            case 0:
                printf("Today is SUN.\n");
                break;
            case 1:
                printf("Today is MON.\n");
                break;
            case 2:
                printf("Today is TUE.\n");
                break;
            case 3:
                printf("Today is WED.\n");
                break;
            case 4:
                printf("Today is THU.\n");
                break;
            case 5:
                printf("Today is FRI.\n");
                break;
            case 6:
                printf("Today is STA.\n");
                break;
            default:
                printf("WRONG INPUT\n");
                break;
        }
    }
    return 0;
}

goto

#include <stdio.h>
int main() {
    int number;
    outer:
    printf("input a number:");
    scanf("%d", &number);
    if (number < 0) {
        printf("the input number can't be negative\n");
        goto outer;
    }
    printf("input success:%d\n", number);
    return 0;
}

可变长参数列表

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
int calc_sum_of_numbers(int n, ...) {
    int sum = 0;
    va_list var_arg;//声明结构体对象
    va_start(var_arg, n);//初始化参数指针，分配内存
    for (int i = 0; i < n; ++i) {//指针往后移动多少位需要传参
        sum += va_arg(var_arg, int);//通过指针间接访问，并向后移动一位
    }
    va_end(var_arg);//销毁指针，释放内存
    return sum;
}
int main() {
    int res = calc_sum_of_numbers(3, 1, 2, 3);
    printf("res=%d\n", res);
    return 0;
}

操作符和表达式

算术操作符：算数运算 + - * / %
移位操作符：进行二进制移位操作 << 左移直接丢弃 >> 右移分为逻辑右移（补0）和算数右移（符号不变）
位操作符：进行二进制位运算 AND（按位与，&，相同为1）、OR（按位或，|，有1为1）、XOR（按位异或，^，不同为1）
赋值 = 从右到左可以和其他操作符结合
单目操作符：只作用于一个变量 ! ++ - & sizeof ~ – + * (类型)

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