C语言核心知识点：初学者必看的C语言介绍 – wiki词典

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C语言核心知识点：初学者必看的C语言介绍

C语言，由丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）在20世纪70年代早期于贝尔实验室开发，是一种影响力深远的编程语言，无数其他语言都从中借鉴了语法和概念。尽管历史悠久，C语言至今仍具有极高的相关性，广泛应用于操作系统、嵌入式系统和高性能应用程序的开发。本文旨在为初学者详细介绍C语言的核心概念。

为什么学习C语言？

  1. 其他语言的基础：许多现代编程语言，如C++、Java、C#和Python，都从C语言中汲取了语法和理念。学习C语言能为理解这些语言打下坚实的基础。
  2. 系统编程：由于C语言能够直接操作硬件，它成为操作系统（如Linux内核）、设备驱动程序和嵌入式系统的首选语言。
  3. 高性能：C语言对内存和系统资源提供细粒度的控制，从而能够开发出高度优化和执行速度快的应用程序。
  4. 理解计算机体系结构：使用C语言通常需要更深入地理解计算机如何管理内存和执行指令。

1. C程序的基本结构

一个简单的C程序通常如下所示：

“`c

include // 预处理指令，用于包含标准输入/输出库

int main() { // main函数是程序执行的起点
printf(“Hello, World!\n”); // 在控制台打印“Hello, World!”
return 0; // 表示程序成功终止
}
“`

  • #include <stdio.h>：这是一个预处理指令，它告诉C编译器包含stdio.h（标准输入/输出）头文件的内容。此文件包含printf()等函数的声明。
  • int main()：这是每个C程序的主函数，也是程序的入口点。程序执行总是从这里开始。int表示该函数将返回一个整数值。
  • { ... }：花括号定义了main函数的作用域。所有这些括号内的语句都是函数的一部分。
  • printf("Hello, World!\n");：printf()是一个标准库函数，用于向控制台打印格式化输出。\n是一个转义序列，表示换行符。
  • return 0;：此语句表示main函数已成功完成。非零值通常表示错误。

2. 变量和数据类型

变量是用于存储数据的命名存储位置。C语言是一种静态类型语言，这意味着在使用变量之前必须声明其类型。

常见数据类型：

  • int：存储整数，例如-5、0、100。
    • 示例：int age = 30;
  • float：存储单精度浮点数（带小数点的数字），例如3.14、-0.5。
    • 示例：float pi = 3.14159;
  • double：存储双精度浮点数，提供比float更高的精度。
    • 示例：double temperature = 98.6;
  • char：存储单个字符，用单引号括起来，例如’A’、’b’、’7’。
    • 示例：char grade = 'A';
  • _Bool（或包含<stdbool.h>后的bool）：存储布尔值（真/假，表示为1/0）。
    • 示例：_Bool is_active = 1;

变量声明和初始化：

“`c
int count; // 声明：为名为’count’的整数保留空间
count = 10; // 初始化：为’count’赋值

float price = 19.99; // 声明并初始化一步完成
char initial = ‘J’;
“`

3. 运算符

运算符对变量和值执行操作。

  • 算术运算符：+、-、*、/、%（模运算 – 除法的余数）
  • 关系运算符：==（等于）、!=（不等于）、>、<、>=、<=
  • 逻辑运算符：&&（逻辑与）、||（逻辑或）、!（逻辑非）
  • 赋值运算符：=、+=、-=、*=、/=、%=
  • 增量/减量运算符：++（增加1）、--（减少1）

“`c
int a = 10, b = 3;
int sum = a + b; // sum 为 13
int remainder = a % b; // remainder 为 1

_Bool isEqual = (a == b); // isEqual 为 0 (假)
_Bool isTrue = (a > 5 && b < 5); // isTrue 为 1 (真)

a++; // a 变为 11
“`

4. 控制流

控制流语句决定了指令的执行顺序。

if-else语句：

如果条件为真，则执行一个代码块；如果条件为假，则可选地执行另一个代码块。

c
int score = 85;
if (score >= 90) {
printf("等级: A\n");
} else if (score >= 80) {
printf("等级: B\n");
} else {
printf("等级: C 或更低\n");
}

switch语句：

允许针对一系列值测试变量的相等性。

c
char choice = 'B';
switch (choice) {
case 'A':
printf("优秀!\n");
break; // 退出switch语句
case 'B':
printf("良好!\n");
break;
case 'C':
printf("一般.\n");
break;
default: // 如果没有匹配的case，则执行
printf("无效选择.\n");
}

循环 (for, while, do-while)：

重复执行一个代码块多次。

  • for循环：当已知迭代次数时使用。

    c
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d ", i); // 打印 0 1 2 3 4
    }
    printf("\n");

  • while循环：只要条件为真就重复。

    c
    int i = 0;
    while (i < 3) {
    printf("循环 %d\n", i); // 打印 循环 0, 循环 1, 循环 2
    i++;
    }

  • do-while循环：与while类似，但保证循环体至少执行一次。

    c
    int i = 0;
    do {
    printf("Do-While 循环 %d\n", i); // 打印 Do-While 循环 0
    i++;
    } while (i < 1);

5. 函数

函数是执行特定任务的代码块。它们提高代码的重用性和模块化。

“`c
// 函数声明 (原型)
int add(int num1, int num2);

int main() {
int result = add(5, 3); // 函数调用
printf(“和: %d\n”, result); // 打印 和: 8
return 0;
}

// 函数定义
int add(int num1, int num2) {
return num1 + num2;
}
“`

6. 数组

数组是相同数据类型元素的集合，存储在连续的内存位置。

“`c
int numbers[5]; // 声明一个名为’numbers’的数组，可以存储5个整数

// 初始化数组元素
numbers[0] = 10;
numbers[1] = 20;
numbers[2] = 30;
numbers[3] = 40;
numbers[4] = 50;

// 访问元素
printf(“第一个元素: %d\n”, numbers[0]); // 打印 10

// 在声明时初始化
int scores[] = {90, 85, 92, 78}; // 大小自动确定 (4个元素)
“`

7. 指针

指针是存储内存地址的变量。它们是C语言中强大但通常具有挑战性的概念。

  • &（取地址运算符）：给出变量的内存地址。
  • *（解引用运算符）：访问指针中存储的内存地址处的值。

“`c
int value = 100;
int *ptr; // 声明一个指向整数的指针

ptr = &value; // ‘ptr’ 现在存储 ‘value’ 的内存地址

printf(“值: %d\n”, value); // 打印 100
printf(“value 的地址: %p\n”, &value); // 打印内存地址 (例如, 0x7ffee…)
printf(“通过指针访问的值: %d\n”, *ptr); // 打印 100 (解引用 ptr)
printf(“ptr 中存储的地址: %p\n”, ptr); // 打印相同的内存地址
“`

8. 字符串

在C语言中，字符串是以后缀为null字符（\0）的字符数组。

“`c
char greeting[] = “Hello”; // 声明并初始化一个字符串
char name[20]; // 声明一个字符数组来存储一个名字 (最多19个字符 + null终止符)

printf(“问候: %s\n”, greeting); // 打印 Hello

// 复制字符串 (绝不能直接使用 = 来复制字符串)

include // 用于字符串操作函数

strcpy(name, “Alice”); // 将 “Alice” 复制到 ‘name’
printf(“名字: %s\n”, name); // 打印 Alice

// 连接字符串
char full_name[50];
strcpy(full_name, “John “);
strcat(full_name, “Doe”); // 将 “Doe” 追加到 “John ”
printf(“全名: %s\n”, full_name); // 打印 John Doe
“`

9. 输入/输出 (I/O)

stdio.h库提供了用于输入和输出的函数。

  • printf()：用于向控制台进行格式化输出。
  • scanf()：用于从控制台进行格式化输入。

“`c
int age;
char city[30];

printf(“输入你的年龄: “);
scanf(“%d”, &age); // 读取一个整数, ‘&’ 对于 scanf 至关重要

printf(“输入你所在的城市: “);
scanf(“%s”, city); // 读取一个字符串 (对于数组名不需要 ‘&’)

printf(“你 %d 岁，住在 %s。\n”, age, city);
``
**注意**：scanf()读取字符串时会在第一个空白字符处停止。为了读取包含空格的行，通常更倾向于使用fgets()`。

10. 结构体和联合体（简要介绍）

  • 结构体 (struct)：允许您将不同数据类型的变量组合在一个名称下。

    “`c
    struct Person {
    char name[50];
    int age;
    float height;
    };

    struct Person p1;
    strcpy(p1.name, “Bob”);
    p1.age = 25;
    p1.height = 1.75;

    printf(“人物: %s, 年龄: %d, 身高: %.2f\n”, p1.name, p1.age, p1.height);
    “`

  • 联合体 (union)：与结构体类似，但所有成员共享同一个内存位置。在任何给定时间，只有一个成员可以保存值。

11. 内存管理（简要介绍）

C语言提供了动态内存分配函数，允许您在程序执行期间分配内存。

  • malloc()：分配指定大小的内存块。
  • calloc()：分配内存块并将其所有位初始化为零。
  • realloc()：重新调整先前分配的内存块的大小。
  • free()：释放先前由malloc、calloc或realloc分配的内存。

“`c

include // 用于 malloc 和 free

int *dynamic_array;
int size = 5;

// 为5个整数分配内存
dynamic_array = (int *) malloc(size * sizeof(int));

if (dynamic_array == NULL) {
printf(“内存分配失败!\n”);
return 1;
}

for (int i = 0; i < size; i++) {
dynamic_array[i] = i * 10;
}

printf(“动态数组元素: “);
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf(“%d “, dynamic_array[i]);
}
printf(“\n”);

free(dynamic_array); // 释放已分配的内存
dynamic_array = NULL; // 释放后将指针设置为 NULL 是良好的实践
“`

总结

本文涵盖了C语言编程的基石。虽然C语言因其底层特性和手动内存管理而可能具有挑战性，但掌握这些核心概念将为您提供强大的工具集，并帮助您深入理解软件如何与硬件交互。请定期练习，编写小程序，并逐步探索文件I/O、预处理指令和复杂数据结构等更高级的主题。祝您编程愉快！

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