C简介

C 语言是一种通用的高级语言,最初是由丹尼斯·里奇在贝尔实验室为开发 UNIX 操作系统而设计的。C 语言最开始是于 1972 年在 DEC PDP-11 计算机上被首次实现。

在 1978 年,布莱恩·柯林汉(Brian Kernighan)和丹尼斯·里奇(Dennis Ritchie)制作了 C 的第一个公开可用的描述,现在被称为 K&R 标准。

UNIX 操作系统,C编译器,和几乎所有的 UNIX 应用程序都是用 C 语言编写的。由于各种原因,C 语言现在已经成为一种广泛使用的专业语言。

  • 易于学习。
  • 结构化语言。
  • 它产生高效率的程序。
  • 它可以处理底层的活动。
  • 它可以在多种计算机平台上编译。

关于C

  • C 语言是为了编写 UNIX 操作系统而被发明的。
  • C 语言是以 B 语言为基础的,B 语言大概是在 1970 年被引进的。
  • C 语言标准是于 1988 年由美国国家标准协会(ANSI,全称 American National Standard Institute)制定的。
  • 截至 1973 年,UNIX 操作系统完全使用 C 语言编写。
  • 目前,C 语言是最广泛使用的系统程序设计语言。
  • 大多数先进的软件都是使用 C 语言实现的。
  • 当今最流行的 Linux 操作系统和 RDBMS(Relational Database Management System:关系数据库管理系统) MySQL 都是使用 C 语言编写的。

为什么要使用 C?

C 语言最初是用于系统开发工作,特别是组成操作系统的程序。由于 C 语言所产生的代码运行速度与汇编语言编写的代码运行速度几乎一样,所以采用 C 语言作为系统开发语言。下面列举几个使用 C 的实例:

  • 操作系统
  • 语言编译器
  • 汇编器
  • 文本编辑器
  • 打印机
  • 网络驱动器
  • 现代程序
  • 数据库
  • 语言解释器
  • 实体工具

C 程序

一个 C 语言程序,可以是 3 行,也可以是数百万行,它可以写在一个或多个扩展名为 ".c" 的文本文件中,例如,hello.c。您可以使用 "vi"、"vim" 或任何其他文本编辑器来编写您的 C 语言程序。


C 环境设置

本地环境设置

如果您想要设置 C 语言环境,您需要确保电脑上有以下两款可用的软件,文本编辑器和 C 编译器。


文本编辑器

这将用于输入您的程序。文本编辑器包括 Windows NotepadOS Edit commandBriefEpsilonEMACS vim/vi

文本编辑器的名称和版本在不同的操作系统上可能会有所不同。例如,Notepad 通常用于 Windows 操作系统上,vim/vi 可用于 Windows 和 Linux/UNIX 操作系统上。

通过编辑器创建的文件通常称为源文件,源文件包含程序源代码。C 程序的源文件通常使用扩展名 ".c"。

在开始编程之前,请确保您有一个文本编辑器,且有足够的经验来编写一个计算机程序,然后把它保存在一个文件中,编译并执行它。


C 编译器

写在源文件中的源代码是人类可读的源。它需要"编译",转为机器语言,这样 CPU 可以按给定指令执行程序。

C 语言编译器用于把源代码编译成最终的可执行程序。这里假设您已经对编程语言编译器有基本的了解了。

最常用的免费可用的编译器是 GNU 的 C/C++ 编译器,如果您使用的是 HP 或 Solaris,则可以使用各自操作系统上的编译器。

以下部分将指导您如何在不同的操作系统上安装 GNU 的 C/C++ 编译器。这里同时提到 C/C++,主要是因为 GNU 的 gcc 编译器适合于 C 和 C++ 编程语言。

UNIX/Linux 上的安装

如果您使用的是 Linux 或 UNIX,请在命令行使用下面的命令来检查您的系统上是否安装了 GCC:
$ gcc -v
如果您的计算机上已经安装了 GNU 编译器,则会显示如下消息:

Using built-in specs.
Target: i386-redhat-linux
Configured with: ../configure --prefix=/usr .......
Thread model: posix
gcc version 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-46)

如果未安装 GCC,那么请按照 http://gcc.gnu.org/install/ 上的详细说明安装 GCC。

本教程是基于 Linux 编写的,所有给定的实例都已在 Cent OS Linux 系统上编译过。

Mac OS 上的安装

如果您使用的是 Mac OS X,最快捷的获取 GCC 的方法是从苹果的网站上下载 Xcode 开发环境,并按照安装说明进行安装。一旦安装上 Xcode,您就能使用 GNU 编译器。

Xcode 目前可从 developer.apple.com/technologies/tools/ 上下载。


Windows 上的安装

为了在 Windows 上安装 GCC,您需要安装 MinGW。为了安装 MinGW,请访问 MinGW 的主页 www.mingw.org,进入 MinGW 下载页面,下载最新版本的 MinGW 安装程序,命名格式为 MinGW-<version>.exe。

(一)安装
  1. 下载 min-gw 安装程序,链接为:https://osdn.net/projects/mingw/releases/,下载 mingw-get-setup.exe
  2. 运行 mingw-get-setup.exe ,点击“运行”,continue等,注意记住安装的目录,如 C:\MinGw,下面修改环境变量时还会用到。
  3. 修改环境变量: 选择计算机—属性---高级系统设置---环境变量,在系统变量中找到 Path 变量,在后面加入 min-gw的安装目录,如 C:\MinGw\bin
  4. 在开始菜单中,点击“运行”,输入 cmd,打开命令行:输入 mingw-get.exe,如果弹出 MinGw installation manager 窗口,说明安装正常。此时,关闭 MinGw installation manager 窗口,否则接下来的步骤会报错
  5. 在cmd中输入命令 mingw-get install gcc,等待一会,gcc 就安装成功了。
    如果想安装 g++,gdb,只要输入命令 mingw-get install g++mingw-get install gdb
(二)使用

在 cmd 的当前工作目录写 C 程序 test.c:

# include <stdio.h>
int main()
{
    printf("%s\n","hello world");
    return 0;
}

在 cmd 中输入命令 gcc test.c

在当前目录下会生成 a.exe 的可执行文件,在 cmd 中输入 a.exe 就可以执行程序了。

如果想调试程序,可以输入 gdb a.exe

进入 gdb 的功能,使用 gdb 常用的命令就可以调试程序了。


C语言程序结构

C语言的程序构成方式

  • c语言程序由函数构成,每个函数可以实现一个或多个功能。
  • 一个正规程序可以有多个函数,但是有且只有一个主函数。
  • 函数只有在被调用的时候才执行,主函数由系统调用执行。
  • 函数的格式必须按照规范书写。
  • C 语言程序文件的后缀为 .c

C Hello World 实例

C 程序主要包括以下部分:

  • 预处理器指令
  • 函数
  • 变量
  • 语句 & 表达式
  • 注释

让我们看一段简单的代码,可以输出单词 Hello World

#include <stdio.h>
 
int main()
{
   /* 我的第一个 C 程序 */
   printf("Hello, World! \n");
   
   return 0;
}

接下来我们讲解一下上面这段程序:

  1. 程序的第一行 #include <stdio.h> 是预处理器指令,告诉 C 编译器在实际编译之前要包含 stdio.h 文件。
  2. 下一行 int main() 是主函数,程序从这里开始执行。
  3. 下一行 /*...*/ 将会被编译器忽略,这里放置程序的注释内容。它们被称为程序的注释。
  4. 下一行 printf(...) 是 C 中另一个可用的函数,会在屏幕上显示消息 Hello, World!
  5. 下一行 return 0; 终止main() 函数,并返回值 0

编译 & 执行 C 程序

接下来让我们看看如何把源代码保存在一个文件中,以及如何编译并运行它。下面是简单的步骤:

  1. 打开一个文本编辑器,添加上述代码。
  2. 保存文件为 hello.c
  3. 打开命令提示符,进入到保存文件所在的目录。
  4. 键入 gcc hello.c,输入回车,编译代码。
  5. 如果代码中没有错误,命令提示符会跳到下一行,并生成 a.out 可执行文件。
  6. 现在,键入 a.out 来执行程序。
  7. 您可以看到屏幕上显示 "Hello World"。
$ gcc hello.c
$ ./a.out
Hello, World!

因编译器的原因,直接执行生成的 .exe 文件打开时会一闪而过,从而观察不到其运行的结果,这是因为 main() 函数结束时,DOS 窗口会自动关闭。为了避免这个问题可在 return 0; 前加入 system("pause"); 语句。

gcc 命令如果不指定目标文件名时默认生成的可执行文件名为 a.out(linux)a.exe(windows)。可用 gcc [源文件名] -o [目标文件名] 来指定目标文件路径及文件名。

例如,windows 系统上,gcc hello.c -o target/hello 会在 target 目录下生成 hello.exe 文件(Linux 系统生成 hello 可执行文件),target 目录必须已存在,[源文件名] -o [目标文件名] 的顺序可互换, gcc -o target/hello hello.c 依然有效。

请确保您的路径中已包含 gcc 编译器,并确保在包含源文件 hello.c 的目录中运行它。

如果是多个 c 代码的源码文件,编译方法如下:

$ gcc test1.c test2.c -o main.out
$ ./main.out

test1.c 与 test2.c 是两个源代码文件。


C 基本语法

C 的令牌(Tokens)

C 程序由各种令牌组成,令牌可以是关键字、标识符、常量、字符串值,或者是一个符号。例如,下面的 C 语句包括五个令牌:

printf("Hello, World! \n");

这五个令牌分别是:

printf
(
"Hello, World! \n"
)
;

分号 ;

在 C 程序中,分号是语句结束符。也就是说,每个语句必须以分号结束。它表明一个逻辑实体的结束。

例如,下面是两个不同的语句:

printf("Hello, World! \n");
return 0;

注释

C 语言有两种注释方式:

// 单行注释

// 开始的单行注释,这种注释可以单独占一行。

/* 单行注释 */
/* 
 多行注释
 多行注释
 多行注释
 */

/* */ 这种格式的注释可以单行或多行。

不能在注释内嵌套注释,注释也不能出现在字符串或字符值中。


标识符

标识符:在编程语言中,标识符是用户编程时使用的名字,变量、常量、函数、语句块都有名字。是用来标识某个实体的一个符号,是对变量名、函数名、标号和其他各种用户定义的对象命名。

C语言中标识符的命名规范:

  1. 标识符由字母、数字、下划线组成,并且首字母不能是数字。
  2. 不能把C的关键字作为用户的标识符,例如:if、for、while等。(注:标识符不能和C语言的关键字相同,也不能和用户自定义的函数或C语言库函数同名)
  3. 标识符长度是由机器上的编译系统决定的,一般的限制为8字符,(注:8字符长度限制是C89标准,C99标准已经扩充长度,其实大部分工业标准都更长)。
  4. 标识符对大小写敏感,即严格区分大小写。一般对变量名用小写,符号常量命名用大写。(注:C语言中字母是区分大小写的,因此score、Score、SCORE分别代表三个不同的标识符)
  5. 标识符命名应做到"见名知意",例如,长度(外语:length),求和、总计(外语:sum),圆周率(外语:pi)

下面列出几个有效的标识符:

mohd       zara    abc   move_name  a_123
myname50   _temp   j     a23b9      retVal

关键字

  指在高级语言中已经定义过的字,使用者不能再将这些字作为变量名或过程名使用。

  每种程序设计语言都规定了自己的一套保留字。

  例如:BASIC语言规定不能使用LIST作为变量名或过程名,因为LIST是一个BASIC语言专用于显示内存程序的命令。

  C有22+10 = 32个关键字

  C++ 有22+10+11+20 = 63 个关键字

  JAVA 有22+ 9+ 17 = 48 个关键字

关键字说明
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
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

C99 新增关键字

_Bool_Complex_Imaginaryinlinerestrict

C11 新增关键字

_Alignas_Alignof_Atomic_Generic_Noreturn
_Static_assert_Thread_local

C 中的空格

只包含空格的行,被称为空白行,可能带有注释,C 编译器会完全忽略它。

在 C 中,空格用于描述空白符、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(比如 int)在哪里结束,下一个元素在哪里开始。因此,在下面的语句中:

int age;

在这里,intage 之间必须至少有一个空格字符(通常是一个空白符),这样编译器才能够区分它们。另一方面,在下面的语句中:

fruit = apples + oranges;   // 获取水果的总数

fruit 和 =,或者 = 和 apples 之间的空格字符不是必需的,但是为了增强可读性,您可以根据需要适当增加一些空格。


C 数据类型

在 C 语言中,数据类型指的是用于声明不同类型的变量或函数的一个广泛的系统。变量的类型决定了变量存储占用的空间,以及如何解释存储的位模式。

常用基本数据类型占用空间(64位机器为例)

  • char : 1个字节
  • int :4个字节
  • float:4个字节
  • double:8个字节

基本类型书写

整数

  • a,默认为10进制 ,10 ,20。
  • b,以0开头为8进制,045,021。
  • c.,以0b开头为2进制,0b11101101。
  • d,以0x开头为16进制,0x21458adf。
    小数

单精度常量:2.3f 。

双精度常量:2.3,默认为双精度。

字符型常量:
用英文单引号括起来,只保存一个字符'a'、'b' 、'*' ,还有转义字符 'n' 、't'。

字符串常量:
用英文的双引号引起来 可以保存多个字符:"abc"。

C 中的类型可分为以下几种:

序号类型与描述
1基本类型:它们是算术类型,包括两种类型:整数类型和浮点类型。
2枚举类型:它们也是算术类型,被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。
3void 类型:类型说明符 void 表明没有可用的值。
4派生类型:它们包括:指针类型、数组类型、结构类型、共用体类型和函数类型。

数组类型和结构类型统称为聚合类型。函数的类型指的是函数返回值的类型。在本章节接下来的部分我们将介绍基本类型,其他几种类型会在后边几个章节中进行讲解。


整数类型

下表列出了关于标准整数类型的存储大小和值范围的细节:

类型存储大小值范围
char1 字节-128 到 127 或 0 到 255
unsigned char1 字节0 到 255
signed char1 字节-128 到 127
int2 或 4 字节-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned int2 或 4 字节0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295
short2 字节-32,768 到 32,767
unsigned short2 字节0 到 65,535
long4 字节-2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned long4 字节0 到 4,294,967,295

注意,各种类型的存储大小与系统位数有关,但目前通用的以64位系统为主。

以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别(windows 相同):

32位系统与64位系统的存储大小的差别

为了得到某个类型或某个变量在特定平台上的准确大小,您可以使用 sizeof 运算符。表达式 sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节大小。下面的实例演示了获取 int 类型的大小:

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
 
int main()
{
   printf("int 存储大小 : %lu \n", sizeof(int));
   
   return 0;
}

%lu 为 32 位无符号整数

当您在 Linux 上编译并执行上面的程序时,它会产生下列结果:

int 存储大小 : 4 

浮点类型

下表列出了关于标准浮点类型的存储大小、值范围和精度的细节:

类型存储大小值范围精度
float4 字节1.2E-38 到 3.4E+386 位小数
double8 字节2.3E-308 到 1.7E+30815 位小数
long double16 字节3.4E-4932 到 1.1E+493219 位小数

头文件 float.h 定义了宏,在程序中可以使用这些值和其他有关实数二进制表示的细节。下面的实例将输出浮点类型占用的存储空间以及它的范围值:

#include <stdio.h>
#include <float.h>
 
int main()
{
   printf("float 存储最大字节数 : %lu \n", sizeof(float));
   printf("float 最小值: %E\n", FLT_MIN );
   printf("float 最大值: %E\n", FLT_MAX );
   printf("精度值: %d\n", FLT_DIG );
   
   return 0;
}

%E 为以指数形式输出单、双精度实数

当您在 Linux 上编译并执行上面的程序时,它会产生下列结果:

float 存储最大字节数 : 4 
float 最小值: 1.175494E-38
float 最大值: 3.402823E+38
精度值: 6

void 类型

void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下:

序号类型与描述
1函数返回为空:C 中有各种函数都不返回值,或者您可以说它们返回空。不返回值的函数的返回类型为空。例如 void exit (int status);
2函数参数为空:C 中有各种函数不接受任何参数。不带参数的函数可以接受一个 void。例如 int rand(void);
3指针指向 void:类型为 void 的指针代表对象的地址,而不是类型。例如,内存分配函数 void malloc( size_t size ); 返回指向 void 的指针,可以转换为任何数据类型。

数据类型转换:

C 语言中如果一个表达式中含有不同类型的常量和变量,在计算时,会将它们自动转换为同一种类型;在 C 语言中也可以对数据类型进行强制转换;

自动转换规则:

  • a)浮点数赋给整型,该浮点数小数被舍去;
  • b)整数赋给浮点型,数值不变,但是被存储到相应的浮点型变量中;

强制类型转换形式: (类型说明符)(表达式)

实例程序:

#include<stdio.h>

int main()
{
    float f,x=3.6,y=5.2;
    int i=4,a,b;
    a=x+y;
    b=(int)(x+y);
    f=10/i;
    printf("a=%d,b=%d,f=%f,x=%f\n",a,b,f,x);
}

例中先计算 x+y 值为 8.8,然后赋值给 a,因为a为整型,所以自取整数部分8,a=8;

接下来 b 把 x+y 强制转换为整型;

最后 10/i 是两个整数相除,结果仍为整数 2,把 2 赋给浮点数 f;

x 为浮点型直接输出。


C变量

变量其实只不过是程序可操作的存储区的名称。C 中每个变量都有特定的类型,类型决定了变量存储的大小和布局,该范围内的值都可以存储在内存中,运算符可应用于变量上。

变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头。大写字母和小写字母是不同的,因为 C 是大小写敏感的。基于前一章讲解的基本类型,有以下几种基本的变量类型:

类型描述
char通常是一个字节(八位)。这是一个整数类型。
int对机器而言,整数的最自然的大小。
float单精度浮点值。单精度是这样的格式,1位符号,8位指数,23位小数。
image
double双精度浮点值。双精度是1位符号,11位指数,52位小数。
void表示类型的缺失。

C 语言也允许定义各种其他类型的变量,比如枚举、指针、数组、结构、共用体等等,这将会在后续的章节中进行讲解,本章节我们先讲解基本变量类型。


C中变量定义

变量定义就是告诉编译器在何处创建变量的存储,以及如何创建变量的存储。变量定义指定一个数据类型,并包含了该类型的一个或多个变量的列表,如下所示:

type variable_list;

在这里,type必须是一个有效的 C 数据类型,可以是charw_charintfloatdouble 或任何用户自定义的对象,variable_list 可以由一个或多个标识符名称组成,多个标识符之间用逗号分隔。下面列出几个有效的声明:

int    i, j, k;
char   c, ch;
float  f, salary;
double d;

int i, j, k; 声明并定义了变量 ijk,这指示编译器创建类型为 int 的名为 ijk 的变量。

变量可以在声明的时候被初始化(指定一个初始值)。初始化器由一个等号,后跟一个常量表达式组成,如下所示:

type variable_name = value;

下面列举几个实例:

extern int d = 3, f = 5;    // d 和 f 的声明与初始化
int d = 3, f = 5;           // 定义并初始化 d 和 f
byte z = 22;                // 定义并初始化 z
char x = 'x';               // 变量 x 的值为 'x'

不带初始化的定义:带有静态存储持续时间的变量会被隐式初始化为 NULL(所有字节的值都是 0),其他所有变量的初始值是未定义的。


C 中的变量声明

变量声明向编译器保证变量以指定的类型和名称存在,这样编译器在不需要知道变量完整细节的情况下也能继续进一步的编译。变量声明只在编译时有它的意义,在程序连接时编译器需要实际的变量声明。

变量的声明有两种情况:

  1. 一种是需要建立存储空间的。例如:int a 在声明的时候就已经建立了存储空间。
  2. 另一种是不需要建立存储空间的,通过使用extern关键字声明变量名而不定义它。 例如:extern int a 其中变量 a 可以在别的文件中定义的。

除非有extern关键字,否则都是变量的定义。

extern int i; //声明,不是定义
int i; //声明,也是定义
extern int a;     // 声明一个全局变量 a

int a;            // 定义一个全局变量 a

extern int a =0;  // 定义一个全局变量 a 并给初值。一旦给予赋值,一定是定义,定义才会分配存储空间

int a =0;         //定义一个全局变量 a,并给初值

声明之后不能直接使用这个变量,需要定义之后才能使用。
第四个等于第三个,都是定义一个可以被外部使用的全局变量,并给初值。他们看上去可真像。但是定义只能出现在一处。也就是说,不管是 int a 还是 int a=0 都只能出现一次,而那个 extern int a 可以出现很多次。
当你要引用一个全局变量的时候,你就要声明 extern int a 这时候 extern 不能省略,因为省略了,就变成 int a 这是一个定义,不是声明。

实例
尝试下面的实例,其中,变量在头部就已经被声明,但是定义与初始化在主函数内:

#include <stdio.h>
 
// 函数外定义变量 x 和 y
int x;
int y;
int addtwonum()
{
    // 函数内声明变量 x 和 y 为外部变量
    extern int x;
    extern int y;
    // 给外部变量(全局变量)x 和 y 赋值
    x = 1;
    y = 2;
    return x+y;
}
 
int main()
{
    int result;
    // 调用函数 addtwonum
    result = addtwonum();
    
    printf("result 为: %d",result);
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

result 为: 3

如果需要在一个源文件中引用另外一个源文件中定义的变量,我们只需在引用的文件中将变量加上 extern 关键字的声明即可。
addtwonum.c 文件代码:

#include <stdio.h>
/*外部变量声明*/
extern int x ;
extern int y ;
int addtwonum()
{
    return x+y;
}

test.c 文件代码:

#include <stdio.h>
  
/*定义两个全局变量*/
int x=1;
int y=2;
int addtwonum();
int main(void)
{
    int result;
    result = addtwonum();
    printf("result 为: %d\n",result);
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

$ gcc addtwonum.c test.c -o main
$ ./main
result 为: 3

C 中的左值(Lvalues)和右值(Rvalues)

C 中有两种类型的表达式:

  • 左值(lvalue):指向内存位置的表达式被称为左值(lvalue)表达式。左值可以出现在赋值号的左边或右边。
  • 右值(rvalue):术语右值(rvalue)指的是存储在内存中某些地址的数值。右值是不能对其进行赋值的表达式,也就是说,右值可以出现在赋值号的右边,但不能出现在赋值号的左边。
    变量是左值,因此可以出现在赋值号的左边。数值型的字面值是右值,因此不能被赋值,不能出现在赋值号的左边。

变量应先定义再赋值
在一个表达式中
左值必须是变量
右值可以是变量,常量或者表达式。
下面是一个有效的语句:

int g = 20;

但是下面这个就不是一个有效的语句,会生成编译时错误:

10 = 20;

全局变量和局部变量在内存中的区别

全局变量保存在内存的全局存储区中,占用静态的存储单元;局部变量保存在栈中,只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。
C语言经过编译之后将内存分为以下几个区域:

区域功能
栈(stack)由编译器进行管理,自动分配和释放,存放函数调用过程中的各种参数、局部变量、返回值以及函数返回地址。操作方式类似数据结构中的栈。
堆(heap)用于程序动态申请分配和释放空间。C语言中的malloc和free,C++中的new和delete均是在堆中进行的。正常情况下,程序员申请的空间在使用结束后应该释放,若程序员没有释放空间,则程序结束时系统自动回收。注意:这里的“堆”并不是数据结构中的“堆”。
全局(静态)存储区分为DATA段和BSS段。DATA段(全局初始化区)存放初始化的全局变量和静态变量;BSS段(全局未初始化区)存放未初始化的全局变量和静态变量。程序运行结束时自动释放。其中BBS段在程序执行之前会被系统自动清0,所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行之前已经为0。
文字常量区存放常量字符串。程序结束后由系统释放。
程序代码区存放程序的二进制代码。

显然,C语言中的全局变量和局部变量在内存中是有区别的。C语言中的全局变量包括外部变量和静态变量,均是保存在全局存储区中,占用永久性的存储单元;局部变量,即自动变量,保存在栈中,只有在所在函数被调用时才由系统动态在栈中分配临时性的存储单元。

有兴趣的读者可以运行下面的程序,分析一下运行结果。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int k1 = 1;
int k2;
static int k3 = 2;
static int k4;
int main( )
{  static int m1=2, m2;
    int i=1;
    char*p;
    char str[10] = "hello";
    char*q = "hello";
    p= (char *)malloc( 100 );
    free(p);
    printf("栈区-变量地址  i:%p\n", &i);
    printf("                p:%p\n", &p);
    printf("              str:%p\n", str);
    printf("                q:%p\n", &q);
    printf("堆区地址-动态申请:%p\n", p);
    printf("全局外部有初值 k1:%p\n", &k1);
    printf("    外部无初值 k2:%p\n", &k2);
    printf("静态外部有初值 k3:%p\n", &k3);
    printf("    外静无初值 k4:%p\n", &k4);
    printf("  内静态有初值 m1:%p\n", &m1);
    printf("  内静态无初值 m2:%p\n", &m2);
    printf("文字常量地址    :%p, %s\n",q, q);
    printf("程序区地址      :%p\n",&main);
    return 0;
}

各区域地址


C常量

常量是固定值,在程序执行期间不会改变。这些固定的值,又叫做字面量。

常量可以是任何的基本数据类型,比如整数常量、浮点常量、字符常量,或字符串字面值,也有枚举常量。

常量就像是常规的变量,只不过常量的值在定义后不能进行修改。


整数常量

整数常量可以是十进制、八进制或十六进制的常量。
前缀指定基数:

  • 0b 或 0B 表示二进制
  • 0x 或 0X 表示十六进制
  • 0 表示八进制
  • 不带前缀则默认表示十进制

整数常量也可以带一个后缀,后缀是 U 和 L 的组合

  • U 表示无符号整数(unsigned)
  • L 表示长整数(long)。后缀可以是大写,也可以是小写,U 和 L 的顺序任意。

下面列举几个整数常量的实例:

212         /* 合法的 */
215u        /* 合法的 */
0xFeeL      /* 合法的 */
078         /* 非法的:8 不是八进制的数字 */
032UU       /* 非法的:不能重复后缀 */

以下是各种类型的整数常量的实例:

85         /* 十进制 */
0b0110     /* 二进制 */
0213       /* 八进制 */
0x4b       /* 十六进制 */
30         /* 整数 */
30u        /* 无符号整数 */
30l        /* 长整数 */
30ul       /* 无符号长整数 */

浮点常量

浮点常量由整数部分、小数点、小数部分和指数部分组成。您可以使用小数形式或者指数形式来表示浮点常量。

当使用小数形式表示时,必须包含整数部分、小数部分,或同时包含两者。
当使用指数形式表示时, 必须包含小数点、指数,或同时包含两者。带符号的指数是用 eE 引入的。

下面列举几个浮点常量的实例:

3.14159       /* 合法的 */
314159E-5L    /* 合法的 */
510E          /* 非法的:不完整的指数 */
210f          /* 非法的:没有小数或指数 */
.e55          /* 非法的:缺少整数或分数 */

字符常量

字符常量是括在单引号中,例如,'x' 可以存储在 char 类型的简单变量中。

字符常量可以是一个普通的字符(例如 'x')、一个转义序列(例如 '\t'),或一个通用的字符(例如'\u02C0')。

在 C 中,有一些特定的字符,当它们前面有反斜杠时,它们就具有特殊的含义,被用来表示如换行符(\n)或制表符(\t)等。下表列出了一些这样的转义序列码:

转义序列含义
\\ 字符
\'' 字符
\"" 字符
\?? 字符
\a警报铃声
\b退格键
\f换页符
\n换行符
\r回车
\t水平制表符
\v垂直制表符
\ooo一到三位的八进制数
\xhh . . .一个或多个数字的十六进制数

下面的实例显示了一些转义序列字符:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
   printf("Hello\tWorld\n\n");
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Hello   World

字符串常量

字符串字面值或常量是括在双引号 "" 中的。一个字符串包含类似于字符常量的字符:普通的字符、转义序列和通用的字符。

您可以使用空格做分隔符,把一个很长的字符串常量进行分行。

下面的实例显示了一些字符串常量。下面这三种形式所显示的字符串是相同的。

"hello, dear"

"hello, \

dear"

"hello, " "d" "ear"

定义常量

在 C 中,有两种简单的定义常量的方式:

  • 使用 #define 预处理器。
  • 使用 const 关键字。

#define 预处理器

下面是使用 #define 预处理器定义常量的形式:

#define identifier value

具体请看下面的实例:

#include <stdio.h>
 
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
 
int main()
{
 
   int area;  
  
   area = LENGTH * WIDTH;
   printf("value of area : %d", area);
   printf("%c", NEWLINE);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

value of area : 50

define 注意“边缘效应”
例:#define N 2+3, N 的值是 5。
在编译时我们预想 a=2.5,实际打印结果是 3.5 原因是在预处理阶段,编译器将a=N/2 处理成 a=2+3/2,这就是 define 宏的边缘效应,所以我们应该写成 #define N (2+3)

const 关键字

您可以使用 const 前缀声明指定类型的常量,如下所示:

const type variable = value;

具体请看下面的实例:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
   const int  LENGTH = 10;
   const int  WIDTH  = 5;
   const char NEWLINE = '\n';
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   printf("value of area : %d", area);
   printf("%c", NEWLINE);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

value of area : 50

请注意,把常量定义为大写字母形式,是一个很好的编程习惯。

两者的区别

#define 是宏定义,它不能定义常量,但宏定义可以实现在字面意义上和其它定义常量相同的功能,本质的区别就在于 #define 不为宏名分配内存,而 const也不为常量分配内存,怎么回事呢,其实 const 并不是去定义一个常量,而是去改变一个变量的存储类,把该变量所占的内存变为只读!

(1) 编译器处理方式不同

  • #define 宏是在预处理阶段展开。
  • const 常量是编译运行阶段使用。

(2) 类型和安全检查不同

  • #define 宏没有类型,不做任何类型检查,仅仅是展开。
  • const 常量有具体的类型,在编译阶段会执行类型检查。

(3) 存储方式不同

#define宏仅仅是展开,有多少地方使用,就展开多少次,不会分配内存。(宏定义不分配内存,变量定义分配内存。)
const常量会在内存中分配(可以是堆中也可以是栈中)。

(4) const 可以节省空间,避免不必要的内存分配。 例如:

#define NUM 3.14159 //常量宏
const doulbe Num = 3.14159; //此时并未将Pi放入ROM中 ......
double i = Num; //此时为Pi分配内存,以后不再分配!
double I= NUM; //编译期间进行宏替换,分配内存
double j = Num; //没有内存分配
double J = NUM; //再进行宏替换,又一次分配内存!

const 定义常量从汇编的角度来看,只是给出了对应的内存地址,而不是像 #define 一样给出的是立即数,所以,const 定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝(因为是全局的只读变量,存在静态区),而 #define 定义的常量在内存中有若干个拷贝。

(5) 提高了效率。 编译器通常不为普通const常量分配存储空间,而是将它们保存在符号表中,这使得它成为一个编译期间的常量,没有了存储与读内存的操作,使得它的效率也很高。

(6) 宏替换只作替换,不做计算,不做表达式求解;
宏预编译时就替换了,程序运行时,并不分配内存。

Last modification:November 25th, 2020 at 05:03 pm
如果觉得我的写的还有点意思,欢迎看官赞赏