C 基礎

C

c是一種介於高級語言與低級語言之間的語言，將原文最終編譯爲機器碼執行的。

1. 編譯工具 MinGW-W64 GCC
2. 配置庫環境 vscode 設置 "C_Cpp.updateChannel": "Insiders"

編譯

# 爲c語言之中的編譯符號
gcc 爲基本編譯工具

• 預編譯

  預編譯是指在編譯以前對原文所作的預處理，生成 tmp.i文件。

• 文件預編譯：引入include<exp.h>(系統庫)，include"exp.h"(自定義庫) 等頭文件。
• 條件預編譯：#if 根據條件執行特定編譯。
• 常量預編譯：#FLAG 替換預編譯常量。
• 刪除代碼註釋

• 編譯

• 將原文編譯爲彙編語言，生成 tmp.s文件。
• 將原文編譯爲機器碼，生成 tmp.o文件。
• 將原文編譯連接生成最終可執行文件，tmp.exe文件。

# 將tmp.c編譯爲可執行文件tmp.exe windows平臺默認爲.exe文件
gcc ./tmp.c -o tmp.exe

# 將tmp.c預編譯爲tmp.i
gcc -E ./tmp.c -o tmp.i
# 將tmp.c預編譯並重定向到tmp.txt
gcc -E ./tmp.c > tmp.txt

# 將tmp.c編譯爲彙編
gcc -S ./tmp.c
gcc -S ./tmp.c -o tmp.s

# 將tmp.c編譯爲obj文件
gcc -c ./tmp.c
gcc -c ./tmp.c -o tmp.o

• gcc 工具解析

指令	結果	文件	備註
-E	生成預編譯文件	tmp.i	手動指定纔可生成文件，>，-o
-S	生成彙編文件	tmp.s	自動生成文件
-c	生成機器碼文件	tmp.o	自動生成文件
-o	指定生成文件	tmp.exe	指定生成文件
null	生成可執行文件	tmp.exe	自動生成文件

變量

c語言的變量皆爲強類型限定，且全部變量只要定義完成，其內存空間便已申請完成。

boolean

全部數值型變量(基礎類型變量)以及NUll，可安全做爲boolean。
完成空間申請的指針爲true，未完成空間申請的指針會出 error。

boolean	標識範圍
true	非0數值，成功定義的任意級指針
false	0，NULL

變量的做用範圍以及讀寫範圍

c語言是一種塊級代碼，某一塊內部變量外部是沒法使用的，函數，以及循環體頭部變量在外部是沒法使用的。

關鍵詞	名稱	做用域	備註
#define	宏變量	文件內部	#define ~ #undef 或至文件結尾
auto	塊變量	當前快結構，或某些循環體頭部	變量默認都是 auto
register	寄存器變量	定義與當前cpu寄存器同寬的值	運行時存在位寬限制
static	靜態變量	全局變量	讀寫皆可生效
extern	引用變量	本文件生效	引用全局變量，或函數至本文件
const	只讀變量	變量可讀不可修改	特殊修飾詞，某些函數中的參數限定詞

變量類型

• 宏變量(常量)

#define #undef定義撤銷宏變量，此類型變量會在預編譯時，替換或終止替換指定變量。

#define MAX_SIZE 1000

//......

#undef MAX_SIZE

• 基本數據類型

類型	符號	字節	備註
char	yes	1	由讀取方式決定類型(small int/char)
short int	yes	2	簡寫 short
int	yes	4	最經常使用的整型
long int	yes	8	簡寫 long
float	no	4	經常使用浮點數
double	no	8	大浮點

• 結構體 struct

  結構體數據用於各種自定義數據結構。

typedef ... Example{...}example;

// 全名纔可以使用
struct Example exp;
union Example exp;
enum Example exp;

// 別名使用
example exp;

結構體定義之時，以全部部份內存的最小公倍數爲基本單位(字節爲基礎單位)，對結構體內部進行內存分配，且空間大小從上至下遞增而非其餘，其中多出的部份內存會被填充沒法正常使用。即定義數據結構時，基本數據類型儘可能不要變，且內存大小從上至下遞增。

• typedef定義
  1. 對變量類型賦予別名
  2. 定義結構體類型
• 結構體使用
  1. 當爲普通方式訪問時用 .
  2. 當爲指針方式訪問時用 ->

typedef unsigned char byte;

typedef struct List{
    byte* base;
    byte* top;
    byte* size;
}*list;

void main(){
    int x = 10;
    printf("輸出:%d",x);
    scanf("%d",&x);

    //......

    byte y = list->base;
    byte z = （*list）.base;
}

• 枚舉類型 enum

  經常使用於映射某些有限分類值，如星期幾，幾月，季節，性別...

一種映射模式，指定某些變量表明某些值，這些變量會變爲常量。

typedef enum Season{
    spring = 1, summer, autumn, winter
}season;

typedef enum Season{
    spring = 1,
    summer = 2,
    autumn = 3,
    winter = 4
}season_cmp;

void main(){
    season sea = spring;
    printf("The season's number is %d",sea);
    printf("The season's number is %d",spring);
}

• 位域結構體

  經常使用於高頻次二項分佈運算 0~1。

基本類似於結構體，不一樣之處在於位域結構體僅支持（unsigned int / int）的數據類型，以"位"爲基本單位定義數據結構，數據默認存在爲0，但存在BUG，不賦值時慎用。其內部是將int數值拆分做爲一個總體運算的。

// 內存以 int 爲單位，x,y不能超過位上限
typedef struct Flag{
    unsigned int x:1; //0~1
    unsigned int y:2; //0~3
}flag;

• 共用體 union

  經常使用於高速緩存數據，或短期記錄某些值。

基本結構類似於結構體，惟一不一樣的是，其本省內存佔用量就是最大數據的內存佔用量，即同一時間裏，通常僅爲最近一被改寫的數據是有效的，其餘數據因爲內存結構被覆蓋會致使數據失效。

// 同一時間段僅有一個值有效，且內存爲 4
typedef union Record{
    unsigned int x;
    unsigned int y;
    unsigned int z;
}record;

指針

指針，包括指針空間自己以及所保存的一個地址，這個地址指向一個存儲空間。

符號	普通變量	指針變量	數組變量
&p	原始變量指針化	指針變量指針化(多級指針)
(int)&p	存儲空間地址(int)	指針空間地址(int)	存儲空間頭地址(int)
(int)p	強轉int類型	存儲空間地址(int)	存儲空間頭地址(int)

• *將任意變量指針化，定義時使用。
• &對任意變量取地址，運算時使用。

類型	定義	內存管理
普通變量	自動申請存儲空間	棧區自動處理
指針變量	自動申請指針空間，無存儲空間	棧區自動處理，非棧區手動處理

• 強制指針轉化

利用一個虛擬地址（整數），強制轉化出一個指定類型的指針變量。

int p = 100;
int addr = &p;
int* q = (int*)addr；

// 強制地址轉化指針
int x = *q;
int x = *(int*)(&p);

內存空間

• 靜態區

靜態變量爲被 static修飾的變量，全局變量則爲在程序原文最外側所設置的變量。

靜態區亦稱全局區，由編譯器管理，編譯一次便生效，程序結束失效。

• 棧區

普通變量或稱臨時變量以及函數參數等，以及指針變量都在這裏。

棧區亦稱爲臨時區，由編譯器管理，隨着程序運行而改變。

• 堆區

一些自定義結構體以及大型數據都在這裏操做，配合指針便可靈活使用。

堆區徹底由程序員手動控制，包括內存的申請以及釋放等；需注意的是此處易發生內存的各種錯誤，需謹慎使用。

• 代碼區

代碼區由編譯器管理，主要用於存儲函數體的二進制原文。

指針空間

指針空間泛指一些指針能夠活動的區域，主要包括棧區指針區，部分堆區；按照使用類型又可分爲引用其餘變量的空間，以及使用本身申請的空間。

引用區域	內存管理	備註
堆區	程序設計者管理內存	需嚴謹設計以避免發生內存錯誤
棧區普通變量	自動內存管理	普通變量消失時，指針需變爲NULL
棧區指針變量	自動內存管理	指針連接指針即爲多級指針

• 指針引用本身申請的空間 堆區

int* p;
p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 100;
free(p);

• 指針引用其餘普通變量的空間 棧區普通區

int p = 100;
int* m;

// &p 取一個普通變量的 起始地址
m = &p;

• 指針引用其餘指針變量的空間 棧區指針區

int p = 100;

// 一級引用
int* m;
m = &p;

// 二級引用
int** n;
n = &m;

**n = 1000;

• 多級指針

  多級指針的內在形式主要包括前面幾個節點所指出的，棧區指針，堆內部指針之間的自我引用以及相互引用。且多級指針在操做上和單級指針別無原理上差異。
  多級指針需由內向外或由外向內嵌套操做。

• 單級指針：引用其餘存儲空間，或手動申請堆空間，其後做爲普通變量便可。
• 多級指針：逐級引用下一級別指針，最後將其做爲普通指針使用便可。

數組以及指針

數組索引，自己就是一個指針，但其沒有指針空間地址，僅有存儲空間頭地址。
(int)p以及(int)&p都是一個數值，都是存儲空間頭地址。

數組，一段連續的內存空間，由定義方式不一樣致使棧區和堆區之中均可以存在。

• 數組定義

爲肯定數組存儲空間大小，可在定義階段初始化數組，不然必須給定數組長度。

int p[] = {0,1};

int p[2];
p[0] = 0;
p[1] = 1;

• 數組的指針意義

數組索引能夠徹底看成指針來使用。
(int)(&p)與(int)p 均可以正確獲取頭指針位置。

int p[] = {0,1,2,3,4};

int addr = p;

• 指針運算

指針運算僅支持 + - 操做，且位移距離爲指針所指向的空間的大小。當數組作指針運算時，是向上或向下移動一整個數組的位置。

int p[] = {0,1,2,3,4};

// 數組名直接就是地址值
int* q = p;

// 向量運算支持自增自減
q++;

// 數組的兩種訪問方式
printf("%d %d %d %d %d",p,*q,*(q+1),*(q+1)+1,p[2]);

• 指針數組與數組指針

指針數組是指一個由指針所組成的數組，本質是一個標準數組。
數組指針是指一個數組的索引徹底由一個指針替代，本質是一個標準指針變量。

// 此處是指 p[10] 的 基本組成單位爲 int*
int* p[10];

// 此處是指 (*p)[10] 的基本組成單位爲 int
int (*p)[10];

動態指針

多級指針能夠拿來當數組使用。

函數

函數是一種結構化編程的思惟方式。

• 函數組成部分

返回值限定
函數名定義
函數參數定義
實際操做之中，還包括內存管理，異常處理，權限管理等

int example(int x,int y){
  return x+y;
}

函數的傳參

函數的參數定義在編譯階段就已完成，因此參數的地址是固定的，可是參數的地址僅僅函數內部是可讀的，且沒法將函數參數地址從函數之中取出。若是能夠拿出來會出現嚴重的系統性安全問題。

• 值傳參 標準變量

將原始值的一個 copy 傳遞給函數，參數和原始值是徹底分離的。

• 址傳參 指針變量

其參數是一個指針，其是將原始參數的存儲地址賦予參數的存儲地址，保證參數指向原始參數，此時參數的指針空間地址不變，而所保存的指向空間則變爲數據的存儲地址。

void demo_int(int x){
    printf("值傳遞-> 參數存儲空間:%d 參數值:%d\n",(int)&x,x);
}

void demo(int* x){
    printf("址傳遞-> 參數指針空間:%d 參數存儲空間:%d 值:%d\n",(int)&x,(int)x,*x);
}

void main(){
    int x = 10;
    int z = 11;
    int* y = &x;
    printf("原始存儲空間:%d 值:%d\n",(int)&x,x);
    printf("指針存儲空間:%d 值:%d 指針空間:%d\n",(int)y,*y,(int)&y);

    demo(&x);
    demo(y);
    demo(&z);

    demo_int(x);
    demo_int(z);
}

• const

const 自己就是一個只讀的修飾符。

// 等價於 int const p，p 只讀變量
void demo(const int p){}

// 指針不可變，指向的內存空間則無需關心
void demo(const int* p){}

// 指針不可變，指向的內存空間依然不可變
void demo(const int* const p){}

函數與邏輯

• 邏輯判斷

全部的邏輯判斷必須保證全部路徑都被覆蓋到，不然會出現嚴重漏洞！

int true = 1;
int false = 0;

if(true){}
if(true){}else{}
if(true{}elseif(){}else{}

int key = 0；

switch(key){
  case 1:
      example;
      break;   //如無此語句，則會直接靜茹下一次循環
  case 1:
      example;
      break;
  default:
      example; //此處通常無需 break
}

• 循環

for語句頭部定義的變量爲for塊級變量。break,continue。
goto 語句，基本不多用。

// for頭部定義的變量爲塊級別變量，僅在for內部有效，且定義可覆蓋外部定義。
for(int i=0;i<=10;i++){
  printf("%d",i);
}

while(true){}
do{}while();

STA:

goto STA;

函數指針

函數指針就是將函數引用指針化。

(int)add (int)&add均可正確獲取函數的開始地址。
(int)p (int)&p 前者獲取指針函數所指向函數的地址，後者獲取指針自己的地址。

int add(int x,int y){
    return x+y;
}

void main(){

    // 指針函數定義
    int (*p)(int,int);
    p = &add;

    printf("%d\n",(*p)(10,13));

    printf("原函數地址:%d %d\n",(int)add,(int)&add);

    printf("指針函數地址:%d 指針函數所包含的函數地址:%d\n",(int)&p,(int)p);
}

• 指針函數

就是返回值是指針類型的函數。

經常使用庫

C 的標準庫文件不多，可是確實強大。

經常使用方法

• 內存管理

此處全部的內存管理都是基於堆內存的處理。

1. void* malloc(int size) 申請 size 大小的空間，並不初始化。

2. void* calloc(int num,int size) 申請 num 個 size 大小的連續空間，且每一個字節都被初始化爲 0。

3. void* realloc(void* addr,int new_size) 對 addr 從新分配內存，新空間大小爲 new_size 。

4. void free(void* addr) 全部申請的空間都須要從這裏釋放，不及時釋放或丟失空間地址會形成內存泄漏。

• 文件管理

c語言的文件管理有種面向對象的感受，但實際就是一個結構體。
r w a r+ w+ a+ 等即爲文件模式的表示符號。

FILE *p = NULL;
p = fopen("./example.txt","w");
fclose(p);
p = NULL;

• 字符串

  char 用 'c'表示，string 用 "str"表示。

c語言的string就是一個char類型數組，和堆很類似。

1. strcpy(s1,s2)
2. strcat(s2,s2)
3. strcmp(s1,s2)
4. strlen(s)
5. strchr(s,ch)
6. strstr(s1,s2)

// char 轉爲string
char p[] = {'1','2','3','\0'};
puts(p);

// 有效長度是4
char q[] = "4321";
printf("%s",q);

• 輸入輸出

1. prinf("hellow %d",p) scanf("%d",p)

2. puts(s) gets(s)

3. char a = getchar() putchar(a)

4. fprintf() fscanf() 文件IO

• 其餘庫

1. stdio.h
2. stdlib.h
3. string.h
4. math.h
5. error.h
6. ctype.h
7. ......

• others

1. system("cls")
2. system("pause")

const int* a 與 int const *a 做用相同。此時沒法對 a 指向的變量作修改。
const int* const a 則指所指向的變量與指針自己皆不可修改。

// 此時修飾的是 const (int* a) 故實際是,值沒法改變
const int* a

// 此時修飾的是 const (a) 歸實際是指針自己沒法改變
int* const a

// 下面這兩個東西有數組和string的影子,會出現BUG,儘可能少使用。
calloc()
memset(maze,0,size);

運算符

• 經常使用運算符

• 算術運算：+ - * / % ++ --
• 關係運算：== != > >= < <=
• 邏輯運算：！ && ||
• 位運算 ：& | ^ ~ >> <<
• 賦值運算：= += -= *= /= %= <<== >>== &= ^= |=
• 特殊運算：sizeof() & * ( ? : )

位運算是一種二進制對位運算

類型	符號	1	0
與運算	a & b	a，b全都爲1	a，b至少有一個0
或運算	a | b	a，b至少一個1	a，b全都爲0
亦或運算	a ^ b	a，b不等	a，b相等
反運算	~a	a爲0	a爲1

位移運算 >> << 則是直接執行位移操做，0用以補位

• 運算符執行等級

c語言之中存在不少的運算符，各個運算符衝突之時，會優先執行等級高的運算。

// p++ 等級比較高 再到 ++p
() [] -> . ++ -- (type) * & sizeof() ...... ,