C语言基础补全

基础巩固

一. 程序

1. 程序为什么要经过编译器编译才能运行

• 计算机能识别的只有机器语言

  • 机器语言: 二进制代码. 由 0 和 1 组成 010101 等指令

• 机器语言难记, 为方便编写程序增加易记忆的助记符, 汇编语言便应运而生

• 在汇编语言基础上为了更进一步方便编写程序, 高级语言登场了

  • 高级语言: C、C++、Java、python 等

• 高级语言编写的程序虽好, 但计算机无法识别, 为让其执行必须翻译成机器语言

2. 高级程序转为机器语言做了什么

(1) 预处理

• 展开头文件 / 宏替换 / 去掉注释 等等 (生成 .i 文件)

① 头文件

• 包含函数声明、宏定义、数据类型、全局变量声明等内容

Ⅰ. 为什么要用头文件

• 将多次使用的代码写在头文件里, 需要的时候直接调用, 节省开发时间

• 编译器会将头文件内容拷贝一份, 后续调用的函数则有了来源, 才能通过编译

Ⅱ. 全局变量是干嘛的?

• 多处代码需要用到同一个变量, 将其声明成全局变量写进头文件, 需要的时候直接调用, 降低代码量

Ⅲ. 注意事项

• <stdio.h>

  • 用 < > 包起来的 .h 头文件是 C语言、C++ 标准库自带的

• "test.h"

  • 用 " " 包起来的 .h 头文件是自编写的头文件

• 学习 C++ 的要特别注意:

  • C++有万能头文件, 但其并非标准库自带的, 有的编译器能用, 有的不行, 为保证程序能正常运行, 尽量使用自带的

② 宏

• define : C、C++关键字, 用于定义宏

• #define Hello "Hello, World!"

  • 类似这种用一个标识符 (Hello) 来表示一个字符串 ("Hello, World!"), 就称为宏

  • 宏的标识符则称为宏名

Ⅰ. 为什么要用 define 定义宏

• 增强代码可读性和减少代码量

Ⅱ. 怎么定义宏

• #define 宏名 替换文本

  • 替换文本: 可以是任何常数、表达式、字符串等

• 示例:

  • #define MAX 20

  • #define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

    • 将一些简短函数以表达式形式写出, 方便引用 (很少用)

  • #define ll long long

    • 给数据类型起一个别名

(2) 编译

• 检查语法 (看有没有错误), 生成汇编代码 (生成 .s 文件)

(3) 汇编

• 将汇编代码转化成二进制的机器码 (生成 .o 文件)

(4) 链接

• 将 .o 文件链接合成可执行程序

二. 结构体

1. typedef

• typedef : C、C++关键字

(1) 用途

• 为现有的数据类型起别名

• 增强代码可读性和减少代码量

(2) 用法

• typedef 原数据类型 新数据类型;

  • typedef long long ll;

(3) 注意

• 用途有且只有为数据类型起别名, 功能没有宏定义强大

  • 故而常用于结构体

• 与宏定义不同, 前面是要修改的, 后面是修改结果

2. 结构体定义

struct Books{char a[10];int b;
}

(1) 使用

• C语言: struct Books c;

• C++: Books c;

• 因此在C语言中为方便写代码, 为结构体起一个别名方便编写程序

typedef struct BOOks{char a[10];int b;
}Book;

• 后续使用: Book c;

(2) 等价

typedef struct Books{int a;char b;int c;
}* Book;

• Book x; == struct Books* x

  • x 是一个指向 struct Books 结构体的指针变量

• Book* y; == struct Books** y

  • y 是一个指向 struct Books 指针的指针变量 (二级指针)

---

以上一种容易理解错的写法, 以下是更好的写法

---

typedef struct Books{int a;char b;int c;
} Book;

• Book* x == struct Books* x

• Book** y == struct Books** y

三. 全局变量和局部变量

1. 变量名

• 程序中局部变量和全局变量名称可以相同 (尽量不要这么干!!!)

• 在一个函数内, 如果名字相同, 会使用局部变量, 不使用全局变量

2. 参数

• 函数参数 (形参) 会被当成函数内的局部变量, 如果全局变量与其同名, 也是使用函数参数

  • void func(int x), x 就是函数参数 (形参)

3. 初始化

• 局部变量定义后不会被系统自动初始化, 需手动初始化

• 全局变量定义后会被系统自动初始化 (设为默认值 0)

  • 不同类型全局变量显示: 整数为 0 、字符为 '\0' 、指针为 NULL

---

以上变量知识代码示例:

int x = 100;void func(int x){printf("\n函数内形参与全局变量同名, 使用形参 x . x = %d\n", x);x = 50;printf("\n函数内修改值修改的是形参 x 的值, x = %d\n", x);
}int main(){printf("\nmain函数里是全局变量 x , 因为函数内无同名的. x = %d\n", x);func(10);return 0;
}
--------------------------------------------------------------------
// 以下是部分类型全局变量初值
int test_int;
char test_char;
double test_double;
int *test_ptr;
int test_array[3];int main(){printf("test_int: %d\n", test_int);printf("test_char: %d\n", test_char);printf("test_double: %f\n", test_double);printf("test_ptr: %s\n", test_ptr == NULL ? "NULL" : "non-NULL");for (int i = 0; i < 3; i++){printf("test_array %d: %d\n", i, test_array[i]);}printf("\n");return 0;
}

四. 常量

1. 定义与使用

• 常量是一个固定值, 在程序运行过程中不会改变

• 固定值又称字面量

• 使用 #define 或 const 声明

2. 示例

#define MAX 20const int a = 5;// 错误写法
const int a; //常量必须定义就赋值const int a;
a = 5; // 也不行,常量必须定义就赋值!!!

五. 进制转换

1. 十进制转二进制

• 使用短除法一直除以2, 直到商1

• 商1后以倒着的形式写出二进制结果
• 十进制: 11 二进制: 1011

2. 十进制转任意进制

• 假设十进制要转成 R 进制

• 使用短除法一直除以 R , 直到商1

• 商1后以倒着的形式写出 R 进制结果

3. 十进制转十六进制

(1) 十六进制每一位的数字

• 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

• 数字 10 ~ 15 用 A ~ F 替换, 以方便表示

(2) 十六进制表示方法

• 十六进制需加上 0x 前缀来表示 (常见)

  • 0xD : 十六进制的13

• 后缀表示 (少见) : DH

  • 与 0xD 等价, 但是是添加的后缀 H

(3) 转换方法

• 使用短除法一直除以16, 直到商1或商0

• 商1后以倒着的形式写出十六进制结果

• 十进制: 100 十六进制: 64 (0x64)

4. 二进制转十进制

• 将二进制 110101 转十进制

• 方法: 将每一位乘以 2 的 n 次方 (n是位数 - 1)

  • 1 * 2^5 + 1 * 2^4 + 0 * 2^3 + 1 * 2^2 + 0 * 2^1 + 1 * 2^0

  • 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 53

5. 任意进制转十进制

• 假设有 R 进制 转十进制

• 方法: 将每一位乘以 R 的 n 次方 (n是位数 - 1)

  • 以十六进制举例: 0xD ⭢ D * 16^0 = 13 * 1 = 13

6. 二进制转十六进制

• 将二进制 110101 转十六进制

• 方法: 将二进制每四位隔开, 不足四位前面补0, 然后把四位二进制全转成十进制后拼起来

  • 110101 ⭢ 0011 | 0101 ⭢ 3 | 5 ⭢ 0x35

  • 验证: 3 * 16^1 + 5 * 16^0 = 48 + 5 = 53

7. 十六进制转二进制

• 将十六进制 0xD 转二进制

• 方法: 将每一位转二进制然后拼起来

  • 0xD ⭢ 13 ⭢ 0011 | 0101 ⭢ 00110101 ⭢ 110101

8. 二进制转八进制

• 将二进制 110101 转八进制

• 方法: 将二进制每三位隔开, 不足三位前面补0, 然后把三位二进制全转成十进制后拼起来

  • 110101 ⭢ 110 | 101 ⭢ 6 | 5 ⭢ 65 ⭢ 065 (八进制前缀为 0 )

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常用的20个数字的各个进制表示法

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六. 原码、反码、补码

二进制最高位为符号位 : 0 为正数, 1为负数

正数的原码、反码、补码都一样

1. 源码

• 负数: -6

• 二进制: 1000 0110

2. 反码

• 二进制: 1111 1001

• 在源码基础上除符号位都取反

3. 补码

计算机中最终存储的是补码

• 二进制: 1111 1010

• 在反码基础上加一

七. 运算符

1. 基础运算符

(1) 整除 /

① 特性

• 向下取整

扩展:

• 向下取整: 找到最大的小于等于它的整数 (1.3 取1 ; 5.6 取5)

• 向上取整: 找到最小的大于等于它的整数 (1.3 取2 ; 5.6 取6)

• floor() 向下取整, ceil() 向上取整, 需加上 <math.h> 头文件

② 示例代码

int a = 5 / 2;
printf("%d\n", a);

(2) 自增 ++

① 特性

• ++ 在前先加一再输出

• ++ 在后先输出再加一

② 示例代码

int b = 1;
printf("%d\n", ++b);
printf("%d\n", b++);
printf("%d\n", b);

(3) 自减 --

① 特性

• -- 在前先减一再输出

• -- 在后先输出再减一

② 示例代码

int c = 5;
printf("%d\n", --c);
printf("%d\n", c--);
printf("%d\n", c);

(4) 三目运算符 ? :

① 示例代码

int *test_ptr;
printf("test_ptr: %s\n", test_ptr == NULL ? "NULL" : "non-NULL");

② 解释

• test_ptr 等于 NULL吗 ?

• 等于 (真) 则输出冒号左边的 NULL

• 不等于 (假) 则输出冒号右边的 non-NULL

2. 位操作符

(1) 左移 <<

① 原理

• 假设十进制 6 左移一位

• 首先将十进制 6 转为二进制 0110

• 然后左移一位, 得到 1100

• 再转成十进制, 结果为 12

② 特性

• 左移直接对二进制进行操作, 更快

• 左移一位相当于乘二

③ 示例代码

int d = 6;
d = d << 1;
printf("%d\n",d);

(2) 右移 >>

① 原理

• 假设十进制 6 右移一位

• 首先将十进制 6 转为二进制 0110

• 然后右移一位, 得到 0011

• 再转成十进制, 结果为 3

② 特性

• 右移直接对二进制进行操作, 更快

• 右移一位相当于除二 (向下取整)

③ 示例代码

int e = 6;
e = e >> 1;
printf("%d\n",e);

(3) 取反 ~

① 原理

• 假设十进制 6 取反

• 首先将十进制 6 转为二进制补码 0000 0110

• 然后将每一位取反, 包括符号位, 得到 1111 1001

• 再转成原码, 得到 1000 0111

• 最后转成十进制, 结果为 -7

② 示例代码

int f = ~6;
printf("%d\n",f);

(4) 按位或、按位与、按位异或

① 原理

Ⅰ. 按位或 |

• 十进制: 5 二进制: 0101

• 十进制: 9 二进制: 1001

• 按位或: 有一为一: 1101

Ⅱ. 按位与 &

• 十进制: 5 二进制: 0101

• 十进制: 9 二进制: 1001

• 按位与: 都一为一: 0001

Ⅲ. 按位异或 ^

• 十进制: 5 二进制: 0101

• 十进制: 9 二进制: 1001

• 按位异或: 不同为一: 1100

② 示例代码

int g = 5 | 9;
printf("%d\n", g);int h = 5 & 9;
printf("%d\n", h);int l = 5 ^ 9;
printf("%d\n", l);

③ 按位异或 特殊用法

• 交换两个整数

int m = 10, o = 11;
m = m ^ o;
o = o ^ m;
m = m ^ o;printf("\n%d\n", m);
printf("\n%d\n", o);