入门级C语言程序

我们上面说到，#include 是程序编译之前要处理的内容，称为编译预处理命令。

预处理命令是在编译之前进行处理。预处理程序一般以 # 号开头。

所有的 C 编译器软件包都提供 stdio.h 文件。该文件包含了给编译器使用的输入和输出函数，比如 println() 信息。该文件名的含义是标准输入/输出 头文件。通常，在 C 程序顶部的信息集合被称为 头文件(header)。

C 的第一个标准是由 ANSI 发布的。虽然这份文档后来被国际标准化组织(ISO)采纳并且 ISO 发布的修订版也被 ANSI 采纳了，但名称 ANSI C(而不是 ISO C) 仍被广泛使用。一些软件开发者使用ISO C，还有一些使用 Standard C。

除了 外，C 标准库还包括下面这些头文件

提供了一个名为 assert 的关键字，它用于验证程序作出的假设，并在假设为假输出诊断消息。

C 标准库的 ctype.h 头文件提供了一些函数，可以用于测试和映射字符。

这些字符接受 int 作为参数，它的值必须是 EOF 或者是一个无符号字符

EOF是一个计算机术语，为 End Of File 的缩写，在 *** 作系统中表示资料源无更多的资料可读取。资料源通常称为档案或串流。通常在文本的最后存在此字符表示资料结束。

C 标准库的 errno.h 头文件定义了整数变量 errno，它是通过系统调用设置的，这些库函数表明了什么发生了错误。

C 标准库的 float.h 头文件包含了一组与浮点值相关的依赖于平台的常量。

limits.h 头文件决定了各种变量类型的各种属性。定义在该头文件中的宏限制了各种变量类型（比如 char、int 和 long）的值。

locale.h 头文件定义了特定地域的设置，比如日期格式和货币符号

math.h 头文件定义了各种数学函数和一个宏。在这个库中所有可用的功能都带有一个 double 类型的参数，且都返回 double 类型的结果。

setjmp.h 头文件定义了宏 setjmp()、函数 longjmp() 和变量类型 jmp_buf，该变量类型会绕过正常的函数调用和返回规则。

signal.h 头文件定义了一个变量类型 sig_atomic_t、两个函数调用和一些宏来处理程序执行期间报告的不同信号。

stdarg.h 头文件定义了一个变量类型 va_list 和三个宏，这三个宏可用于在参数个数未知（即参数个数可变）时获取函数中的参数。

stddef .h 头文件定义了各种变量类型和宏。这些定义中的大部分也出现在其它头文件中。

stdlib .h 头文件定义了四个变量类型、一些宏和各种通用工具函数。

string .h 头文件定义了一个变量类型、一个宏和各种 *** 作字符数组的函数。

time.h 头文件定义了四个变量类型、两个宏和各种 *** 作日期和时间的函数。

main 函数听起来像是调皮捣蛋的孩子故意给方法名起一个 主要的 方法，来告诉他人他才是这个世界的中心。但事实却不是这样，而 main() 方法确实是世界的中心。

C 语言程序一定从 main() 函数开始执行，除了 main() 函数外，你可以随意命名其他函数。通常，main 后面的 () 中表示一些传入信息，我们上面的那个例子中没有传递信息，因为圆括号中的输入是 void 。

除了上面那种写法外，还有两种 main 方法的表示方式，一种是 void main(){} ，一种是 int main(int argc, char* argv[]) {}

• void main() 声明了一个带有不确定参数的构造方法
• int main(int argc, char* argv[]) {} 其中的 argc 是一个非负值，表示从运行程序的环境传递到程序的参数数量。它是指向 argc + 1 指针数组的第一个元素的指针，其中最后一个为null，而前一个（如果有的话）指向表示从主机环境传递给程序的参数的字符串。如果argv [0]不是空指针（或者等效地，如果argc> 0），则指向表示程序名称的字符串，如果在主机环境中无法使用程序名称，则该字符串为空。

在程序中，使用 /**/ 的表示注释，注释对于程序来说没有什么实际用处，但是对程序员来说却非常有用，它能够帮助我们理解程序，也能够让他人看懂你写的程序，我们在开发工作中，都非常反感不写注释的人，由此可见注释非常重要。

C 语言注释的好处是，它可以放在任意地方，甚至代码在同一行也没关系。较长的注释可以多行表示，我们使用 /**/ 表示多行注释，而 // 只表示的是单行注释。下面是几种注释的表示形式

// 这是一个单行注释

/* 多行注释用一行表示 */

/*
  多行注释用多行表示
    多行注释用多行表示
      多行注释用多行表示
        多行注释用多行表示

*/

在头文件、main 方法后面的就是函数体（注释一般不算），函数体就是函数的执行体，是你编写大量代码的地方。

在我们入门级的代码中，我们声明了一个名为 number 的变量，它的类型是 int，这行代码叫做 声明，声明是 C 语言最重要的特性之一。这个声明完成了两件事情：定义了一个名为 number 的变量，定义 number 的具体类型。

int 是 C 语言的一个 关键字(keyword)，表示一种基本的 C 语言数据类型。关键字是用于语言定义的。不能使用关键字作为变量进行定义。

示例中的 number 是一个 标识符(identifier)，也就是一个变量、函数或者其他实体的名称。

###变量赋值

在入门例子程序中，我们声明了一个 number 变量，并为其赋值为 11，赋值是 C 语言的基本 *** 作之一。这行代码的意思就是把值 1 赋给变量 number。在执行 int number 时，编译器会在计算机内存中为变量 number 预留空间，然后在执行这行赋值表达式语句时，把值存储在之前预留的位置。可以给 number 赋不同的值，这就是 number 之所以被称为 变量(variable) 的原因。

在入门例子程序中，有三行 printf()，这是  C 语言的标准函数。圆括号中的内容是从 main 函数传递给 printf 函数的。参数分为两种：实际参数(actual argument) 和 形式参数(formal parameters)。我们上面提到的 printf 函数括号中的内容，都是实参。

在入门例子程序中，return 语句是最后一条语句。int main(void) 中的 int 表明 main() 函数应返回一个整数。有返回值的 C 函数要有 return 语句，没有返回值的程序也建议大家保留 return 关键字，这是一种好的习惯或者说统一的编码风格。

在 C 语言中，每一行的结尾都要用 ; 进行结束，它表示一个语句的结束，如果忘记或者会略分号会被编译器提示错误。

下面是 C 语言中的关键字，C 语言的关键字一共有 32 个，根据其作用不同进行划分

数据类型的关键字主要有 12 个，分别是

• char: 声明字符型变量或函数
• double: 声明双精度变量或函数
• float: 声明浮点型变量或函数
• int : 声明整型变量或函数
• long: 声明长整型变量或函数
• short : 声明短整型变量或函数
• signed : 声明有符号类型变量或函数
• _Bool:  声明布尔类型
• _Complex ：声明复数
• _Imaginary: 声明虚数
• unsigned : 声明无符号类型变量或函数
• void : 声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针

控制语句循环的关键字也有 12 个，分别是

循环语句

• for : for 循环，使用的最多
• do ：循环语句的前提条件循环体
• while：循环语句的循环条件
• break : 跳出当前循环
• continue：结束当前循环，开始下一轮循环

条件语句

• if：条件语句的判断条件
• else : 条件语句的否定分支，与 if 连用
• goto: 无条件跳转语句

开关语句

• switch: 用于开关语句
• case：开关语句的另外一种分支
• default : 开关语句中的其他分支

返回语句

retur：子程序返回语句（可以带参数，也看不带参数）

• auto : 声明自动变量 一般不使用
• extern : 声明变量是在其他文件正声明（也可以看做是引用变量）
• register : 声明寄存器变量
• static: 声明静态变量

• const: 声明只读变量
• sizeof : 计算数据类型长度
• typedef: 用以给数据类型取别名
• volatile : 说明变量在程序执行中可被隐含地改变

我们在了解完上面的入门例子程序后，下面我们就要全面认识一下 C 语言程序了，首先我们先来认识一下 C 语言最基本的变量与常量。

变量和常量是程序处理的两种基本对象。

有些数据类型在程序使用之前就已经被设定好了，在整个过程中没有变化（这段话描述不准确，但是为了通俗易懂，暂且这么描述），这种数据被称为常量(constant)。另外一种数据类型在程序执行期间可能会发生改变，这种数据类型被称为 变量(variable)。例如 int number 就是一个变量，而3.1415 就是一个常量，因为 int number 一旦声明出来，你可以对其任意赋值，而 3.1415 一旦声明出来，就不会再改变。

有必要在聊数据类型之前先说一说变量名的概念。变量名是由字母和数字组成的序列，第一个字符必须是字母。在变量名的命名过程中，下划线 _ 被看作字母，下划线一般用于名称较长的变量名，这样能够提高程序的可读性。变量名通常不会以下划线来开头。在 C 中，大小写是有区别的，也就是说，a 和 A 完全是两个不同的变量。一般变量名使用小写字母，符号常量（#define 定义的）全都使用大写。选择变量名的时候，尽量能够从字面上描述出变量的用途，切忌起这种 abc 毫无意义的变量。

还需要注意一般局部变量都会使用较短的变量名，外部变量使用较长的名字。

在了解数据类型之前，我们需要先了解一下这些概念 位、字节和字。

位、字节和字都是对计算机存储单元的描述。在计算机世界中，最小的单元是 位(bit)，一个位就表示一个 0 或 1，一般当你的小伙伴问你的电脑是 xxx 位，常见的有 32 位或者 64 位，这里的位就指的是比特，比特就是 bit 的中文名称，所以这里的 32 位或者 64 位指的就是 32 bit 或者 64 bit。字节是基本的存储单元，基本存储单元说的是在计算机中都是按照字节来存储的，一个字节等于 8 位，即 1 byte = 8 bit。字是自然存储单位，在现代计算机中，一个字等于 2 字节。

C 语言的数据类型有很多，下面我们就来依次介绍一下。

C 语言中的整型用 int 来表示，可以是正整数、负整数或零。在不同位数的计算机中其取值范围也不同。不过在 32 位和 64 位计算机中，int 的取值范围是都是 2^32 ，也就是 -2147483648 ~ +2147483647，无符号类型的取值范围是 0 ~ 4294967295。

整型以二进制整数存储，分为有符号数和无符号数两种形态，有符号数可以存储正整数、负整数和零；无符号只能存储正整数和零。

可以使用 printf 打印出来 int 类型的值，如下代码所示。

#include  
int main(){
 int a = -5;
 printf("%d
",a);
 
 unsigned int b = 6;
 printf("%d
",b);
 
}

C 语言还提供 3 个附属关键字修饰整数类型，即 short、long 和 unsigned。

• short int 类型（或者简写为 short）占用的存储空间可能比 int 类型少，适合用于数值较小的场景。
• long int 或者 long 占用的存储空间可能比 int 类型多，适合用于数值较大的场景。
• long long int 或者 long long（C99 加入）占用的存储空间比 long 多，适用于数值更大的场合，至少占用 64 位，与 int 类似，long long 也是有符号类型。
• unsigned int 或 unsigned 只用于非负值的场景，这种类型的取值范围有所不同，比如 16 位的 unsigned int 表示的范围是 0 ~ 65535 ，而不是 -32768 ~ 32767。
• 在 C90 标准中，添加了 unsigned long int 或者 unsigned long 和 unsigned short int 或 unsigned short 类型，在 C99 中又添加了 unsigned long long int 或者 unsigned long long 。
• 在任何有符号类型前面加 signed ，可强调使用有符号类型的意图。比如 short、short int、signed short、signed short int 都表示一种类型。

比如上面这些描述可以用下面这些代码来声明：

long int lia;
long la;
long long lla;
short int sib;
short sb;
unsigned int uic;
unsigned uc;
unsigned long uld;
unsigned short usd;

这里需要注意一点，unsigned 定义的变量，按照 printf 格式化输出时，是能够显示负值的，为什么呢？不是 unsigned 修饰的值不能是负值啊，那是因为 unsigned 修饰的变量，在计算时会有用，输出没什么影响，这也是 cxuan 刚开始学习的时候踩的坑。

我们学过 Java 的同学刚开始都对这些定义觉得莫名其妙，为什么一个 C 语言要对数据类型有这么多定义？C 语言真麻烦，我不学了！

千万不要有这种想法，如果有这种想法的同学，你一定是被 JVM 保护的像个孩子！我必须从现在开始纠正你的这个想法，因为 Java 有 JVM 的保护，很多特性都做了优化，而 C 就像个没有伞的孩子，它必须自己和这个世界打交道！

上面在说 short int 和 long int 的时候，都加了一个可能，怎么，难道 short int 和 long int 和 int 还不一样吗？

这里就是 C 语言数据类型一个独特的风格。

为什么说可能，这是由于 C 语言为了适配不同的机器来设定的语法规则，在早起的计算机上，int 类型和 short 类型都占 16 位，long 类型占 32 位，在后来的计算机中，都采用了 16 位存储 short 类型，32 位存储 int 类型和 long 类型，现在，计算机普遍使用 64 位 CPU，为了存储 64 位整数，才引入了 long long 类型。所以，一般现在个人计算机上常见的设置是 long long 占用 64 位，long 占用 32 位，short 占用 16 位，int 占用 16 位或者 32 位。

char 类型一般用于存储字符，表示方法如下

char a = 'x';
char b = 'y';

char 被称为字符类型，只能用单引号 '' 来表示，而不能用双引号 “” 来表示，这和字符串的表示形式相反。

char 虽然表示字符，但是 char 实际上存储的是整数而不是字符，计算机一般使用 ASCII 来处理字符，标准 ASCII 码的范围是 0 - 127 ，只需 7 位二进制数表示即可。C 语言中规定 char 占用 1 字节。

其实整型和字符型是相通的，他们在内存中的存储本质是相通的，编译器发现 char ，就会自动转换为整数存储，相反的，如果给 int 类型赋值英文字符，也会转换成整数存储，如下代码

#include 

int main(){
 char a = 'x';
 int b;
 b = 'y';
 
 printf("%d
%d
",a,b);
}

输出

120

121

所以，int 和 char 只是存储的范围不同，整型可以是 2 字节，4 字节，8 字节，而字符型只占 1 字节。

有些 C 编译器把 char 实现为有符号类型，这意味着 char 可表示的范围是 -128 ~ 127，而有些编译器把 char 实现为无符号类型，这种情况下 char 可表示的范围是 0 - 255。signed char 表示的是有符号类型，unsigned char 表示的是无符号类型。

_Bool 类型是 C99 新增的数据类型，用于表示布尔值。也就是逻辑值 true 和 false。在 C99 之前，都是用 int 中的 1 和 0 来表示。所以 _Bool 在某种程度上也是一种数据类型。表示 0 和 1 的话，用 1 bit（位）表示就够了。

整型对于大多数软件开发项目而言就已经够用了。然而，在金融领域和数学领域还经常使用浮点数。C 语言中的浮点数有 float、double 和 long double 类型。浮点数类型能够表示包括小数在内更大范围的数。浮点数能表示小数，而且表示范围比较大。浮点数的表示类似于科学技术法。下面是一些科学记数法示例:

C 规定 float 类型必须至少能表示 6 位有效数字，而且取值范围至少是 10^-37 ~ 10^+37。通常情况下，系统存储一个浮点数要占用 32 位。

C 提供的另一种浮点类型是 double(双精度类型)。一般来说，double 占用的是 64 位而不是 32 位。

C 提供的第三种类型是 long double ，用于满足比 double 类型更高的精度要求。不过，C 只保证了 long double 类型至少与 double 类型相同。

浮点数的声明方式和整型类似，下面是一些浮点数的声明方式。

#include 

int main(){

 float aboat = 2100.0;
 double abet = 2.14e9;
 long double dip = 5.32e-5;
 
 printf("%f
", aboat);
 printf("%e
", abet);
 printf("%Lf
", dip);
 
}

printf() 函数使用 %f 转换说明打印十进制计数法的 float 和 double 类型浮点数，用 %e 打印指数记数法的浮点数。打印 long double 类型要使用 %Lf 转换说明。

关于浮点数，还需要注意其上溢和下溢的问题。

上溢指的是是指由于数字过大，超过当前类型所能表示的范围，如下所示

float toobig = 3.4E38 * 100.0f;
printf("%e
",toobig);

输出的内容是 inf，这表示 toobig 的结果超过了其定义的范围，C 语言就会给 toobig 赋一个表示无穷大的特定值，而且 printf 显示值为 inf 或者 infinity 。

下溢：是指由于数值太小，低于当前类型所能表示的最小的值，计算机就只好把尾数位向右移，空出第一个二进制位，但是与此同时，却损失了原来末尾有效位上面的数字，这种情况就叫做下溢。比如下面这段代码

float toosmall = 0.1234e-38/10;
printf("%e
", toosmall);

许多科学和工程计算都需要用到复数和虚数，C99 标准支持复数类型和虚数类型，C 语言中有 3 种复数类型：float _Complex、double _Complex 和 long double  _Complex。

C 语言提供的 3 种虚数类型：float _Imaginary、 double _Imaginary 和 long double _Imaginary。

如果包含 complex.h 头文件的话，便可使用 complex 替换 _Complex，用 imaginary 替代 _Imaginary。

除了上述我们介绍过的类型之外，C 语言中还有其他类型，比如数组、指针、结构和联合，虽然 C 语言没有字符串类型，但是 C 语言却能够很好的处理字符串。

在很多情况下我们需要常量，在整个程序的执行过程中，其值不会发生改变，比如一天有 24 个小时，最大缓冲区的大小，滑动窗口的最大值等。这些固定的值，即称为常量，又可以叫做字面量。

常量也分为很多种，整型常量，浮点型常量，字符常量，字符串常量，下面我们分别来介绍

整数常量

整数常量可以表示为十进制、八进制或十六进制。前缀指定基数：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）。

330         /* 合法的 */
315u        /* 合法的 */
0xFeeL      /* 合法的 */
048         /* 非法的：8 进制不能定义 8 */

浮点型常量

浮点型常量由整数部分、小数点、小数部分和指数部分组成。你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 e 或 E 引入的。

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 */

字符常量

C 语言中的字符常量使用单引号（即撇号）括起来的一个字符。如‘a’，‘x’，'D'，‘?’，‘$’ 等都是字符常量。注意，‘a’ 和 ‘A’ 是不同的字符常量。

除了以上形式的字符常量外，C 还允许用一种特殊形式的字符常量，就是以一个 “” 开头的字符序列。例如，前面已经遇到过的，在 printf 函数中的‘ ’，它代表一个换行符。这是一种控制字符，在屏幕上是不能显示的。

常用的以 “” 开头的特殊字符有

表中列出的字符称为“转义字符”，意思是将反斜杠（）后面的字符转换成另外的意义。如 ‘ ’ 中的 “n” 不代表字母 n 而作为“换行”符。

表中最后第 2 行是用ASCII码（八进制数）表示一个字符，例如 ‘101’ 代表 ASCII 码（十进制数）为 65 的字符 “A”。‘12’（十进制 ASCII 码为 10）代表换行。

需要注意的是 ‘’ 或 ‘00’ 代表 ASCII 码为 0 的控制字符，它用在字符串中。

字符串常量

字符串常量通常用 "" 进行表示。字符串就是一系列字符的集合。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。

C 语言中，有两种定义常量的方式。

1. 使用 #define 预处理器进行预处理
2. 使用 const 关键字进行处理

下面是使用 #define 预处理器进行常量定义的代码。

#include 

#define LENGTH 5
#define WIDTH 10

int main(){
 
 int area = LENGTH * WIDTH;
 
 printf("area = %d
", area);
 
}

同样的，我们也可以使用 const 关键字来定义常量，如下代码所示

#include 

int main(){
 
 const int LENGTH = 10;
 const int WIDTH = 5;
 
 int area;
 area = LENGTH * WIDTH;
 
 printf("area = %d
", area);
 
}

那么这两种常量定义方式有什么不同呢？

编译器处理方式不同

使用 #define 预处理器是在预处理阶段进行的，而 const 修饰的常量是在编译阶段进行。

类型定义和检查不同

使用 #define 不用声明数据类型，而且不用类型检查，仅仅是定义；而使用 const 需要声明具体的数据类型，在编译阶段会进行类型检查。