C语言程序设计·

一、整体要求·

C语言的特点以及C语言程序的组成:
C语言主要的数据类型，包括整型、实型、字符型等常量与变量和变量的赋值;理解原码、反码和补码;用typedef定义类型;
C语言各种类型数据之间的混合运算;
C语言算术表达式、关系表达式和逻辑表达式，表达式sizeof的含义。

二、知识要点·

1. C 程序的基本结构·

(1)C语言的特点 (2)C程序的基本组成

函数是c程序的基本组成单元，由函数头和函数体两部分组成
每个 C 程序都至少有一个主函数main()
主函数参数：argc 用来统计命令行参数个数，argv 用来存放参数字符串；
预处理指令：是在真正编译开始之前由编译器调用的独立程序指令；
头文件：调用库功能；加强类型安全检查；<> 适用于工程或标准头文件；"" 适用于自定义头文件；
宏定义：用于定义一个标识符常量或带参的宏，本质上是一种文本替换；

2. C语言常量、变量和表达式·

(1) 常量: 数字常量、字符常量和字符串字面量

小写字母比大写字母的ASCII码值大32

(2) 变量: 变量名和变量类型，变量的赋值和类型转换

整数类型

int 可以表示正数、负数和 0，一般是 32 位，在典型实现中表示的范围是 $-2^{31}$ 到 $2^{31} - 1$ 。而 unsigned int 表示非负整数，范围是 0 到 $2^{32} - 1$ 。

类型	存储大小	值范围
char	1 字节	-128 到 127 或 0 到 255
unsigned char	1 字节	0 到 255
signed char	1 字节	-128 到 127
int	2 或 4 字节	-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned int	2 或 4 字节	0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295
short	2 字节	-32,768 到 32,767
unsigned short	2 字节	0 到 65,535
long	4 字节	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned long	4 字节	0 到 4,294,967,295

浮点类型

类型	存储大小	值范围	精度
float	4 字节	1.2E-38 到 3.4E+38	6 位有效位
double	8 字节	2.3E-308 到 1.7E+308	15 位有效位
long double	16 字节	3.4E-4932 到 1.1E+4932	19 位有效位

(3) 算术表达式: 算术运算符、增量(自增)和减量(自减)运算符、位运算和复合赋值运算符

常用的位运算符有&（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）、~（按位取反）。

(4) 强制类型转换

强制类型转换运算符：（类型名)(表达式) 例如（int）(x + y) : 将 x+y 的值转换成int型
强制类型转换时，得到所需中间数据，原来变量的数据的类型没有发生变化。
强制类型转换符优先级高于%运算。
优先级：单目运算符 > 算术运算符 > 关系运算符 > 逻辑运算符条件运算符 > 赋值运算符。

(5)数据输入/输出函数

scanf函数的使用

1	scanf("%d",&n);

输出控制符	数据类型
%d	int
%ld	long int
%c	char
%f	float
%lf	double
%x(或%X, #x %#X) 2f 2F 0x2f 0X2F	int 或 long int 或 short int
%s	字符串

在scanf中，除了char数组整个输入的情况不加&之外，其他变量类型都需要加&。

三种实用的输出格式

(1) %md

%md可以使不足 m 位的 int 型变量以m位进行右对齐输出，其中高位用空格补齐；如果变量本身超过 m 位，则保持原样。

	int a = 123, b = 1234567;
	printf("%5d\n",a);
	printf("%5d",b);

/*输出：  123
    1234567
    可以看到，123 有三位数字，不足五位，因此前面自动用两个空格填充，使整个输出凑足五位；而1234567 已经大于五位，因此仍然直接输出。*/

(2) %0md

%0md只是在%md中间多加了0。和%md的唯一不通点在于，当变量不足m位时，将在前面补足够数量的0而不是空格。

(3) %m.nf

%m.nf 指定数据宽度和小数位数，%7.2f指定输出的数据占7列，其中包括2位小数，注意小数点占一位。

常用math函数

pow(x,y)	计算x^y的值
sqrt(x)	计算x的平方根
round(double x)	将 x 四舍五入
floor（x）和 ceil（x）	计算x的向下取整和向上取整，返回类型为 double 型。
fabs(x)	计算 x（高精度的double，float）的绝对值
abs(x)	计算 x（整数）的绝对值

(6)常量的符号表示方法:常量宏、枚举常量

#define：宏定义，C的一种编译预处理指令。是纯粹的文字替换，不进行类型检查。结尾不加；

1	#define max(a,b) a>b?a:b

const ：定义的常数是变量，也带类型，存在于程序的数据段，并在堆栈中分配了空间。如果一个变量被const修饰，那么它的值就不能再被改变。

3. C语言条件语句和开关语句·

(1) 关系运算符和逻辑运算符

关系运算符：>、<、==、>=、<=、!=

逻辑运算符：!、&&、||

(2)常考运算符优先级·

高优先级：()、->、前自增自减；!、寻址、取址、后自增自减；
中优先级：乘除；加减；左移右移；比较运算符；
低优先级：与；异或；或；逻辑和；逻辑或；
最低优先级：逗号。

(3) 逻辑表达式

表示逻辑运算结果时，以数值1代表“真” ，以 0 代表“假” 。
a && b && c 只有a为真（非0），才需要判断b的值，只有当a和b都为真的情况下才需要判别c的值。如果a为假就不必判断b和c（此时整个表达式已经确定为假），a为真，b为假，就不用判别c。
a || b || c 只要a为真（非0），就不必判断b和c。只有a为假，才判别b。a 和 b都为假才判别c。

(4)条件语句:条件、复合语句、条件语句的嵌套和级联、条件运算符和条件表达式

三目运算符：表达式1 ？表达式2 ：表达式3 ，表达式1成立返回表达式2的值，否则返回表达式3的值。

(5) switch 语句

break 语句的使用： 在每个 case 标签的代码块结束处通常需要使用 break 语句来终止 switch 语句的执行。如果没有 break 语句，程序将会继续执行下一个 case 标签中的代码，直到遇到 break 语句或 switch 语句结束。
switch 表达式的类型： switch 语句中的表达式必须是整数类型（char、short、int或枚举），或者是能够隐式转换为整数类型的表达式。
默认情况的可选性： switch 语句中的 default 标签是可选的。如果没有匹配的 case 标签，则会执行 default 标签下的代码块（如果存在）。
case 标签的唯一性： 在 switch 语句中，每个 case 标签必须是唯一的，不能有重复的值。

4. C 语言循环语句和 goto 语句·

(1) while 语句、for 语句和 do while 语句

while是先判断循环条件是否成立，do while是先执行一遍循环体，再进行判断循环条件。

(2)循环语句的选择和使用

(3)逗号表达式

(4)循环语句的嵌套

(5)循环中的非常规控制(break和continue)、goto 语句

break语句：结束整个循环，不再判断循环条件是否成立。
continue语句：只结束本次循环，直接执行下一次循环。

5. C 语言函数·

(1) 函数的基本概念

(2) 函数的调用、结构和定义

(3) 函数的调用关系和返回值

(4) 局部变量和全局变量

局部变量和全局变量同名，会怎样？

在局部变量的作用范围内，局部变量有效，全局变量被“屏蔽”，即全局变量不起作用。
只有全局变量初始化时的默认值为0，而局部变量默认值是不确定的
static声明一个变量的作用是：

1）对局部变量用static声明，把它分配在静态存储区，该变量在整个程序执行期间不释放，其所分配的空间始终存在。 2）对全局变量用static声明，则该变量的作用域只限于本文件模块（即被声明的文件中）。

(5)函数参数的传递

传值调用：该方法把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数不会影响实际参数。
引用调用：通过指针传递方式，形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。

(6)标准库函数 (7)递归函数

6. C语言数组·

(1) 一维数组:定义和初始化、复制、数组参数·

定义数值型数组时未被指定初始化的数组元素，系统自动初始化为0（字符型数组，初始化为’\0’ , 如果是指针型数组，则初始化为NULL，即空指针。）
memset通常只用于用于字符数组的初始化， 如果使用memset初始化int数组，初始值只能设为0或-1
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//void *memset(void *s, int c, unsigned long n);
char a[5];
memset(a,'a',sizeof(a));// "aaaaa"

动态计算数组的元素个数

1	#define NumberOf(x) (sizeof(x) / sizeof(x[0]))

数组存储元素是从所占用的低字节开始存储，而变量的内存寻址是从大到小, 所以存储数据时会从高字节开始存储
数组的地址就是数组首个元素的地址，也是数组名的地址。
C语言没有数组越界检查，如果访问超过定义的数组长度，结果不可预期，有可能报错，有可能可以访问但访问到的是脏数据。

mencpy复制数组

char *s="http://www.runoob.com";
  char d[20];
  memcpy(d, s+11, 6);// 从第 11 个字符(r)开始复制，连续复制 6 个字符(runoob)
  // 或者 memcpy(d, s+11*sizeof(char), 6*sizeof(char));
  //  d  runoob

(2) 字符串和字符数组·

C语言中没有字符串类型，字符串存放在字符型数组中。
字符串结束标志：'\0'，存储字符串时会自动加一个'\0' 作为结束符。因此字符串数组长度：数组长度 = 字符串长度 + 1;

(3) 标准字符串函数·

使用字符串处理函数，要在本文件开头添加：#include<string.h>
char *strcat(char *dest, char *src) : 把字符串src添加到dest结尾处(覆盖dest结尾处的’\0’)并添加’\0’
char *stpcpy(char *dest, char *src) : 拷贝一个字符串到另一个，并返回dest
char *strncpy(char *dest, char *src, int n)：把字符串src中前n个字符复制到dest中，并返回dest
int strcmp(char *str1, char *str2):

str1 > str2，返回一个正整数。 str1 < str2，返回一个负整数。 str1 = str2，返回函数值0。

即：两个字符串自左向右逐个字符相比（按ASCII值大小相比较），直到出现不同的字符或遇’\0’为止。
unsigned int strlen(char *s)：计算字符串s的长度，不包含’\0’
strlwr函数——转换小写字母
strupr函数——转换为大写的函数

(4) 二维数组:定义、引用、访问、数组参数·

7. C 语言指针·

(1) 地址与指针

& 取地址运算符。&a是变量a的地址。
* 指针运算符（或称“间接访问” 运算符），*p代表指针变量p指向的对象。

(2) 指针变量: 定义和赋值、访问、参数和返回值

专门用来存放另一变量的地址（即地址）的变量，称为“指针变量”
int* p1, p2 ;* 只会结合第一个变量，即只有p1是int * 型的
给指针变量赋值：
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int a;
int *p=&a;
注意 p 是变量名，类型是int *，p存放a的地址，通过*p可以访问a的地址获得a的值。

通过指针交换变量值：

void swap(int* a,int* b) {
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
}

(3) 指针运算:指针与整数的加减、指针相减和比较、强制类型转换和 void*指针、不合法的指针运算、指针类型与数组类型的差异: (4) 指针与数组

数组名可以作为数组首地址使用，即a = &a[0]

数组指针(也称为行指针) 定义为：int( * p)[n]; （注意优先级：()>[]> *）（int (*p)[5]定义了一个指向含有5个元素的一维数组的指针。）当数组指针指向一个一维数组时：

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int( * p)[n];    //定义了指向含有n个元素的一维数组的指针
int a[n];        //定义数组
p=a;             //将一维数组首地址赋值给数组指针p

（）优先级高，说明p是指针，指向一个整型的一维数组。这个一维数组的长度是n，也可以说p的步长为n。当p+1时，p指针会跨过n个整型数据的长度。

当数组指针指向一个二维数组时：

int(* p)[4];   //定义了指向含有4个元素的一维数组的指针
int a[3][4];
p=a;           //将二维数组的首地址赋值给p，也可是a[0]或&a[0][0]
p++;           //表示p跨过行a[0][],指向了行a[1][]

所以，数组指针也成为指向一维数组的指针，也就是行指针。

指针数组

定义为：int p[n]*; （注意优先级：()>[]> *）

[]> * ，所以p是数组，是一个由n个指针类型元素组成的指针数组，或者说这个当一个数组里含有的元素为指针类型的时候，它就被成为指针数组。当p+1时，则p指向下一个数组元素。（需注意，p=a；这种赋值方法是错的，因为p是一个不可知变量，只存在p[0],p[1],p[2]，但可以这样 p=a; 这里p表示指针数组第一个元素的值，a的首地址的值）

将二维数组赋值给指针数组：
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int *p[3]; //定义指针数组
int a[3][4];
for(i=0;i<3;i++)
p[i]=a[i]; //通过循环将a数组每行的首地址分别赋值给p里的元素
这里int * p[3]表示一个一维数组内存放三个指针变量，分别是p[1]，p[2]，p[3]。如果要引用二维数组时，可以有多种表达方式：如表示数组中i行j列一个元素：：* (* (p+i)+j)、(* (p+i) )[j]、p[i][j]、 * (p[i]+j)

(5) 指向二维数组的指针、多重指针和指针数组;

(6) 函数指针

动态分配内存·

int * p = (int *)malloc(int len);
 /*
    1.本语句一共分配了两块内存，一块是动态分配的，总共 len 个字节，一个是静态分配的是 4 个字节，即变量 p 本身所占的内存。
 
    2.malloc() 只有一个 int 型的形参，表示要求系统分配的字节数。
 
    3.malloc() 函数的功能是请求系统分配 len 个字节的内存空间
        如果请求分配成功，则返回第一个字节的地址，如果分配不成功，则返回 NULL。
 
    4.malloc() 函数只能返回第一个字节的地址
        所以我们需要把这个无任何实际意义的第一个字节的地址(俗称干地址)转化成一个有实际意义的地址
        因此 malloc 前面必须加 (数据类型 *)，表示把这个无实际意义的第一个字节的地址转化为相应类型的地址

calloc函数：void * calloc(unsigned n , unsigned size )
作用：在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，这个空间一般比较大，足以保存一个数组。分配不成功，返回NULL.
 
freep(p);
    表示将 p 所指向的内存给释放掉，p 本身的内存是静态的。
        不能由程序员手动释放，p 本身的内存只能在 p 变量所在的函数运行终止时由系统自动释放
        */

8. C语言结构和联合·

(1) 结构:结构类型的定义和访问、包含结构的结构·

struct s {
    int b;
    double c;
    char d[10];
};

s a;
//表示声明了一个名为 s 的结构体，这个结构体由一个 int 类型变量 b，一个 double 类型变量 c，一个 char 类型变量数组 d[10] 组成。接着，定义了一个名为 a 的结构体 s 变量；
//  弄清楚 a 和 s 的区别：
//    s 是结构体的名称，本身只是一种声明而不占用任何存储空间，是自定义的一种数据类型；
//    a 是数据类型为 s 的一个变量，每定义一个这样的变量，就会同时生成一组 b, c, d[10]。

struct s2 {
    int b;
    double c;
    char d[10];
} a[100];
//a[100] 表示创建了一个数据类型为 s2，名为 a 的结构体数组，其中包含 100 个 s2 类型的结构体；

结构体与链表

struct Student {
    int num;
    double score;
    struct Student *next;
};
//在结构体 Student 中定义一个 Student 指针变量，用于指向下一个 Student 元素，以此类推，就可以构建出一条链表。

(2) 联合union:联合类型的定义和访问

各成员共用一块内存空间，并且同时**只有一个成员可以得到这块内存的使用权(对该内存的读写)，各变量共用一个内存首地址。**因而，联合体比结构体更节约内存。**一个union变量的总长度至少能容纳最大的成员变量，而且要满足是所有成员变量类型大小的整数倍。

(3) 类型定义语句(typedef)

typedef 用来为一个已有的数据类型定义一个别名，格式为：typedef 原类型名新类型名;

可以用于原类型名太长而需要简化的情况，比如：

1	typedef long long ll;

枚举类型 enum :

enum Weekday {
    sun, mon, tue, wed, thu, fri, sat
} a, b;
/*
Weekday 是枚举类型，a, b 是枚举变量，sum, mon, ... 是枚举常量；
　枚举变量可以且仅可以为枚举常量中的其中之一，比如 a = sun, b = thu, ...；
　枚举常量可以自行乱序赋初值，所有没有被赋初值的系统会按序逐一递增设置，直到下一个被赋初值的。 */
　enum Alphabet{a, b = 3, c, d, e, f = 10, g};

　//则 a, b, ..., g 的值分别是 0, 3, 4, 5, 6, 10, 11；
　//而上面的 Weekday 的常量的值分别是 0, 1, 2, ..., 6。

9. 输入/输出和文件·

(1) 输入/输出的基本过程和文件类型

数据文件可以分为 ASCII文件（文本文件）和二进制文件（映像文件）

(2) 文件的打开、创建和关闭

使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件。

//打开文件
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
//关闭文件
int fclose ( FILE * stream );

文件使用方式	含义	如果指定文件不存在
"r"(只读)	为了输入数据，打开一个已经存在的文本文件	出错
"w"(只写)	为了输出数据，打开一个文本文件	建立一个新的文件
"a"(追加)	向文本文件尾添加数据	建立一个新的文件
"rb"(只读)	为了输入数据，打开一个二进制文件	出错
"wb"(只写)	为了输出数据，打开一个二进制文件	建立一个新的文件

(3) 文件数据的正文(文本)格式读写

文件的输出/写入就是将数据写入到文件当中，而文件的输入/读取就是将文件中的内容读取到内存当中。

功能	函数名	适用于
字符输入函数	fgetc	所有输入流
字符输出函数	fputc	所有输出流
文本行输入函数	fgets	所有输入流
文本行输出函数	fputs	所有输出流
格式化输入函数	fscanf	所有输入流
格式化输出函数	fprintf	所有输出流
二进制输入	fread	文件
二进制输出	fwrite	文件