C语言知识点（上）

作者: __bba3 | 来源:发表于2020-05-01 20:45 被阅读0次

1.源码文件如何变成可执行文件（*）

需要以下4个步骤：
（1）预处理阶段：预处理器根据以#开头的指令，修改主要包括#include、#define和条件编译三个方面，修改源码内容，比如如果源码中有 #include<stdio.h> 则预处理器会读取文件 stdio.h 文件中的内容，并将其直接插入到原来的源码文件中，通常另存为以 .i 为扩展名的文件。（gcc -E hello.c -o hello.i）
（2）编译阶段：编译器读取 .i 文件中的内容，并将其翻译为以 .s 为扩展名的汇编语言文件。(gcc -S hello.c -o hello.s)
（3）汇编阶段：汇编器将 .s 文件翻译成机器码，并保存为 .o为扩展名的文件。
（gcc -c hello.s -o hello.o）
（4）链接阶段：链接器将不同的 .o 文件合并到一起，组成最终的可执行文件；比如我们的程序里调用了 printf 函数，作为一个C标准函数，printf 单独存在于一个 printf.o 的文件中，那么链接器将会找到这个 printf.o 文件，将其中的内容合并到我们自己的 .o 文件中，生成可以被加载到内存中执行的文件。

C语言主要分为几个版本：Old Style C、C89、C99和C11。其中，C89、C99和C11是标准语言规范，现在广泛使用的是C99。

2.面向过程和面向对象的区别（*）

（1）面向过程就是分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。
（2）面向对象是把构成问题事务分解成各个对象，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决问题的步骤中的行为。
比如：五子棋
面向过程：1.开始游戏，2、黑子先走，3、绘制画面，4、判断输赢，5、轮到白子，6、绘制画面，7、判断输赢，8、返回步骤2，9、输出最后结果。
面向对象：1.黑白双方，2、棋盘系统，负责绘制画面，3、规则系统，负责判定诸如犯规、输赢等。

特点

面向过程（蛋炒饭）
优点：性能比面向对象高，因为类调用时需要实例化，开销比较大，比较消耗资源;比如单片机、嵌入式开发、 Linux/Unix等一般采用面向过程开发，性能是最重要的因素。
缺点：没有面向对象易维护、易复用、易扩展
面向对象（盖浇饭）
优点：易维护、易复用、易扩展，由于面向对象有封装、继承、多态性的特性，可以设计出低耦合的系统，使系统更加灵活、更加易于维护
缺点：性能比面向过程低

3.基本数据类型

（1）数值类型

数值类型分为整型(整数)和浮点型(小数)。按照表示数字范围的从大到小。

<1>整型

整数分为五类：字符型(char)、短整型(short)、整型(int)、长整型(long)和长长整型(long long)

<2>浮点型

浮点型分三类：单精度型(float)、双精度型(double)和长双精度型(long double)

（2）获取类型的大小

关键字sizeof：查看变量或者类型大小。

（3）字节

sizeof获得数据的单位是Byte(字节)。Byte(字节)是计量存储容量的一种计量单位，一个字节是8位二进制，可容纳256个数字。一个ASCII字符就是一个字节。

用B表示Byte(字节)，用b表示bit(比特/位).

（4）输入输出格式化

double的输入占位符必须是%lf，输出占位符可以是%f。

（5）整数类型

<1>表示范围

类型的表示范围与类型大小存在如下关系：

n表示的是bit位，比如：char是一个字节，8位，int是4个字节，32个二进制位，由于存在负数，所以数的大小会减半。

<2>无符号整型

在一些特殊情况下，数据只用0和整数，不存在负数，这时可以使用无符号整型unsigned。无符号整型只是在原来的整型前加上关键字unsigned。因为没有负数，所以数值的表示范围扩大了一倍。

总之，类型的表示范围与类型大小存在如下关系：

<3>整数类型的选择

大多数情况下使用int。
如果int范围不够，使用long long。
避免使用long。
谨慎使用unsigned。

（5）浮点类型

<1>浮点数的范围

示例	输出	含义
1.0/0.0	inf	表示正无穷大
-1.0/0.0	-inf	表示负无穷大
0.0/0.0	nan	不存在

<2>浮点数的精度

注意：浮点类型没有无符号unsigned类型。

如何比较浮点数？使用最小误差。

   float a = 10.2;  
   float b = 9;  
   float c = a - b;
   if(fabs(c - 1.2) < 0.000001){
       printf("%f == 1.2\n",c);//1.200000 == 1.2
}

在误差范围内认为相等。即绝对值差小于精度最小值。
float浮点数误差通常为1-6(6位有效数字)。
double浮点数误差通常为1-15(15位有效数字)。

<3>浮点类型选择

大多数情况下使用double。
尽量不要使用float。
过程运算可以使用long double。

既然浮点数这么不准确，为什么还需要？
浮点数通过损失精度，获取更大的表示范围。

（6）字符类型

字符类型是一个特殊类型，是整型的一种。使用单引号表示字符字面量，例如：字母'a'、数字'1'、空字符''、转义字符\n。

通常使用%c作为格式化占位符输入输出，有时也可以使用%d输出字符对应ASCII编码。(C语言中字符即数字。)

<1>ASCII编码

ASCII编码使用7 位二进制数（剩下的1位二进制为0）来表示所有的大写和小写字母，数字0 到9、标点符号，以及在美式英语中使用的特殊控制字符。

ASCII表的特点：
1.字母在ASCII表中是顺序排列的。
2.大写字母和小写字母是分开排列的。

<2>运算

字符类型可以像整型一样参与运算。
1.一个字符加上一个数字得到ASCII表中对应新字符。
2.两个字符相减，得到这两个字符在表中的距离。

<3>转义字符/逃逸字符

在ASCII表中，除了常见的字符(如：大小写字母、数字等)，还包含一些无法打印出来的控制字符或特殊字符。这些字符以反斜线\开头，后面接着一个字符，这种字符被称作转义字符/逃逸字符。

（7）布尔类型

在C99中新增bool类型表示逻辑值，它只有两种值(true和false)。使用前需要加上头文件stdbool.h。

（8）数据类型转换

<1>自动类型转换

当运算符左右两边操作数的类型不一致时，会自动转换成较大类型。

整型：char→short→int→long→long long
浮点型：int→float→double→long double

<2>强制类型转换

当把一个较大的类型转换成较小的类型，需要强制转换。
强制转换语法:

(转换后的类型)值

浮点数转整数采用的是截断方式。
```
printf("%d\n",(int)3.14);//3
```
整型转浮点型也需要强制转换。
```
printf("%f\n",(double)2);//2.000000
```

4.运算符

（1）算术运算符

+ 、-、*、 /（取整）、 %（取余）

（2）关系运算符

==、！=、>、 <、 >=、 <=

（3）逻辑运算符

&& 、  || 、   ！

闰年判断：year%4==0&&year%100!=0 || year%400==0(year能被4整除 and 不能被100整除 or year能被400整除 )

（4）复合赋值运算符

+=、-=、*=、/=、%=

（5）自增、自减运算符

自增运算符与自减运算符优先级高于算术运算符。

<1>前缀自增/自减

++a、--a

<2>后缀自增/自减

（6）运算的优先级顺序

自增/自减的优先级大于算数运算符的优先级；
自增/自减的优先级大于解引用*的优先级
中括号[ ]的优先级大于解引用*的优先级
结构体中用点.的优先级大于取地址&的优先级
结构体中用点.的优先级大于接引用*

5.变量

初始化和赋值：

初始化时在生成变量时放入数值，赋值是在已经生成变量时放入数值。

6.控制语句

（1）条件判断

<1>if-else

代码块与if之间使用空格或者Tab缩进，不影响编译和执行，只是为了提高代码可读性。

if(condition1){

}else if(condition2){

}else{

}

<2>switch case

switch(表达式){
    case 整型常量1:
       /* 表达式等于整型常量1执行的代码 */
       break; /* 可选的 */
    case 整型常量2:
       /* 表达式等于整型常量2执行的代码 */
       break; /* 可选的 */
    default : /* 可选的 */
       /* 表达式不等于上面所有情况执行的代码 */
}

（2）循环

<1>while语句

while(条件){
   /* 如果条件为真将重复执行的语句 */
}

<2>do-while

do {
   /* 如果表达式为真将重复执行的语句 */
}while(条件);//注意while()后的分号;。

do-while循环是先循环后判断，循环体至少执行一次；while循环是先判断后循环，循环体可能一次也不执行。

<3>for

for (初始值;条件;递增或递减){
   /* 如果条件为真将重复执行的语句 */
}

在while和for循环中，break是结束一个循环体；continue是结束单次循环。

（3）简化

<1>省略大括弧

如果if语句、while语句、for语句中只有一个执行语句，可以省略大括弧。

<2>三元运算符:?

如果if-else语句只有单个执行语句，可以使用三元运算符:?。

7.进制

（1）转换

<1>十进制转R进制

十进制转任何进制用短除法。从下往上来统计。

<2>R进制转十进制

加权和。

  0x2A=2*16^1+A*16^0=32+10=42

代码：

2进制数1011转10进制：1
（1*2)+0)*2+1)*2+1)=11
int res=0;
res=res*2+每一位

（2）C语言中的进制

<1>进制常量表示

C语言不能直接表示二进制常量。八进制数字以0开头，十六进制数字以0x或0X开头。

<2>进制打印(输出)

进制的输出其实与字符输出是一样的，根据占位符的不同输出不同。

十进制：%d
八进制：%#o
十六进制：%#x

char a = 'a';
printf("%c\t%d\t%#o\t%#x\n",a,a,a);//a,97,0141,0x61

<3>进制输入

10进制：%d
8进制：%o
16进制：%x

scanf("%o",&n);//010
printf("%d\n",n);//8
scanf("%x",&n);//0xa
printf("%d\n",n);//10

<4>%i

%i 可以匹配八进制、十进制、十六进制表示的整数。
例如：如果输入的数字有前缀 0（018），%i将会把它当作八进制数来处理，如果有前缀0x (0x54),它将以十六进制来处理。

scanf("%i",&n);//0xa
printf("%d\n",n);//10

8.文件操作

（1）文件输入输出

使用printf()和命令行重定向>实现文件输出；
使用scanf()和命令行重定向<实现文件输入。

<1>实例

hello.c

char name[256];
scanf("%s",name);
printf("Hello %s\n",name);

编译
```
gcc hllo.c -o hello
```
执行

echo zhangsan > namefile   //把张三重定向到namefile文件中
./hello < namefile > output   //把输入定向到./hello 中，然后把执行结果定向到output中。

（2）文件的打开和关闭`fopen和fclose`

头文件
<stdio.h>

<1>打开文件`fopen`

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);

参数

No.	参数	作用
1	filename	需要打开的文件
2	mode	文件打开方式

返回值

No.	类型	说明
1	成功	返回值是指向这个文件流的文件指针
2	失败	NULL

打开方式

No.	打开方式	含义
1	r(read)	读
2	w(write)	写,不存在创建，存在清空写入（w）,追加（a）
3	a(append)	追加
4	+(plus)	读或写，主要是配合r、w、a使用
5	t(text)	文本文件(默认)
6	b(binary)	二进制文件

<2>关闭文件`fclose`

int flcose(FILE* stream);

参数
stream文件指针。
返回值
如果成功释放，返回0; 否则返回EOF(-1).

（3）文本读写`fprintf()`和`fscanf()`

<1>函数原型

int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, char *format, argument...);
int fscanf(FILE *stream, char *format, argument... );

fprintf()/fscanf()与printf()/scanf()使用非常相似，区别在于fprintf()/fscanf()第一个参数stream是文件描述符。

<2>用法示例

从文件中读出数据

int i ;
float f ;
char c;
char str[10];
fscanf(fp, "%d %f %c %s\n", &i, &f, &c, str); //字符串是不需要加&

将数据写入文件

int i = 10;
float f = 3.14;
char c = 'C';
char str[10] = "haha";
fprintf(fp, "%d %f %c %s\n", i, f, c, str);

如果不需要从文件里面写入字符串，那么就可以用逗号或者其他符号来分隔;如果文件里需要写入字符串，那么字符串与其他数据之间只能用空格和回车来分隔。

<3>实例

将多个学生信息写入文件并读出。

struct Student {
    char  name[32];   //姓名
    int  age;     //年龄
    float  score;   //成绩
};
int main() {
    //打开文件
    FILE* fp =fopen("./info.txt","r");
    if(NULL==fp) {
        perror("文件fp打开失败");
        return 1;
    }
    //从文件中读取数据
    int n;
    fscanf(fp,"%d",&n);
    struct Student student[n];
    for(int i=0; i<n; ++i) {
        fscanf(fp,"%s %d %f",student[i].name,&student[i].age,&student[i].score);
    }
    //将数据写入文件
    FILE* fq=fopen("./res.txt","w");
    if(NULL==fq) {
        perror("fq打开失败");
        return 1;
    }
    for(int i=0; i<n; ++i) {
        fprintf(fq,"%s\t%d\t%f\n",student[i].name,student[i].age,student[i].score);
    }
    //关闭文件
    fclose(fq);
    fclose(fp);
}

（4）二进制读写:fread()和fwrite()

对于二进制文件的数据读取和写入是一对，只有以二进制的方式写入到文件才能读出来，不能从文本文件中读取数据。

<1>函数原型

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);
size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE* stream);

参数

No.	参数	作用
1	ptr	一个指针，在fread()中是从文件里读入的数据存放的地址;在fwrite()中是写入到文件里的数据存放的地址。
2	size	每次要读写的字节数
3	count	读写的次数
4	stream	文件指针

返回值
成功读取/写入的字节数。

<2>用法示例

从文件中读出字符串

char str[100];   
fread(str, sizeof(str), 1, fp);//每次读取sizeof(str)个字节，读一次
或者：
fread(str,1,sizeof(str),fp);//每次读取1个字节，读取sizeof(str)次，和上面一样。

将字符串写入文件

char str[] = "Hello World";
fwrite(str, sizeof(str), 1, fp);
或者：
fwite(str,1,sizeof(str),fp);

<3>实例

往文件中写数据（结构体）

typedef struct {
    char  name[32];   //姓名
    int  age;     //年龄
    float  score;   //成绩
}Student;
int main(){
    FILE* fp = fopen("./1.txt","wb");
    if(NULL==fp){
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    Student student[2];
    strcpy(student[0].name,"张三");//结构体中的字符串赋值要使用strcpy
    student[0].age=20;
    student[0].score=92.8;
    strcpy(student[1].name,"李四");
    student[1].age=22;
    student[1].score=76.2;
    for(int i=0;i<2;++i){
        fwrite(&student[i],sizeof(Student),1,fp);
    }
    fclose(fp);
}

从文件中读数据（结构体）

int main() {
    //打开文件
    FILE* fp =fopen("./1.txt","rb");
    if(NULL==fp) {
        perror("文件fp打开失败");
        return 1;
    }
    Student student;//由于不知道读取的个数，所以使用while循环
    while(fread(&student,sizeof(Student),1,fp)){//读到数据就显示，否则就退出
        printf("%s\t%d\t%f\n",student.name,student.age,student.score);
    }
    fclose(fp);
}

(1)写操作fwrite()后必须关闭流fclose()。
(2)不关闭流的情况下，每次读或写数据后，文件指针都会指向下一个待写或者读数据位置的指针。
（3）sizeof和strlen的区别，否则就会读不到数据（在读数据时，使用strlen(buf)）或者读到一半数据(写数据时，使用sizeof(msg)=8)。
（4）对于二进制文件的写入和读取是同时存在的，不能从普通文件中读取数据。
（5）其他类型数据的读取：https://www.cnblogs.com/xudong-bupt/p/3478297.html

<4>二级制文件和文本文件

比较	文本	二进制
优势	便于人类读写，跨平台	文件较小，机器读写比较快
劣势	文件较大，机器读写比较慢	不便人类读写，不跨平台
配置	Unix用文件	Windows用注册表

说明：
（1）Unix喜欢用文本文件来做数据存储和程序配置。
（2）windows喜欢用二进制文件。
（3）数据量较多使用数据库
（4）多媒体使用二进制
（5）通常使用第三方库读写文件，很少直接读写二进制文件。

（5）文件定位:`ftell()`和`fseek()`

<1>函数原型

// 获取位置
long ftell(FILE* stream);
// 设置位置
int fseek(FILE* stream,long offset,int whence);

参数

No.	参数	含义
1	stream	文件指针
2	offset	偏移量，基于起始点偏移了offset个字节
3	whence	起始点

No.	`whence`	数值	含义
1	SEEK_SET	0	从头开始
2	SEEK_CUR	1	从当前开始
3	SEEK_END	2	从结束开始

返回值
ftell()返回文件指针当前位置，基于文件开头的偏移字节数。

<2>示例：

fseek(stream, 0, SEEK_END);
// 将文件指针指向文件结尾，并偏移了 0 个字节，也就是直接将文件指针指向文件结尾
fseek(stream, -10, SEEK_CUR);
// 将文件指针指向当前位置，并偏移了 -10 个字节，也就是将文件指针往前移动10个字节

应用

获取文件大小。

    char path[1024];
    scanf("%s",path);
    FILE* fp = fopen(path,"r");
    if(fp){
        fseek(fp,0,SEEK_END);
        long size = ftell(fp);
        printf("%ldB\n",size);
    }

（6）文件结尾判断`feof()`

<1>函数原型

int feof(FILE* stream);

返回值
一旦文件指针指向文件结尾，就返回一个真值；否则返回非真值。

（7）返回开头`rewind()`

<1>函数原型

  void rewind(FILE* stream);

<2>举例

FILE *fp = fopen("./text.txt", "r+");
fseek(fp, 0, SEEK_END);   // 将文件指针指向文件结尾
long len = ftell(fp);     // 获取文件指针位置，得到文件的大小(Byte)
rewind(fp);               // 将文件指针重新指向文件开头

（8）清空数据流`fflush()`

<1>函数原型

void fflush(FILE* stream);

<2>使用

在使用多个输出函数连续进行多次输出时，有可能发现输出错误。因为下一个数据再上一个数据还没输出完毕，还在输出缓冲区中时，下一个printf就把另一个数据加入输出缓冲区，结果冲掉了原来的数据，出现输出错误。在 prinf（）；后加上fflush(stdout); 强制马上输出，避免错误。

（9）文件重名名`rename`

 int rename(const char *old_filename, const char *new_filename);

（10）文件删除`remove`

int remove(char * filename);

（11）`putc`和`getc`

<1>函数原型

int getc ( FILE * stream );//从stream中获取一个字符
int putc ( int character, FILE * stream );//将字符写入到stream中

<2>实现cp命令

int main(int argc,char* argv[]){
    if(3!=argc){
        perror("argc error");
        return 1;
    }
    FILE* srcfp=fopen(argv[1],"rb");
    if(NULL==srcfp){
        perror("srcfile error");
        return 1;
    }
    FILE* dstfp=fopen(argv[2],"wb");
    if(NULL==dstfp){
        perror("dstfile error");
        return 1;
    }
    while(!feof(srcfp)){//到达文件末尾返回true,否则返回flase
        putc(getc(srcfp),dstfp);
    }
    fclose(srcfp);
    fclose(dstfp);
}

9.宏定义

（1）宏定义是什么？

宏是用来表示一段代码的标识符。

宏也是标识符，也要满足标识符的规则。但通常习惯使用大写字母和下划线命名。

（2）宏定义怎么用？

<1>宏定义通常有三种用法：

当作常量使用。
当作函数使用。
编译预处理。

<2>宏定义常量

预定义宏
ANSI C标准有定义好的宏定义，称为预定义宏。这些宏定义以双下划线__开头结尾。

printf("%s:%d",__FILE__,__LINE__);//源文件名：当前语句所在的行号
printf("%s:%s",__DATE__,__TIME__);//月 日 年 时间

自定义宏
除了使用标准定义的宏，可以使用#define指令用来定义一个宏。

（1）语法

  #define 标识符 值
  #define PI 3.1415926

（2）说明

注意没有结尾的分号，因为不是C的语句。
名字必须是一个单词，值可以是各种东西。
在C语言的编译器开始之前，编译预处理程序会把程序中的名字换成值，是完全的文本替换。
如果一个宏的值有其他宏的名字，也会被替换
```
#define PI_2 2*PI
```
如果一个宏的值超过一行，最后一行之前行末需要加\
```
#define PI_2 2 \
             * \
             PI
```
宏的值后面出现的注释不会被当做宏的值的一部分。
```
#define PI_2 2*PI  // 二倍的PI
```

<3>带参数的宏

宏可以带参数，使用上有些像函数。这种宏称为带参数的宏。

语法

#define 标识符(参数...) 代码
示例：
#define square(x) ((x)*(x))
#define cube(x) ((x)*(x)*(x))

错误示范

#define square(x) x*x
square(10);//100
square(10+1);//10+1*10+1=21

说明
上面因为缺少括号导致错误，称为宏定义边际效应，所以带参数的宏需要在以下两个位置加上括号：
（1）参数出现的每个地方都要加括号。
（2）整个值要加括号
参数的宏也可以有多个参数

#define MIN(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))

swap函数：

#define SWAP(m,n) {\
    int t=m;\
    m=n;\
    n=t;\
}

尽量避免使用宏定义。

<4>编译预处理

有时我们会使用没有值的宏，这种宏用于条件编译的，#ifdef #ifndef用于检查宏是否被定义过。控制代码的编译。

#define TEST

#ifdef TEST
    printf("Test\n");//如果前面定义了：#define TEST,则执行这个，否则执行后面的。
#else
    printf("No Test\n");
#endif

（3）宏展开

宏的本质是指编译前(编译预处理阶段)，用定义中的值或者代码完全替换宏的标识符。
只替换条件编译中的宏。使用下面指令来查看宏的展开。

    gcc -E hello.c -o hello.i

（4）编译预处理指令

以#开头的都是编译预处理指令。除了宏定义，还有文件包含#include和条件编译指令#if、#ifdef #ifndef、#else、#elif、#endif，一般写在.h文件中。

文件包含#include,把文件内容包含到代码中。
条件编译指令，根据编译条件，选择编译或者编译某段代码。
格式

#ifndef __HELLO_H
#define __HELLO_H
函数声明（函数原型）
#endif //__HELLO_H

10.头文件

（1）经验

编写小的程序可以把代码写在一个文件中，当编写大程序中，需要把代码分在多个文件中。

多个源代码文件
（1）main()里面代码太长适当分成几个函数。
（2）一个源代码文件太长适当分成几个文件。
（3）两个独立的源代码文件不能编译成可执行文件。

（2）头文件概念

<1>`#include`指令

把函数原型放到一个头文件.h中，在需要调用这个函数的源代码文件.c时，使用#include指令包含这个头文件，使编译器在编译的时候知道函数的原型。

<2>头文件作用

头文件主要用于编译器的编译阶段，告诉编译器在代码中使用了这么一个函数。只是告诉编译器函数的原型，保证调用时参数类型和个数正确。

（3）头文件的使用

在使用和定义函数的地方都要#include头文件，#include指令不一定要放在.c文件的最前面，但是通常习惯这样做。

`#include`指令分类

#include指令有两种形式：
（1）#include <>：编译器到指定目录查找，主要用于查找标准库的头文件。
（2）#include ""：编译器先到当前目录查找(.c文件所在目录)，如果没有再到指定目录查找。

#include指令是一个编译预处理指令，和宏一样，在编译之前就处理了。它会把指定的文件原封不动的插入到它所在的地方。

（4）头文件怎么写

头文件通常用来存放所有对外公开的函数的原型和全局变量的声明。
通常任何.c文件都有对应同名的.h文件

<1>声明

常见的声明
- 函数声明
- 变量声明
- 结构体声明
- 宏声明
- 枚举声明
- 类型声明

通常声明只能可以放在头文件中，否则，编译器连接会出现重名函数错误。

重复声明
在一个编译单元中，不允许重复声明，尤其是结构体声明。为了防止头文件不被多次#include导致重复声明。
定义与声明
声明是不产生代码的语句。定义是产生代码的语句。

int i;// 变量的定义,在.c文件中
extern int i; // 变量的声明，在.h文件中

<2>标准头文件结构

避免头文件多次包含，必须使用标准头文件结构。

#ifndef _文件名_H__
#define _文件名_H__
// 声明
#endif

使用条件编译和宏，保证头文件在一个编译单元中只会#include一次。

#pragma once指令也起到相同作用，但是并不是所有编译器支持。

分析

在cord.cpp 中第一次遇到coordin.h的文件的时候，它的内容会被读取，找到#ifndef COORDIN_H_，并且会给COORDIN_H_设定一个值，之后再次看到coordin.h头文件时，COORDIN_H_就已经被定义了，coordin.h的内容就不会再次被读取了。
误区：
（1）#include不是用来引入库的，是告诉编译器函数声明，
（2）头文件只有函数原型，函数实现在.a(Unix)或者.lib(Windows)中。
（3）现代的C语言编译器会默认引入所有的标准库。

11. 变量的作用域和生存周期

（1）作用域

<1>作用域是什么?

在什么范围内可以访问这个变量。

<2>作用域怎么用?

局部变量的作用域在变量定义的大括号以内。

（2）生存周期

<1>生存周期是什么？

变量什么时候出现到什么时候灭亡。对于局部变量，生存期与作用域一致。

<2>使用

不要返回局部变量的地址（注意是地址，不是值），返回局部变量的值是可以的。

认识

string& test_str(){
    string str = "test";
    return str;
}
int main(){
    string& str_ref = test_str();
    cout << str_ref << endl;
    return 0;
}

A.编译警告
B.返回局部变量的引用，运行时出现未知错误
C.正常编译且运行
D.把代码里的&都去掉之后，程序可以正常运行

分析：
ABD。
（1）在C语言中,局部变量是分配在栈空间上的, 当函数调用结束后,由编译器释放.
（2）通过调用test_str得到了他的局部变量的内存地址, 然而在main函数中调用函数时，这个内存地址被”破坏”了，类似于野指针。在c语言中，一种典型的错误就是将一个指向局部变量的指针作为函数的返回值
（3） 如果返回指针(变量地址),应该返回堆区或者全局区的地址（全局变量或者静态变量）

（3）同名隐藏

在相同作用域中，同名变量会报错；在不同的作用域中，内部变量会隐藏外部变量，

int main() {
    int n = 1;
    {
        printf("n = %d\n",n);//1
        int n=10;
        printf("n = %d\n",n);//10
        n = 20;
    }
    printf("n = %d\n",n);//1
}

12.变量分类

（1）本地变量/局部变量

<1>概念

在大括号内定义的变量就是本地变量/局部变量。

<2>特点

1.本地变量是定义在代码块内的，可以定义在函数的块内，可以定义在语句的块内(for),可以定义在一个随意的大括弧里面。
2.程序进入块前，内部变量不存在，离开时失效。
3.块外定义的变量，块内仍然有效。(反过来不行)

函数的每次运行，都会产生一个独立的变量空间，在这个空间中的变量，是函数这次运行独有的。
1.定义在函数内部的变量就是本地变量；2.参数也是本地变量

<3>初始化

1.本地变量不会默认初始化
2.参数在进入函数时被初始化。

本地变量/局部变量的生存期和作用域都是在大括号内。

（2）全局变量

<1>定义

定义在函数外面的变量称为全局变量。

int n;//全局变量
int main(){
    int m;//局部变量
}

<2>特点

全局变量有全局的生存周期和作用域。

1.不属于任何函数。
2.所有函数内部都可以使用。

<3>初始化

没有初始化的全局变量会自动初始化为0。
只能用编译时刻已知的值初始化全局变量。（只能用常量来初始化全局变量）
初始化发生在main()前。

<4>同名隐藏

如果函数内部存在与全局变量同名的变量，则全局变量被隐藏。

全局变量有全局的生存周期和作用域。

（3）局部静态变量

<1>定义

在本地变量定义时加上static变成静态本地变量。（只初始化1次）

<2>特点

当函数离开时，静态局部变量会继续存在并保存其值。

int inc(){
    static int n = 1;
    n = n + 1;
    return n;
}
int main(){
    printf("%d\n",inc());//2
    printf("%d\n",inc());//3
    printf("%d\n",inc());//4
}

(1)静态本地变量的初始化在第一次进入函数时执行，以后进入函数会保持离开的值。
(2)静态本地变量是特殊的全局变量，具有全局生存周期和局部作用域。

（4）全局静态变量

<1>定义

在全局变量前加上关键字static。

<2>全局变量与全局静态变量区别

1.若程序由一个源文件构成时，全局变量与全局静态变量没有区别。
2.若程序由多个源文件构成时：
非静态的全局变量的作用域是整个源程序，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的，而静态全局变量则限制了其作用域，即只在定义该变量的源文件内有效，在同一源程序的其它源文件中不能使用它。
3.非静态全局变量具有外部链接的静态，可以在所有源文件里调用，除了本文件，其他文件可以通过extern的方式引用。

extern int a,b;//在.h文件中全局变量的声明

（5）变量的作用域和生命期总结

作用域
变量或函数在运行时候的有效作用范围 。
生命期
变量或函数在运行时候的没被销毁回收的存活时间。

（6）`static`关键字小结

static在C语言里面既可以修饰变量，也可以修饰函数。

<1>`static`变量

静态局部变量：在函数中定义的，生命周期是整个源程序，但是作用域和局部变量没区别。只能在定义这个变量的函数范围内使用，而且只在第一次进入这个函数时候被初始化，之后的初始化会跳过，并保留原来的值。退出这个函数后，尽管这个变量还在，但是已经不能使用了。
静态全局变量：全局变量本身就是静态存储的，但是静态全局变量和非静态全局变量又有区别：
1.全局变量：变量的作用域是整个源程序，其他源文件也可以使用，生命周期整个源程序。
2.静态全局变量：变量的作用域范围被限制在当前文件内，其他源文件不可使用，生命周期整个源程序。

静态变量的生命周期是整个源程序，而且只能被初始化一次，之后的初始化会被忽略。（如果不初始化，数值数据将被默认初始化为0, 字符型数据默认初始化为NULL）。

<2>`static`函数（内部函数）

只能被当前文件内的其他函数调用，不能被其他文件内的函数调用，主要是区别非静态函数(外部函数)。

1.在函数前面加上static就使它成为只能所在编译文件中使用的函数。
2.在全局变量前加上static使它成为只能所在编译文件中使用的全局变量

（7）实践经验

<1>不要返回本地变量的指针

返回本地变量的地址是危险的。
返回全局变量或静态本地变量的地址是安全的。
返回函数内的动态内存是安全的，但注意要记得释放。
最好的做法是返回传入的指针。(常用)

<2>慎用静态变量

不要使用全局变量在函数间传递参数和结果。
尽量避免使用全局变量。
使用全局变量和静态本地变量的函数是不可重入的，是线程不安全的。

13.内存

（1）结构体字节对齐

在C语言里，结构体所占的内存是连续的，但是各个成员之间的地址不一定是连续的。所以就出现了"字节对齐"。

字节对齐默认原则

结构体变量的大小，一定是其最大的数据类型的大小的整数倍，如果某个数据类型大小不够，就填充字节。
结构体变量的地址，一定和其第一个成员的地址是相同的。

struct Box{
    int height;
    char a[10];
    double width; 
    char type;
};
int main(void) {
    struct Box box;
    printf("box = %p\n", &box);
    printf("box.height = %p\n", &box.height);
    printf("box.a = %p\n", box.a);
    printf("box.width = %p\n", &box.width);
    printf("box.type = %p\n", &box.type);
    printf("box = %ld\n", sizeof(box));
}

（2）内存四区

image.png

<1>栈区(stack)

由编译器自动分配和释放，主要是存放函数参数的值，局部变量的值。
比如：int a; int *p; 这儿的a和p都存放在栈中

<2>堆区(heap)

由程序员自己申请分配和释放，需要malloc()、calloc()、realloc()函数来申请，用free()函数来释放如果不释放，可能出现指针悬空/野指针。

函数不能返回指向栈区的指针，但是可以返回指向堆区的指针。

<3> 数据区(data)

** 数据区在程序结束后由操作系统释放**

存放常量。
包含字符串常量和其他常量。 char *p = "I love u"; 指针p指向的这块内存属于常量区。
存放全局变量和静态变量。
初始化的全局变量和静态变量在一块区域（data段）；未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域，称作BSS(Block Started by Symbol:以符号开始的块)；

<4>代码区(code)

用于存放编译后的可执行代码，二进制码，机器码。

　　int a; //申请栈区内存
　　a = 4; //指向的代码，放在代码区。

（3）堆和栈的区别（重要）

No.	比较方面	栈	堆
1	管理方式	由系统自动管理，以执行函数为单位	由程序员手动控制
2	空间大小	空间大小编译时确定（参数+局部变量）	具有全局性，总体无大小限制。
3	分配方式	函数执行，系统自动分配；函数结束，系统立即自动回收。	使用new/malloc()手动申请；使用delete/free()手动释放
4	优点	使用方便，不需要关心内存申请释放。	可以跨函数使用。（可以返回指向堆区的指针）
5	缺点	只能在函数内部使用。	容易造成内存泄露。

（4）显示目标文件区段大小

size命令：

dec与hex是前面三个区域的和，dec是十进制，hex是十六进制。

各区段的含义

No.	区段	名称	含义
1	text	代码段(code segment/text segment)	存放程序执行代码的内存区域。该区域的大小在运行前已确定，且通常属于只读。可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。
2	data	数据段(data segment)	存放程序中已初始化的全局变量的内存区域。数据段属于静态内存分配。
3	bss	BSS段(bss segment)	存放程序中未初始化的全局变量的内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。

没有显示的区段

No.	区段	含义
1	栈(stack)	存放程序临时创建的局部变量，也就是函数括弧{}中定义的变量(不包括static声明的变量)。在函数被调用时，参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。
2	堆(heap)	存放程序动态分配的内存段，大小并不固定，可动态扩张或缩减。当调用malloc()等函数分配内存时，堆被扩张；当调用free()等函数释放内存时，堆被缩减。

14.二进制

（1）位运算

位运算说穿了，就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作.

<1>按位运算

No.	操作符	功能
1	&	按位与
2	\|	按位或
3	~	按位取反
4	^	按位异或（相异为真）

<2>运算规则

<3>按位与

1.让某一位或某些位为0（清零）

int n = 0xFFFF;
n = n & 0x0010;//0x10

2.取一个数中某些指定位:
比如a=23，我想取a的二进制的后面4位数，那么可以找一个后4位是1其余位是0的数b，即b=0x0f(十六进制，转换为二进制为00001111)，a&b就得到了a的后四位。

a:00010111
b:00001111
a&b:00000111

3.保留指定位:
比如a=23(用8bit表示)，我想保留其二进制的第4和第6位(最左边为第1位)，其余位置0。那么可以找一个第4和第6位是1其余位是0的数b与a进行按位与运算.

a:00010111
b:00010100
a&b:00010100

4.应用：

判断某一位是否为1；
设置一个只有某一位是1的数，其余为是0，然后和判断的数进行位与。
判断一个数是否是偶数；
与1进行位与，如果其二进制的最末尾是0表示偶数，为1表示奇数。

结论：任何二进制位与0能实现置0；与1保持原值不变.

<4>按位或

1.让某一位或某些位为1,其余位不变。

int n = 0x0000;
n = n | 0x0010;

2.拼接两个二进制数。

int a = 0xab00;
int b = 0x0012;
int c = a|b;//0xab12

<5>按位取反

1,得到全部为1的数字~0

int n = ~0;// 等同于0xFFFF

2.使数字的部分清零x& ~7。

int n = 0xFFFF;
n = n & ~7;

<6>按位异或

1.两个相等数异或结果为0。

int n = 0x1234;
n = n^n;

2.对同一个变量两次异或相同值，变回原值。

int a = 0x1234;
int b = 0x1357;
a = a^b;//0x163
a = a^b;//0x1234

3.0和任何数字（或字符）异或都为任何数（或字符）

int n=21;
n = n^0;//21

4.应用：

把一个数据的某些位翻转，即1变为0，0变为1
如要把a的奇数位翻转，可以对a和b进行“按位异或”运算，其中b的奇数位置为1，偶数位置为0。
交换两个值，不用临时变量(***)

x ^= y;
y ^= x;
x ^= y;

加密解密
加密程序(a^b)，解密程序是加密程序的逆过程，这里的加密和解密程序是完全相同的，原因是（a^b）^b=a。

5.例题

[136.只出现一次的数字]：
思路：每个数字全部异或，相同的会为0，直到最后一个数字。
[389.找不同]：
思路：字符也可以异或，相同字符异或为0.

逻辑运算与按位运算
1.逻辑运算结果只有0和1两种值，按位运算有多种值。
2.逻辑运算相当于把所有的非零值都变成1，再按位运算。

（2）移位运算

在移动过程中相当于操作二进制数

No.	操作符	功能
1	<<	左移
2	>>	右移

<1>左移

i<<j表示i中所有位向左移动j个位置，右边填入0。
左移一位相当于乘以2，两位乘以4。

1<<1;//2
1<<2;//4
1<<3;//8

<2>右移

i>>j表示i中所有位向右移动j个位置，对于unsigned类型，左边填入0;对于signed类型，左边填入符号位。
右移一位相当于除以2，再取整。

14>>1;//7
14>>2;//3
14>>3;//1
14>>4;//0

1.应用：

循环移位的实现：
将一个无符号整数x的各位进行循环左移n位的运算，即把移出的高位填补在空出的低位处。
```
b=(a<<n) | (a>>(16-n)) ；
```
求x的绝对值

 y = x >> 31 ;//二进制最高位
 return (x^y)-y ; //or: (x+y)^y

<3>位移运算与乘除运算

<4>综合

求一个无符号数的二进制中1的个数。

//就是判断最低位是否为1（最右边）
int numof1(int n){
    int count=0;
    while(n){
        if(n & 1){
            ++count;
        }
        n = n >> 1;
    }
    return count;
}

（3）位域

<1>定义

位域是又称作位段，是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域。

<2>作用

节省空间，有些信息不需要占用一个完整的字节。

<3>使用

1.定义位域
定义位域与结构定义相仿。

struct 位域结构名{ 
    类型 位域名:位域长度;
};

为了保证位域的可以移植性，成员类型通常为unsigned int和int，C99可以使用bool。
示例：

struct Byte{
  unsigned int b1:1;
  unsigned int b2:1;
  unsigned int b3:1;
  unsigned int b4:1;
  unsigned int b5:1;
  unsigned int b6:1;
  unsigned int b7:1;
  unsigned int b8:1;
 };

2.位域变量
定义和使用位域变量与结构体相同。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。
```
struct Byte a;
```
3.位域大小
整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

C语言知识点（上）

1.源码文件如何变成可执行文件（*）

2.面向过程和面向对象的区别（*）

特点

3.基本数据类型

（1）数值类型

<1>整型

<2>浮点型

（2）获取类型的大小

（3）字节

（4）输入输出格式化

（5）整数类型

<1>表示范围

<2>无符号整型

<3>整数类型的选择

（5）浮点类型

<1>浮点数的范围

<2>浮点数的精度

<3>浮点类型选择

（6）字符类型

<1>ASCII编码

<2>运算

<3>转义字符/逃逸字符

（7）布尔类型

（8）数据类型转换

<1>自动类型转换

<2>强制类型转换

4.运算符

（1）算术运算符

（2）关系运算符

（3）逻辑运算符

（4）复合赋值运算符

（5）自增、自减运算符

<1>前缀自增/自减

<2>后缀自增/自减

（6）运算的优先级顺序

5.变量

初始化和赋值：

6.控制语句

（1）条件判断

<1>if-else

<2>switch case

（2）循环

<1>while语句

<2>do-while

<3>for

（3）简化

<1>省略大括弧

<2>三元运算符:?

7.进制

（1）转换

<1>十进制转R进制

<2>R进制转十进制

（2）C语言中的进制

<1>进制常量表示

<2>进制打印(输出)

<3>进制输入

<4>%i

8.文件操作

（1）文件输入输出

<1>实例

（2）文件的打开和关闭fopen和fclose

<1>打开文件fopen

<2>关闭文件fclose

（3）文本读写fprintf()和fscanf()

<1>函数原型

<2>用法示例

<3>实例

（4）二进制读写:fread()和fwrite()

<1>函数原型

<2>用法示例

<3>实例

<4>二级制文件和文本文件

（5）文件定位:ftell()和fseek()

<1>函数原型

<2>示例：

应用

（6）文件结尾判断feof()

<1>函数原型

（7）返回开头rewind()

（2）文件的打开和关闭`fopen和fclose`

<1>打开文件`fopen`

<2>关闭文件`fclose`

（3）文本读写`fprintf()`和`fscanf()`

（5）文件定位:`ftell()`和`fseek()`

（6）文件结尾判断`feof()`

（7）返回开头`rewind()`

（8）清空数据流`fflush()`

（9）文件重名名`rename`

（10）文件删除`remove`

（11）`putc`和`getc`

（1）宏定义是什么？

<1>`#include`指令

`#include`指令分类

（6）`static`关键字小结

<1>`static`变量

<2>`static`函数（内部函数）

（1）结构体字节对齐