C语言基础（一）

C语言基础（一）

• C语言介绍
• • 编程语言
  • C语言
  • C程序标准架构
  • C语言编译过程
  • C语言注释
  • C语言的变量
  • 变量的本质
  • 数据类型
  • 输入和输出

C语言介绍

编程语言

指编写计算机程序（即代码）的语⾔

可以通过是否需要编译来区分为编译型语言和解释性语言：

编译型语言：C C++ JAVA GO等

解释性语言：JavaScript python php等

也可以根据特性来区分：

面向过程：C JavaScript（两者皆可） python（两者皆可）等

面向对象：Java C++ C# 等

C语言

起源可以追溯到1972年，由⻉尔实验室的Dennis Ritchie开发，最初是为了开发UNIX操作系统⽽设

计的⼀种⾼级编程语⾔

在1978年，美国国家标准学会（ANSI）发表了C语⾔的第⼀个标准，被称为ANSIC或C89

1990年，国际标准化组织（ISO）也发布了⼀个与ANSIC兼容的国际标准，称为ISO C90

1999年，ISO发布了⼀个新的C语⾔标准，称为C99

2011年，ISO发布了最新的C语⾔标准，称为C11

C17/C18（ISO/IEC 9899:2017/2018）： 这个版本主要是对C11的⼀个技术修正版，旨在修复已知问题⽽不添加重⼤新功能

特点：

1、系统编程

2、高效性

3、可移植性

4、轻量灵活

5、通用语言

C程序标准架构

文件以.c结尾，有I/O头文件，main主函数和返回值

eg：

C语言编译过程

在Linux系统中，需要将.c文件编译输出为.out文件才能执行，而在Windows当中则需要将.c文件编译为.exe文件

编译是指将高级语言翻译为机器语言，即将我们能读懂的人类语言翻译为机器能识别的二进制语言

使用gcc（GNU Complier Collection）

gcc工作流程：

预处理 --> 编译 --> 汇编 --> 链接

.c --> .i --> .s --> .o

预处理阶段:

包含了去掉注释，加载头⽂件，代替宏定义，条件编译等内容，这个阶段就会把.c编译成.i

后缀的同名⽂件。gcc -E xxx.c -o xxx.i

编译阶段:

经过语法分析和优化之后将源代码⽣成相应的汇编代码的过程。得到.s文件，汇编语言原始程序。gcc -S xxx.i -o xxx.s

汇编阶段 ：

将第⼆步⽣成的汇编语⾔转为机器码⽂件。得到.o文件。gcc -c xxx.s -o xxx.o

链接阶段：

将第三步的机器码⽂件和其他引⼊的头⽂件及相关的⽂件进⾏链接，然后打包为⼀个最终可执⾏的⽂件。gcc xxx.o -o xxx

gcc参数：

-E：预编译，生成.i预编译文件

-S：汇编，生成.s汇编源文件

-c：只编译，不生成可执行文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件，将.c生成.o文件

-o：产生目标文件，不给文件输出名默认a.out

C语言注释

注释分为单行和多行

单行：最前面加 // ，符号所在行符号后面所有内容会被注释掉

多行：/**/，在/*和*/之间的所有内容会被注释掉

注释还是很有必要的，毕竟能增加代码可读性，标注代码的功能和参数等其他的东西，也方便后续的维护（主要是过比较久后你也不一定记得你写了个啥玩意儿）

C语言的变量

变量指可以保存数据的容器，定义变量并且赋值后，就可以在程序中反复使用某个数据

语法：

数据类型 变量名；

数据类型 变量名1，变量名2 ... //定义多个变量

数据类型 变量名 = 数据； // 定义数据并赋值

修改变量的值和赋值一样：

变量名 = 新数据；

相当于直接用新的值覆盖掉原来的值

变量名规范：

1、字母数字下划线，变量名赋值只能在[0-9] [a-z] [A-Z] _之间选择，而其中下划线开头一般有特殊作用，不建议用下划线开头

2、不能以数字开头

3、避免关键字

4、建议使用驼峰命名法命名

5、不能重复定义，需要先定义再使用

变量的本质

在C语⾔中，变量的本质是⼀个内存位置的名字或标识符。这个内存位置⽤于存储特定类型的数据，⽐如整数、浮点数或其他数据类型。当你声明⼀个变量时，实际上是请求系统为你分配⼀定数量的内存空间来存储该变量的值。这个内存空间的⼤⼩取决于变量的数据类型。

（1）c语⾔程序的执⾏过程

加载程序到内存中

当你运⾏⼀个C程序（a.out）时，操作系统会先创建⼀个进程，并利⽤系统加载器会将你的程序（也就是编译后⽣成的可执⾏⽂件,⽐如a.out）加载到内存(Ram)中。这个过程包括将程序的代码（指令）和初始数据加载到内存的不同部分。

分配内存给变量

在C程序中，当你声明变量时，编译器会根据变量的类型来为它分配内存空间。例如，如果你声明了⼀个整型int变量，编译器可能会在内存中为该变量分配4个字节（具体⼤⼩取决于编译器和平台）。

程序执⾏

程序⼀旦开始执⾏（即主线程执⾏main函数），CPU会从内存中读取指令和操作数据。这包括执⾏算术运算、控制结构、函数调⽤等。（这部分信息在进程的pcb：程序控制块中）

程序结束

当程序执⾏完成后，变量的⽣命周期随着代码的退出⽽结束，操作系统负责清理进程(可执⾏⽂件本身)使⽤的所有资源，包括释放所有的内存。

（2）内存划分

c语⾔在执⾏程序时，会给改程序创建⼀个进程⽤于加载该程序以及执⾏程序。进程本身会得到⼀个固定⼤⼩的虚拟内存空间。那么虚拟空间和物理空间会通过MMU来进⾏映射。进程会认为⾃⼰的空间是⼀段连续空间，但实际使⽤的物理内存是分散的。⽽每个进程的虚拟空间就⼀般会划分为5个区域：栈、堆、全局或静态区、常量区、代码区。

栈区（Stack）：

⽣命周期：函数调⽤时创建栈帧并进⾏⼊栈，函数调⽤结束时进⾏出栈及释放函数调⽤所占内存。

⽤于存储局部变量和函数调⽤时的信息。每⼀次函数调⽤，栈区都会划分⼀部分空间来保存该函数执⾏的情况以及局部变量，简称函数帧

由编译器⾃动管理，当⼀个函数被调⽤时，其参数和局部变量会被推⼊栈中；当函数返回时，这些参数和变量会被清除（出栈）。

总结：c程序运⾏时系统会分配⼀块空间（固定）来作为栈的数据结构，栈的每⼀个数据（栈帧）都是保存函数调⽤⼀次要使⽤的局部变量、函数返回地址、参数等，当任意函数调⽤时，栈就会创建⼀个栈帧，该栈帧中就包含该次函数调⽤要使⽤的各种数据（局部变量、参数、返回地址），当函数调⽤完毕，该栈帧就会被释放（出栈），栈帧⾥⾯的内容也会被释放。

⼯作流程

当程序启动时，就会在栈中分配⼀个函数帧⽤于保存main函数要使⽤的局部变量以及其他内

容。当main函数⾥调⽤其他函数（⽐如demo），栈就会新建⼀个函数栈并进⾏⼊栈，作为

栈顶，当函数结束后，出栈，出栈后，main函数栈⼜变成栈顶（当前执⾏函数）

堆（Heap）：

⽣命周期：动态分配时创建，分配的空间必须⼿动释放，直到程序结束。

⽤于动态内存分配，程序员可以在运⾏时使⽤malloc , calloc , realloc 和 free 等函数来分配和释放内存。

管理不善会导致内存泄露或碎⽚化。

全局/静态存储区：

⽤于存储全局变量和静态变量（static）。

⽣命周期：程序启动时创建且⼤⼩固定，程序结束时销毁。具体⼤⼩是由c程序的可执⾏⽂件来决定。

在程序的整个运⾏周期内都存在，直到程序结束。

根据全局变量或静态变量是否显性初始化将区域分为bss段和数据段

bss（Block Started by Symbol）段：存放的是代码中未初始化的变量。在程序启动时，操作系统负责将这些变量初始化为默认值（通常是0或NULL）。

数据段：存放的是代码中被初始化的变量

细节：

对于静态变量，如果定义位置仍在函数外⾯，那么就跟普通的全局变量是⼀样的。但如果静

态变量定义在某个函数内。虽然静态变量存在全局内存区域，不会随着函数调⽤的结束⽽释

放，但同时会限制该静态变量的活动返回仅限该函数⾥。

全局变量默认都会进⾏初始化。初始化为{0}

代码区：

存储程序的⼆进制代码,⽐如函数等代码。

通常是只读的，尝试写⼊这部分内存通常会导致程序崩溃。

代码区的⼤⼩在程序编译时通常是固定的，因为它包含了程序的实际可执⾏指令

总结：程序中可能会⽤到的函数就会存放在这区域。当要执⾏某个函数时，程序会在该区域中找到要执⾏函数的代码，并封装成⼀个栈帧，并给局部变量和参数分配空间（栈中），分配后就进⾏⼊栈并执⾏函数⾥的代码。

常量区(只读数据段)：

常量区存储常量数据，如字符串常量以及⽤const定义的变量。

尝试修改常量区的数据会导致错误。

在程序运⾏时⼤⼩固定。

栈与堆的区别：

管理⽅式不同：堆的申请malloc()与释放free()由程序员来完成，栈由系统编译器⾃动分配

空间⼤⼩不同：堆空间⼤于栈空间

栈在内存中连续分配，不会产⽣碎⽚。堆的频繁申请可能造成内存空间的不连续性，产⽣⼤量碎⽚

增⻓⽅式不同：栈向内存地址减⼩的⽅向增⻓，堆则相反

分配效率不同：栈的申请效率通常⾼于堆，计算机在底层提供寄存器存放栈的地址，压栈出栈有专⻔的指令；堆由c函数库提供，动态内存分配需要有⼀定的算法去寻找申请⾜够⼤的地址空间。

数据类型

基本数据类型：

整形 字符型 浮点型 布尔型（C99标准新增）

int/short/long char float/double bool

构造数据类型：

数组 结构 联合 枚举

指针类型

空类型

数据类型	存储大小	值范围	描述
char	1字节	-128 -- 127 / 0 -- 255	存储字符类型数据
int	4字节	-2147483648 -- 2147483647	存储整数
short	2字节	-32768 -- 32767	存储较小整数
long	8字节	-2147483648 -- 2147483647/更大	存储较大整数
unsigned short	依基类型决定	0 -- 65535 / 0 -- 4294967295	存储非负数
bool	1字节	true（1）/ false（0）	存储布尔值，需要stdbool.h头文件
float	4字节	1.2E-28 -- 3.4E+38	存储单精度浮点数
double	8字节	2.3E-308 -- 1.7E+308	存储双精度浮点数

输入和输出

输出：

puts() // 只能输出字符串，且输出结束后会自动换行

putchar() // 只能输出单个字符

printf() // 可以输出各种类型数据，搭配格式符和附加格式说明符使用

格式符作⽤：

格式符	作用
d	⼗进制整数(%d--int, %hd--short, %ld--long)
x,X	⼗六进制⽆符号整数
o	⼋进制⽆符号整数
u	⽆符号⼗进制整数
c	单⼀字符
s	字符串
e,E	指数形式浮点⼩数
f	⼩数形式浮点⼩数(float--%f, double--%lf)

修饰符	功能
w	输出数据域宽，数据⻓度<m，左补空格；否则按实际输出
.p	对实数，指定⼩数点后位数（四舍五⼊）, 对字符串，指定实际输出位数
-	输出数据在域内左对⻬（缺省右对⻬)
+	指定在有符号数的正数前显示正号(+)
0	输出数值时指定左⾯不使⽤的空位置⾃动填0
#	在⼋进制和⼗六进制数前显示前导0，0x
l	在d, o, x, u前，指定输出精度为long型
l	在e, f, g前，指定输出精度为double型

输入：

语句	功能	示例
getchar()	⽤于输⼊单个字符	char c; c = getchar();
scanf()	接收键盘输⼊的不同类型的数据，并且将其保存到指定的内存地址中	int a;scanf("%d", &a); // 输⼊整数并赋值给变量a ，其中&是取址符号，⽤于获取变量的内存地址,主要是⽤于能够获取数据后赋给对应的变量

scanf：

格式：scanf("格式控制串", 地址表);

功能：按指定格式从键盘读取数据，存入地址表指定存储单元中，并按回车结束

地址表：变量的地址，常用取地址运算符&

格式符号	作⽤
d	⼗进制整数
x, X	⼗六进制⽆符号整数
o	⼋进制⽆符号整数
u	⽆符号⼗进制整数
c	单⼀字符
s	字符串
e	指数形式浮点⼩数
f	⼩数形式浮点⼩数

修饰符	功能
h	⽤于d, o, x前，指定输⼊为short型整数
l	⽤于d, o, x前，指定输⼊为long型整数 ，⽤于e, f前，指定输⼊为double型实数
m	指定输⼊数据宽度，遇空格或不可转换字符结束
*	抑制符，指定输⼊项读⼊后不赋给变量

putchar：

格式：putchar©

参数：c为字符常量，变量或表达式

功能：把字符c输出到显示器上

puts：

格式：puts(str)

参数：str为字符串

功能：把字符串str输出到显示器上，用puts显示字符时，会自动在后面添加一个换行符