嵌入式八股—C语言入门学习(一)

本章学习：C语言的运行机制、常见的库文件、代码框架、标识符的命名规则、C语言关键字、常量学习、输入输出函数、局部变量与全局变量

一、C语言运行机制

整个过程：编写.C文件、编译成.obj的二进制机器指令、结合C语言的库文件链接形成可执行的二进制.exe、最终运行输出结果。

C语言常见的库文件有：

头文件	常用函数 / 内容	高频考点
`<stdio.h>`	printf、scanf、fopen、fread、fwrite	输入输出、文件操作
`<string.h>`	strlen、strcpy、strncpy、memcpy、memset、strcmp	strcpy 与 memcpy 区别、越界风险
`<stdlib.h>`	malloc、calloc、realloc、free、atoi、exit、qsort、bsearch	malloc 底层、内存泄漏
`<math.h>`	sqrt、pow、sin、abs（需链接 `-lm`）	编译时记得加 -lm
`<ctype.h>`	isdigit、isalpha、toupper、tolower	字符分类
`<time.h>`	time、clock、gettimeofday（POSIX）	计时、时间戳
`<assert.h>`	assert()	调试断言
`<errno.h>`	errno、perror、strerror	错误码处理
`<stdarg.h>`	va_list、va_start、va_end	可变参数实现
`<stdint.h>`	int8_t、uint16_t、int32_t	嵌入式必考：定长整型，跨平台 / 跨 MCU 可移植
`<stdbool.h>`	true、false	C99 后可用布尔类型
`<limits.h>`	INT_MAX、CHAR_BIT 等	各类型取值范围
`<stddef.h>`	NULL、size_t、ptrdiff_t、offsetof	常见宏定义
`<setjmp.h>`	setjmp、longjmp	异常跳转（低层）

基本的代码框架：

cs 复制代码

#include<stdio.h> //C语言的编译头文件库
int main()  
//每一个程序(或工程)可以定义很多函数(后面讲)，但有且只有一个main()函数，作为程序执行的入口，空括号()，表示 main 不接受任何参数。
//写在main之前的"int"称为关键字，代表数据类型是整型。它是main()的返回值类型。即在执行main()函数后会得到一个整型值，无返回值可定义void类型
{

    return 0;//int数据类型下不能省略
}

注意：(1)其中一对花括号{}定义了函数的主体，所有函数都必须以大括号开头和结尾，成对出现。
(2)每一个执行语句后面都会有一个英文分号";"作为语句结束的标志。
C语言的输出格式：printf()
printf()函数是产生格式化输出的函数，作用是将参数文本输出到屏幕。它名字里面的 f 代表 format (格式化)，表示可以指定输出文本的格式。printf() 是在标准库的头文件 stdio.h 中定义的。要想在程序中使用这个函数，必须在源文件头部引入这个头文件。

其中：占位符的第一个字符是% ，第二个字符表示占位符的类型。printf() 的占位符有许多种类，与 C 语言的数据类型相对应。其中常见的类型输出格式为int(%d)、char(%c)、float(%f)、八进制整数(%o)、十六进制(%x)、String字符串(%s)、科学技术法(%e)等等；

二、C语言的变量命名规则

C语言中变量、函数、数组名、结构体等要素命名时使用的字符序列，称为标识符

标识符组成由：字母、数字、下划线_，但是命名规则必须是字母或者下划线_为开头；变量名不能有空格且不能为关键字(下面会讲);

其中长度也有限制：

C89标准规定标识符长度不得超过31个字符。
C99标准规定标识符长度不得超过63个字符。

注：标识符如果超出编译器所支持的标准就会忽略后续的字符长度；

传统的C语言常见关键字有32个：

|---------------|------------------------------------------------------------------------------------|
| 类型 | 具体关键字 |
| 控制语句关键字（12 个） | break, case, continue, default, do, else, for, goto, if, return, switch, while |
| 数据类型关键字（12 个） | char, enum, double, long, float, int, short, signed, struct, unsigned, union, void |
| 存储类型关键字（4 个） | auto, extern, register, static |
| 其他关键字 (4 个） | const, sizeof, typedef, volatile |
[C语言常见关键字]

后续，1999年，C99标准增加了5个关键字： inline 、 restrict 、 _Bool 、 _Complex 和 _Imaginary 。 2011年，C11标准又增加了7个关键字： _Alignas 、 _Alignof 、 _Atomic 、 _Static_assert 、 _Noreturn 、 _Thread_local 和 _Generic 。
其中C语言的变量名的命名最好是有意义的定义，这有助于代码的可读性和维护性；

2.1 变量的的作用：

变量是程序中不可或缺的组成单位，最基本的存储单元；一个变量就是一个存储单元，就会分配存储空间；
变量的定义一般按照以下的格式进行

数据类型变量名; //声明变量的语句必须以分号结尾、

举例：

int length；

char ID；
C语言常见的数据类型如下所示：

bash 复制代码

//基本数据类型【整型、浮点型、字符型】
整型int、短整型short int、长整型long int
浮点型可分为：单精度型float、双精度型double
字符型：单字节char、字符串则用字符数组表示

//构造类型
数组类型、结构体类型struct、共用体类型union、枚举类型enum

//空类型 void

//指针类型 *

三、C语言的常量

常量在程序运行过程中其值不能被修改，是 C 语言中最基础的数据形式之一。按照书写形式和使用方式，常见的常量可以分为以下几类。

3.1 字面常量（直接常量）

直接写在代码中的具体数值或字符，不需要额外定义即可使用。

整型常量 ：如 100、-25、0。可以写成十进制、八进制（以 0 开头，如 0755）或十六进制（以 0x 开头，如 0xFF）。
实型（浮点）常量 ：如 3.14、-0.5，也支持科学计数法 1.2e3（即 1200.0）。默认是 double 类型，加后缀 f 表示 float，如 3.14f。
字符常量 ：用单引号括起来的单个字符，如 'A'、'9'、'\n'。字符常量在内存中存储的是其 ASCII 码值，因此 'A' 等价于 65。
字符串常量 ：用双引号括起来的字符序列，如 "hello"、"C语言"。字符串末尾会自动添加结束符 '\0'，所以 "abc" 实际占用 4 个字节。

3.2 转义字符常量

以反斜杠 \ 开头的特殊字符，用于表示无法直接输入的字符。

转义字符	含义
`\n`	换行
`\t`	水平制表符（Tab）
`\\`	反斜杠本身
`\'`	单引号
`\"`	双引号
`\0`	空字符（字符串结束标志）
`\ddd`	三位八进制数表示的字符，如 `\101` 表示 `'A'`
`\xhh`	十六进制数表示的字符，如 `\x41` 表示 `'A'`

3.3 宏常量（符号常量）

使用 #define 预处理指令定义的常量，在编译前由预处理器进行文本替换,就是用一个标识符来表示一个常量值。宏名用大写字母表示，以便于与变量区别;

格式：#define 符号常量名常量值

c 复制代码

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159
#define MAX_SIZE 100

int main(void)
{
    double r = 2.0;
    printf("面积 = %f\n", PI * r * r);
    printf("最大容量 = %d\n", MAX_SIZE);
    return 0;
}

注意： 跟#include一样，"#"开头的语句都是"预处理语句"，在编译之前，预处理器会查找程序中所有的"PI "，并把它替换成3.14159，这个过程称为预编译处理。宏常量只是简单的文本替换，没有类型检查，因此建议在定义时加上括号，避免运算优先级问题，例如 #define SQUARE(x) ((x) * (x))。

3.4 const 修饰的常量

C99中新的声明方式，这种方式跟定义一个变量是一样的，只需要在变量的数据类型前再加上一个const关键字，这被称为"限定符"。使用 const 关键字修饰的变量，其值在初始化后不能被修改，具有类型检查，是更推荐的常量定义方式。

格式：const 数据类型常量名 = 常量值;

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    const double PI = 3.14159;
    const int MAX_SIZE = 100;

    printf("PI = %f\n", PI);
    printf("MAX_SIZE = %d\n", MAX_SIZE);

    // PI = 3.14;  // 编译错误：const 变量不能被修改
    return 0;
}

const常量与宏常量的区别：

const 常量有数据类型，编译器会进行类型检查；宏常量只是文本替换。
const 常量在调试时可以看到变量名和值；宏常量在预处理后已不存在。
const 常量占用内存（可能被优化），宏常量不占用内存。

3.5 枚举常量

使用 enum 关键字定义的一组有名字的整型常量，适合表示一组相关的状态或选项。

c 复制代码

#include <stdio.h>

enum Weekday {
    MON = 1,
    TUE,
    WED,
    THU,
    FRI,
    SAT,
    SUN
};

int main(void)
{
    enum Weekday today = WED;
    printf("today = %d\n", today);  // 输出 3
    return 0;
}

枚举常量的值默认从 0 开始依次递增，也可以手动指定初始值，后续未指定的成员会在此基础上继续递增。

3.6 常见常量对比

常量类型	定义方式	特点
字面常量	`100`、`3.14`、`'A'`	直接书写，无需定义
宏常量	`#define PI 3.14`	预处理替换，无类型检查
const 常量	`const int N = 10;`	有类型检查，推荐使用
枚举常量	`enum Color { RED, GREEN };`	一组相关的整型常量

小结： 在实际开发中，对于简单的数值常量优先使用 const 定义，既能保证类型安全，又便于调试；对于需要表示一组相关状态的场景，使用 enum 更加清晰；宏常量则多用于条件编译或需要跨文件共享的配置项。

四、C语言的输入输出

所谓输入输出是以计算机主机为主体而言的。输出：从计算外部输出设备(显示器、打印机)输出数据。输入：从输入设备(键盘、鼠标、扫描仪)向计算机输入数据。

C语言本身没有提供专门的输入输出语句，所有的输入输出都是由调用标准库函数中的输入输出函数来实现的。常用的输入输出函数如下所示：

输入函数：scanf() 、 getchar()、gets()：

scanf()，是格式输入函数，可接收任意类型的数据。

getchar()，是字符输入函数，只能接收单个字符。

gets()，是字符串输入函数。

输出函数：printf() 、 putchar()、puts()：

printf()，是格式输出函数，可按指定的格式显示任意类型的数据。

putchar()，字符显示函数，只能显示单个字符。

puts()，是字符串输出函数。

4.1 scanf()的使用

scanf()函数的作用：把从键盘上输入的数据根据找到的地址存入内存中，即给变量赋值。

格式为：scanf("格式控制字符串",参数地址列表);

格式控制字符串：约定输入数据的类型和格式，参数的个数必须与变量地址的个数一致。

参数地址列表：以逗号 ", "分隔的、输入数据变量地址序列。

例如：scanf("%d%d%d",&a,&b,&c)；%d表示类型的输出格式、&表示取地址符号

注意：

如果scanf中%d是连着写的，如"%d%d%d"，在输入数据时，数据之间不可以用逗号分隔，只能用空白字符(空格或tab键或者回车键)分隔。即"2(空格)3(tab)4" 或 "2(tab)3(回车)4"等。

如果是"`%d,%d,%d`"，则在输入数据时需要加","逗号，如"2,3,4"。

4.2 getchar()、putchar()的使用

getchar()：输入字符数据

格式：getchar()

功能：从键盘缓冲区读入一个字符

putchar()：输出字符

格式： putchar(ch)，其中ch是一个字符变量

功能：从标准输出设备输出一个字符

4.3 gets()与puts()的使用

puts()：在C语言中，puts() 是一个用于输出字符串的标准库函数，其原型定义在标准头文件中。puts() 函数的作用是将一个以 null 字符（\0）结尾的字符串打印到标准输出（通常是控制台）上，并自动添加一个换行符。

注意，puts()函数只能用于输出字符串，而不能输出其他类型的数据。如果需要输出其他类型的数据，应使用 printf() 函数。

gets()：读取标准输入设备输入的字符串，直到遇到【Enter】键才结束。

补充：也可以用printf()函数输出打印；

样例代码为：

cs 复制代码

#include<stdio.h> //puts头文件需要

int main() {

    char str[15];
    printf("enter your name:");
    gets(str);        //输入字符串至数组变量str
    printf("your name is ");
    puts(str);        //输出字符串
    printf("your name is %s\n",str);  //输出字符串
    return 0;
}

五、局部变量与全局变量

变量按照声明的位置，可以分为：局部变量和全局变量。

局部变量： 在函数体内{}定义的变量，也称内部变量。局部变量只能在定义它的函数中使用。

全局变量 ：在函数之外{}，定义的变量称为外部变量，外部变量是全局变量（也称全程变量）。

一个程序中，凡是在全局变量之后定义的函数，都可以使用在其之前定义的全局变量；当局部变量和全局变量同名的时候，局部变量优先使用。

cs 复制代码

#include <stdio.h>

int global = 2026;//全局变量
int main(){

    int local = 2026;//局部变量
     //下面定义的global会不会报错？
    int global = 2026;//局部变量
    printf("global = %d\n", global);
    return 0;

}

总结：

本章初步了解了C语言的运行机制，了解了C语言中变量的命名、输入输出函数。下一章节直接针对性学习C语言的结构，可能减少部分原理性知识；