学习 C/C++ 资料（基础知识一）

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什么是C语言？

C 语言是一种通用的、面向过程式的计算机程序设计语言。1972 年，为了移植与开发 UNIX 操作系统，丹尼斯·里奇在贝尔电话实验室设计开发了 C 语言。C 语言是一种广泛使用的计算机语言，它与 Java 编程语言一样普及，二者在现代软件程序员之间都得到广泛使用。当前最新的C语言标准为 C11 ，在它之前的C语言标准为 C99。

最简单的C代码案例

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#include <stdio.h>
/**
*	我的第一个 C 程序
*	所有的 C 语言程序都需要包含 main() 函数。 代码从 main() 函数开始执行。
*	printf() 用于格式化输出到屏幕。printf() 函数在 "stdio.h" 头文件中声明。
*	stdio.h 是一个头文件 (标准输入输出头文件) , #include 是一个预处理命令，用来引入头文件。 当编译器遇*	到 printf() 函数时，如果没有找到 stdio.h 头文件，会发生编译错误。
*	return 0; 语句用于表示退出程序。
*/
int main(){
    printf("Hello, World! \n");
    return 0;
}

C 语言简介

C 语言是一种通用的高级语言，最初是由丹尼斯·里奇在贝尔实验室为开发 UNIX 操作系统而设计的。C 语言最开始是于 1972 年在 DEC PDP-11 计算机上被首次实现。

在 1978 年，布莱恩·柯林汉（Brian Kernighan）和丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）制作了 C 的第一个公开可用的描述，现在被称为 K&R 标准。

UNIX 操作系统，C编译器，和几乎所有的 UNIX 应用程序都是用 C 语言编写的。由于各种原因，C 语言现在已经成为一种广泛使用的专业语言。

  • 易于学习。
  • 结构化语言。
  • 它产生高效率的程序。
  • 它可以处理底层的活动。
  • 它可以在多种计算机平台上编译。

关于 C

  • C 语言是为了编写 UNIX 操作系统而被发明的。
  • C 语言是以 B 语言为基础的，B 语言大概是在 1970 年被引进的。
  • C 语言标准是于 1988 年由美国国家标准协会（ANSI，全称 American National Standard Institute）制定的。
  • 截至 1973 年，UNIX 操作系统完全使用 C 语言编写。
  • 目前，C 语言是最广泛使用的系统程序设计语言。
  • 大多数先进的软件都是使用 C 语言实现的。
  • 当今最流行的 Linux 操作系统和 RDBMS（Relational Database Management System：关系数据库管理系统） MySQL 都是使用 C 语言编写的。

为什么要使用 C？

C 语言最初是用于系统开发工作，特别是组成操作系统的程序。由于 C 语言所产生的代码运行速度与汇编语言编写的代码运行速度几乎一样，所以采用 C 语言作为系统开发语言。下面列举几个使用 C 的实例：

  • 操作系统
  • 语言编译器
  • 汇编器
  • 文本编辑器
  • 打印机
  • 网络驱动器
  • 现代程序
  • 数据库
  • 语言解释器
  • 实体工具

C 程序

一个 C 语言程序，可以是 3 行，也可以是数百万行，它可以写在一个或多个扩展名为 “.c” 的文本文件中，例如，hello.c。您可以使用 “vi”、“vim” 或任何其他文本编辑器来编写您的 C 语言程序。

本教程假定您已经知道如何编辑一个文本文件，以及如何在程序文件中编写源代码。

C11

C11（也被称为C1X）指ISO标准ISO/IEC 9899:2011，是当前最新的C语言标准。在它之前的C语言标准为C99。

新特性

  • 对齐处理（Alignment）的标准化（包括_Alignas标志符，alignof运算符，aligned_alloc函数以及<stdalign.h>头文件）。
  • _Noreturn 函数标记，类似于 gcc 的 attribute((noreturn))。
  • _Generic 关键字。
  • 多线程（Multithreading）支持，包括：
    _Thread_local存储类型标识符，<threads.h>头文件，里面包含了线程的创建和管理函数。
    _Atomic类型修饰符和<stdatomic.h>头文件。
  • 增强的Unicode的支持。基于C Unicode技术报告ISO/IEC TR 19769:2004，增强了对Unicode的支持。包括为UTF-16/UTF-32编码增加了char16_t和char32_t数据类型，提供了包含unicode字符串转换函数的头文件<uchar.h>。
  • 删除了 gets() 函数，使用一个新的更安全的函数gets_s()替代。
  • 增加了边界检查函数接口，定义了新的安全的函数，例如 fopen_s()，strcat_s() 等等。
  • 增加了更多浮点处理宏(宏)。
  • 匿名结构体/联合体支持。这个在gcc早已存在，C11将其引入标准。
  • 静态断言（Static assertions），_Static_assert()，在解释 #if 和 #error 之后被处理。
  • 新的 fopen() 模式，(“…x”)。类似 POSIX 中的 O_CREAT|O_EXCL，在文件锁中比较常用。
  • 新增 quick_exit() 函数作为第三种终止程序的方式。当 exit()失败时可以做最少的清理工作。

C 语言程序结构

在我们学习 C 语言的基本构建块之前，让我们先来看看一个最小的 C 程序结构，在接下来的章节中可以以此作为参考。

C Hello World 实例

C 程序主要包括以下部分：

  • 预处理器指令
  • 函数
  • 变量
  • 语句 & 表达式
  • 注释

让我们看一段简单的代码，可以输出单词 “Hello World”：

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#include <stdio.h>   
int main() {
    /* 我的第一个 C 程序 */    
    printf("Hello, World! \n");        
    return 0; 
}

代码组成元素分析讲解

  1. 程序的第一行 #include <stdio.h> 是预处理器指令，告诉 C 编译器在实际编译之前要包含 stdio.h 文件。
  2. 下一行 int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
  3. 下一行 /…/ 将会被编译器忽略，这里放置程序的注释内容。它们被称为程序的注释。
  4. 下一行 printf(…) 是 C 中另一个可用的函数，会在屏幕上显示消息 “Hello, World!”。
  5. 下一行 return 0; 终止 main() 函数，并返回值 0。

编译 & 执行 C 程序

接下来让我们看看如何把源代码保存在一个文件中，以及如何编译并运行它。下面是简单的步骤：

  1. 打开一个文本编辑器，添加上述代码。
  2. 保存文件为 hello.c。
  3. 打开命令提示符，进入到保存文件所在的目录。
  4. 键入 gcc hello.c，输入回车，编译代码。
  5. 如果代码中没有错误，命令提示符会跳到下一行，并生成 a.out 可执行文件。
  6. 现在，键入 a.out 来执行程序。
  7. 您可以看到屏幕上显示 “Hello World”。
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$ gcc hello.c
$ ./a.out
Hello, World!

请确保您的路径中已包含 gcc 编译器，并确保在包含源文件 hello.c 的目录中运行它。

如果是多个 c 代码的源码文件，编译方法如下：

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$ gcc test1.c test2.c -o main.out
$ ./main.out

test1.c 与 test2.c 是两个源代码文件。

C 语言基本语法

我们已经看过 C 程序的基本结构，这将有助于我们理解 C 语言的其他基本的构建块。

C 的令牌（Tokens）

C 程序由各种令牌组成，令牌可以是关键字、标识符、常量、字符串值，或者是一个符号。例如，下面的 C 语句包括五个令牌：

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printf("Hello, World! \n");

这五个令牌分别是：

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printf
(
"Hello, World! \n"
)
;

分号 ;

在 C 程序中，分号是语句结束符。也就是说，每个语句必须以分号结束。它表明一个逻辑实体的结束。

例如，下面是两个不同的语句：

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printf("Hello, World! \n");
return 0;

注释

C 语言有两种注释方式：

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// 单行注释

以 // 开始的单行注释，这种注释可以单独占一行。

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/* 单行注释 */
/* 
 多行注释
 多行注释
 多行注释
 */

/* */ 这种格式的注释可以单行或多行。

您不能在注释内嵌套注释，注释也不能出现在字符串或字符值中。

标识符

C 标识符是用来标识变量、函数，或任何其他用户自定义项目的名称。一个标识符以字母 A-Z 或 a-z 或下划线 _ 开始，后跟零个或多个字母、下划线和数字（0-9）。

C 标识符内不允许出现标点字符，比如 @、$ 和 %。C 是区分大小写的编程语言。因此，在 C 中，Manpower 和 manpower 是两个不同的标识符。下面列出几个有效的标识符：

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mohd       zara    abc   move_name  a_123  myname50   _temp   j     a23b9      retVal

C 语言中的关键字

下表列出了 C 中的保留字。这些保留字不能作为常量名、变量名或其他标识符名称。

关键字 说明 关键字 说明
auto 声明自动变量 if 条件语句
break 跳出当前循环 int 声明整型变量或函数
case 开关语句分支 long 声明长整型变量或函数返回值类型
char 声明字符型变量或函数返回值类型 register 声明寄存器变量
const 定义常量，如果一个变量被 const 修饰，那么它的值就不能再被改变 short 声明短整型变量或函数
continue 结束当前循环，开始下一轮循环 signed 声明有符号类型变量或函数
default 开关语句中的”其它”分支 sizeof 计算数据类型或变量长度（即所占字节数）
do 循环语句的循环体 static 声明静态变量
double 声明双精度浮点型变量或函数返回值类型 struct 声明结构体类型
else 条件语句否定分支（与 if 连用） switch 用于开关语句
enum 声明枚举类型 typedef 用以给数据类型取别名
extern 声明变量或函数是在其它文件或本文件的其他位置定义 `unsigned 声明无符号类型变量或函数
float 声明浮点型变量或函数返回值类型 union 声明共用体类型
for 一种循环语句 void 声明函数无返回值或无参数，声明无类型指针
goto 无条件跳转语句 volatile 说明变量在程序执行中可被隐含地改变
while 循环语句的循环条件

C99 新增关键字

_Bool _Complex _Imaginary inline restrict

C11 新增关键字

_Alignas _Alignof _Atomic _Generic _Noreturn
_Static_assert _Thread_local

C 中的空格

只包含空格的行，被称为空白行，可能带有注释，C 编译器会完全忽略它。

在 C 中，空格用于描述空白符、制表符、换行符和注释。空格分隔语句的各个部分，让编译器能识别语句中的某个元素（比如 int）在哪里结束，下一个元素在哪里开始。因此，在下面的语句中：

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int age;

在这里，int 和 age 之间必须至少有一个空格字符（通常是一个空白符），这样编译器才能够区分它们。另一方面，在下面的语句中：

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fruit = apples + oranges;   // 获取水果的总数

fruit 和 =，或者 = 和 apples 之间的空格字符不是必需的，但是为了增强可读性，您可以根据需要适当增加一些空格。

C 语言数据类型

在 C 语言中，数据类型指的是用于声明不同类型的变量或函数的一个广泛的系统。变量的类型决定了变量存储占用的空间，以及如何解释存储的位模式。

C 中的类型可分为以下几种：

序号 类型与描述
1 基本类型： 它们是算术类型，包括两种类型：整数类型和浮点类型/实型。
2 枚举类型： 它们也是算术类型，被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。
3 void 类型： 类型说明符 void 表明没有可用的值。
4 派生类型： 它们包括：指针类型、数组类型、结构类型、共用体类型和函数类型。

数组类型和结构类型统称为聚合类型。函数的类型指的是函数返回值的类型。在本章节接下来的部分我们将介绍基本类型，其他几种类型会在后边几个章节中进行讲解。

整数类型

下表列出了关于标准整数类型的存储大小和值范围的细节：

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

注意，各种类型的存储大小与系统位数有关，但目前通用的以64位系统为主。

以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别（windows 相同）：

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为了得到某个类型或某个变量在特定平台上的准确大小，您可以使用 sizeof 运算符。表达式 sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节大小。下面的实例演示了获取 int 类型的大小：

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#include <stdio.h> 
#include <limits.h>   
int main() {    
    printf("int 存储大小 : %lu \n", 
           sizeof(int));        
    return 0; 
}

%lu 为 32 位无符号整数（数据输出格式符）

\n 为换行符

当您在编译并执行上面的程序时，它会产生下列结果：

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int 存储大小 : 4

浮点类型/实型

下表列出了关于标准浮点类型的存储大小、值范围和精度的细节：

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

头文件 float.h 定义了宏，在程序中可以使用这些值和其他有关实数二进制表示的细节。下面的实例将输出浮点类型占用的存储空间以及它的范围值：

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#include <stdio.h>
#include <float.h>
 
int main()
{
   printf("float 存储最大字节数 : %lu \n", sizeof(float));
   printf("float 最小值: %E\n", FLT_MIN );
   printf("float 最大值: %E\n", FLT_MAX );
   printf("精度值: %d\n", FLT_DIG );
   
   return 0;
}

%E 为以指数形式输出单、双精度实数，详细说明查看

当您在 Linux 上编译并执行上面的程序时，它会产生下列结果：

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float 存储最大字节数 : 4 
float 最小值: 1.175494E-38
float 最大值: 3.402823E+38
精度值: 6

void 类型

void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下：

序号 类型与描述
1 函数返回为空 C 中有各种函数都不返回值，或者您可以说它们返回空。不返回值的函数的返回类型为空。例如 void exit (int status);
2 函数参数为空 C 中有各种函数不接受任何参数。不带参数的函数可以接受一个 void。例如 int rand(void);
3 指针指向 void 类型为 void 的指针代表对象的地址，而不是类型。例如，内存分配函数 **void \malloc( size_t size );** 返回指向 void 的指针，可以转换为任何数据类型。

数据类型补充（学习总结）

常用基本数据类型占用空间（64位机器为例）

  • char ： 1个字节
  • int ：4个字节
  • float：4个字节
  • double：8个字节

基本类型书写

整数

  • a，默认为10进制 ，10 ，20。
  • b，以0开头为8进制，045，021。
  • c.，以0b开头为2进制，0b11101101。
  • d，以0x开头为16进制，0x21458adf。

小数

单精度常量：2.3f 。

双精度常量：2.3，默认为双精度。

字符型常量

用英文单引号括起来，只保存一个字符’a’、’b’ 、’*’ ，还有转义字符 ‘\n’ 、’\t’。

字符串常量

用英文的双引号引起来 可以保存多个字符：”abc”。

数据类型转换

1、数据类型转换：

C 语言中如果一个表达式中含有不同类型的常量和变量，在计算时，会将它们自动转换为同一种类型；在 C 语言中也可以对数据类型进行强制转换；

2、自动转换规则：

  • a）浮点数赋给整型，该浮点数小数被舍去；
  • b）整数赋给浮点型，数值不变，但是被存储到相应的浮点型变量中；

3、强制类型转换形式: (类型说明符)(表达式) 

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#include<stdio.h>

int main()
{
    float f,x=3.6,y=5.2;
    int i=4,a,b;
    a=x+y;
    b=(int)(x+y);
    f=10/i;
    printf("a=%d,b=%d,f=%f,x=%f\n",a,b,f,x);
}

/*输出结果 a=8  b=8  f=2  x=3.6  过程自己理解*/

C 语言中的变量

变量其实只不过是程序可操作的存储区的名称。C 中每个变量都有特定的类型，类型决定了变量存储的大小和布局，该范围内的值都可以存储在内存中，运算符可应用于变量上。

变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头。大写字母和小写字母是不同的，因为 C 是大小写敏感的。基于前一章讲解的基本类型，有以下几种基本的变量类型：

类型 描述
char 通常是一个字节（八位）。这是一个整数类型。
int 对机器而言，整数的最自然的大小。
float 单精度浮点值。单精度是这样的格式，1位符号，8位指数，23位小数。img
double 双精度浮点值。双精度是1位符号，11位指数，52位小数。img
void 表示类型的缺失。

C 语言也允许定义各种其他类型的变量，比如枚举、指针、数组、结构、共用体等等。

C 中的变量定义

变量定义就是告诉编译器在何处创建变量的存储，以及如何创建变量的存储。变量定义指定一个数据类型，并包含了该类型的一个或多个变量的列表，如下所示：

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type variable_list;

在这里，type 必须是一个有效的 C 数据类型，可以是 char、w_char、int、float、double 或任何用户自定义的对象，variable_list 可以由一个或多个标识符名称组成，多个标识符之间用逗号分隔。下面列出几个有效的声明：

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int    i, j, k;
char   c, ch;
float  f, salary;
double d;

行 int i, j, k; 声明并定义了变量 i、j 和 k，这指示编译器创建类型为 int 的名为 i、j、k 的变量。

变量可以在声明的时候被初始化（指定一个初始值）。初始化器由一个等号，后跟一个常量表达式组成，如下所示：

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type variable_name = value;

下面列举几个实例：

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extern int d = 3, f = 5;    // d 和 f 的声明与初始化
int d = 3, f = 5;           // 定义并初始化 d 和 f
byte z = 22;                // 定义并初始化 z
char x = 'x';               // 变量 x 的值为 'x'

不带初始化的定义：带有静态存储持续时间的变量会被隐式初始化为 NULL（所有字节的值都是 0），其他所有变量的初始值是未定义的。

C 中的变量声明

变量声明向编译器保证变量以指定的类型和名称存在，这样编译器在不需要知道变量完整细节的情况下也能继续进一步的编译。变量声明只在编译时有它的意义，在程序连接时编译器需要实际的变量声明。

变量的声明有两种情况：

  • 1、一种是需要建立存储空间的。例如：int a 在声明的时候就已经建立了存储空间。
  • 2、另一种是不需要建立存储空间的，通过使用extern关键字声明变量名而不定义它。 例如：extern int a 其中变量 a 可以在别的文件中定义的。
  • 除非有extern关键字，否则都是变量的定义。
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extern int i; //声明，不是定义
int i; //声明，也是定义

尝试下面的实例，其中，变量在头部就已经被声明，但是定义与初始化在主函数内：

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#include <stdio.h>
 
// 函数外定义变量 x 和 y
int x;
int y;
int addtwonum()
{
    // 函数内声明变量 x 和 y 为外部变量
    extern int x;
    extern int y;
    // 给外部变量（全局变量）x 和 y 赋值
    x = 1;
    y = 2;
    return x+y;
}
 
int main()
{
    int result;
    // 调用函数 addtwonum
    result = addtwonum();
    
    printf("result 为: %d",result);
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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result 为: 3

如果需要在一个源文件中引用另外一个源文件中定义的变量，我们只需在引用的文件中将变量加上 extern 关键字的声明即可。

addtwonum.c 文件代码：

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#include <stdio.h>
/*外部变量声明*/
extern int x ;
extern int y ;
int addtwonum()
{
    return x+y;
}

test.c 文件代码：

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#include <stdio.h>
  
/*定义两个全局变量*/
int x=1;
int y=2;
int addtwonum();
int main(void)
{
    int result;
    result = addtwonum();
    printf("result 为: %d\n",result);
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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$ gcc addtwonum.c test.c -o main
$ ./main
result 为: 3

C 中的左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

C 中有两种类型的表达式：

  1. 左值（lvalue）：指向内存位置的表达式被称为左值（lvalue）表达式。左值可以出现在赋值号的左边或右边。
  2. 右值（rvalue）：术语右值（rvalue）指的是存储在内存中某些地址的数值。右值是不能对其进行赋值的表达式，也就是说，右值可以出现在赋值号的右边，但不能出现在赋值号的左边。

变量是左值，因此可以出现在赋值号的左边。数值型的字面值是右值，因此不能被赋值，不能出现在赋值号的左边。下面是一个有效的语句：

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int g = 20;

但是下面这个就不是一个有效的语句，会生成编译时错误：

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10 = 20;

变量（学习总结）

1. 变量定义：用于为变量分配存储空间，还可为变量指定初始值。程序中，变量有且仅有一个定义。

变量声明：用于向程序表明变量的类型和名字。

定义也是声明，extern 是声明不是定义。

定义也是声明：当定义变量时我们声明了它的类型和名字。

extern 声明不是定义：通过使用 extern 关键字声明变量名而不定义它。

[注意]

​ 变量在使用前就要被定义或者声明。在一个程序中，变量只能定义一次，却可以声明多次。定义分配存储空间，而声明不会。

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extern int a;     // 声明一个全局变量 a

int a;            // 定义一个全局变量 a

extern int a =0;  // 定义一个全局变量 a 并给初值。一旦给予赋值，一定是定义，定义才会分配存储空间

int a =0;         //定义一个全局变量 a，并给初值

声明之后你不能直接使用这个变量，需要定义之后才能使用。

第四个等于第三个，都是定义一个可以被外部使用的全局变量，并给初值。

糊涂了吧，他们看上去可真像。但是定义只能出现在一处。也就是说，不管是 int a 还是 int a=0 都只能出现一次，而那个 extern int a 可以出现很多次。

当你要引用一个全局变量的时候，你就要声明 extern int a 这时候 extern 不能省略，因为省略了，就变成 int a 这是一个定义，不是声明。

2. 变量应先定义再赋值，在一个表达式中，左值必须是变量，右值可以是变量，常量或者表达式。

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#include<stdio.h>

int main()
{
    int a,b;
    a=(b=3);//注意左值 等同a=b=3,但是a=(a=b)=3是错误表示
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

3. 全局变量和局部变量在内存中的区别

全局变量保存在内存的全局存储区中，占用静态的存储单元；局部变量保存在栈中，只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。

C语言经过编译之后将内存分为以下几个区域：

  • （1）栈（stack）：由编译器进行管理，自动分配和释放，存放函数调用过程中的各种参数、局部变量、返回值以及函数返回地址。操作方式类似数据结构中的栈。
  • （2）堆（heap）：用于程序动态申请分配和释放空间。C语言中的malloc和free，C++中的new和delete均是在堆中进行的。正常情况下，程序员申请的空间在使用结束后应该释放，若程序员没有释放空间，则程序结束时系统自动回收。注意：这里的“堆”并不是数据结构中的“堆”。
  • （3）全局（静态）存储区：分为DATA段和BSS段。DATA段（全局初始化区）存放初始化的全局变量和静态变量；BSS段（全局未初始化区）存放未初始化的全局变量和静态变量。程序运行结束时自动释放。其中BBS段在程序执行之前会被系统自动清0，所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行之前已经为0。
  • （4）文字常量区：存放常量字符串。程序结束后由系统释放。
  • （5）程序代码区：存放程序的二进制代码。

显然，C语言中的全局变量和局部变量在内存中是有区别的。C语言中的全局变量包括外部变量和静态变量，均是保存在全局存储区中，占用永久性的存储单元；局部变量，即自动变量，保存在栈中，只有在所在函数被调用时才由系统动态在栈中分配临时性的存储单元。

有兴趣的读者可以运行下面的程序，分析一下运行结果。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int k1 = 1;
int k2;
static int k3 = 2;
static int k4;
int main( )
{  staticint m1=2, m2;
    inti=1;
    char*p;
    charstr[10] = "hello";
    char*q = "hello";
    p= (char *)malloc( 100 );
    free(p);
    printf("栈区-变量地址  i：%p\n", &i);
    printf("                p：%p\n", &p);
    printf("              str：%p\n", str);
    printf("                q：%p\n", &q);
    printf("堆区地址-动态申请：%p\n", p);
    printf("全局外部有初值 k1：%p\n", &k1);
    printf("    外部无初值 k2：%p\n", &k2);
    printf("静态外部有初值 k3：%p\n", &k3);
    printf("    外静无初值 k4：%p\n", &k4);
    printf("  内静态有初值 m1：%p\n", &m1);
    printf("  内静态无初值 m2：%p\n", &m2);
    printf("文字常量地址    ：%p, %s\n",q, q);
    printf("程序区地址      ：%p\n",&main);
    return0;
}

C 语言中的常量

常量是固定值，在程序执行期间不会改变。这些固定的值，又叫做字面量。

常量可以是任何的基本数据类型，比如整数常量、浮点常量、字符常量，或字符串字面值，也有枚举常量。

常量就像是常规的变量，只不过常量的值在定义后不能进行修改。

整数常量

整数常量可以是十进制、八进制或十六进制的常量。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）。后缀可以是大写，也可以是小写，U 和 L 的顺序任意。

下面列举几个整数常量的实例：

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212         /* 合法的 */
215u        /* 合法的 */
0xFeeL      /* 合法的 */
078         /* 非法的：8 不是八进制的数字 */
032UU       /* 非法的：不能重复后缀 */

以下是各种类型的整数常量的实例：

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85         /* 十进制 */
0213       /* 八进制 */
0x4b       /* 十六进制 */
30         /* 整数 */
30u        /* 无符号整数 */
30l        /* 长整数 */
30ul       /* 无符号长整数 */

浮点常量

浮点常量由整数部分、小数点、小数部分和指数部分组成。您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。

下面列举几个浮点常量的实例：

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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 */
.e55          /* 非法的：缺少整数或分数 */

字符常量

字符常量是括在单引号中，例如，’x’ 可以存储在 char 类型的简单变量中。

字符常量可以是一个普通的字符（例如 ‘x’）、一个转义序列（例如 ‘\t’），或一个通用的字符（例如 ‘\u02C0’）。

在 C 中，有一些特定的字符，当它们前面有反斜杠时，它们就具有特殊的含义，被用来表示如换行符（\n）或制表符（\t）等。下表列出了一些这样的转义序列码：

转义序列 含义
\ \ 字符
\’ ‘ 字符
\” “ 字符
\? ? 字符
\a 警报铃声
\b 退格键
\f 换页符
\n 换行符
\r 回车
\t 水平制表符
\v 垂直制表符
\ooo 一到三位的八进制数
\xhh . . . 一个或多个数字的十六进制数

下面的实例显示了一些转义序列字符：

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#include <stdio.h>
 
int main()
{
   printf("Hello\tWorld\n\n");
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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Hello   World

字符串常量

字符串字面值或常量是括在双引号 “” 中的。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。

您可以使用空格做分隔符，把一个很长的字符串常量进行分行。

下面的实例显示了一些字符串常量。下面这三种形式所显示的字符串是相同的。

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"hello, dear"

"hello, \

dear"

"hello, " "d" "ear"

定义常量

在 C 中，有两种简单的定义常量的方式：

  1. 使用 #define 预处理器。
  2. 使用 const 关键字。

#define 预处理器

下面是使用 #define 预处理器定义常量的形式：

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#define identifier value

具体请看下面的实例：

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#include <stdio.h>
 
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
 
int main()
{
 
   int area;  
  
   area = LENGTH * WIDTH;
   printf("value of area : %d", area);
   printf("%c", NEWLINE);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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value of area : 50

const 关键字

您可以使用 const 前缀声明指定类型的常量，如下所示：

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const type variable = value;

具体请看下面的实例：

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#include <stdio.h>
 
int main()
{
   const int  LENGTH = 10;
   const int  WIDTH  = 5;
   const char NEWLINE = '\n';
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   printf("value of area : %d", area);
   printf("%c", NEWLINE);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

1
value of area : 50

请注意，把常量定义为大写字母形式，是一个很好的编程实践。

两者的区别

const 定义的是变量不是常量，只是这个变量的值不允许改变是常变量！带有类型。编译运行的时候起作用存在类型检查。

define 定义的是不带类型的常数，只进行简单的字符替换。在预编译的时候起作用，不存在类型检查。

(1) 编译器处理方式不同

  • #define 宏是在预处理阶段展开。
  • const 常量是编译运行阶段使用。

(2) 类型和安全检查不同

  • #define 宏没有类型，不做任何类型检查，仅仅是展开。
  • const 常量有具体的类型，在编译阶段会执行类型检查。

(3) 存储方式不同

  • #define宏仅仅是展开，有多少地方使用，就展开多少次，不会分配内存。（宏定义不分配内存，变量定义分配内存。）
  • const常量会在内存中分配(可以是堆中也可以是栈中)。

(4) const 可以节省空间，避免不必要的内存分配。 例如：

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#define NUM 3.14159 //常量宏
const doulbe Num = 3.14159; //此时并未将Pi放入ROM中 ......
double i = Num; //此时为Pi分配内存，以后不再分配！
double I= NUM; //编译期间进行宏替换，分配内存
double j = Num; //没有内存分配
double J = NUM; //再进行宏替换，又一次分配内存！

const 定义常量从汇编的角度来看，只是给出了对应的内存地址，而不是象 #define 一样给出的是立即数，所以，const 定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝（因为是全局的只读变量，存在静态区），而 #define 定义的常量在内存中有若干个拷贝。

(5) 提高了效率。 编译器通常不为普通const常量分配存储空间，而是将它们保存在符号表中，这使得它成为一个编译期间的常量，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高。

(6) 宏替换只作替换，不做计算，不做表达式求解;

宏预编译时就替换了，程序运行时，并不分配内存。

C 语言中的存储类

存储类定义 C 程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。下面列出 C 程序中可用的存储类：

  • auto
  • register
  • static
  • extern

auto 存储类

auto 存储类是所有局部变量默认的存储类。

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{
   int mount;
   auto int month;
}

上面的实例定义了两个带有相同存储类的变量，auto 只能用在函数内，即 auto 只能修饰局部变量。

register 存储类

register 存储类用于定义存储在寄存器中而不是 RAM 中的局部变量。这意味着变量的最大尺寸等于寄存器的大小（通常是一个词），且不能对它应用一元的 ‘&’ 运算符（因为它没有内存位置）。

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{
   register int  miles;
}

寄存器只用于需要快速访问的变量，比如计数器。还应注意的是，定义 ‘register’ 并不意味着变量将被存储在寄存器中，它意味着变量可能存储在寄存器中，这取决于硬件和实现的限制。

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

全局声明的一个 static 变量或方法可以被任何函数或方法调用，只要这些方法出现在跟 static 变量或方法同一个文件中。

以下实例演示了 static 修饰全局变量和局部变量的应用：

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#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
void func1(void);
 
static int count=10;        /* 全局变量 - static 是默认的 */
 
int main()
{
  while (count--) {
      func1();
  }
  return 0;
}
 
void func1(void)
{
/* 'thingy' 是 'func1' 的局部变量 - 只初始化一次
 * 每次调用函数 'func1' 'thingy' 值不会被重置。
 */                
  static int thingy=5;
  thingy++;
  printf(" thingy 为 %d ， count 为 %d\n", thingy, count);
}

实例中 count 作为全局变量可以在函数内使用，thingy 使用 static 修饰后，不会在每次调用时重置。

可能您现在还无法理解这个实例，因为我已经使用了函数和全局变量，这两个概念目前为止还没进行讲解。即使您现在不能完全理解，也没有关系，后续的章节我们会详细讲解。当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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thingy 为 6 ， count 为 9
thingy 为 7 ， count 为 8
thingy 为 8 ， count 为 7
thingy 为 9 ， count 为 6
thingy 为 10 ， count 为 5
thingy 为 11 ， count 为 4
thingy 为 12 ， count 为 3
thingy 为 13 ， count 为 2
thingy 为 14 ， count 为 1
thingy 为 15 ， count 为 0

extern 存储类

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当您使用 extern 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当您有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

extern 修饰符通常用于当有两个或多个文件共享相同的全局变量或函数的时候，如下所示：

第一个文件：main.c

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#include <stdio.h>
 
int count ;
extern void write_extern();
 
int main()
{
   count = 5;
   write_extern();
}

第二个文件：support.c

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#include <stdio.h>
 
extern int count;
 
void write_extern(void)
{
   printf("count is %d\n", count);
}

在这里，第二个文件中的 extern 关键字用于声明已经在第一个文件 main.c 中定义的 count。现在 ，编译这两个文件，如下所示：

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$ gcc main.c support.c

这会产生 a.out 可执行程序，当程序被执行时，它会产生下列结果：

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count is 5

储存类（学习总结）

auto 是局部变量的默认存储类, 限定变量只能在函数内部使用；

register 代表了寄存器变量，不在内存中使用；

static是全局变量的默认存储类,表示变量在程序生命周期内可见；

extern 表示全局变量，即对程序内所有文件可见，类似于Java中的public关键字；

auto 普通局部栈变量，是自动存储，这种对象会自动创建和销毁 ，建议这个变量要放在堆栈上面，调用函数时分配内存，函数结束时释放内存。一般隐藏auto默认为自动存储类别。我们程序都变量大多是自动变量。

实例 auto.c

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    auto int i = 9; /* 声明局部变量的关键字是 auto; 因可以省略, 几乎没人使用 */   
    printf("%d\n", i);  
    getchar();
    return 0;
}

Register变量：动态和静态变量都是存放在内存中，程序中遇到该值时用控制器发指令将变量的值送到运算器中，需要存数再保存到内存中。如果频繁使用一个变量，比如一个函数体内的多次循环每次都引用该局部变量，我们则可以把局部变量的值放到CPU的寄存器中，叫寄存器变量。不需要多次到内存中存取提高效率。但是只能局部自动变量和形参可以做寄存器变量。在函数调用时占用一些寄存器，函数结束时释放。不同系统对register要求也不一样，比如对定义register变量个数，数据类型等限制，有的默认为自动变量处理。所以在程序一般也不用。

实例 register.c

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#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define TIME 1000000000
int m, n = TIME; /* 全局变量 */

int main(void)
{   
    time_t start, stop;
    register int a, b = TIME; /* 寄存器变量 */
    int x, y = TIME;          /* 一般变量   */

    time(&start);
    for (a = 0; a < b; a++);
    time(&stop);
    printf("寄存器变量用时: %ld 秒\n", stop - start);
    
    time(&start);
    for (x = 0; x < y; x++);
    time(&stop);
    printf("一般变量用时: %ld 秒\n", stop - start);
    
    time(&start);
    for (m = 0; m < n; m++);
    time(&stop);
    printf("全局变量用时: %ld 秒\n", stop - start);

    return 0;
}

输出结果：

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寄存器变量用时: 1 秒
一般变量用时: 8 秒
全局变量用时: 9 秒

static 的用法

用来说明静态变量 ，如果是在函数的，那么其效果和全局变量类似 。但是，static定义的变量只能在当前 c 程序文件中使用，在另一个 c 代码里面 ， 即使使用 extern 关键词也不能访问这个static变量。如果实在函数内部定义的，那么这个变量只初始化一次，即使再次调用这个函数，这个static变量也不会再次初始化 ， 这个变量的取值就会一直保存着，也就是说，当你再次调用这个函数的时候，里面用到这个static变量时，就会发现，它还是上一次函数调用时的结果。

实例 static.c:

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#include <stdio.h>

void varfunc(void)
{
    int var=0;
    static int static_var=0;
    printf("var equal: %d\n",var);
    printf("static_var equal: %d\n",static_var);
    printf("");
    var++;
    static_var++;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    for(i=0;i<3;i++)
        varfunc();
    return 0;
}

运行结果如下：

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var equal: 0
static_var equal: 0
var equal: 0
static_var equal: 1
var equal: 0
static_var equal: 2

由此可见，用static修饰的局部变量只初始化一次。

C 语言中全局变量、局部变量、静态全局变量、静态局部变量的区别

从作用域看：

1、全局变量具有全局作用域。全局变量只需在一个源文件中定义，就可以作用于所有的源文件。当然，其他不包含全局变量定义的源文件需要用extern 关键字再次声明这个全局变量。

2、静态局部变量具有局部作用域，它只被初始化一次，自从第一次被初始化直到程序运行结束都一直存在，它和全局变量的区别在于全局变量对所有的函数都是可见的，而静态局部变量只对定义自己的函数体始终可见。

3、局部变量也只有局部作用域，它是自动对象（auto），它在程序运行期间不是一直存在，而是只在函数执行期间存在，函数的一次调用执行结束后，变量被撤销，其所占用的内存也被收回。

4、静态全局变量也具有全局作用域，它与全局变量的区别在于如果程序包含多个文件的话，它作用于定义它的文件里，不能作用到其它文件里，即被static关键字修饰过的变量具有文件作用域。这样即使两个不同的源文件都定义了相同名字的静态全局变量，它们也是不同的变量。

从分配内存空间看：

1、全局变量，静态局部变量，静态全局变量都在静态存储区分配空间，而局部变量在栈里分配空间

2、全局变量本身就是静态存储方式， 静态全局变量当然也是静态存储方式。这两者在存储方式上并无不同。这两者的区别虽在于非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，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。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用，因此可以避免在其它源文件中引起错误。

  • 1)静态变量会被放在程序的静态数据存储区(全局可见)中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。
  • 2)变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

从以上分析可以看出， 把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。因此static 这个说明符在不同的地方所起的作用是不同的。应予以注意。

Tips:

  • A.若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；
  • B.若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；
  • C.设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题，因为他们都放在静态数据存储区，全局可见；
  • D.如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量(这样的函数被称为：带”内部存储器”功能的的函数)
  • E.函数中必须要使用static变量情况:比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。

WEI.ZHOU大眼睛工程师

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