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第二章 C语言基本概念

编写一个简单的C程序

程序：显示双关语

这是经典C的一个示例：

// pun.c
#include <stdio.h>

main()
{
    printf("To C, or not to C: that is the question.\n");
}

编译和链接

首先，需要一个.c文件保存程序代码，接下来需要把程序转换为机器可以执行的形式。通常包含下列三个步骤：

  • 预处理。首先会把程序送交给预处理器（ preprocessor ）。预处理器执行以#开头的命令。

  • 编译。修改后的程序现在可以进入编译器（ compiler ）了。编译器会把程序翻译成机器指令（即目标代码， object code ）。

  • 链接。链接器（ linker ）把由编译器产生的目标代码和任何其他附加代码整合在一起，产生完全可执行的程序。

这个过程可以一步完成，即：

cc pun.c

在编译和链接好程序后，编译器 cc 会把可执行程序放到默认名为 a.out 的文件中。编译器 cc 有许多选项，其中 -o 允许给可执行程序选择一个名字：

cc -o pun pun.c

如果使用 gcc 进行编译，那么建议在编译时采用 -Wall 选项：

gcc -Wall -o pun pun.c

也可以手动分布完成：

cc -o main.i -E main.c # 预编译
cc -o main.o -c main.i # 编译
cc -o main main.o      # 链接

简单程序的一般形式

形式如：

指令

int main()
{
    语句
}

指令

在编译C程序之前，预处理器会首先对C程序进行编辑。我们把预处理器执行的命令称为指令。这里只关注 #include 指令。

#include <stdio.h>

这条指令说明，在编译前把 stdio.h 中的信息“包含”到程序中。这段程序中包含 stdio,h 的原因是：C语言没有内置的“读”和“写”命令。因此，进行输入/输出操作就需要用标准库中的函数来实现。

这里是指预所有指令都是以#开头。一条指令必须占据一行，且不留分号结尾。

函数

函数是用来构建程序的一个构建块。C程序就是函数的集合。函数分为两大类：一类是程序员编写的函数，另一类则是由C语言的实现所提供的函数。后者可以称为库函数（ library function ）。

在C语言中，函数仅仅是一系列组合在一起并且赋予了名字的语句。某些函数计算一个值，而某些函数不是。计算出一个值的函数可以用 return 语句来指定所“返回”的值。

每个程序必须有一个 main 函数。 main 函数是非常特殊的：在执行程序时系统会自动调用 main 函数。

main 函数在程序终止时向操作系统返回一个状态码。 pun 程序始终让 main 函数返回0，0表明程序正常终止。

建议加入 return 语句，如果不这样做，某些编译器可能会产生一条警告信息：

// pun.c
#include <stdio.h>

main()
{
    printf("To C, or not to C: that is the question.\n");
    return 0;
}

语句

语句是程序运行时执行的命令。每条语句都要以分号结尾。

一条语句可以占据多行。

程序 pun.c 只用到了两种语句。一种是返回语句，一种则是函数调用（ function call ）语句。为了在屏幕上显示一条字符串就调用了 printf 函数。

显示字符串

我们用 printf 函数显示了一条字符串字面量（ string literal ）。字符串字面量是用一对双引号包围的一系列字符。

当打印结束时， printf 函数不会自动跳转到下一输出行。为了让 printf 跳转到下一行，必须要在打印的字符串中包含一个 \n （换行符）。写换行符就意味着终止当前行，然后把后续的输出转到下一行进行。

换行符可以在一个字符串字面量中出现多次。比如：

printf("Brevity is the soul of wit.\n -- Shakespeare\n");

注释

注释就是代码的说明。在预编译后，注释会移除出代码。

例如：

/* This is a comment */

为 pun.c 增加注释：

/*  Name: pun.c
    Purpose: Prints a bad pun.
    Author: K.N.King
    Data written: 5/21/95
*/

变量和赋值

变量（ variable ）就是用来存储数据的存储单元。

类型

一个变量必须有一个类型。类型决定了存储单元的大小和对变量的操作方式。

int 型变量可以存储整数，例如0、1、392或者-2553，但是，整数的取值范围是受限制的。某些计算机上，int型数值的最大取值仅仅是32767。

float 型变量可以存储更大的数值，而且，float型变量可以存储带小数位的数据，例如379.125。但是，float 型变量有一些缺陷，即这类变量需要的存储空间要大于 int 型变量。而且，进行算术运算时 float 型变量通常比 int 型变量慢。另外， float 型变量所存储的数值往往只是实际数值的一个近似值。

声明

在使用变量前，必须对其进行声明，这也是为了便于编译器工作。例如，声明变量 height 的方式如：

int height;

如果几个变量具有相同的类型，就可以把它们的声明合并：

int height, length, width;

当 main 函数包含声明时，必须把声明放置在语句之前：

main()
{
    声明
    语句
}

赋值

变量可以通过赋值（ assignment ）的方式获得一个值。例如：

height = 8;
volume = height * length * width;

赋值运算符的右侧可以是一个含有常量、变量和运算符的公式（表达式， expression ）。

显示变量的值

用 printf 可以显示当前变量的值。

printf("Height: %d\n", height);

占位符 %d 用来指明在打印过程中变量 height 的值的显示位置。 %d 仅用于 int 型变量，如果要打印 float 型变量，需要用 %f 来代替。默认情况下， %f 会显示小数点后6位数字，若需要显示小数点后n位数字，则可以把 .n 放置在%和f之间。

printf("Profit: $%.2f\n", profit);

初始化

当程序开始执行时，某些变量会被自动设置为0，而大多数变量则不会。没有默认值并且尚未在程序中被赋值的变量是未初始化的（ uninitialized ）。

使用初始化式对其变量进行初始化，如：

int a = 0;

读入输入

为了获取输入，就要用到 scanf 函数。 scanf 中的字母f和 printf 中的f含义相同，都是表示“格式化”的意思。 scanf 和 printf 函数都需要使用格式串（ format string ）来说明输入或输出的样式。

为了读取一个 int 型数值，可以使用如下的 scanf 函数调用。

scanf("%d", &i);

字符串“%d”说明 scanf 读入的是一个整数，i是一个 int 型变量，用来存储读入的输入。

读入一个 float 型数值时，需要这样的 scanf 调用：

scanf("%f", &x);

%f只适用于 float 型变量。

定义常量

常量（ constant ）是在程序执行过程中固定不变的量。当程序含有常量时，建议给这些常量命名。方式是使用宏定义（ macro defination ）。

#define N 4

这里的 #define 是预处理指令。当程序进行编译时，预处理器会把每一个宏用其表示的值替换回来。

此外，还可以利用宏来定义表达式：

#define SCALE_FACTOR (5.0 / 9.0)

当宏包含运算时，必须用括号把表达式括起来。

宏的名字一般用大写字母，这是大多数程序员遵守的规范。

标识符

标识符就是函数、变量、宏等实体的名字。

标识符由字母、数字和下划线组成，且区分大小写。必须以字母或下划线开头。

为了使名字清晰，可以使用两种命名风格：

symbol_table
SymbolTable

关键字

关键字（ keyword ）对编译器而言都有特殊的含义，因此标识符不能和关键字一样。

所有的关键字见书本p19

C语言程序的布局

C程序可以被看成一连串的记号（ token ）。记号就是无法分割的字符组。

标识符、关键字、运算符、字符串等都是记号。

记号之间可以有空格，换行等字符。

有记号的概念后，C程序就可以这样书写：

  • 语句可以放到多行内。对于很长的语句这样很合适。

  • 记号间的空格可以更容易区分记号。比如运算符两边加空格方便阅读。

  • 缩进有助于识别程序嵌套。

  • 空行可以把程序划分为逻辑单元。