1. 简介
C语言是一种通用的编程语言，广泛应用于系统编程、嵌入式系统和高性能应用程序。它由Dennis Ritchie在1972年开发，并且至今仍然非常流行。C语言以其高效、灵活和强大的功能著称，是许多现代编程语言的基础。
2. 基本语法
2.1 Hello, World!程序
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello, World!\n");
return 0;
}
#include <stdio.h>：包含标准输入输出库。int main()：程序的主函数。printf：输出函数，用于打印字符串。return 0：返回0表示程序成功结束。
2.2 注释
C语言支持单行注释和多行注释：
// 这是单行注释
/*
这是多行注释
*/
3. 数据类型和变量
3.1 基本数据类型
C语言有以下几种基本数据类型：
- 整型（int）
- 浮点型（float, double）
- 字符型（char）
int a = 10;
float b = 5.5;
char c = 'A';
3.2 变量声明和初始化
变量声明和初始化可以在同一行完成：
int x = 5;
float y = 3.14;
char z = 'A';
3.3 常量
使用const关键字定义常量：
const int MAX = 100;
| 数据类型 | 描述 |
|---|---|
| int | 整型 |
| float | 浮点型 |
| double | 双精度浮点型 |
| char | 字符型 |
| const | 常量 |
4. 运算符
4.1 算术运算符
C语言支持以下算术运算符：
+：加法-：减法*：乘法/：除法%：取模
int a = 10, b = 3;
int sum = a + b; // sum = 13
int diff = a - b; // diff = 7
int prod = a * b; // prod = 30
int quot = a / b; // quot = 3
int mod = a % b; // mod = 1
4.2 关系运算符
关系运算符用于比较两个值：
==：等于!=：不等于>：大于<：小于>=：大于等于<=：小于等于
int x = 5, y = 10;
int result = (x == y); // result = 0 (false)
result = (x != y); // result = 1 (true)
result = (x > y); // result = 0 (false)
result = (x < y); // result = 1 (true)
4.3 逻辑运算符
逻辑运算符用于组合多个条件：
&&：逻辑与||：逻辑或!：逻辑非
int a = 1, b = 0;
int result = (a && b); // result = 0 (false)
result = (a || b); // result = 1 (true)
result = !a; // result = 0 (false)
4.4 赋值运算符
赋值运算符用于给变量赋值：
=：赋值+=：加后赋值-=：减后赋值*=：乘后赋值/=：除后赋值%=：模后赋值
int a = 10;
a += 5; // a = 15
a -= 3; // a = 12
a *= 2; // a = 24
a /= 4; // a = 6
a %= 4; // a = 2
4.5 位运算符
位运算符用于操作二进制位：
&：按位与|：按位或^：按位异或~：按位取反<<：左移>>：右移
int a = 5, b = 3; // a = 0101, b = 0011
int result = a & b; // result = 0001 (1)
result = a | b; // result = 0111 (7)
result = a ^ b; // result = 0110 (6)
result = ~a; // result = 11111111111111111111111111111010 (-6)
result = a << 1; // result = 1010 (10)
result = a >> 1; // result = 0010 (2)
4.6 其他运算符
? :：三元运算符
int a = 10, b = 20;
int max = (a > b) ? a : b; // max = 20
| 运算符 | 描述 |
|---|---|
| +, -, *, /, % | 算术运算符 |
| ==, !=, >, <, >=, <= | 关系运算符 |
| &&, | |
| =, +=, -=, *=, /=, %= | 赋值运算符 |
| &, | , ^, ~, <<, >> |
| ? : | 三元运算符 |
4.7 综合示例
#include <stdio.h>
int main() {
int a = 10, b = 20;
int sum = a + b;
int diff = a - b;
int prod = a * b;
int quot = a / b;
int mod = a % b;
if (a > b) {
printf("a is greater than b\n");
} else {
printf("a is not greater than b\n");
}
int max = (a > b) ? a : b;
printf("The maximum value is: %d\n", max);
return 0;
}
5. 控制结构
5.1 条件语句
5.1.1 if语句
int x = 5;
if (x > 0) {
printf("x is positive\n");
}
5.1.2 if-else语句
int x = -5;
if (x > 0) {
printf("x is positive\n");
} else {
printf("x is non-positive\n");
}
5.1.3 switch语句
int day = 3;
switch (day) {
case 1:
printf("Monday\n");
break;
case 2:
printf("Tuesday\n");
break;
case 3:
printf("Wednesday\n");
break;
default:
printf("Invalid day\n");
}5.2 循环语句
循环语句允许重复执行某段代码，直到满足特定条件。C语言支持三种主要的循环语句：for循环、while循环和do-while循环。
5.2.1 for循环
for循环通常用于需要明确知道循环次数的场景。
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("i = %d\n", i);
}
- 初始化：
int i = 0，在循环开始前执行。 - 条件：
i < 5，在每次循环前检查，如果条件为真，则执行循环体。 - 迭代：
i++，在每次循环结束后执行。
5.2.2 while循环
while循环在每次迭代前检查条件，如果条件为真，则执行循环体。
int i = 0;
while (i < 5) {
printf("i = %d\n", i);
i++;
}
5.2.3 do-while循环
do-while循环先执行循环体，然后再检查条件。如果条件为真，则继续循环。
int i = 0;
do {
printf("i = %d\n", i);
i++;
} while (i < 5);
| 循环类型 | 描述 |
|---|---|
for | 适用于已知循环次数的情况 |
while | 适用于循环次数不确定，但需要在每次迭代前检查条件的情况 |
do-while | 适用于至少需要执行一次循环体的情况 |
5.3 跳转语句
跳转语句用于改变程序的执行流程。C语言支持以下跳转语句：break、continue和goto。
5.3.1 break
break语句用于立即退出循环或switch语句。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
break;
}
printf("i = %d\n", i);
}
5.3.2 continue
continue语句用于跳过当前迭代，继续下一次循环。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
continue;
}
printf("i = %d\n", i);
}
5.3.3 goto
goto语句用于无条件跳转到程序中的指定标签。应谨慎使用goto，因为它可能导致代码难以理解和维护。
int i = 0;
start:
printf("i = %d\n", i);
i++;
if (i < 5) {
goto start;
}
| 跳转语句 | 描述 |
|---|---|
break | 立即退出循环或switch语句 |
continue | 跳过当前迭代，继续下一次循环 |
goto | 无条件跳转到指定标签 |
5.4 综合示例
#include <stdio.h>
int main() {
// for 循环示例
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("for loop: i = %d\n", i);
}
// while 循环示例
int j = 0;
while (j < 5) {
printf("while loop: j = %d\n", j);
j++;
}
// do-while 循环示例
int k = 0;
do {
printf("do-while loop: k = %d\n", k);
k++;
} while (k < 5);
// break 和 continue 示例
for (int l = 0; l < 10; l++) {
if (l == 5) {
break; // 退出循环
}
if (l % 2 == 0) {
continue; // 跳过当前迭代
}
printf("break and continue: l = %d\n", l);
}
return 0;
}
6. 函数
函数是组织代码的一种方式，能够提高代码的重用性和可读性。C语言中的函数包括函数定义和函数声明。
6.1 函数的定义和声明
函数定义包括函数的返回类型、函数名、参数列表和函数体。函数声明则是在函数使用前声明其类型和参数。
// 函数声明
int add(int x, int y);
// 函数定义
int add(int x, int y) {
return x + y;
}
int main() {
int result = add(3, 4);
printf("Result: %d\n", result);
return 0;
}
6.2 函数参数和返回值
函数可以接受参数并返回值。参数在函数定义时指定，调用时传递。
int multiply(int a, int b) {
return a * b;
}
int main() {
int result = multiply(5, 6);
printf("Result: %d\n", result);
return 0;
}
6.3 递归函数
递归函数是指一个函数在其定义中调用自身。递归需要一个终止条件，否则会导致无限递归。
int factorial(int n) {
if (n == 0) {
return 1;
}
return n * factorial(n - 1);
}
int main() {
int result = factorial(5);
printf("Factorial: %d\n", result);
return 0;
}
6.4 函数指针
函数指针是指向函数的指针，可以用来调用函数。
#include <stdio.h>
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
int (*func_ptr)(int, int) = add;
int result = func_ptr(3, 4);
printf("Result: %d\n", result);
return 0;
}
| 函数类型 | 描述 |
|---|---|
| 普通函数 | 定义和声明函数，接受参数并返回值 |
| 递归函数 | 在函数定义中调用自身 |
| 函数指针 | 指向函数的指针，用于调用函数 |
6.5 综合示例
#include <stdio.h>
// 函数声明
int add(int x, int y);
int multiply(int a, int b);
int factorial(int n);
// 函数定义
int add(int x, int y) {
return x + y;
}
int multiply(int a, int b) {
return a * b;
}
int factorial(int n) {
if (n == 0) {
return 1;
}
return n * factorial(n - 1);
}
int main() {
int sum = add(3, 4);
int product = multiply(5, 6);
int fact = factorial(5);
printf("Sum: %d\n", sum);
printf("Product: %d\n", product);
printf("Factorial: %d\n", fact);
// 函数指针
int (*func_ptr)(int, int) = add;
int result = func_ptr(7, 8);
printf("Function pointer result: %d\n", result);
return 0;
}7. 数组
数组是存储相同类型数据的集合。C语言支持一维数组和多维数组。
7.1 一维数组
一维数组是最简单的数组形式，用于存储一组相同类型的数据。
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
7.2 多维数组
多维数组是数组的数组，可以用于存储更复杂的数据结构。
int matrix[2][3] = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6}
};
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
printf("matrix[%d][%d] = %d\n", i, j, matrix[i][j]);
}
}
7.3 字符串（字符数组）
字符串在C语言中表示为字符数组，以空字符\0结尾。
char str[] = "Hello, World!";
printf("%s\n", str);
7.4 数组与指针的关系
数组名实际上是一个指向数组首元素的指针。
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 数组名即为数组首元素的地址
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d, *(p + %d) = %d\n", i, arr[i], i, *(p + i));
}
| 数组类型 | 描述 |
|---|---|
| 一维数组 | 存储一组相同类型的数据 |
| 多维数组 | 数组的数组，用于存储更复杂的数据结构 |
| 字符串 | 字符数组，以空字符\0结尾 |
| 数组与指针 | 数组名是指向数组首元素的指针 |
7.5 综合示例
#include <stdio.h>
int main() {
// 一维数组示例
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
// 多维数组示例
int matrix[2][3] = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6}
};
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
printf("matrix[%d][%d] = %d\n", i, j, matrix[i][j]);
}
}
// 字符串示例
char str[] = "Hello, World!";
printf("%s\n", str);
// 数组与指针的关系示例
int *p = arr; // 数组名即为数组首元素的地址
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d, *(p + %d) = %d\n", i, arr[i], i, *(p + i));
}
return 0;
}
8. 指针
指针是C语言中非常重要的概念，用于存储变量的地址。指针的灵活性和强大功能使其在C语言编程中广泛应用。
8.1 指针的基本概念
指针是一个变量，其值为另一个变量的地址。
int a = 10;
int *p = &a; // p是一个指针，存储了变量a的地址
printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p); // *p表示指针p指向的变量的值
8.2 指针的声明和初始化
指针的声明和初始化如下：
int a = 10;
int *p = &a; // 声明一个指向int类型的指针，并初始化为变量a的地址
8.3 指针运算
指针可以进行加减运算和比较运算。
- 指针加减运算
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
p = p + 2; // 指针指向第三个元素
printf("*p = %d\n", *p); // 输出3
- 指针比较运算
int *p1 = arr;
int *p2 = arr + 2;
if (p1 < p2) {
printf("p1 points to an earlier element than p2\n");
}
8.4 指针与数组
指针和数组有着密切的关系，数组名实际上是一个指向数组首元素的指针。
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 数组名即为数组首元素的地址
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d, *(p + %d) = %d\n", i, arr[i], i, *(p + i));
}
8.5 函数中的指针参数
指针可以作为函数参数传递，允许函数修改调用者的变量。
void swap(int *a, int *b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
int main() {
int x = 10, y = 20;
swap(&x, &y);
printf("x = %d, y = %d\n", x, y); // 输出x = 20, y = 10
return 0;
}
8.6 指向指针的指针
指针不仅可以指向普通变量，还可以指向其他指针。
int a = 10;
int *p = &a;
int **pp = &p; // pp是一个指向指针p的指针
printf("a = %d, *p = %d, **pp = %d\n", a, *p, **pp);
8.7 动态内存分配
C语言提供了一组函数用于动态分配和释放内存。
malloc：分配指定字节数的内存calloc：分配指定数量的内存块，并初始化为零realloc：重新分配内存free：释放内存
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
// 使用malloc分配内存
int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
arr[i] = i + 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
// 释放内存
free(arr);
return 0;
}
| 指针类型 | 描述 |
|---|---|
| 普通指针 | 存储变量的地址 |
| 指向指针的指针 | 存储指针的地址 |
| 动态内存分配 | 使用malloc, calloc, realloc, free进行内 |
8.8 综合示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 函数声明
void swap(int *a, int *b);
int main() {
// 指针基本操作
int a = 10;
int *p = &a;
printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p);
// 指针运算
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
p = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("arr[%d] = %d, *(p + %d) = %d\n", i, arr[i], i, *(p + i));
}
// 函数中的指针参数
int x = 10, y = 20;
swap(&x, &y);
printf("x = %d, y = %d\n", x, y);
// 指向指针的指针
int **pp = &p;
printf("a = %d, *p = %d, **pp = %d\n", a, *p, **pp);
// 动态内存分配
int *dynamicArr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
if (dynamicArr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
dynamicArr[i] = i + 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("dynamicArr[%d] = %d\n", i, dynamicArr[i]);
}
free(dynamicArr);
return 0;
}
void swap(int *a, int *b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
结论
本文详细介绍了C语言的基础知识，从基本语法、变量、控制结构、函数、数组一直到指针。通过代码示例和表格总结，帮助你更好地理解各个知识点。希望这些内容能够为你打下坚实的基础，进一步深入学习C语言。
综合示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
// 函数声明
// add 函数用于返回两个整数的和
int add(int x, int y);
// swap 函数用于交换两个整数的值
void swap(int *a, int *b);
// factorial 函数用于计算一个整数的阶乘
int factorial(int n);
// printArray 函数用于打印数组的内容
void printArray(int *arr, int size);
// initializeMatrix 函数用于初始化一个2x3的矩阵
void initializeMatrix(int matrix[2][3]);
int main() {
// 基本数据类型和变量
int a = 10; // 整型变量
float b = 5.5; // 浮点型变量
char c = 'A'; // 字符型变量
const int MAX = 100; // 常量，值不可改变
// 算术运算符和关系运算符的使用
int sum = add(a, 5); // 调用 add 函数计算 a 和 5 的和
if (sum > MAX) { // 使用关系运算符比较 sum 和 MAX
printf("Sum is greater than MAX\n");
} else {
printf("Sum is less than or equal to MAX\n");
}
// 逻辑运算符
if (a > 0 && b > 0) { // 使用逻辑运算符检查 a 和 b 是否都为正数
printf("a and b are positive\n");
}
// 控制结构
// 条件语句
if (a > 0) { // if 语句检查条件是否为真
printf("a is positive\n");
} else if (a == 0) { // else if 语句检查另一个条件
printf("a is zero\n");
} else { // else 语句处理所有其他情况
printf("a is negative\n");
}
// switch 语句
switch (c) { // 根据变量 c 的值执行相应的 case 语句
case 'A':
printf("Character is A\n");
break; // break 语句用于退出 switch 语句
case 'B':
printf("Character is B\n");
break;
default: // default 语句处理所有未匹配的情况
printf("Character is not A or B\n");
}
// 循环语句
// for 循环
for (int i = 0; i < 5; i++) { // for 循环用于重复执行代码块，直到条件为假
printf("for loop: i = %d\n", i);
}
// while 循环
int j = 0;
while (j < 5) { // while 循环在每次迭代前检查条件
printf("while loop: j = %d\n", j);
j++;
}
// do-while 循环
int k = 0;
do { // do-while 循环先执行代码块，然后检查条件
printf("do-while loop: k = %d\n", k);
k++;
} while (k < 5);
// 跳转语句
for (int l = 0; l < 10; l++) {
if (l == 5) {
break; // 退出循环
}
if (l % 2 == 0) {
continue; // 跳过当前迭代
}
printf("break and continue: l = %d\n", l);
}
// 数组和指针
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义一个包含5个整数的一维数组
printArray(arr, 5); // 调用 printArray 函数打印数组内容
// 函数中的指针参数
int x = 10, y = 20;
swap(&x, &y); // 调用 swap 函数交换 x 和 y 的值
printf("After swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
// 递归函数
int fact = factorial(5); // 调用 factorial 函数计算 5 的阶乘
printf("Factorial of 5: %d\n", fact);
// 多维数组
int matrix[2][3]; // 定义一个2x3的二维数组
initializeMatrix(matrix); // 调用 initializeMatrix 函数初始化矩阵
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
printf("matrix[%d][%d] = %d\n", i, j, matrix[i][j]);
}
}
// 字符串
char str[] = "Hello, World!"; // 定义一个字符串（字符数组）
printf("%s\n", str);
// 动态内存分配
int *dynamicArr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // 使用 malloc 分配内存
if (dynamicArr == NULL) { // 检查内存分配是否成功
printf("Memory allocation failed\n");
return 1;
}
for (int i = 0; i < 5; i++) {
dynamicArr[i] = i + 1; // 初始化动态数组
}
printArray(dynamicArr, 5); // 打印动态数组内容
free(dynamicArr); // 释放动态分配的内存
return 0;
}
// 函数定义
int add(int x, int y) {
// 返回两个整数的和
return x + y;
}
void swap(int *a, int *b) {
// 交换两个整数的值
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
int factorial(int n) {
// 递归计算整数 n 的阶乘
if (n == 0) {
return 1;
}
return n * factorial(n - 1);
}
void printArray(int *arr, int size) {
// 打印数组的内容
for (int i = 0; i < size; i++) {
printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
}
void initializeMatrix(int matrix[2][3]) {
// 初始化一个2x3的矩阵
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
matrix[i][j] = i * 3 + j + 1; // 按顺序赋值
}
}
}
