C语言快速入门

开发环境#

任意文本编辑器以及 C 编译器。本文选择 gcc ↗ 在 Linux 上开发和调试。

安装 gcc#

使用包管理器安装 gcc。某些发行版可能已经自带 gcc。

# Debian / Ubuntu
sudo apt install gcc

# Redhat / CentOS / Fedora
sudo dnf install gcc

# Arch Linux / Manjaro
sudo pacman -S gcc

bash

通过 Homebrew ↗ 安装。

brew install gcc

bash

手动安装 MinGW ↗ 或通过 winget ↗ 安装。

winget install -e --id Mingw.Mingw

bash

文本编辑器#

你可以使用任意文本编辑器，推荐 VSCode ↗。

Hello World#

创建 main.c 文件并编辑。

main.c

#include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello, World!\n");
  return 0;
}

编译代码，运行程序。

gcc main.c -o main
./main
# Hello, World!

bash

include 预处理指令#

在 C 语言中，以 # 开头的行是预处理器指令。#include <stdio.h> 告诉编译器：在编译之前先包含标准输入输出库（Standard Input Output）的信息，这样我们就可以使用 printf 等函数。

main 函数#

main 函数是程序的入口点。C 程序执行时，从这里开始。

int main() {
  // 代码逻辑
  return 0; // 程序结束，返回 0 表示成功
}

基本类型#

变量和类型#

变量是用于存储数据的容器，C 语言以以下的方式定义或声明变量。

int a = 10; // 定义并初始化为 10
int b;      // 声明但不初始化，仅分配一块内存

常见的变量类型有：

int: 整数，如 10, -5，现代计算机上通常为 32 位
float: 单精度浮点数，例如 3.14
double: 双精度浮点数，精度更高
char: 单个字符，例如 ‘A’, ‘z’

float 和 double 的区别在于精度，float 通常为 32 位，double 通常为 64 位。其二进制存储方式遵循 IEEE 754 标准 ↗，你可以在IEEE 754 Visualizer ↗直观地了解其存储原理。

#include <stdio.h>

int main() {
  int a = 10;
  double b = 3.14159;
  char c = 'A';

  // %d 格式化打印整数，%f 格式化打印浮点数，%c 格式化打印字符
  printf("a = %d, b = %f, c = %c\n", a, b, c);
  // a = 10, b = 3.141590, c = A
  return 0;
}

更多基本类型信息可以参考 C 标准 ↗。

数组和字符串#

数组是存储多个相同类型数据的容器。C 语言中没有专门的字符串类型，而是使用字符数组。数组下标从 0 开始。

#include <stdio.h>

int main() {
  int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
  char str[] = "Hello";

  printf("arr[2] = %d, str = %s\n", arr[2], str);
  // arr[2] = 3, str = Hello
  return 0;
}

C 语言规定字符串必须以空字符 \0（数值为零的字符）结尾。不像其他高级语言对字符串的封装，C 语言中的字符串只是一个 char[] 数组，程序并不能直接得到数组的长度（之后会提到为什么），因此通过遍历字符直到 \0 来确定字符串在哪里结束。

在定义 char str[] = "Hello"; 时，C 语言会自动在字符串末尾添加 \0，因此虽然只有 5 个字符，但 str 的长度为 6。

printf("%zu\n", sizeof(str));
// 6

如果字符串不以 \0 结尾，程序可能无法正确识别字符串的结束位置，继续连续遍历其后内存，导致未定义行为。

逻辑控制#

条件分支#

if ... else 根据条件执行不同的代码块。

int num = 10;
if (num > 0) {
  printf("正数\n");
} else if (num < 0) {
  printf("负数\n");
} else {
  printf("零\n");
}

选择分支#

switch 用于多条件判断。

char grade = 'B';
switch (grade) {
  case 'A':
    printf("优秀\n");
    break; // 跳出 switch，如果不加会继续向下执行
  case 'B':
    printf("良好\n");
    break;
  default:
    printf("其他\n");
}

结构#

当我们知道循环次数时可以使用 for 循环。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
  printf("i = %d\n", i);
}

需要重复执行直到达成某个条件，不知道具体次数时，可以用 while 循环。

int i = 0;
while (i < 5) {
  printf("i = %d\n", i);
  ++i;
}

函数#

函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C 程序都至少有一个函数，即 main 函数。

定义与调用#

函数由返回类型、函数名、参数列表和函数体组成。

#include <stdio.h>

// 函数定义：返回 int，接收两个 int 参数
int add(int x, int y) {
  return x + y;
}

int main() {
  int result = add(5, 3); // 函数调用
  printf("result: %d\n", result);
  return 0;
}

声明#

不同于其他语言，C 语言在调用函数时，该函数必须被声明过。尝试下面的示例，我们把 add 函数移动到 main 下方，代码就不能通过编译了。

#include <stdio.h>

int main() {
  int result = add(5, 3); // 错误：隐式声明函数‘add’ [-Wimplicit-function-declaration]
  printf("result: %d\n", result);
  return 0;
}

int add(int x, int y) {
  return x + y;
}

为了解决这个问题，我们可以在调用函数之前先声明函数。下面这个代码可以正常编译。

#include <stdio.h>

// 函数声明：不需要函数体，以分号结尾
int add(int x, int y);

int main() {
  int result = add(5, 3);
  printf("result: %d\n", result);
  return 0;
}

// 函数定义
int add(int x, int y) {
  return x + y;
}

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C指针和结构体

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