what's C?

好的，我们来系统地复习一下《C程序设计语言（第二版）》（即ANSI C版本）的核心知识点。这本书由C语言之父Dennis Ritchie和Brian Kernighan编写，是学习C语言的圣经。

我们将按照书籍的大致结构，分为以下几个核心部分进行复习：

第一部分：基础语法与结构

1. 第一个程序与编译运行

#include <stdio.h> // 预处理指令，包含标准输入输出库

int main() {      // 主函数，程序入口
    printf("hello, world\n"); // 输出语句
    return 0;      // 返回值，0表示成功
}

• 编译链接过程：源文件 (.c) -> 编译器 -> 目标文件 (.o/.obj) -> 链接器 -> 可执行文件 (.exe/.out)
• main() 函数是必须的，int main(void) 或 int main(int argc, char *argv[]) 是标准形式。

2. 变量、数据类型与常量

• 基本数据类型：
  • int：整型
  • float, double：浮点型
  • char：字符型
• 限定符：
  • short, long：修饰整型，如 long int
  • signed, unsigned：指定符号性
• 常量：
  • 整型常量：123, 0x1F (十六进制), 017 (八进制)
  • 浮点常量：3.14, .2, 1e-5
  • 字符常量：'a', '\n' (转义字符)
  • 字符串常量："Hello"
  • 使用 const 关键字或 #define 宏定义常量。

3. 运算符与表达式

• 算术运算符：+, -, *, /, % (取模)
• 关系与逻辑运算符：
  • 关系：<, <=, >, >=, ==, !=
  • 逻辑：&& (与), || (或), ! (非)
• 位运算符：& (按位与), | (按位或), ^ (按位异或), ~ (按位取反), << (左移), >> (右移)
• 赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=
• 递增递减：++i, i++, --i, i--
• 条件运算符：expr1 ? expr2 : expr3
• 逗号运算符：expr1, expr2
• sizeof 运算符：获取类型或对象的大小（字节数）。

4. 控制流

• 条件语句：
  • if (condition) statement
  • if (condition) statement else statement
  • switch (expression) { case const-expr: statements; ... default: statements; }
• 循环语句：
  • while (condition) statement
  • for (expr1; expr2; expr3) statement （expr1初始化，expr2条件，expr3增量）
  • do statement while (condition); （至少执行一次）
• 跳转语句：
  • break;：跳出循环或switch。
  • continue;：跳过本次循环剩余部分。
  • goto label;：跳转到标签（慎用）。
  • return expression;：从函数返回。

第二部分：函数与程序结构

1. 函数定义与调用

// 函数声明（原型）
int max(int a, int b);

// 函数定义
int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

// 调用
int result = max(10, 20);

• 形参与实参：形参是函数定义中的参数，实参是调用时传入的值。
• 返回值：函数可以返回一个值（或void无返回）。
• 作用域规则：
  • 局部变量：在函数或块内定义，只在内部可见。
  • 全局变量：在函数外定义，整个文件可见（可使用extern跨文件访问）。
• 静态变量：static
  • 局部静态变量：生命周期贯穿整个程序，但作用域仍为局部。
  • 全局静态变量/函数：仅在本文件内可见（限制作用域）。

2. 预处理器

• 文件包含：#include <stdio.h>（系统头文件）或 #include "myheader.h"（用户头文件）
• 宏定义：
  • #define PI 3.14159 （定义常量）
  • #define SQUARE(x) ((x) * (x)) （带参宏，注意括号避免优先级问题）
• 条件编译：
  • #if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif, #endif
  • 常用于防止头文件重复包含：

    #ifndef MYHEADER_H
    #define MYHEADER_H
    /* 头文件内容 */
    #endif
    

第三部分：指针与数组

1. 指针

• 指针变量：存储地址的变量。
  • 声明：int *p; （指向int的指针）
  • 取地址运算符：&，如 p = &i;
  • 间接寻址运算符：*，如 j = *p; （获取p指向的值）
• 指针运算：
  • 指针与整数加减：移动若干元素单位（p + n 前进 n * sizeof(type) 字节）。
  • 指针相减：得到两个指针之间的元素个数。
  • 比较：==, !=, <, > 等（通常用于同一数组内）。
• 指针与函数：
  • 传递指针给函数可实现“按引用传递”，修改实参。
  • 函数可以返回指针（注意不要返回局部变量的地址）。

2. 数组

• 一维数组：int arr[10];
  • 数组名在大多数表达式中被转换为指向其首元素的指针（arr 等价于 &arr[0]）。
  • 数组下标运算 arr[i] 等价于 *(arr + i)。
• 多维数组：int matrix[3][4];
  • 在内存中按行存储。
  • matrix[i][j] 等价于 *(*(matrix + i) + j)。
• 数组与指针：
  • 数组作为函数参数时，会退化为指针（int arr[] 等价于 int *arr）。
  • 指针也可以像数组一样使用下标。

3. 字符串

• 字符串是以空字符'\0'结尾的字符数组。
• 常用字符串函数（<string.h>）：
  • strlen(s)：返回长度（不包括'\0'）。
  • strcpy(dest, src)：复制字符串。
  • strcat(dest, src)：连接字符串。
  • strcmp(s1, s2)：比较字符串。
• 字符串常量："hello" 是一个只读的字符数组（类型为 const char[]），切勿修改。

4. 复杂声明与指针进阶

• 指针数组：int *arr[10]; （数组元素是指针）
• 数组指针：int (*arr)[10]; （指向长度为10的数组的指针）
• 函数指针：
  • 声明：int (*pf)(int, int); （指向返回int，参数为两个int的函数的指针）
  • 赋值：pf = max;
  • 调用：(*pf)(a, b) 或 pf(a, b)
• const 与指针：
  • const int *p;：指向常量的指针（不能通过p修改所指内容）。
  • int *const p;：常量指针（指针本身不可变）。
  • const int *const p;：指向常量的常量指针。

第四部分：结构体、联合与内存管理

1. 结构体 (struct)

• 定义复合数据类型： ```c struct point { int x; int y; };

// 声明变量 struct point p1 = {1, 2}; struct point p2 = {.y=2, .x=1}; // C99指定初始化器

// 通过指针访问成员 struct point pp = &p1; (pp).x = 10; pp->x = 10; // 等价写法

- 结构体可以嵌套，可以包含数组、指针甚至其他结构体。
- 结构体大小可能包含填充字节（内存对齐）。

#### 2. 联合 (union)
- 所有成员共享同一块内存（大小由最大成员决定）。
```c
union data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

• 同一时间只能使用一个成员。

3. 枚举 (enum)

• 定义一组命名的整数常量。

  enum color { RED, GREEN, BLUE }; // RED=0, GREEN=1, BLUE=2
  enum color c = RED;
  

4. 动态内存管理

• malloc(size_t size)：分配指定字节数的内存，返回void*（需要类型转换）。
• calloc(size_t nmemb, size_t size)：分配数组（初始化为0）。
• realloc(void *ptr, size_t size)：调整已分配内存的大小。
• free(void *ptr)：释放内存。
• 示例：

  int *arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
  if (arr == NULL) {
    // 处理分配失败
  }
  // 使用...
  free(arr);
  arr = NULL; // 避免野指针
  

• 重要：务必检查返回值是否为NULL，防止内存泄漏（分配后必须释放）。

第五部分：输入输出与文件操作

1. 标准输入输出

• printf(format, ...)：格式化输出。
  • 格式控制：%d, %f, %c, %s, %p, %x 等。
• scanf(format, ...)：格式化输入。
  • 注意：需要传递变量的地址（&变量），字符串数组名不用（因为是指针）。
• getchar(), putchar(c)：字符输入输出。

2. 文件操作

• 文件指针：FILE *fp;
• 打开文件：fopen(filename, mode)
  • 模式："r"（读），"w"（写），"a"（追加），"r+"（读写）等。
• 关闭文件：fclose(fp)
• 字符I/O：getc(fp), putc(c, fp)
• 行I/O：fgets(buf, size, fp), fputs(buf, fp)
• 格式化I/O：fprintf(fp, format, ...), fscanf(fp, format, ...)
• 块I/O：fread(ptr, size, nmemb, fp), fwrite(ptr, size, nmemb, fp)
• 文件定位：fseek(fp, offset, whence)（SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END），ftell(fp)，rewind(fp)
• 错误处理：feof(fp)（检查文件结束），ferror(fp)（检查错误）。

第六部分：高级话题与最佳实践

1. 可变参数函数

• 使用 <stdarg.h> 中的宏：
  • va_list：声明参数列表变量。
  • va_start(ap, last_fixed_param)：初始化。
  • va_arg(ap, type)：获取下一个参数。
  • va_end(ap)：清理。
• 示例：实现一个简单的可变参数函数（如printf）。

2. 库函数

• 标准库（ANSI C）包含：
  • <stdio.h>：输入输出。
  • <stdlib.h>：动态内存、随机数等。
  • <string.h>：字符串处理。
  • <math.h>：数学函数。
  • <ctype.h>：字符分类。
  • <time.h>：时间日期。
  • 等等。

3. 常见陷阱与最佳实践

• 未初始化变量：尤其是指针。
• 数组越界：导致未定义行为。
• 内存泄漏：分配后忘记释放。
• 野指针：使用已释放或未初始化的指针。
• 修改字符串常量：char *s = "hello"; s[0] = 'H'; （错误！）。
• 宏的副作用：#define SQUARE(x) x*x，SQUARE(i++) 会递增两次。
• 运算符优先级：不确定时加括号。
• 使用 == 判断浮点数相等：应使用精度判断（fabs(a - b) < epsilon）。

总结

要牢固掌握ANSI C，必须理解：

1. 指针和内存管理：这是C的核心与难点。
2. 数组与指针的关系：理解它们之间的等价性和差异。
3. 函数和程序结构：如何组织代码，使用头文件。
4. 标准库：熟练使用常用库函数。

最好的复习方法是结合实践：

• 重读书中的经典例子（如逆波兰计算器、排序、链表等）。
• 动手编写、调试代码，解决实际问题。
• 使用工具如 gcc -Wall -g 编译，使用 gdb 调试，使用 valgrind 检查内存错误。