Linux和C语言（Day 12）

一、学习内容

1. 存储类型

   1. 定义变量语法格式

      1. 数据类型 变量名; 存储类型 数据类型 变量名; 【定义变量可以省略存储类型，默认是auto】

   2. 定义函数语法格式

      1. 数据类型 函数名(参数){} 存储类型 数据类型 函数名(参数){} 【定义函数可以省略存储类型，默认是extern】

   3. 存储类型的作用是什么啊？

      1. 作用域——能够被使用的范围

      2. 生命周期——从定义分配内存到释放内存的周期，程序执行阶段

      3. 默认值——使用不同的存储类型，定义未赋初值的话，默认值不同【0、随机值】

   4. 存储类型auto

      1. 定义变量未定义存储类型，默认是auto。

         1. auto不能修饰全局变量。

         2. auto修饰局部变量，（）形参、{}

         3. 默认值是 随机值。

   5. 存储类型 register

      1. register修饰的是寄存器变量。

      2. register修饰的变量 不能进行 &取地址操作。

      3. 默认值是 随机值

      4. CPU从内存取数据，发送给运算器进行数据处理，把结果有存入内存。CPU自己也有内存——寄存器，对于使用频率特别高的数据可以放在寄存器里面，CPU取数据的效率【寄存器 > cache(高速缓存) > 内存】。但是不能不能把所有变量都放在寄存器中，因为寄存器特别小。

   6. 存储类型static【静态】

      1. 延长生命周期 静态局部变量定义时分配内存，程序结束才释放内存，只赋初值一次。

      2. 限制作用域 静态全局变量和静态函数只能在该文件内使用，不能被外部文件引用。

      3. 定义未赋初值，默认值是0

   7. 存储类型extern【引入外部变量/函数】

      1. 若在1.c文件中定义了一个全局变量，想在2.c文件中使用，使用extern修饰该变量

      2. 若在1.c文件中定义了一个函数，想在2.c文件中使用，使用extern修饰该函数

   8. 存储类型const【常量】

      1. const修饰变量，表示常量化。

         1. 修饰变量，不可以修改值。 const int a = 666; a = 10; //报错

         2. const修饰指针，需要观察 const 与 * 的位置关系，位置不同，作用不同。

            1. cont int *p; 或者 int const *p 【可以修改地址、不可以修改值】

            2. nt * conts p; 【不可以修改地址、可以修改值】

            3. conts int * const p; 【值和地址都不可以修改】

2. 宏 [不加分号]

   • 宏 是预处理命令，用于语法替换。

   • 语法格式： #define 宏名 字符串

   • 注意：

     • 以#开头的属于预处理命令，不是C语言语句，不加分号

     • 宏名符合命名规范 最好大写 MAX N MAXSIZE

     • 宏只做替换，不做运算

     • 宏没有类型检查，所以替换的全是字符串

   • 自定义宏函数

     • 使用({})

       • 使用（{}）定义宏函数，如函数只有一条语句，可以省略（{}）

       • 如有多条语句，返回最后一条语句的结果

       • 语法格式

         • #define 宏名(参数) （{语句1; 语句2; 语句3;}）

         • 注意：宏函数的参数不带数据类型，只写参数名占位即可

     • 使用do...while(0)

       • 语法格式

         • #define 宏名(参数) do{语句1；语句2；语句3；}while(0)

   • 宏 与 条件编译

     • ==============判断宏是否为真====
       #if TURE
       执行语句
       #endif
       注释：
       #if 0
       被注释的语句……
       #endif
       #define TURE 1
       #define FALSE 0

     • ========================判断宏已经定义=====
       #ifdef 宏名
       执行语句
       #endif

     • =======================判断宏未定义=======
       #ifndef 宏名
       执行语句
       #endif

     • ======================判断多个宏定义=====
       #defined(宏名1) && defined(宏名2)
       执行语句
       #endif

     • =======================判断多个宏未定义=====
       #ndefined(宏名1) && ndefined(宏名2)
       执行语句
       #endif

     • ======================取消宏====
       #undef
       宏名

3. typedef 【重定义数据类型】

   • 重定义数据类型

     • typedef int N; //N a; 等价于 int a;

     • typedef int N[3]; //N a; 等价于 int a[3];

     • typedef int *N; //N a; 等价于 int *a;

     • typedef int **N; //N a; 等价于 int **a;

     • typedef int *N[3]; //N a; 等价于 int *a[3];

     • typedef int (*N)[3]; //N a; 等价于 int (*a)[3];

     • typedef int (*N)(); //N a; 等价于 int (*a)();

     • typedef int (*N[3])(); //N a; 等价于 int (*a[3])();

   • 数据结构中

     • struct student{
       int id;
       char name[20];
       float score;
       };
       定义学生变量 struct student a;
       typedef struct student{
       int id;
       char name[20];
       float score;
       }XS;
       定义学生变量 XS a;

4. 多文件编程

   • 实际的编程中，我们是把所有内容都写在一个.c文件吗

     • 不是的。我们会根据内容/数据的不同放在不同的文件中。

   • 基础学习的过程中： 一般把头文件、宏定义、全局变量、函数声明放在 XXX.h头文件中 把函数实现放在 XXX.c文件中 主函数单独放在 main.c文件中 使用vim -O XXX.h XXX.c main.c 新建三个文件

   • 问题

     • 一个#include只能包含一个头文件，若需要引入多个头文件，写多个#include

     • 一个头文件可以多次引入吗

       • 效果和引入一个一样 但是在预处理阶段，都会展开头文件 我们需要防止头文件多次引入 在XXX.h头文件中 #ifndef __HQYJ__ #define __HQYJ__ #include <stdio.h> #include <string.h> 定义全局 函数声明 …… #endif

     • #include 包含命令中 "" 和 <> 的区别是什么？

       • "" 先在当前路径下找，找不到去库文件中找 <> 直接去库文件中找

5. 面试题总结

   • typedef和define的区别？

     • 语法不一样 typedef加； 是C语句 define不加； 不是C语句

     • 作用不一样 typedef用于给已有的数据类型重命名 define定义宏

     • define是预处理命令，在预处理直接替换，不做类型检查 typedef在编译时要进行类型检查

   • static的作用

     • 延长生命周期 静态局部变量定义时分配内存，程序结束才释放内存，只赋初值一次。

     • 限制作用域 静态全局变量和静态函数只能在该文件内使用，不能被外部文件引用。

     • 定义未赋初值，默认值是0

   • const的作用

     • 修饰变量，不可以修改值

     • const修饰指针，需要观察 const 与 * 的位置关系，位置不同，作用不同。

       • cont int *p; 或者 int const *p 【可以修改地址、不可以修改值】

       • int * conts p; 【不可以修改地址、可以修改值】

       • conts int * const p; 【值和地址都不可以修改】

6. 脑图

二、总结

1. 学习内容概述

多文件编程

学习了如何将程序分成多个文件进行编写和组织，主要包括头文件的创建与引用、源文件的分离以及使用`extern`关键字进行跨文件变量共享。

typedef与结构体

学习了使用`typedef`为复杂的类型定义别名，尤其是在结构体中的应用。`typedef`可以简化代码，增加可读性，常用于定义结构体类型的别名。

宏定义

宏定义是C语言中的一种预处理器指令，通过`#define`定义常量和函数型宏，宏在程序编译前被预处理器替换。了解了宏的优势（如提高代码复用性和简化重复逻辑）以及潜在的陷阱（如宏扩展时的优先级问题）。

字符处理函数

学习了如何使用标准库中的字符处理函数（如`strlen`, `strcpy`, `strcat`, `strcmp`等）进行字符串操作。这些函数提供了常用的字符串处理功能，避免手动实现复杂的字符串操作逻辑。

 2. 学习难点

多文件编程的组织

虽然多文件编程可以提升程序的模块化和可维护性，但合理组织多个源文件、确保正确的头文件引用和依赖管理是学习的一个难点。特别是理解`extern`关键字的作用和如何避免重复定义变量。

宏定义的调试

宏并不像函数那样可以进行类型检查，容易导致隐藏的错误。复杂的宏定义在预处理器展开时，可能会因为操作符优先级问题导致意外的行为，调试较为困难。

字符数组与指针的混淆

在字符串操作时，字符数组和字符指针的使用容易混淆。尤其是在处理字符串长度或字符串拷贝时，可能会出现越界或者内存访问错误。

 3. 注意事项

头文件的保护机制

在编写头文件时，应该使用“头文件保护”机制，避免重复包含头文件。可以通过`#ifndef`, `#define`, `#endif`来确保头文件只会被编译器加载一次。

宏的使用

在编写宏定义时，应该谨慎处理宏中的操作符优先级问题，可以使用括号明确表达式的计算顺序。同时，避免使用过于复杂的宏，尽量用`inline`函数替代复杂的宏定义。

字符串处理中的边界问题

在处理字符串时，特别是使用`strcpy`, `strcat`等函数时，需确保目标数组有足够的空间存储结果，避免越界操作导致的缓冲区溢出问题。

多文件编程中的依赖管理

在多文件编程时，应该保持代码结构的清晰，合理拆分代码模块，确保每个文件职责单一，避免源文件之间的相互依赖和耦合。

4. 未来学习的重点

Makefile的学习与使用

在多文件编程中，Makefile是管理编译过程的重要工具。未来可以学习如何编写Makefile，自动化管理多个源文件的编译与链接，提升编程效率。

深入研究宏与内联函数的性能对比

宏虽然在一定程度上可以提高代码效率，但由于缺乏类型检查，容易出现问题。可以深入研究宏与`inline`函数的性能和使用场景，选择合适的优化手段。

字符串操作的安全性

未来可以进一步学习如何使用更安全的字符串操作函数，如`strncpy`, `strncat`等，避免因缓冲区溢出带来的安全隐患。

探索动态内存管理与指针

字符串操作涉及大量的内存管理问题，可以深入学习`malloc`, `free`等动态内存管理函数，掌握如何安全高效地分配和释放内存。