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C语言基础与进阶学习指南（附运行效果图及术语解析）

article 2025/3/24 19:36:34

C语言基础与进阶学习指南（附运行效果图及术语解析）

1. C语言标准与编译流程

1.1 C语言标准演进

K&R C（1978）：最初由 Dennis Ritchie 和 Brian Kernighan 开发，无标准，依赖文档。
ANSI C / C89（1989）：首个国际标准，定义了函数原型、void 类型等。
C99（1999）：支持 for 循环内声明变量、long long 类型等。
C11/C17：新增多线程支持、原子操作等。

示例代码（C99特性）

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) { // C99允许在for循环中声明变量
        printf("%d\n", i);
    }
    return 0;
}

运行效果：

2. CPU与内存基础

2.1 CPU架构与内存层次

寄存器：CPU内部高速存储单元，直接参与运算（如EAX寄存器）。
缓存（Cache）：介于CPU与内存之间的高速缓存，分L1/L2/L3三级。
内存（RAM）：程序运行时的数据存储区域。
外存（硬盘/SSD）：持久化存储。

CPU访问速度：寄存器>缓存>内存>外存

3. C语言基础语法

3.1 程序结构与注释

#include <stdio.h> // 系统头文件用尖括号包含

int main() { // 程序入口
    printf("Hello World\n"); // 输出语句
    return 0; // 返回状态码
}

运行效果：

Hello World

关键术语：

#include：预处理指令，包含头文件。
main()：程序入口函数，必须存在且唯一。
return 0：表示程序成功退出。

4. 数据类型详解

4.1 基本数据类型

类型	大小（字节）	取值范围
`char`	1	-128 ~ 127
`unsigned int`	4	0 ~ 4,294,967,295
`float`	4	7位有效数字

示例代码（类型转换）

#include <stdio.h>

int main() {
    char a = -1; // 二进制：11111111
    unsigned char b = a; // 转为无符号后值为255
    printf("%d\n", b); // 输出255
    return 0;
}

运行效果：

5. 变量与内存管理

5.1 变量声明与作用域

int global_var = 10; // 全局变量

void func() {
    static int static_var = 5; // 静态局部变量
    int local_var = 20;        // 自动局部变量
}

关键术语：

全局变量：作用域覆盖整个程序。
静态变量：生命周期与程序相同，但作用域仅限于定义的函数/文件。
自动变量：函数内声明，栈内存分配，函数调用结束释放。

6. 运算符与表达式

6.1 类型转换与运算

#include <stdio.h>

int main() {
    signed char a = 127; // 二进制：01111111
    signed char b = a + 1; // 内部自动提升为int运算
    printf("%d\n", b); // 输出-128（溢出）
    return 0;
}

运行效果：

-128

关键术语：

隐式类型提升：char在运算中自动转为int。
溢出：超出数据类型最大值时，结果取模。

7. 输入输出函数

7.1 格式化输出

#include <stdio.h>

int main() {
    double d = 123.456;
    printf("AAA%10.2fBBB\n", d); // 总宽10，小数2位
    printf("AAA%-10.2fBBB\n", d); // 左对齐
    return 0;
}

运行效果：

AAA   123.46BBB
AAA123.46 BBB

格式说明符：

%10.2f：总宽度10，小数部分保留2位。
%符号后加-表示左对齐。

8. 函数与内存管理

8.1 函数返回值与内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void func() {
    exit(0); // 程序终止，不再执行后续代码
    printf("This will not print\n");
}

int main() {
    func();
    printf("Hello\n"); // 不会执行
    return 0;
}

运行效果：
无输出（程序在exit(0)终止）。

关键术语：

exit()：立即终止程序，不执行后续代码。
return：仅退出当前函数，不影响程序整体。

9. 指针与内存操作

9.1 指针基础

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int *p = &a; // 指向a的地址
    printf("Value: %d, Address: %p\n", *p, p); // 输出值与地址
    return 0;
}

运行效果：

Value: 10, Address: 0x7ffee3c6a9d4

关键术语：

指针：存储变量地址的变量。
&：取地址运算符。
*：解引用运算符。

10. 结构体与高级应用

10.1 结构体定义

#include <stdio.h>

struct Person {
    char name[20];
    int age;
};

int main() {
    struct Person p = {"Alice", 30};
    printf("Name: %s, Age: %d\n", p.name, p.age);
    return 0;
}