Cao Jiahao

Ph.D. student in AI, focusing on computer vision and deep learning. Passionate about sharing knowledge and building open-source projects.

以下是一个简要而全面的C语言教程，旨在帮助你快速复习或掌握C语言的核心概念。内容涵盖基本语法、数据类型、控制结构、函数、数组、指针、结构体、文件操作等关键知识点，结构清晰，适合快速浏览。

1. C语言简介

C语言是一种通用的、结构化的编程语言，由Dennis Ritchie在20世纪70年代开发，广泛用于系统编程、嵌入式开发和应用软件开发。C语言以高效、灵活和底层操作能力著称。

2. 基本程序结构

一个简单的C程序结构如下：

#include <stdio.h> // 包含标准输入输出库
int main() {       // 主函数，程序入口
    printf("Hello, World!\n"); // 打印输出
    return 0;      // 返回0表示程序正常结束
}
  • #include：引入头文件，如<stdio.h>用于输入输出。
  • main函数：程序的入口点，必须返回int类型。
  • 注释：
    • 单行：// 注释内容
    • 多行：/* 注释内容 */

3. 数据类型

C语言支持以下基本数据类型：

  • 基本类型：
    • int：整数（如int x = 10;）
    • float：单精度浮点数（如float y = 3.14;）
    • double：双精度浮点数（如double z = 3.14159;）
    • char：字符（如char c = 'A';）
  • 修饰符：
    • signed/unsigned：有符号/无符号（如unsigned int）
    • short/long：短整型/长整型（如long int）
  • 其他：
    • void：表示无类型，常用于函数无返回值或指针。
    • 枚举：enum color {RED, GREEN, BLUE};
    • 派生类型：数组、指针、结构体（见后文）。

4. 变量与常量

  • 变量声明：type variable_name = value;（如int x = 5;）
  • 常量：
    • 字面常量：如42、"hello"。
    • 使用const关键字：const float PI = 3.14159;
    • 宏定义：#define PI 3.14159
  • 作用域：
    • 局部变量：函数内部定义，仅在函数内有效。
    • 全局变量：定义在函数外部，整个程序有效。

5. 输入与输出

使用<stdio.h>提供的函数：

  • 输出：
    • printf("格式化字符串", 变量);（如printf("x = %d", x);）
    • 格式说明符：%d（整数）、%f（浮点数）、%c（字符）、%s（字符串）。
  • 输入：
    • scanf("%d", &x);（读取整数，注意&取地址）。
    • 示例： 
      int x;
printf("Enter a number: ");
scanf("%d", &x);
printf("You entered: %d\n", x);

6. 运算符

  • 算术：+, -, *, /, %（取模）
  • 关系：==, !=, >, <, >=, <=
  • 逻辑：&&（与）、||（或）、!（非）
  • 位运算：&（按位与）、|（按位或）、^（异或）、~（取反）、<<（左移）、>>（右移）
  • 赋值：=, +=, -=, *=, /=, %=
  • 其他：
    • 自增/自减：++, --
    • 条件运算符：条件 ? 表达式1 : 表达式2

7. 控制结构

  • 条件语句： 
    if (条件) {
    // 代码
} else if (条件) {
    // 代码
} else {
    // 代码
}
    • 三元运算符：x > y ? x : y
  • 开关语句： 
    switch (变量) {
    case 值1:
        // 代码
        break;
    case 值2:
        // 代码
        break;
    default:
        // 默认代码
}
  • 循环：
    • for：for (初始化; 条件; 更新) { 代码 }
    • while：while (条件) { 代码 }
    • do-while：do { 代码 } while (条件);
    • 控制：break（跳出循环）、continue（跳到下一次循环）。

8. 函数

函数用于模块化代码：

  • 定义： 
    返回类型 函数名(参数类型 参数) {
    // 代码
    return 值; // 如果返回类型不是void
}
    • 示例： 
      int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
  • 调用：int sum = add(3, 4);
  • 函数声明：在调用前声明函数原型，如int add(int, int);
  • 递归：函数调用自身，如计算阶乘： 
    int factorial(int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

9. 数组

数组存储相同类型的元素：

  • 声明：type array_name[大小];（如int arr[5];）
  • 初始化：int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
  • 访问：arr[索引]（索引从0开始）
  • 多维数组：如int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
  • 遍历： 
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
}

10. 指针

指针存储变量的内存地址：

  • 声明：type *pointer_name;（如int *p;）
  • 赋值：p = &x;（&取地址）
  • 解引用：*p访问指针指向的值
  • 指针与数组：
    • 数组名是首元素地址：int *p = arr;
    • 指针运算：p + 1指向下一个元素。
  • 动态内存分配（需要<stdlib.h>）：
    • 分配：int *p = malloc(sizeof(int) * n);
    • 释放：free(p);
    • 重新分配：p = realloc(p, 新大小);

11. 字符串

C中字符串是字符数组，以空字符'\0'结尾：

  • 声明：char str[10] = "hello";
  • 操作（需要<string.h>）：
    • 复制：strcpy(dest, src);
    • 连接：strcat(dest, src);
    • 比较：strcmp(str1, str2);
    • 长度：strlen(str);
  • 输入输出：
    • 输出：printf("%s", str);
    • 输入：scanf("%s", str);（不读空格）或fgets(str, sizeof(str), stdin);

12. 结构体

结构体用于存储不同类型的数据：

  • 定义： 
    struct Point {
    int x;
    int y;
};
  • 声明与访问： 
    struct Point p = {3, 4};
printf("x: %d, y: %d\n", p.x, p.y);
  • 指针访问：struct Point *ptr = &p; ptr->x;
  • typedef：简化定义，如typedef struct Point Point;

13. 文件操作

使用<stdio.h>进行文件读写：

  • 打开文件：FILE *fp = fopen("file.txt", "r");（模式：r读、w写、a追加）
  • 读写：
    • 读字符：fgetc(fp);
    • 写字符：fputc('A', fp);
    • 读字符串：fgets(str, sizeof(str), fp);
    • 写字符串：fputs(str, fp);
    • 格式化读写：fscanf(fp, "%d", &x);, fprintf(fp, "%d", x);
  • 关闭文件：fclose(fp);
  • 检查文件结束：feof(fp)

14. 预处理器

  • 宏定义：#define NAME value
  • 条件编译： 
    #ifdef DEBUG
    printf("Debug mode\n");
#endif
  • 头文件包含：#include <file.h>或#include "file.h"

15. 常见库函数

  • <stdlib.h>：malloc, free, rand, atoi
  • <math.h>：sqrt, pow, sin, cos
  • <time.h>：time, clock
  • <ctype.h>：isalpha, isdigit, toupper

16. 示例程序

计算数组平均值：

#include <stdio.h>
float average(int arr[], int size) {
    float sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    return sum / size;
}
int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    printf("Average: %.2f\n", average(arr, size));
    return 0;
}

17. 调试与错误处理

  • 常见错误：
    • 空指针：访问未初始化的指针。
    • 数组越界：访问非法索引。
    • 内存泄漏：未释放动态分配的内存。
  • 调试工具：使用gdb或IDE调试器。
  • 错误检查：检查函数返回值（如fopen返回NULL）。

18. 学习建议

  • 实践：编写小项目，如计算器、学生管理系统。
  • 调试：熟练使用printf调试或调试工具。
  • 资源：参考《C Primer Plus》或在线教程（如Learn-C.org）。
  • 练习：尝试解决LeetCode的C语言题目。

这个教程涵盖了C语言的核心内容，适合快速复习。如果需要深入某个部分或代码示例，请告诉我！