C语言基础

简介：这篇文章是作者在曾经学过c的基础上，为了快速复习巩固c，并且上手嵌入式开发而写的笔记。如果你也是类似的情况，可以阅读这篇文章，如果您是想扎实学c语言，那我并不建议仅仅看这篇文章。当然你也可以将这篇文章作为查缺补漏来使用，文章中如果有借鉴其他文章的话会在对应位置附上文章链接。

主要参考文章/视频：

C语言入门教程，C语言学习教程（非常详细） (biancheng.net)

4.1-数字电路与C语言基础--电平特性_哔哩哔哩_bilibili

普中51单片机开发攻略（这个资源需要大家自行上网搜索，这里不展示链接）

函数 形参和实参的区别和联系

\1) 形参变量只有在函数被调用时才会分配内存，调用结束后，立刻释放内存，所以形参变量只有在函数内部有效，不能在函数外部使用。

\2) 实参可以是常量、变量、表达式、函数等，无论实参是何种类型的数据，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参，所以应该提前用赋值、输入等办法使实参获得确定值。

\3) 实参和形参在数量上、类型上、顺序上必须严格一致，否则会发生“类型不匹配”的错误。当然，如果能够进行自动类型转换，或者进行了强制类型转换，那么实参类型也可以不同于形参类型。

\4) 函数调用中发生的数据传递是单向的，只能把实参的值传递给形参，而不能把形参的值反向地传递给实参；换句话说，一旦完成数据的传递，实参和形参就再也没有瓜葛了，所以，在函数调用过程中，形参的值发生改变并不会影响实参。

请看下面的例子：

#include <stdio.h>
//计算从m加到n的值
int sum(int m, int n) {
    int i;
    for (i = m+1; i <= n; ++i) {
        m += i;
    }
    return m;
}
int main() {
    int a, b, total;
    printf("Input two numbers: ");
    scanf("%d %d", &a, &b);
    total = sum(a, b);
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    printf("total=%d\n", total);
    return 0;
}

运行结果： Input two numbers: 1 100↙ a=1, b=100 total=5050

在这段代码中，函数定义处的 m、n 是形参，函数调用处的 a、b 是实参。通过 scanf() 可以读取用户输入的数据，并赋值给 a、b，在调用 sum() 函数时，这份数据会传递给形参 m、n。

从运行情况看，输入 a 值为 1，即实参 a 的值为 1，把这个值传递给函数 sum() 后，形参 m 的初始值也为 1，在函数执行过程中，形参 m 的值变为 5050。函数运行结束后，输出实参 a 的值仍为 1，可见实参的值不会随形参的变化而变化。

对C语言返回值的说明：

\1) 没有返回值的函数为空类型，用void表示。例如：

void func(){
    printf("http://c.biancheng.net\n");
}

一旦函数的返回值类型被定义为 void，就不能再接收它的值了。例如，下面的语句是错误的：

int a = func();

为了使程序有良好的可读性并减少出错， 凡不要求返回值的函数都应定义为 void 类型。

\2) return 语句可以有多个，可以出现在函数体的任意位置，但是每次调用函数只能有一个 return 语句被执行，所以只有一个返回值（少数的编程语言支持多个返回值，例如Go语言）。例如：

//返回两个整数中较大的一个
int max(int a, int b){
    if(a > b){
        return a;
    }else{
        return b;
    }

如果a>b成立，就执行return a，return b不会执行；如果不成立，就执行return b，return a不会执行。

\3) 函数一旦遇到 return 语句就立即返回，后面的所有语句都不会被执行到了。从这个角度看，return 语句还有强制结束函数执行的作用。例如：

//返回两个整数中较大的一个
int max(int a, int b){
    return (a>b) ? a : b;
    printf("Function is performed\n");
}

第 4 行代码就是多余的，永远没有执行的机会。

函数的嵌套调用

函数不能嵌套定义，但可以嵌套调用，也就是在一个函数的定义或调用过程中允许出现对另外一个函数的调用。

【示例】计算sum = 1! + 2! + 3! + ... + (n-1)! + n!

分析：可以编写两个函数，一个用来计算阶乘，一个用来计算累加的和。

#include <stdio.h>
//求阶乘
long factorial(int n){
    int i;
    long result=1;
    for(i=1; i<=n; i++){
        result *= i;
    }
    return result;
}
// 求累加的和
long sum(long n){
    int i;
    long result = 0;
    for(i=1; i<=n; i++){
        //在定义过程中出现嵌套调用
        result += factorial(i);
    }
    return result;
}
int main(){
    printf("1!+2!+...+9!+10! = %ld\n", sum(10));  //在调用过程中出现嵌套调用
    return 0;
}

运行结果： 1!+2!+...+9!+10! = 4037913

C语言代码由上到下依次执行，原则上函数定义要出现在函数调用之前，否则就会报错。或者提前声明。

然而在实际开发中，往往都是几千行、上万行、百万行的代码，将这些代码都放在一个源文件中简直是灾难，不但检索麻烦，而且打开文件也很慢，所以必须将这些代码分散到多个文件中。对于多个文件的程序，通常是将函数定义放到源文件（.c文件）中，将函数的声明放到头文件（.h文件）中，使用函数时引入对应的头文件就可以，编译器会在链接阶段找到函数体。

前面我们在使用 printf()、puts()、scanf() 等函数时引入了 stdio.h 头文件，很多初学者认为 stdio.h 中包含了函数定义（也就是函数体），只要有了头文件就能运行，其实不然，头文件中包含的都是函数声明，而不是函数定义，函数定义都放在了其它的源文件中，这些源文件已经提前编译好了，并以动态链接库或者静态链接库的形式存在，只有头文件没有系统库的话，在链接阶段就会报错，程序根本不能运行。

除了函数，变量也有定义和声明之分。实际开发过程中，变量定义需要放在源文件（.c文件）中，变量声明需要放在头文件（.h文件）中，在链接程序时会将它们对应起来。

函数参考手册

最后再补充一点，函数原型给出了使用该函数的所有细节，当我们不知道如何使用某个函数时，需要查找的是它的原型，而不是它的定义，我们往往不关心它的实现。

www.cplusplus.com 是一个非常给力的网站，它提供了所有C语言标准函数的原型，并给出了详细的介绍和使用示例，可以作为一部权威的参考手册。

变量的作用域

• 全局变量
• 局部变量

递归函数

每一个递归函数都应该只进行有限次的递归调用，否则它就会进入死胡同，永远也不能退出了，这样的程序是没有意义的。

要想让递归函数逐层进入再逐层退出，需要解决两个方面的问题：

• 存在限制条件，当符合这个条件时递归便不再继续。对于 factorial()，当形参 n 等于 0 或 1 时，递归就结束了。
• 每次递归调用之后越来越接近这个限制条件。对于 factorial()，每次递归调用的实参为 n - 1，这会使得形参 n 的值逐渐减小，越来越趋近于 1 或 0。

main（）

main() 函数是主函数，它可以调用其它函数，而不允许被其它函数调用。因此，C程序的执行总是从 main() 函数开始，完成对其它函数的调用后再返回到 main() 函数，最后由 main() 函数结束整个程序。

从C源代码到可执行文件的四个过程：预处理、编译、汇编、链接

总览

预处理

前面各章中，已经多次使用过#include命令。使用库函数之前，应该用#include引入对应的头文件。这种以#号开头的命令称为预处理命令。

C语言源文件要经过编译、链接才能生成可执行程序： \1) 编译（Compile）会将源文件（.c文件）转换为目标文件。对于 VC/VS，目标文件后缀为.obj；对于GCC，目标文件后缀为.o。

编译是针对单个源文件的，一次编译操作只能编译一个源文件，如果程序中有多个源文件，就需要多次编译操作。

\2) 链接（Link）是针对多个文件的，它会将编译生成的多个目标文件以及系统中的库、组件等合并成一个可执行程序。

实例

下面我们举个例子来说明预处理命令的实际用途。假如现在要开发一个C语言程序，让它暂停 5 秒以后再输出内容，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，怎么办呢？

这个程序的难点在于，不同平台下的暂停函数和头文件都不一样：

• Windows 平台下的暂停函数的原型是void Sleep(DWORD dwMilliseconds)（注意 S 是大写的），参数的单位是“毫秒”，位于 <windows.h> 头文件。
• Linux 平台下暂停函数的原型是unsigned int sleep (unsigned int seconds)，参数的单位是“秒”，位于 <unistd.h> 头文件。

不同的平台下必须调用不同的函数，并引入不同的头文件，否则就会导致编译错误，因为 Windows 平台下没有 sleep() 函数，也没有 <unistd.h> 头文件，反之亦然。这就要求我们在编译之前，也就是预处理阶段来解决这个问题。请看下面的代码：

#include <stdio.h>
//不同的平台下引入不同的头文件
#if _WIN32  //识别windows平台
#include <windows.h>
#elif __linux__  //识别linux平台
#include <unistd.h>
#endif
int main() {
    //不同的平台下调用不同的函数
    #if _WIN32  //识别windows平台
    Sleep(5000);
    #elif __linux__  //识别linux平台
    sleep(5);
    #endif
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

#if、#elif、#endif 就是预处理命令，它们都是在编译之前由预处理程序来执行的。这里我们不讨论细节，只从整体上来理解。

对于 Windows 平台，预处理以后的代码变成：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main() {
    Sleep(5000);
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

对于 Linux 平台，预处理以后的代码变成：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    sleep(5);
    puts("http://c.biancheng.net/");
    return 0;
}

你看，在不同的平台下，编译之前（预处理之后）的源代码都是不一样的。这就是预处理阶段的工作，它把代码当成普通文本，根据设定的条件进行一些简单的文本替换，将替换以后的结果再交给编译器处理。

#include的用法详解（文件包含命令）

#include叫做文件包含命令，用来引入对应的头文件（.h文件）。#include 也是C语言预处理命令的一种。

#include 的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include 的用法有两种，如下所示：

#include <stdHeader.h> #include "myHeader.h"

使用尖括号< >和双引号" "的区别在于头文件的搜索路径不同：

• 使用尖括号< >，编译器会到系统路径下查找头文件；
• 而使用双引号" "，编译器首先在当前目录下查找头文件，如果没有找到，再到系统路径下查找。

stdio.h 和 stdlib.h 都是标准头文件，它们存放于系统路径下，所以使用尖括号和双引号都能够成功引入；而我们自己编写的头文件，一般存放于当前项目的路径下，所以不能使用尖括号，只能使用双引号。

个人的习惯是使用尖括号来引入标准头文件，使用双引号来引入自定义头文件（自己编写的头文件），这样一眼就能看出头文件的区别。

关于 #include 用法的注意事项：

• 一个 #include 命令只能包含一个头文件，多个头文件需要多个 #include 命令。
• 同一个头文件可以被多次引入，多次引入的效果和一次引入的效果相同，因为头文件在代码层面有防止重复引入的机制。
• 文件包含允许嵌套，也就是说在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

C如何引入自己的头文件和源文件

分别引入头文件和源文件

首先目录如下：

文件内容非常简单：

//main.c
#include <stdio.h>
#include "./lib/my.h"
int main() {
    printf("%d\n", sum(1, 100));
    return 0;
}

// ./lib/my.h
//声明函数
int sum(int m, int n);

// ./src/my.c
//计算从m加到n的和
int sum(int m, int n) {
    int i, sum = 0;
    for (i = m; i <= n; i++) {
        sum += i;
    }
    return sum;
}

在命令行中使用gcc编译

$ gcc main.c ./src/my.c -o main.exe

然后就会生成对应的可执行文件main.exe，直接运行即可。

main.c 中调用的 sum() 函数我们通过#include "./lib/my.h" 引入了定义，因此编译不会出错。gcc 会分别编译 main.c 和 my.c，最后再把他们链接起来构成最终的 main 程序。

引入头文件和静态库（打包好的二进制目标文件）

先说明一下什么是目标文件？

目标文件（Object，.o 结尾）是由源文件（.c、.cpp）编译但还未链接得到的二进制文件，目标文件此时已完成为了编译流程（预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接）中的前三步。

那什么又是静态库呢，怎样获得静态库呢？

静态库是由多个目标文件打包到一起得到的二进制文件，命名约定俗成以 lib 开头，中间是库名，然后是 .a 结尾，形如：libNAME.a。

这里我们把第二点中编译的流程拆成三步来完成，代码保持不变，我们只更改一下编译流程。

步骤 1：首先我们用 gcc -c 参数只编译 sum.c 为二进制目标文件。注意这里生成的 sum.o 二进制文件，不能在命令行中直接执行，是因为：

• gcc -c 只会编译出二进制，但并不会链接，因此生成的目标文件无法调用 C 的任何库。
• sum.c 文件中并没有 main() 函数，这是程序执行的入口，没有是无法启动执行的。

$ gcc -c ./src/my.c -o my.o

步骤 2：接着我们把 sum.o 打包到静态库中，这里需要用到一个命令 ar（archive 的缩写），简单介绍一下参数：

• -r replace 如果静态库中目标文件已存在，则替换为最新的。
• -c 如果静态库不存在，在创建的时候不用弹出警告提示。

$ ar -rc libmy.a my.o

如果我们有多个目标文件可以依次放在后面，最终会被一并打包进 libsum.a 静态库中。查看静态库中目标文件列表可以用 ar -t 参数：

ar -t libmy.a

步骤 3：把 main.c 和 上一步输出的静态库 libsum.a 合在一起编译出最终的可执行程序。

$ gcc main,c libmy.a -o main

$ ./main.exe

执行结果：

5050

通过上面的例子可以看出，如果我们只是修改了 main() 函数中的业务代码，我们并不需要重新编译生成 libsum.a，这大大节省了我们的编译时间。

引入头文件和动态链接库

文章参考来自：learnku.com/articles/67…

#define宏定义

#define 叫做宏定义命令，它也是C语言预处理命令的一种。所谓宏定义，就是用一个标识符来表示一个字符串，如果在后面的代码中出现了该标识符，那么就全部替换成指定的字符串。

#include <stdio.h>
#define N 100
int main(){
    int sum = 20 + N;
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

运行结果： 120

1）如果使用表达式，那么添加括号是比较好的选择，防止宏展开之后导致一些错误出现。

2）宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结束。如要终止其作用域可使用#undef命令。例如：

#define PI 3.14159
int main(){
    // Code
    return 0;
}
#undef PI
void func(){
    // Code
}

表示 PI 只在 main() 函数中有效，在 func() 中无效。

3）可用宏定义表示数据类型，使书写方便。例如：

#define UINT unsigned int

在程序中可用 UINT 作变量说明：

UINT a, b;

应注意用宏定义表示数据类型和用 typedef 定义数据说明符的区别。宏定义只是简单的字符串替换，由预处理器来处理；而 typedef 是在编译阶段由编译器处理的，它并不是简单的字符串替换，而给原有的数据类型起一个新的名字，将它作为一种新的数据类型。

带参数的宏

例如：

#define M(y) y*y+3*y  //宏定义
// TODO:
k=M(5);  //宏调用

在宏展开时，用实参 5 去代替形参 y，经预处理程序展开后的语句为k=5*5+3*5。

【示例】输出两个数中较大的数。

#include <stdio.h>
#define MAX(a,b) (a>b) ? a : b
int main(){
    int x , y, max;
    printf("input two numbers: ");
    scanf("%d %d", &x, &y);
    max = MAX(x, y);
    printf("max=%d\n", max);
    return 0;
}

运行结果： input two numbers: 10 20 max=20

程序第 2 行定义了一个带参数的宏，用宏名MAX表示条件表达式(a>b) ? a : b，形参 a、b 均出现在条件表达式中。程序第 7 行max = MAX(x, y)为宏调用，实参 x、y 将用来代替形参 a、b。宏展开后该语句为：

max=(x>y) ? x : y;

C语言#if、##ifdef、#ifndef的用法详解，C语言条件编译详解

假如现在要开发一个C语言程序，让它输出红色的文字，并且要求跨平台，在 Windows 和 Linux 下都能运行，怎么办呢？

这个程序的难点在于，不同平台下控制文字颜色的代码不一样，我们必须要能够识别出不同的平台。

Windows 有专有的宏_WIN32，Linux 有专有的宏__linux__，以现有的知识，我们很容易就想到了 if else，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
int main(){
    if(_WIN32){
        system("color 0c");
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }else if(__linux__){
        printf("\033[22;31mhttp://c.biancheng.net\n\033[22;30m");
    }else{
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    }
    return 0;
}

但这段代码是错误的，在 Windows 下提示 linux 是未定义的标识符，在 Linux 下提示 _Win32 是未定义的标识符。对上面的代码进行改进：

#include <stdio.h>
int main(){
    #if _WIN32
        system("color 0c");
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    #elif __linux__
        printf("\033[22;31mhttp://c.biancheng.net\n\033[22;30m");
    #else
        printf("http://c.biancheng.net\n");
    #endif
    return 0;
}

#if、#elif、#else 和 #endif 都是预处理命令，整段代码的意思是：如果宏 _WIN32 的值为真，就保留第 4、5 行代码，删除第 7、9 行代码；如果宏 linux 的值为真，就保留第 7 行代码；如果所有的宏都为假，就保留第 9 行代码。

这些操作都是在预处理阶段完成的，多余的代码以及所有的宏都不会参与编译，不仅保证了代码的正确性，还减小了编译后文件的体积。

这种能够根据不同情况编译不同代码、产生不同目标文件的机制，称为条件编译。条件编译是预处理程序的功能，不是编译器的功能。

条件编译需要多个预处理命令的支持，下面一一讲解。

#if 的用法

#if 用法的一般格式为：

#if 整型常量表达式1 程序段1 #elif 整型常量表达式2 程序段2 #elif 整型常量表达式3 程序段3 #else 程序段4 #endif

它的意思是：如常“表达式1”的值为真（非0），就对“程序段1”进行编译，否则就计算“表达式2”，结果为真的话就对“程序段2”进行编译，为假的话就继续往下匹配，直到遇到值为真的表达式，或者遇到 #else。这一点和 if else 非常类似。

需要注意的是，#if 命令要求判断条件为“整型常量表达式”，也就是说，表达式中不能包含变量，而且结果必须是整数；而 if 后面的表达式没有限制，只要符合语法就行。这是 #if 和 if 的一个重要区别。

#elif 和 #else 也可以省略，如下所示：

#include <stdio.h>
int main(){
    #if _WIN32
        printf("This is Windows!\n");
    #else
        printf("Unknown platform!\n");
    #endif
   
    #if __linux__
        printf("This is Linux!\n");
    #endif
    return 0;
}

#ifdef 的用法

#ifdef 用法的一般格式为：

#ifdef 宏名 程序段1 #else 程序段2 #endif

它的意思是，如果当前的宏已被定义过，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译。

也可以省略 #else：

#ifdef 宏名 程序段 #endif

VS/VC 有两种编译模式，Debug 和 Release。在学习过程中，我们通常使用 Debug 模式，这样便于程序的调试；而最终发布的程序，要使用 Release 模式，这样编译器会进行很多优化，提高程序运行效率，删除冗余信息。

为了能够清楚地看到当前程序的编译模式，我们不妨在程序中增加提示，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    #ifdef _DEBUG
        printf("正在使用 Debug 模式编译程序...\n");
    #else
        printf("正在使用 Release 模式编译程序...\n");
    #endif
    system("pause");
    return 0;
}

当以 Debug 模式编译程序时，宏 _DEBUG 会被定义，预处器会保留第 5 行代码，删除第 7 行代码。反之会删除第 5 行，保留第 7 行。

#ifndef 的用法

#ifndef 用法的一般格式为：

#ifndef 宏名 程序段1 #else 程序段2 #endif

与 #ifdef 相比，仅仅是将 #ifdef 改为了 #ifndef。它的意思是，如果当前的宏未被定义，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译，这与 #ifdef 的功能正好相反。

三者之间的区别

最后需要注意的是，#if 后面跟的是“整型常量表达式”，而 #ifdef 和 #ifndef 后面跟的只能是一个宏名，不能是其他的。

例如，下面的形式只能用于 #if：

#include <stdio.h>
#define NUM 10
int main(){
    #if NUM == 10 || NUM == 20
        printf("NUM: %d\n", NUM);
    #else
        printf("NUM Error\n");
    #endif
    return 0;
}

运行结果： NUM: 10

再如，两个宏都存在时编译代码A，否则编译代码B：

#include <stdio.h>
#define NUM1 10
#define NUM2 20
int main(){
    #if (defined NUM1 && defined NUM2)
        //代码A
        printf("NUM1: %d, NUM2: %d\n", NUM1, NUM2);
    #else
        //代码B
        printf("Error\n");
    #endif
    return 0;
}

运行结果： NUM1: 10, NUM2: 20

#ifdef 可以认为是 #if defined 的缩写。

预处理命令总结

预处理指令是以#号开头的代码行，# 号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。# 后是指令关键字，在关键字和 # 号之间允许存在任意个数的空白字符，整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。

下面是本章涉及到的部分预处理指令：

指令	说明
#	空指令，无任何效果
#include	包含一个源代码文件
#define	定义宏
#undef	取消已定义的宏
#if	如果给定条件为真，则编译下面代码
#ifdef	如果宏已经定义，则编译下面代码
#ifndef	如果宏没有定义，则编译下面代码
#elif	如果前面的#if给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码
#endif	结束一个#if……#else条件编译块

指针

和普通变量一样，指针变量也可以被多次写入，只要你想，随时都能够改变指针变量的值，请看下面的代码：

//定义普通变量
float a = 99.5, b = 10.6;
char c = '@', d = '#';
//定义指针变量
float *p1 = &a;  
char *p2 = &c;
//修改指针变量的值
p1 = &b;
p2 = &d;

*是一个特殊符号，表明一个变量是指针变量，定义 p1、p2 时必须带*。而给 p1、p2 赋值时，因为已经知道了它是一个指针变量，就没必要多此一举再带上*，后边可以像使用普通变量一样来使用指针变量。也就是说，定义指针变量时必须带*，给指针变量赋值时不能带*。

通过指针变量取得数据

指针变量存储了数据的地址，通过指针变量能够获得该地址上的数据，格式为：

*pointer;

这里的*称为指针运算符，用来取得某个地址上的数据，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 15;
    int *p = &a;
    printf("%d, %d\n", a, *p);  //两种方式都可以输出a的值
    return 0;
}

定义数组时，要给出数组名和数组长度，数组名可以认为是一个指针，它指向数组的第 0 个元素。在C语言中，我们将第 0 个元素的地址称为数组的首地址。以上面的数组为例，下图是 arr 的指向：

下面的例子演示了如何以指针的方式遍历数组元素：

#include <stdio.h>
int main(){
    int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
    int len = sizeof(arr) / sizeof(int);  //求数组长度
    int i;
    for(i=0; i<len; i++){
        printf("%d  ", *(arr+i) );  //*(arr+i)等价于arr[i]
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

运行结果： 99 15 100 888 252

第 5 行代码用来求数组的长度，sizeof(arr) 会获得整个数组所占用的字节数，sizeof(int) 会获得一个数组元素所占用的字节数，它们相除的结果就是数组包含的元素个数，也即数组长度。

第 8 行代码中我们使用了*(arr+i)这个表达式，arr 是数组名，指向数组的第 0 个元素，表示数组首地址， arr+i 指向数组的第 i 个元素，*(arr+i) 表示取第 i 个元素的数据，它等价于 arr[i]。

arr 是int*类型的指针，每次加 1 时它自身的值会增加 sizeof(int)，加 i 时自身的值会增加 sizeof(int) * i。

字符数组与字符串常量

字符数组

char str[] = "12345679"

字符串常量

char *str = "123456asd"

它们都可以使用%s输出整个字符串，都可以使用*或[ ]获取单个字符，这两种表示字符串的方式是不是就没有区别了呢？

有！它们最根本的区别是在内存中的存储区域不一样，字符数组存储在全局数据区或栈区，第二种形式的字符串存储在常量区。全局数据区和栈区的字符串（也包括其他数据）有读取和写入的权限，而常量区的字符串（也包括其他数据）只有读取权限，没有写入权限。

我们将第二种形式的字符串称为字符串常量，意思很明显，常量只能读取不能写入。请看下面的演示：

#include <stdio.h>
int main(){
    char *str = "Hello World!";
    str = "I love C!";  //正确
    str[3] = 'P';  //错误
    return 0;
}

这段代码能够正常编译和链接，但在运行时会出现段错误（Segment Fault）或者写入位置错误。

第4行代码是正确的，可以更改指针变量本身的指向；第5行代码是错误的，不能修改字符串中的字符。

到底使用字符数组还是字符串常量

在编程过程中如果只涉及到对字符串的读取，那么字符数组和字符串常量都能够满足要求；如果有写入（修改）操作，那么只能使用字符数组，不能使用字符串常量。

获取用户输入的字符串就是一个典型的写入操作，只能使用字符数组，不能使用字符串常量，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
int main(){
    char str[30];
    gets(str);
    printf("%s\n", str);
    return 0;
}

指针变量作为函数参数

作用是可以改变指针变量所对应的值，而不仅仅是在局部生效。经典例子

#include <stdio.h>
void swap(int *p1, int *p2){
    int temp;  //临时变量
    temp = *p1;
    *p1 = *p2;
    *p2 = temp;
}
int main(){
    int a = 66, b = 99;
    swap(&a, &b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    return 0;
}

运行结果： a = 99, b = 66

指针作为函数返回值

C语言允许函数的返回值是一个指针（地址），我们将这样的函数称为指针函数。下面的例子定义了一个函数 strlong()，用来返回两个字符串中较长的一个：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
char *strlong(char *str1, char *str2){
    if(strlen(str1) >= strlen(str2)){
        return str1;
    }else{
        return str2;
    }
}
int main(){
    char str1[30], str2[30], *str;
    gets(str1);
    gets(str2);
    str = strlong(str1, str2);
    printf("Longer string: %s\n", str);
    return 0;
}

运行结果：

C Language↙ c.biancheng.net↙ Longer string: c.biancheng.net

关于这一点的关键在于，返回值的指针的生存周期需要重点关注。

二级指针

指针可以指向一份普通类型的数据，例如 int、double、char 等，也可以指向一份指针类型的数据，例如 int *、double *、char * 等。

如果一个指针指向的是另外一个指针，我们就称它为二级指针，或者指向指针的指针。

假设有一个 int 类型的变量 a，p1是指向 a 的指针变量，p2 又是指向 p1 的指针变量，它们的关系如下图所示：

将这种关系转换为C语言代码：

int a =100;
int *p1 = &a;
int **p2 = &p1;

指针变量也是一种变量，也会占用存储空间，也可以使用&获取它的地址。C语言不限制指针的级数，每增加一级指针，在定义指针变量时就得增加一个星号*。p1 是一级指针，指向普通类型的数据，定义时有一个*；p2 是二级指针，指向一级指针 p1，定义时有两个*。

指针数组（数组每个元素都是指针）

如果一个数组中的所有元素保存的都是指针，那么我们就称它为指针数组。指针数组的定义形式一般为：

dataType *arrayName[length];

[ ]的优先级高于*，该定义形式应该理解为：

dataType *(arrayName[length]);

括号里面说明arrayName是一个数组，包含了length个元素，括号外面说明每个元素的类型为dataType *。

除了每个元素的数据类型不同，指针数组和普通数组在其他方面都是一样的，下面是一个简单的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 16, b = 932, c = 100;
    //定义一个指针数组
    int *arr[3] = {&a, &b, &c};//也可以不指定长度，直接写作 int *arr[]
    //定义一个指向指针数组的指针
    int **parr = arr;
    printf("%d, %d, %d\n", *arr[0], *arr[1], *arr[2]);
    printf("%d, %d, %d\n", **(parr+0), **(parr+1), **(parr+2));
    return 0;
}

运行结果： 16, 932, 100 16, 932, 100

arr 是一个指针数组，它包含了 3 个元素，每个元素都是一个指针，在定义 arr 的同时，我们使用变量 a、b、c 的地址对它进行了初始化，这和普通数组是多么地类似。

parr 是指向数组 arr 的指针，确切地说是指向 arr 第 0 个元素的指针，它的定义形式应该理解为int *(*parr)，括号中的*表示 parr 是一个指针，括号外面的int *表示 parr 指向的数据的类型。arr 第 0 个元素的类型为 int *，所以在定义 parr 时要加两个 *。

第一个 printf() 语句中，arr[i] 表示获取第 i 个元素的值，该元素是一个指针，还需要在前面增加一个 * 才能取得它指向的数据，也即 *arr[i] 的形式。

第二个 printf() 语句中，parr+i 表示第 i 个元素的地址，*(parr+i) 表示获取第 i 个元素的值（该元素是一个指针），**(parr+i) 表示获取第 i 个元素指向的数据。

指针数组还可以和字符串数组结合使用，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    char *str[3] = {
        "c.biancheng.net",
        "C语言中文网",
        "C Language"
    };
    printf("%s\n%s\n%s\n", str[0], str[1], str[2]);
    return 0;
}

运行结果： c.biancheng.net C语言中文网 C Language

需要注意的是，字符数组 str 中存放的是字符串的首地址，不是字符串本身，字符串本身位于其他的内存区域，和字符数组是分开的。

也只有当指针数组中每个元素的类型都是char *时，才能像上面那样给指针数组赋值，其他类型不行。

指针数组和二维数组指针的区别

指针数组和二维数组指针在定义时非常相似，只是括号的位置不同：

int *(p1[5]);  //指针数组，可以去掉括号直接写作 int *p1[5];
int (*p2)[5];  //二维数组指针，不能去掉括号

指针数组和二维数组指针有着本质上的区别：指针数组是一个数组，只是每个元素保存的都是指针，以上面的 p1 为例，在32位环境下它占用 4×5 = 20 个字节的内存。二维数组指针是一个指针，它指向一个二维数组，以上面的 p2 为例，它占用 4 个字节的内存。

C语言二维数组指针（指向二维数组的指针）详解 (biancheng.net)

（这部分还是查查其他资料会好一点）

函数指针

一个函数总是占用一段连续的内存区域，函数名在表达式中有时也会被转换为该函数所在内存区域的首地址，这和数组名非常类似。我们可以把函数的这个首地址（或称入口地址）赋予一个指针变量，使指针变量指向函数所在的内存区域，然后通过指针变量就可以找到并调用该函数。这种指针就是函数指针。

函数指针的定义形式为：

returnType (*pointerName)(param list);

returnType 为函数返回值类型，pointerName 为指针名称，param list 为函数参数列表。参数列表中可以同时给出参数的类型和名称，也可以只给出参数的类型，省略参数的名称，这一点和函数原型非常类似。

注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略，如果写作returnType *pointerName(param list);就成了函数原型，它表明函数的返回值类型为returnType *。

【实例】用指针来实现对函数的调用。

#include <stdio.h>
//返回两个数中较大的一个
int max(int a, int b){
    return a>b ? a : b;
}
int main(){
    int x, y, maxval;
    //定义函数指针
    int (*pmax)(int, int) = max;  //也可以写作int (*pmax)(int a, int b)
    printf("Input two numbers:");
    scanf("%d %d", &x, &y);
    maxval = (*pmax)(x, y);
    printf("Max value: %d\n", maxval);
    return 0;
}

运行结果： Input two numbers:10 50↙ Max value: 50

第 14 行代码对函数进行了调用。pmax 是一个函数指针，在前面加 * 就表示对它指向的函数进行调用。注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略。

指针总结

指针（Pointer）就是内存的地址，C语言允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。指针变量可以存放基本类型数据的地址，也可以存放数组、函数以及其他指针变量的地址。

程序在运行过程中需要的是数据和指令的地址，变量名、函数名、字符串名和数组名在本质上是一样的，它们都是地址的助记符：在编写代码的过程中，我们认为变量名表示的是数据本身，而函数名、字符串名和数组名表示的是代码块或数据块的首地址；程序被编译和链接后，这些名字都会消失，取而代之的是它们对应的地址。

定 义	含 义
int *p;	p 可以指向 int 类型的数据，也可以指向类似 int arr[n] 的数组。
int **p;	p 为二级指针，指向 int * 类型的数据。
int *p[n];	p 为指针数组。[ ] 的优先级高于 *，所以应该理解为 int *(p[n]);
int (*p)[n];	p 为二维数组指针。
int *p();	p 是一个函数，它的返回值类型为 int *。
int (*p)();	p 是一个函数指针，指向原型为 int func() 的函数。

\1) 指针变量可以进行加减运算，例如p++、p+i、p-=i。指针变量的加减运算并不是简单的加上或减去一个整数，而是跟指针指向的数据类型有关。

\2) 给指针变量赋值时，要将一份数据的地址赋给它，不能直接赋给一个整数，例如int *p = 1000;是没有意义的，使用过程中一般会导致程序崩溃。

\3) 使用指针变量之前一定要初始化，否则就不能确定指针指向哪里，如果它指向的内存没有使用权限，程序就崩溃了。对于暂时没有指向的指针，建议赋值NULL。

\4) 两个指针变量可以相减。如果两个指针变量指向同一个数组中的某个元素，那么相减的结果就是两个指针之间相差的元素个数。

\5) 数组也是有类型的，数组名的本意是表示一组类型相同的数据。在定义数组时，或者和 sizeof、& 运算符一起使用时数组名才表示整个数组，表达式中的数组名会被转换为一个指向数组的指针。

结构体

结构体是一种自定义的数据类型，是创建变量的模板，不占用内存空间；结构体变量才包含了实实在在的数据，需要内存空间来存储。

在C语言中，可以使用**结构体（Struct）**来存放一组不同类型的数据。结构体的定义形式为：

struct 结构体名{ 结构体所包含的变量或数组 };

你也可以在定义结构体的同时定义结构体变量：

struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在学习小组
    float score;  //成绩
} stu1, stu2;

将变量放在结构体定义的最后即可。

结构体数组

【示例】计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。

#include <stdio.h>
struct{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}class[] = {
    {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
    {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
    {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
};
int main(){
    int i, num_140 = 0;
    float sum = 0;
    for(i=0; i<5; i++){
        sum += class[i].score;
        if(class[i].score < 140) num_140++;
    }
    printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
    return 0;
}

运行结果： sum=707.50 average=141.50 num_140=2

结构体指针

当一个指针变量指向结构体时，我们就称它为结构体指针。定义形式一般为：

struct 结构体名 *变量名;

下面是一个定义结构体指针的实例：

//结构体
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
} stu1 = { "Tom", 12, 18, 'A', 136.5 };
//结构体指针
struct stu *pstu = &stu1;

获取结构体成员

通过结构体指针可以获取结构体成员，一般形式为：

(*pointer).memberName

或者：

pointer->memberName

第一种写法中，.的优先级高于*，(*pointer)两边的括号不能少。如果去掉括号写作*pointer.memberName，那么就等效于*(pointer.memberName)，这样意义就完全不对了。

第二种写法中，->是一个新的运算符，习惯称它为“箭头”，有了它，可以通过结构体指针直接取得结构体成员；这也是->在C语言中的唯一用途。

上面的两种写法是等效的，我们通常采用后面的写法，这样更加直观。

【示例】结构体数组指针的使用。

#include <stdio.h>
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}stus[] = {
    {"Zhou ping", 5, 18, 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
    {"Liu fang", 1, 18, 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
    {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
}, *ps;
int main(){
    //求数组长度
    int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
    printf("Name\t\tNum\tAge\tGroup\tScore\t\n");
    for(ps=stus; ps<stus+len; ps++){
        printf("%s\t%d\t%d\t%c\t%.1f\n", ps->name, ps->num, ps->age, ps->group, ps->score);
    }
    return 0;
}

运行结果：

Name            Num     Age     Group   Score
Zhou ping       5       18      C       145.0
Zhang ping      4       19      A       130.5
Liu fang        1       18      A       148.5
Cheng ling      2       17      F       139.0
Wang ming       3       17      B       144.5

结构体指针作为函数参数

结构体变量名代表的是整个集合本身，作为函数参数时传递的整个集合，也就是所有成员，而不是像数组一样被编译器转换成一个指针。如果结构体成员较多，尤其是成员为数组时，传送的时间和空间开销会很大，影响程序的运行效率。所以最好的办法就是使用结构体指针，这时由实参传向形参的只是一个地址，非常快速。

【示例】计算全班学生的总成绩、平均成绩和以及 140 分以下的人数。

#include <stdio.h>
struct stu{
    char *name;  //姓名
    int num;  //学号
    int age;  //年龄
    char group;  //所在小组
    float score;  //成绩
}stus[] = {
    {"Li ping", 5, 18, 'C', 145.0},
    {"Zhang ping", 4, 19, 'A', 130.5},
    {"He fang", 1, 18, 'A', 148.5},
    {"Cheng ling", 2, 17, 'F', 139.0},
    {"Wang ming", 3, 17, 'B', 144.5}
};
void average(struct stu *ps, int len);
int main(){
    int len = sizeof(stus) / sizeof(struct stu);
    average(stus, len);
    return 0;
}
void average(struct stu *ps, int len){
    int i, num_140 = 0;
    float average, sum = 0;
    for(i=0; i<len; i++){
        sum += (ps + i) -> score;
        if((ps + i)->score < 140) num_140++;
    }
    printf("sum=%.2f\naverage=%.2f\nnum_140=%d\n", sum, sum/5, num_140);
}

运行结果： sum=707.50 average=141.50 num_140=2

枚举

C语言提供了一种枚举（Enum）类型，能够列出所有可能的取值，并给它们取一个名字。

枚举和宏其实非常类似：宏在预处理阶段将名字替换成对应的值，枚举在编译阶段将名字替换成对应的值。我们可以将枚举理解为编译阶段的宏。

枚举类型的定义形式为：

enum typeName{ valueName1, valueName2, valueName3, ...... };

enum是一个新的关键字，专门用来定义枚举类型，这也是它在C语言中的唯一用途；typeName是枚举类型的名字；valueName1, valueName2, valueName3, ......是每个值对应的名字的列表。注意最后的;不能少。

例如，列出一个星期有几天：

enum week{ Mon, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun };

可以看到，我们仅仅给出了名字，却没有给出名字对应的值，这是因为枚举值默认从 0 开始，往后逐个加 1（递增）；也就是说，week 中的 Mon、Tues ...... Sun 对应的值分别为 0、1 ...... 6。

我们也可以给每个名字都指定一个值：

enum week{ Mon = 1, Tues = 2, Wed = 3, Thurs = 4, Fri = 5, Sat = 6, Sun = 7 };

更为简单的方法是只给第一个名字指定值：

enum week{ Mon = 1, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun };

这样枚举值就从 1 开始递增，跟上面的写法是等效的。

有了枚举变量，就可以把列表中的值赋给它：

enum week{ Mon = 1, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun };
enum week a = Mon, b = Wed, c = Sat;

【示例】判断用户输入的是星期几。

#include <stdio.h>
int main(){
    enum week{ Mon = 1, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun } day;
    scanf("%d", &day);
    switch(day){
        case Mon: puts("Monday"); break;
        case Tues: puts("Tuesday"); break;
        case Wed: puts("Wednesday"); break;
        case Thurs: puts("Thursday"); break;
        case Fri: puts("Friday"); break;
        case Sat: puts("Saturday"); break;
        case Sun: puts("Sunday"); break;
        default: puts("Error!");
    }
    return 0;
}

运行结果： 4↙ Thursday

需要注意的两点是： \1) 枚举列表中的 Mon、Tues、Wed 这些标识符的作用范围是全局的（严格来说是 main() 函数内部），不能再定义与它们名字相同的变量。

\2) Mon、Tues、Wed 等都是常量，不能对它们赋值，只能将它们的值赋给其他的变量。

共用体 C语言union用法

通过前面的讲解，我们知道结构体（Struct）是一种构造类型或复杂类型，它可以包含多个类型不同的成员。在C语言中，还有另外一种和结构体非常类似的语法，叫做共用体（Union），它的定义格式为：

union 共用体名{ 成员列表 };

共用体有时也被称为联合或者联合体，这也是 Union 这个单词的本意。

共用体也是一种自定义类型，可以通过它来创建变量，例如：

union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
};
union data a, b, c;

上面是先定义共用体，再创建变量，也可以在定义共用体的同时创建变量：

union data{
    int n;
    char ch;
    double f;
} a, b, c;

如果不再定义新的变量，也可以将共用体的名字省略：

union{
    int n;
    char ch;
    double f;
} a, b, c;

共用体 data 中，成员 f 占用的内存最多，为 8 个字节，所以 data 类型的变量（也就是 a、b、c）也占用 8 个字节的内存，请看下面的演示：

#include <stdio.h>
union data{
    int n;
    char ch;
    short m;
};
int main(){
    union data a;
    printf("%d, %d\n", sizeof(a), sizeof(union data) );
    a.n = 0x40;
    printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
    a.ch = '9';
    printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
    a.m = 0x2059;
    printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
    a.n = 0x3E25AD54;
    printf("%X, %c, %hX\n", a.n, a.ch, a.m);
   
    return 0;
}

运行结果：

4, 4
40, @, 40
39, 9, 39
2059, Y, 2059
3E25AD54, T, AD54

这段代码不但验证了共用体的长度，还说明共用体成员之间会相互影响，修改一个成员的值会影响其他成员。

要想理解上面的输出结果，弄清成员之间究竟是如何相互影响的，就得了解各个成员在内存中的分布。以上面的 data 为例，各个成员在内存中的分布如下：

成员 n、ch、m 在内存中“对齐”到一头，对 ch 赋值修改的是前一个字节，对 m 赋值修改的是前两个字节，对 n 赋值修改的是全部字节。也就是说，ch、m 会影响到 n 的一部分数据，而 n 会影响到 ch、m 的全部数据。

上图是在绝大多数 PC 机上的内存分布情况，如果是 51 单片机，情况就会有所不同：

为什么不同的机器会有不同的分布情况呢？这跟机器的存储模式有关，

共用体的应用

共用体在一般的编程中应用较少，在单片机中应用较多。对于 PC 机，经常使用到的一个实例是： 现有一张关于学生信息和教师信息的表格。学生信息包括姓名、编号、性别、职业、分数，教师的信息包括姓名、编号、性别、职业、教学科目。请看下面的表格：

Name	Num	Sex	Profession	Score / Course
HanXiaoXiao	501	f	s	89.5
YanWeiMin	1011	m	t	math
LiuZhenTao	109	f	t	English
ZhaoFeiYan	982	m	s	95.0

f 和 m 分别表示女性和男性，s 表示学生，t 表示教师。可以看出，学生和教师所包含的数据是不同的。现在要求把这些信息放在同一个表格中，并设计程序输入人员信息然后输出。

如果把每个人的信息都看作一个结构体变量的话，那么教师和学生的前 4 个成员变量是一样的，第 5 个成员变量可能是 score 或者 course。当第 4 个成员变量的值是 s 的时候，第 5 个成员变量就是 score；当第 4 个成员变量的值是 t 的时候，第 5 个成员变量就是 course。

经过上面的分析，我们可以设计一个包含共用体的结构体，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define TOTAL 4  //人员总数
struct{
    char name[20];
    int num;
    char sex;
    char profession;
    union{
        float score;
        char course[20];
    } sc;
} bodys[TOTAL];
int main(){
    int i;
    //输入人员信息
    for(i=0; i<TOTAL; i++){
        printf("Input info: ");
        scanf("%s %d %c %c", bodys[i].name, &(bodys[i].num), &(bodys[i].sex), &(bodys[i].profession));
        if(bodys[i].profession == 's'){  //如果是学生
            scanf("%f", &bodys[i].sc.score);
        }else{  //如果是老师
            scanf("%s", bodys[i].sc.course);
        }
        fflush(stdin);
    }
    //输出人员信息
    printf("\nName\t\tNum\tSex\tProfession\tScore / Course\n");
    for(i=0; i<TOTAL; i++){
        if(bodys[i].profession == 's'){  //如果是学生
            printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%f\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.score);
        }else{  //如果是老师
            printf("%s\t%d\t%c\t%c\t\t%s\n", bodys[i].name, bodys[i].num, bodys[i].sex, bodys[i].profession, bodys[i].sc.course);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

Input info: HanXiaoXiao 501 f s 89.5↙
Input info: YanWeiMin 1011 m t math↙
Input info: LiuZhenTao 109 f t English↙
Input info: ZhaoFeiYan 982 m s 95.0↙

Name            Num     Sex     Profession      Score / Course
HanXiaoXiao     501     f       s               89.500000
YanWeiMin       1011    m       t               math
LiuZhenTao      109     f       t               English
ZhaoFeiYan      982     m       s               95.000000

C语言位域详解

有些数据在存储时并不需要占用一个完整的字节，只需要占用一个或几个二进制位即可。例如开关只有通电和断电两种状态，用 0 和 1 表示足以，也就是用一个二进位。正是基于这种考虑，C语言又提供了一种叫做位域的数据结构。

在结构体定义时，我们可以指定某个成员变量所占用的二进制位数（Bit），这就是位域。请看下面的例子：

struct bs{
    unsigned m;
    unsigned n: 4;
    unsigned char ch: 6;
};

:后面的数字用来限定成员变量占用的位数。成员 m 没有限制，根据数据类型即可推算出它占用 4 个字节（Byte）的内存。成员 n、ch 被:后面的数字限制，不能再根据数据类型计算长度，它们分别占用 4、6 位（Bit）的内存。

n、ch 的取值范围非常有限，数据稍微大些就会发生溢出，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    struct bs{
        unsigned m;
        unsigned n: 4;
        unsigned char ch: 6;
    } a = { 0xad, 0xE, '$'};
    //第一次输出
    printf("%#x, %#x, %c\n", a.m, a.n, a.ch);
    //更改值后再次输出
    a.m = 0xb8901c;
    a.n = 0x2d;
    a.ch = 'z';
    printf("%#x, %#x, %c\n", a.m, a.n, a.ch);
    return 0;
}

运行结果：

0xad, 0xe, $ 0xb8901c, 0xd, :

对于 n 和 ch，第一次输出的数据是完整的，第二次输出的数据是残缺的。

第一次输出时，n、ch 的值分别是 0xE、0x24（'$' 对应的 ASCII 码为 0x24），换算成二进制是 1110、10 0100，都没有超出限定的位数，能够正常输出。

第二次输出时，n、ch 的值变为 0x2d、0x7a（'z' 对应的 ASCII 码为 0x7a），换算成二进制分别是 10 1101、111 1010，都超出了限定的位数。超出部分被直接截去，剩下 1101、11 1010，换算成十六进制为 0xd、0x3a（0x3a 对应的字符是 :）。

C语言标准规定，位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度。通俗地讲，成员变量都是有类型的，这个类型限制了成员变量的最大长度，:后面的数字不能超过这个长度。

例如上面的 bs，n 的类型是 unsigned int，长度为 4 个字节，共计 32 位，那么 n 后面的数字就不能超过 32；ch 的类型是 unsigned char，长度为 1 个字节，共计 8 位，那么 ch 后面的数字就不能超过 8。

我们可以这样认为，位域技术就是在成员变量所占用的内存中选出一部分位宽来存储数据。

C语言标准还规定，只有有限的几种数据类型可以用于位域。在 ANSI C 中，这几种数据类型是 int、signed int 和 unsigned int（int 默认就是 signed int）；到了 C99，_Bool 也被支持了。

但编译器在具体实现时都进行了扩展，额外支持了 char、signed char、unsigned char 以及 enum 类型，所以上面的代码虽然不符合C语言标准，但它依然能够被编译器支持。

位域的存储

C语言标准并没有规定位域的具体存储方式，不同的编译器有不同的实现，但它们都尽量压缩存储空间。

位域的具体存储规则如下： \1) 当相邻成员的类型相同时，如果它们的位宽之和小于类型的 sizeof 大小，那么后面的成员紧邻前一个成员存储，直到不能容纳为止；如果它们的位宽之和大于类型的 sizeof 大小，那么后面的成员将从新的存储单元开始，其偏移量为类型大小的整数倍。

以下面的位域 bs 为例：

#include <stdio.h>
int main(){
    struct bs{
        unsigned m: 6;
        unsigned n: 12;
        unsigned p: 4;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct bs));
    return 0;
}

运行结果： 4

m、n、p 的类型都是 unsigned int，sizeof 的结果为 4 个字节（Byte），也即 32 个位（Bit）。m、n、p 的位宽之和为 6+12+4 = 22，小于 32，所以它们会挨着存储，中间没有缝隙。

sizeof(struct bs) 的大小之所以为 4，而不是 3，是因为要将内存对齐到 4 个字节，以便提高存取效率。

如果将成员 m 的位宽改为 22，那么输出结果将会是 8，因为 22+12 = 34，大于 32，n 会从新的位置开始存储，相对 m 的偏移量是 sizeof(unsigned int)，也即 4 个字节。

如果再将成员 p 的位宽也改为 22，那么输出结果将会是 12，三个成员都不会挨着存储。

\2) 当相邻成员的类型不同时，不同的编译器有不同的实现方案，GCC 会压缩存储，而 VC/VS 不会。

请看下面的位域 bs：

#include <stdio.h>
int main(){
    struct bs{
        unsigned m: 12;
        unsigned char ch: 4;
        unsigned p: 4;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct bs));
    return 0;
}

在 GCC 下的运行结果为 4，三个成员挨着存储；在 VC/VS 下的运行结果为 12，三个成员按照各自的类型存储（与不指定位宽时的存储方式相同）。

m 、ch、p 的长度分别是 4、1、4 个字节，共计占用 9 个字节内存，只所以在 VC/VS 下的输出结果是 12，还是因为要将内存对齐（ch 单独占用 4 个字节），以便提高存取效率。

\3) 如果成员之间穿插着非位域成员，那么不会进行压缩。例如对于下面的 bs：

struct bs{
    unsigned m: 12;
    unsigned ch;
    unsigned p: 4;
};

在各个编译器下 sizeof 的结果都是 12。

通过上面的分析，我们发现位域成员往往不占用完整的字节，有时候也不处于字节的开头位置，因此使用&获取位域成员的地址是没有意义的，C语言也禁止这样做。地址是字节（Byte）的编号，而不是位（Bit）的编号。

无名位域

位域成员可以没有名称，只给出数据类型和位宽，如下所示：

struct bs{
    int m: 12;
    int  : 20;  //该位域成员不能使用
    int n: 4;
};

无名位域一般用来作填充或者调整成员位置。因为没有名称，无名位域不能使用。

上面的例子中，如果没有位宽为 20 的无名成员，m、n 将会挨着存储，sizeof(struct bs) 的结果为 4；有了这 20 位作为填充，m、n 将分开存储，sizeof(struct bs) 的结果为 8。

C语言位运算（按位与运算、或运算、异或运算、左移运算、右移运算）

所谓位运算，就是对一个比特（Bit）位进行操作。比特（Bit）是一个电子元器件，8个比特构成一个字节（Byte），它已经是粒度最小的可操作单元了。

C语言提供了六种位运算符：

运算符	&	|	^	~	<<	>>
说明	按位与	按位或	按位异或	取反	左移	右移

原码、反码、补码的概念只对负数有实际意义，对于正数，它们都一样。

　　最后我们总结一下 6 和 -18 从原码到补码的转换过程：

　　在计算机内存中，整数一律采用补码的形式来存储。这意味着，当读取整数时还要采用逆向的转换，也就是将补码转换为原码。将补码转换为原码也很简单：先减去 1，再将数值位取反即可。

按位与运算（&）

一个比特（Bit）位只有 0 和 1 两个取值，只有参与&运算的两个位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。例如1&1为 1，0&0为 0，1&0也为 0，这和逻辑运算符&&非常类似。

C语言中不能直接使用二进制，&两边的操作数可以是十进制、八进制、十六进制，它们在内存中最终都是以二进制形式存储，&就是对这些内存中的二进制位进行运算。其他的位运算符也是相同的道理。

例如，9 & 5可以转换成如下的运算：

​ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） & 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- ​ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在内存中的存储）

也就是说，按位与运算会对参与运算的两个数的所有二进制位进行&运算，9 & 5的结果为 1。

又如，-9 & 5可以转换成如下的运算：

​ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） & 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- ​ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储）

-9 & 5的结果是 5。

再强调一遍，&是根据内存中的二进制位进行运算的，而不是数据的二进制形式；其他位运算符也一样。以-9&5为例，-9 的在内存中的存储和 -9 的二进制形式截然不同：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） -0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （-9 的二进制形式，前面多余的 0 可以抹掉）

按位与运算通常用来对某些位清 0，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位清 0 ，保留低 16 位，可以进行n & 0XFFFF运算（0XFFFF 在内存中的存储形式为 0000 0000 -- 0000 0000 -- 1111 1111 -- 1111 1111）。

【实例】对上面的分析进行检验。

#include <stdio.h>
int main(){
    int n = 0X8FA6002D;
    printf("%d, %d, %X\n", 9 & 5, -9 & 5, n & 0XFFFF);
    return 0;
}

运行结果： 1, 5, 2D

按位或运算（|）

参与|运算的两个二进制位有一个为 1 时，结果就为 1，两个都为 0 时结果才为 0。例如1|1为1，0|0为0，1|0为1，这和逻辑运算中的||非常类似。

例如，9 | 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） | 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1101 （13 在内存中的存储）

9 | 5的结果为 13。

又如，-9 | 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） | 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储）

-9 | 5的结果是 -9。

按位或运算可以用来将某些位置 1，或者保留某些位。例如要把 n 的高 16 位置 1，保留低 16 位，可以进行n | 0XFFFF0000运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h>
int main(){
    int n = 0X2D;
    printf("%d, %d, %X\n", 9 | 5, -9 | 5, n | 0XFFFF0000);
    return 0;
}

运行结果： 13, -9, FFFF002D

按位异或运算（^）

参与^运算两个二进制位不同时，结果为 1，相同时结果为 0。例如0^1为1，0^0为0，1^1为0。

例如，9 ^ 5可以转换成如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1100 （12 在内存中的存储）

9 ^ 5的结果为 12。

又如，-9 ^ 5可以转换成如下的运算：

1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ^ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0101 （5 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0010 （-14 在内存中的存储）

-9 ^ 5的结果是 -14。

按位异或运算可以用来将某些二进制位反转。例如要把 n 的高 16 位反转，保留低 16 位，可以进行n ^ 0XFFFF0000运算（0XFFFF0000 在内存中的存储形式为 1111 1111 -- 1111 1111 -- 0000 0000 -- 0000 0000）。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h>
int main(){
    unsigned n = 0X0A07002D;
    printf("%d, %d, %X\n", 9 ^ 5, -9 ^ 5, n ^ 0XFFFF0000);
    return 0;
}

运行结果： 12, -14, F5F8002D

非运算

取反运算（~）

取反运算符~为单目运算符，右结合性，作用是对参与运算的二进制位取反。例如~1为0，~0为1，这和逻辑运算中的!非常类似。

例如，~9可以转换为如下的运算：

~ 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0110 （-10 在内存中的存储）

所以~9的结果为 -10。

例如，~-9可以转换为如下的运算：

~ 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1000 （8 在内存中的存储）

所以~-9的结果为 8。

【实例】对上面的分析进行校验。

#include <stdio.h>
int main(){
    printf("%d, %d\n", ~9, ~-9 );
    return 0;
}

运行结果： -10, 8

左移运算（<<）

左移运算符<<用来把操作数的各个二进制位全部左移若干位，高位丢弃，低位补0。

例如，9<<3可以转换为如下的运算：

<< 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0100 1000 （72 在内存中的存储）

所以9<<3的结果为 72。

又如，(-9)<<3可以转换为如下的运算：

<< 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1011 1000 （-72 在内存中的存储）

所以(-9)<<3的结果为 -72

如果数据较小，被丢弃的高位不包含 1，那么左移 n 位相当于乘以 2 的 n 次方。

【实例】对上面的结果进行校验。

#include <stdio.h>
int main(){
    printf("%d, %d\n", 9<<3, (-9)<<3 );
    return 0;
}

运行结果： 72, -72

右移运算（>>）

右移运算符>>用来把操作数的各个二进制位全部右移若干位，低位丢弃，高位补 0 或 1。如果数据的最高位是 0，那么就补 0；如果最高位是 1，那么就补 1。

例如，9>>3可以转换为如下的运算：

0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 1001 （9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0000 -- 0000 0001 （1 在内存中的存储）

所以9>>3的结果为 1。

又如，(-9)>>3可以转换为如下的运算：

>> 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 0111 （-9 在内存中的存储） ----------------------------------------------------------------------------------- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1111 -- 1111 1110 （-2 在内存中的存储）

所以(-9)>>3的结果为 -2

如果被丢弃的低位不包含 1，那么右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方（但被移除的位中经常会包含 1）。

【实例】对上面的结果进行校验。

#include <stdio.h>
int main(){
    printf("%d, %d\n", 9>>3, (-9)>>3 );
    return 0;
}

运行结果： 1, -2

同或运算

异或运算

typedef

又如，为结构体类型定义别名：

typedef struct stu{
    char name[20];
    int age;
    char sex;
} STU;

STU 是 struct stu 的别名，可以用 STU 定义结构体变量：

STU body1,body2;

它等价于：

struct stu body1, body2;

const

有时候我们希望定义这样一种变量，它的值不能被改变，在整个作用域中都保持固定。例如，用一个变量来表示班级的最大人数，或者表示缓冲区的大小。为了满足这一要求，可以使用const关键字对变量加以限定：

const int MaxNum = 100;  //班级的最大人数

这样 MaxNum 的值就不能被修改了，任何对 MaxNum 赋值的行为都将引发错误：

MaxNum = 90;  //错误，试图向 const 变量写入数据

我们经常将 const 变量称为常量（Constant）。创建常量的格式通常为：

const type name = value;

int main(){
    int n = 90;
    const int MaxNum1 = getNum();  //运行时初始化
    const int MaxNum2 = n;  //运行时初始化
    const int MaxNum3 = 80;  //编译时初始化
    printf("%d, %d, %d\n", MaxNum1, MaxNum2, MaxNum3);
    return 0;
}

const 和指针

const 也可以和指针变量一起使用，这样可以限制指针变量本身，也可以限制指针指向的数据。const 和指针一起使用会有几种不同的顺序，如下所示：

const int *p1;
int const *p2;
int * const p3;

在最后一种情况下，指针是只读的，也就是 p3 本身的值不能被修改；在前面两种情况下，指针所指向的数据是只读的，也就是 p1、p2 本身的值可以修改（指向不同的数据），但它们指向的数据不能被修改。

当然，指针本身和它指向的数据都有可能是只读的，下面的两种写法能够做到这一点：

const int * const p4;
int const * const p5;

const 和指针结合的写法多少有点让初学者摸不着头脑，大家可以这样来记忆：const 离变量名近就是用来修饰指针变量的，离变量名远就是用来修饰指针指向的数据，如果近的和远的都有，那么就同时修饰指针变量以及它指向的数据。

const 和函数形参

在C语言中，单独定义 const 变量没有明显的优势，完全可以使用#define命令代替。const 通常用在函数形参中，如果形参是一个指针，为了防止在函数内部修改指针指向的数据，就可以用 const 来限制。

我们自己在定义函数时也可以使用 const 对形参加以限制，例如查找字符串中某个字符出现的次数：

#include <stdio.h>
size_t strnchr(const char *str, char ch){
    int i, n = 0, len = strlen(str);
    for(i=0; i<len; i++){
        if(str[i] == ch){
            n++;
        }
    }
   
    return n;
}
int main(){
    char *str = "http://c.biancheng.net";
    char ch = 't';
    int n = strnchr(str, ch);
    printf("%d\n", n);
    return 0;
}

运行结果： 3

根据 strnchr() 的功能可以推断，函数内部要对字符串 str 进行遍历，不应该有修改的动作，用 const 加以限制，不但可以防止由于程序员误操作引起的字符串修改，还可以给用户一个提示，函数不会修改你提供的字符串，请你放心。

C的随机数生成

在C语言中，我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数，它的用法为：

int rand (void);

void 表示不需要传递参数。

C语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数，但是 random() 不是标准函数，不能在 VC/VS 等编译器通过，所以比较少用。

rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。

下面是一个随机数生成的实例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

运行结果举例： 193

随机数的本质

多次运行上面的代码，你会发现每次产生的随机数都一样，这是怎么回事呢？为什么随机数并不随机呢？

实际上，rand() 函数产生的随机数是伪随机数，是根据一个数值按照某个公式推算出来的，这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布，如下图所示：

种子在每次启动计算机时是随机的，但是一旦计算机启动以后它就不再变化了；也就是说，每次启动计算机以后，种子就是定值了，所以根据公式推算出来的结果（也就是生成的随机数）就是固定的。

重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”，这样种子就会发生改变。srand() 的用法为：

void srand (unsigned int seed);

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同。

使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间（精确到秒），就像下面这样：

srand((unsigned)time(NULL));

有兴趣的读者请猛击这里自行研究 time() 函数的用法，本节我们不再过多讲解。

对上面的代码进行修改，生成随机数之前先进行播种：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

多次运行程序，会发现每次生成的随机数都不一样了。但是，这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势，这是因为我们以时间为种子，时间是逐渐增大的，结合上面的正态分布图，很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。

方案2：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a, i;
    //使用for循环生成10个随机数
    srand((unsigned)time(NULL));
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        a = rand();
        printf("%d ", a);
    }
    return 0;
}
结果：
664229233 496172995 2049999013 713627486 486521231 767289124 1221302586 780621693 1734574210 540747069 
分析：
把srand()放在循环外，就能产生不同的不同的序列

参考文章：【C语言】连续生成多个随机数_c语言连续生成多个随机数-CSDN博客

限制范围：

设范围区间为（max，min）；

那么只需 rand%(max-min+1)+min 即可：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main()
{
	int a;
	srand((unsigned int)time(NULL));//修改种子
	for (size_t i = 0; i < 10; i++)
		
	{	
		a = rand();
		int p = a % (100 - 1 + 1) + 1;//设置范围  1-100
		printf("%d  ", p);
	}
}
结果：
59  3  18  55  24  52  66  57  52  27