《C语言入门教程》阮一峰

原文地址：https://www.ruanyifeng.com/blog/2021/09/c-language-tutorial.html 我把这些都转载到这里了

C 语言简介

历史

C 语言最初是作为 Unix 系统的开发工具而发明的。

1969年，美国贝尔实验室的肯·汤普森（Ken Thompson）与丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）一起开发了 Unix 操作系统。Unix 是用汇编语言写的，无法移植到其他计算机，他们决定使用高级语言重写。但是，当时的高级语言无法满足他们的要求，汤普森就在 BCPL 语言的基础上发明了 B 语言。

1972年，丹尼斯·里奇和布莱恩·柯林汉（Brian Kernighan）又在 B 语言的基础上重新设计了一种新语言，这种新语言取代了 B 语言，所以称为 C 语言。

1973年，整个 Unix 系统都使用 C 语言重写。此后，这种语言开始快速流传，广泛用于各种操作系统和系统软件的开发。

1988年，美国国家标准协会（ANSI）正式将 C 语言标准化，标志着 C 语言开始稳定和规范化。

几十年后的今天，C 语言依然是最广泛使用、最流行的系统编程语言之一，Unix 和 Linux 系统现在还是使用 C 语言开发。

C 语言的特点

C 语言能够长盛不衰、广泛应用，主要原因是它有一些鲜明的特点。

（1）低级语言

C 语言能够直接操作硬件、管理内存、跟操作系统对话，这使得它是一种非常接近底层的语言，也就是低级语言，非常适合写需要跟硬件交互、有极高性能要求的程序。

（2）可移植性

C 语言的原始设计目的，是将 Unix 系统移植到其他计算机架构。这使得它从一开始就非常注重可移植性，C 程序可以相对简单地移植到各种硬件架构和操作系统。

除了计算机，C 语言现在还是嵌入式系统的首选编程语言，汽车、照相机、家用电器等设备的底层系统都是用 C 语言编程，这也是因为它良好的可移植性。

（3）简单性

C 语言的语法相对简单，语法规则不算太多，也几乎没有语法糖。一般来说，如果两个语法可以完成几乎相同的事情，C 语言就只会提供一种，这样大大减少了语言的复杂性。

而且，C 语言的语法都是基础语法，不提供高级的数据结构，比如 C 语言没有“类”（class），复杂的数据结构都需要自己构造。

（4）灵活性

C 语言对程序员的限制很少。它假设程序员知道自己在干嘛，不会限制你做各种危险的操作，你干什么都可以，后果也由自己负责。

C 语言的哲学是“信任程序员，不要妨碍他们做事”。比如，它让程序员自己管理内存，不提供内存自动清理功能。另外，也不提供类型检查、数组的负索引检查、指针位置的检查等保护措施。

表面上看，这似乎很危险，但是对于高级程序员来说，却有了更大的编程自由。不过，这也使得 C 语言的 debug 不太容易。

（5）总结

上面这些特点，使得 C 语言可以写出性能非常强、完全发挥硬件潜力的程序，而且 C 语言的编译器实现难度相对较低。但是另一方面，C 语言代码容易出错，一般程序员不容易写好。

此外，当代很多流行语言都是以 C 语言为基础，比如 C++、Java、C#、JavaScript 等等。学好 C 语言有助于对这些语言加深理解。

C 语言的版本

历史上，C 语言有过多个版本。

（1）K＆R C

K&R C指的是 C 语言的原始版本。1978年，C 语言的发明者丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）和布莱恩·柯林（Brian Kernighan）合写了一本著名的教材《C 编程语言》（The C programming language）。由于 C 语言还没有成文的语法标准，这本书就成了公认标准，以两位作者的姓氏首字母作为版本简称“K&R C”。

（2）ANSI C（又称 C89 或 C90）

C 语言的原始版本非常简单，对很多情况的描述非常模糊，加上 C 语法依然在快速发展，要求将 C 语言标准化的呼声越来越高。

1989年，美国国家标准协会（ANSI）制定了一套 C 语言标准。1990年，国际标准化组织（ISO）通过了这个标准。它被称为“ANSI C”，也可以按照发布年份，称为“C89 或 C90”。

（3）C95

1995年，美国国家标准协会对1989年的那个标准，进行了补充，加入多字节字符和宽字符的支持。这个版本称为 C95。

（4）C99

C 语言标准的第一次大型修订，发生在1999年，增加了许多语言特性，比如双斜杠（//）的注释语法。这个版本称为 C99，是目前最流行的 C 版本。

（5）C11

2011年，标准化组织再一次对 C 语言进行修订，增加了 Unicode 和多线程的支持。这个版本称为 C11。

（6）C17

C11 标准在2017年进行了修补，但发布是在2018年。新版本只是解决了 C11 的一些缺陷，没有引入任何新功能。这个版本称为 C17。

（7）C2x

标准化组织正在讨论 C 语言的下一个版本，据说可能会在2023年通过，到时就会称为 C23。

C 语言的编译

C 语言是一种编译型语言，源码都是文本文件，本身无法执行。必须通过编译器，生成二进制的可执行文件，才能执行。编译器将代码从文本翻译成二进制指令的过程，就称为编译阶段，又称为“编译时”（compile time），跟运行阶段（又称为“运行时”）相区分。

目前，最常见的 C 语言编译器是自由软件基金会推出的 GCC 编译器，它可以免费使用。本书也使用这个编译器。Linux 和 Mac 系统可以直接安装 GCC，Windows 系统可以安装 MinGW。但是，也可以不用这么麻烦，网上有在线编译器，能够直接在网页上模拟运行 C 代码，查看结果，下面就是两个这样的工具。

• CodingGround: https://tutorialspoint.com/compile_c_online.php
• OnlineGDB: https://onlinegdb.com/online_c_compiler

本书的例子都使用 GCC 在命令行进行编译。

Hello World 示例

C 语言的源代码文件，通常以后缀名.c结尾。下面是一个简单的 C 程序hello.c。它就是一个普通的文本文件，任何文本编译器都能用来写。

#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf("Hello World\n");
  return 0;
}

上面这个程序的唯一作用，就是在屏幕上面显示“Hello World”。

这里不讲解这些代码是什么意思，只是作为一个例子，让大家看看 C 代码应该怎么编译和运行。假设你已经安装好了 GCC 编译器，可以打开命令行，执行下面的命令。

gcc hello.c

上面命令使用gcc编译器，将源文件hello.c编译成二进制代码。注意，$是命令行提示符，你真正需要输入的是$后面的部分。

运行这个命令以后，默认会在当前目录下生成一个编译产物文件a.out（assembler output 的缩写，Windows 平台为a.exe）。执行该文件，就会在屏幕上输出Hello World。

$ ./a.out
Hello World

GCC 的-o参数（output 的缩写）可以指定编译产物的文件名。

gcc -o hello hello.c

上面命令的-o hello指定，编译产物的文件名为hello（取代默认的a.out）。编译后就会生成一个名叫hello的可执行文件，相当于为a.out指定了名称。执行该文件，也会得到同样的结果。

$ ./hello
Hello World

GCC 的-std=参数（standard 的缩写）还可以指定按照哪个 C 语言的标准进行编译。

gcc -std=c99 hello.c

上面命令指定按照 C99 标准进行编译。

注意，-std后面需要用=连接参数，而不是像上面的-o一样用空格，并且=前后也不能有多余的空格。

C 语言基本语法

语句

C 语言的代码由一行行语句（statement）组成。语句就是程序执行的一个操作命令。C 语言规定，语句必须使用分号结尾，除非有明确规定可以不写分号。

int x = 1;

上面就是一个变量声明语句，声明整数变量x，并且将值设为1。

多个语句可以写在一行。

int x; x = 1;

上面示例是两个语句写在一行。所以，语句之间的换行符并不是必需的，只是为了方便阅读代码。

一个语句也可以写成多行，这时就要依靠分号判断语句在哪一行结束。

int x;
x
=
1
;

上面示例中，第二个语句x = 1;被拆成了四行。编译器会自动忽略代码里面的换行。

单个分号也是有效语句，称为“空语句”，虽然毫无作用。

;

表达式

C 语言的各种计算，主要通过表达式完成。表达式（expression）是一个计算式，用来获取值。

1 + 2

上面代码就是一个表达式，用来获取1 + 2这个算术计算的结果。

表达式加上分号，也可以成为语句，但是没有实际的作用。

8;
3 + 4;

上面示例是两个表达式，加上分号以后成为语句。

表达式与语句的区别主要是两点：

• 语句可以包含表达式，但是表达式本身不构成语句。
• 表达式都有返回值，语句不一定有。因为语句用来执行某个命令，很多时候不需要返回值，比如变量声明语句（int x = 1）就没有返回值。

语句块

C 语言允许多个语句使用一对大括号{}，组成一个块，也称为复合语句（compounded statement）。在语法上，语句块可以视为多个语句组成的一个复合语句。

{
  int x;
  x = 1;
}

上面示例中，大括号形成了一个语句块。

大括号的结尾不需要添加分号。

空格

C 语言里面的空格，主要用来帮助编译器区分语法单位。如果语法单位不用空格就能区分，空格就不是必须的，只是为了增加代码的可读性。

int x = 1;
// 等同于
int x=1;

上面示例中，赋值号（=）前后有没有空格都可以，因为编译器这里不借助空格，就能区分语法单位。

语法单位之间的多个空格，等同于单个空格。

int    x =     1;

上面示例中，各个语法单位之间的多个空格，跟单个空格的效果是一样的。

空格还用来表示缩进。多层级的代码有没有缩进，其实对于编译器来说并没有差别，没有缩进的代码也是完全可以运行的。强调代码缩进，只是为了增强代码可读性，便于区分代码块。

大多数 C 语言的风格要求是，下一级代码比上一级缩进4个空格。为了书写的紧凑，本书采用缩写两个空格。

// 缩进四个空格
if (x > 0)
    printf("positive\n");

// 缩进两个空格
if (x > 0)
  printf("positive\n");

只包含空格的行被称为空白行，编译器会完全忽略该行。

注释

注释是对代码的说明，编译器会忽略注释，也就是说，注释对实际代码没有影响。

C 语言的注释有两种表示方法。第一种方法是将注释放在/*...*/之间，内部可以分行。

/* 注释 */

/*
  这是一行注释
*/

这种注释可以插在行内。

int open(char* s /* file name */, int mode);

上面示例中，/* file name */用来对函数参数进行说明，跟在它后面的代码依然会有效执行。

这种注释一定不能忘记写结束符号*/，否则很容易导致错误。

printf("a "); /* 注释一
printf("b ");
printf("c "); /* 注释二 */
printf("d ");

上面示例的原意是，第一行和第三行代码的尾部，有两个注释。但是，第一行注释忘记写结束符号，导致注释一延续到第三行结束。

第二种写法是将注释放在双斜杠//后面，从双斜杠到行尾都属于注释。这种注释只能是单行，可以放在行首，也可以放在一行语句的结尾。这是 C99 标准新增的语法。

// 这是一行注释

int x = 1; // 这也是注释

不管是哪一种注释，都不能放在双引号里面。双引号里面的注释符号，会成为字符串的一部分，解释为普通符号，失去注释作用。

printf("// hello /* world */ ");

上面示例中，双引号里面的注释符号，都会被视为普通字符，没有注释作用。

编译时，注释会被替换成一个空格，所以min/* space */Value会变成min Value，而不是minValue。

printf()

基本用法

本书的示例会大量用到printf()函数，这里先介绍一下这个函数。

printf()的作用是将参数文本输出到屏幕。它名字里面的f代表format（格式化），表示可以定制输出文本的格式。

printf("Hello World");

上面命令会在屏幕上输出一行文字“Hello World”。

printf()不会在行尾自动添加换行符，运行结束后，光标就停留在输出结束的地方，不会自动换行。为了让光标移到下一行的开头，可以在输出文本的结尾，添加一个换行符\n。

printf("Hello World\n");

如果文本内部有换行，也是通过插入换行符来实现。

printf("Hello\nWorld\n");

上面示例先输出一个Hello，然后换行，在下一行开头输出World，然后又是一个换行。

上面示例也可以写成两个printf()，效果完全一样。

printf("Hello\n");
printf("World\n");

printf()是在标准库的头文件stdio.h定义的。使用这个函数之前，必须在源码文件头部引入这个头文件。

#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf("Hello World\n");
}

上面示例中，只有在源码头部加上#include <stdio.h>，才能使用printf()这个函数。#include指令的详细解释，请看《预处理器》一章。

占位符

printf()可以在输出文本中指定占位符。所谓“占位符”，就是这个位置可以用其他值代入。

// 输出 There are 3 apples
printf("There are %i apples\n", 3);

上面示例中，There are %i apples\n是输出文本，里面的%i就是占位符，表示这个位置要用其他值来替换。占位符的第一个字符一律为百分号%，第二个字符表示占位符的类型，%i表示这里代入的值必须是一个整数。

printf()的第二个参数就是替换占位符的值，上面的例子是整数3替换%i。执行后的输出结果就是There are 3 apples。

常用的占位符除了%i，还有%s表示代入的是字符串。

printf("%s will come tonight\n", "Jane");

上面示例中，%s表示代入的是一个字符串，所以printf()的第二个参数就必须是字符串，这个例子是Jane。执行后的输出就是Jane will come tonight。

输出文本里面可以使用多个占位符。

printf("%s says it is %i o'clock\n", "Ben", 21);

上面示例中，输出文本%s says it is %i o'clock有两个占位符，第一个是字符串占位符%s，第二个是整数占位符%i，分别对应printf()的第二个参数（Ben）和第三个参数（21）。执行后的输出就是Ben says it is 21 o'clock。

printf()参数与占位符是一一对应关系，如果有n个占位符，printf()的参数就应该有n + 1个。如果参数个数少于对应的占位符，printf()可能会输出内存中的任意值。

printf()的占位符有许多种类，与 C 语言的数据类型相对应。下面按照字母顺序，列出常用的占位符，方便查找，具体含义在后面章节介绍。

• %a：浮点数。
• %A：浮点数。
• %c：字符。
• %d：十进制整数。
• %e：使用科学计数法的浮点数，指数部分的e为小写。
• %E：使用科学计数法的浮点数，指数部分的E为大写。
• %i：整数，基本等同于%d。
• %f：小数（包含float类型和double类型）。
• %g：6个有效数字的浮点数。整数部分一旦超过6位，就会自动转为科学计数法，指数部分的e为小写。
• %G：等同于%g，唯一的区别是指数部分的E为大写。
• %hd：十进制 short int 类型。
• %ho：八进制 short int 类型。
• %hx：十六进制 short int 类型。
• %hu：unsigned short int 类型。
• %ld：十进制 long int 类型。
• %lo：八进制 long int 类型。
• %lx：十六进制 long int 类型。
• %lu：unsigned long int 类型。
• %lld：十进制 long long int 类型。
• %llo：八进制 long long int 类型。
• %llx：十六进制 long long int 类型。
• %llu：unsigned long long int 类型。
• %Le：科学计数法表示的 long double 类型浮点数。
• %Lf：long double 类型浮点数。
• %n：已输出的字符串数量。该占位符本身不输出，只将值存储在指定变量之中。
• %o：八进制整数。
• %p：指针。
• %s：字符串。
• %u：无符号整数（unsigned int）。
• %x：十六进制整数。
• %zd：size_t类型。
• %%：输出一个百分号。

输出格式

printf()可以定制占位符的输出格式。

（1）限定宽度

printf()允许限定占位符的最小宽度。

printf("%5d\n", 123); // 输出为 "  123"

上面示例中，%5d表示这个占位符的宽度至少为5位。如果不满5位，对应的值的前面会添加空格。

输出的值默认是右对齐，即输出内容前面会有空格；如果希望改成左对齐，在输出内容后面添加空格，可以在占位符的%的后面插入一个-号。

printf("%-5d\n", 123); // 输出为 "123  "

上面示例中，输出内容123的后面添加了空格。

对于小数，这个限定符会限制所有数字的最小显示宽度。

// 输出 "  123.450000"
printf("%12f\n", 123.45);

上面示例中，%12f表示输出的浮点数最少要占据12位。由于小数的默认显示精度是小数点后6位，所以123.45输出结果的头部会添加2个空格。

（2）总是显示正负号

默认情况下，printf()不对正数显示+号，只对负数显示-号。如果想让正数也输出+号，可以在占位符的%后面加一个+。

printf("%+d\n", 12); // 输出 +12
printf("%+d\n", -12); // 输出 -12

上面示例中，%+d可以确保输出的数值，总是带有正负号。

（3）限定小数位数

输出小数时，有时希望限定小数的位数。举例来说，希望小数点后面只保留两位，占位符可以写成%.2f。

// 输出 Number is 0.50
printf("Number is %.2f\n", 0.5);

上面示例中，如果希望小数点后面输出3位（0.500），占位符就要写成%.3f。

这种写法可以与限定宽度占位符，结合使用。

// 输出为 "  0.50"
printf("%6.2f\n", 0.5);

上面示例中，%6.2f表示输出字符串最小宽度为6，小数位数为2。所以，输出字符串的头部有两个空格。

最小宽度和小数位数这两个限定值，都可以用*代替，通过printf()的参数传入。

printf("%*.*f\n", 6, 2, 0.5);

// 等同于
printf("%6.2f\n", 0.5);

上面示例中，%*.*f的两个星号通过printf()的两个参数6和2传入。

（4）输出部分字符串

%s占位符用来输出字符串，默认是全部输出。如果只想输出开头的部分，可以用%.[m]s指定输出的长度，其中[m]代表一个数字，表示所要输出的长度。

// 输出 hello
printf("%.5s\n", "hello world");

上面示例中，占位符%.5s表示只输出字符串“hello world”的前5个字符，即“hello”。

标准库，头文件

程序需要用到的功能，不一定需要自己编写，C 语言可能已经自带了。程序员只要去调用这些自带的功能，就省得自己编写代码了。举例来说，printf()这个函数就是 C 语言自带的，只要去调用它，就能实现在屏幕上输出内容。

C 语言自带的所有这些功能，统称为“标准库”（standard library），因为它们是写入标准的，到底包括哪些功能，应该怎么使用的，都是规定好的，这样才能保证代码的规范和可移植。

不同的功能定义在不同的文件里面，这些文件统称为“头文件”（header file）。如果系统自带某一个功能，就一定还会自带描述这个功能的头文件，比如printf()的头文件就是系统自带的stdio.h。头文件的后缀通常是.h。

如果要使用某个功能，就必须先加载对应的头文件，加载使用的是#include命令。这就是为什么使用printf()之前，必须先加载stdio.h的原因。

#include <stdio.h>

注意，加载头文件的#include语句不需要分号结尾，详见《预处理器》一章。

变量

变量（variable）可以理解成一块内存区域的名字。通过变量名，可以引用这块内存区域，获取里面存储的值。由于值可能发生变化，所以称为变量，否则就是常量了。

变量名

变量名在 C 语言里面属于标识符（identifier），命名有严格的规范。

• 只能由字母（包括大写和小写）、数字和下划线（_）组成。
• 不能以数字开头。
• 长度不能超过63个字符。

下面是一些无效变量名的例子。

$zj
j**p
2cat
Hot-tab
tax rate
don't

上面示例中，每一行的变量名都是无效的。

变量名区分大小写，star、Star、STAR都是不同的变量。

并非所有的词都能用作变量名，有些词在 C 语言里面有特殊含义（比如int），另一些词是命令（比如continue），它们都称为关键字，不能用作变量名。另外，C 语言还保留了一些词，供未来使用，这些保留字也不能用作变量名。下面就是 C 语言主要的关键字和保留字。

auto, break, case, char, const, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, inline, int, long, register, restrict, return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, void, volatile, while

另外，两个下划线开头的变量名，以及一个下划线 + 大写英文字母开头的变量名，都是系统保留的，自己不应该起这样的变量名。

变量的声明

C 语言的变量，必须先声明后使用。如果一个变量没有声明，就直接使用，会报错。

每个变量都有自己的类型（type）。声明变量时，必须把变量的类型告诉编译器。

int height;

上面代码声明了变量height，并且指定类型为int（整数）。

如果几个变量具有相同类型，可以在同一行声明。

int height, width;

// 等同于
int height;
int width;

注意，声明变量的语句必须以分号结尾。

一旦声明，变量的类型就不能在运行时修改。

变量的赋值

C 语言会在变量声明时，就为它分配内存空间，但是不会清除内存里面原来的值。这导致声明变量以后，变量会是一个随机的值。所以，变量一定要赋值以后才能使用。

赋值操作通过赋值运算符（=）完成。

int num;
num = 42;

上面示例中，第一行声明了一个整数变量num，第二行给这个变量赋值。

变量的值应该与类型一致，不应该赋予不是同一个类型的值，比如num的类型是整数，就不应该赋值为小数。虽然 C 语言会自动转换类型，但是应该避免赋值运算符两侧的类型不一致。

变量的声明和赋值，也可以写在一行。

int num = 42;

多个相同类型变量的赋值，可以写在同一行。

int x = 1, y = 2;

注意，赋值表达式有返回值，等于等号右边的值。

int x, y;

x = 1;
y = (x = 2 * x);

上面代码中，变量y的值就是赋值表达式（x = 2 * x）的返回值2。

由于赋值表达式有返回值，所以 C 语言可以写出多重赋值表达式。

int x, y, z, m, n;

x = y = z = m = n = 3;

上面的代码是合法代码，一次为多个变量赋值。赋值运算符是从右到左执行，所以先为n赋值，然后依次为m、z、y和x赋值。

C 语言有左值（left value）和右值（right value）的概念。左值是可以放在赋值运算符左边的值，一般是变量；右值是可以放在赋值运算符右边的值，一般是一个具体的值。这是为了强调有些值不能放在赋值运算符的左边，比如x = 1是合法的表达式，但是1 = x就会报错。

变量的作用域

作用域（scope）指的是变量生效的范围。C 语言的变量作用域主要有两种：文件作用域（file scope）和块作用域（block scope）。

文件作用域（file scope）指的是，在源码文件顶层声明的变量，从声明的位置到文件结束都有效。

int x = 1;

int main(void) {
  printf("%i\n", x);
}

上面示例中，变量x是在文件顶层声明的，从声明位置开始的整个当前文件都是它的作用域，可以在这个范围的任何地方读取这个变量，比如函数main()内部就可以读取这个变量。

块作用域（block scope）指的是由大括号（{}）组成的代码块，它形成一个单独的作用域。凡是在块作用域里面声明的变量，只在当前代码块有效，代码块外部不可见。

int a = 12;

if (a == 12) {
  int b = 99;
  printf("%d %d\n", a, b);  // 12 99
}

printf("%d\n", a);  // 12
printf("%d\n", b);  // 出错

上面例子中，变量b是在if代码块里面声明的，所以对于大括号外面的代码，这个变量是不存在的。

代码块可以嵌套，即代码块内部还有代码块，这时就形成了多层的块作用域。它的规则是：内层代码块可以使用外层声明的变量，但外层不可以使用内层声明的变量。如果内层的变量与外层同名，那么会在当前作用域覆盖外层变量。

{
  int i = 10;

  {
    int i = 20;
    printf("%d\n", i);  // 20
  }

  printf("%d\n", i);  // 10
}

上面示例中，内层和外层都有一个变量i，每个作用域都会优先使用当前作用域声明的i。

最常见的块作用域就是函数，函数内部声明的变量，对于函数外部是不可见的。for循环也是一个块作用域，循环变量只对循环体内部可见，外部是不可见的。

for (int i = 0; i < 10; i++)
  printf("%d\n", i);

printf("%d\n", i); // 出错

上面示例中，for循环省略了大括号，但依然是一个块作用域，在外部读取循环变量i，编译器就会报错。

运算符

C 语言的运算符非常多，一共有 50 多种，可以分成若干类。

算术运算符

算术运算符专门用于算术运算，主要有下面几种。

• +：正值运算符（一元运算符）
• -：负值运算符（一元运算符）
• +：加法运算符（二元运算符）
• -：减法运算符（二元运算符）
• *：乘法运算符
• /：除法运算符
• %：余值运算符

（1）+，-

+和-既可以作为一元运算符，也可以作为二元运算符。所谓“一元运算符”，指的是只需要一个运算数就可以执行。一元运算符-用来改变一个值的正负号。

int x = -12;

上面示例中，-将12这个值变成-12。

一元运算符+对正负值没有影响，是一个完全可以省略的运算符，但是写了也不会报错。

int x = -12;
int y = +x;

上面示例中，变量y的值还是-12，因为+不会改变正负值。

二元运算符+和-用来完成加法和减法。

int x = 4 + 22;
int y = 61 - 23;

（2）*

运算符*用来完成乘法。

int num = 5;
printf("%i\n", num * num); // 输出 25

（3）/

运算符/用来完成除法。注意，两个整数相除，得到还是一个整数。

float x = 6 / 4;
printf("%f\n", x); // 输出 1.000000

上面示例中，尽管变量x的类型是float（浮点数），但是6 / 4得到的结果是1.0，而不是1.5。原因就在于 C 语言里面的整数除法是整除，只会返回整数部分，丢弃小数部分。

如果希望得到浮点数的结果，两个运算数必须至少有一个浮点数，这时 C 语言就会进行浮点数除法。

float x = 6.0 / 4; // 或者写成 6 / 4.0
printf("%f\n", x); // 输出 1.500000

上面示例中，6.0 / 4表示进行浮点数除法，得到的结果就是1.5。

下面是另一个例子。

int score = 5;
score = (score / 20) * 100;

上面的代码，你可能觉得经过运算，score会等于25，但是实际上score等于0。这是因为score / 20是整除，会得到一个整数值0，所以乘以100后得到的也是0。

为了得到预想的结果，可以将除数20改成20.0，让整除变成浮点数除法。

score = (score / 20.0) * 100;

（4）%

运算符%表示求模运算，即返回两个整数相除的余值。这个运算符只能用于整数，不能用于浮点数。

int x = 6 % 4; // 2

负数求模的规则是，结果的正负号由第一个运算数的正负号决定。

11 % -5 // 1
-11 % -5 // -1
-11 % 5 // -1

上面示例中，第一个运算数的正负号（11或-11）决定了结果的正负号。

（5）赋值运算的简写形式

如果变量对自身的值进行算术运算，C 语言提供了简写形式，允许将赋值运算符和算术运算符结合成一个运算符。

• +=
• -=
• *=
• /=
• %=

下面是一些例子。

i += 3;  // 等同于 i = i + 3
i -= 8;  // 等同于 i = i - 8
i *= 9;  // 等同于 i = i * 9
i /= 2;  // 等同于 i = i / 2
i %= 5;  // 等同于 i = i % 5

自增运算符，自减运算符

C 语言提供两个运算符，对变量自身进行+ 1和- 1的操作。

• ++：自增运算符
• --：自减运算符

i++; // 等同于 i = i + 1
i--; // 等同于 i = i - 1

这两个运算符放在变量的前面或后面，结果是不一样的。++var和--var是先执行自增或自减操作，再返回操作后var的值；var++和var--则是先返回操作前var的值，再执行自增或自减操作。

int i = 42;
int j;

j = (i++ + 10);
// i: 43
// j: 52

j = (++i + 10)
// i: 44
// j: 54

上面示例中，自增运算符的位置差异，会导致变量j得到不同的值。这样的写法很容易出现意料之外的结果，为了消除意外，可以改用下面的写法。

/* 写法一 */
j = (i + 10);
i++;

/* 写法二 */
i++;
j = (i + 10);

上面示例中，变量i的自增运算与返回值是分离的两个步骤，这样就不太会出错，也提高了代码的可读性。

关系运算符

C 语言用于比较的表达式，称为“关系表达式”（relational expression），里面使用的运算符就称为“关系运算符”（relational operator），主要有下面6个。

• > 大于运算符
• < 小于运算符
• >= 大于等于运算符
• <= 小于等于运算符
• == 相等运算符
• != 不相等运算符

下面是一些例子。

a == b;
a != b;
a < b;
a > b;
a <= b;
a >= b;

关系表达式通常返回0或1，表示真伪。C 语言中，0表示伪，所有非零值表示真。比如，20 > 12返回1，12 > 20返回0。

关系表达式常用于if或while结构。

if (x == 3) {
  printf("x is 3.\n");
}

注意，相等运算符==与赋值运算符=是两个不一样的运算符，不要混淆。有时候，可能会不小心写出下面的代码，它可以运行，但很容易出现意料之外的结果。

if (x = 3) ...

上面示例中，原意是x == 3，但是不小心写成x = 3。这个式子表示对变量x赋值3，它的返回值为3，所以if判断总是为真。

为了防止出现这种错误，有的程序员喜欢将变量写在等号的右边。

if (3 == x) ...

这样的话，如果把==误写成=，编译器就会报错。

/* 报错 */
if (3 = x) ...

另一个需要避免的错误是，多个关系运算符不宜连用。

i < j < k

上面示例中，连续使用两个小于运算符。这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果，即不是保证变量j的值在i和k之间。因为关系运算符是从左到右计算，所以实际执行的是下面的表达式。

(i < j) < k

上面式子中，i < j返回0或1，所以最终是0或1与变量k进行比较。如果想要判断变量j的值是否在i和k之间，应该使用下面的写法。

i < j && j < k

逻辑运算符

逻辑运算符提供逻辑判断功能，用于构建更复杂的表达式，主要有下面三个运算符。

• !：否运算符（改变单个表达式的真伪）。
• &&：与运算符（两侧的表达式都为真，则为真，否则为伪）。
• ||：或运算符（两侧至少有一个表达式为真，则为真，否则为伪）。

下面是与运算符的例子。

if (x < 10 && y > 20)
  printf("Doing something!\n");

上面示例中，只有x < 10和y > 20同时为真，x < 10 && y > 20才会为真。

下面是否运算符的例子。

if (!(x < 12))
  printf("x is not less than 12\n");

上面示例中，由于否运算符!具有比<更高的优先级，所以必须使用括号，才能对表达式x < 12进行否运算。当然，合理的写法是if (x >= 12)，这里只是为了举例。

对于逻辑运算符来说，任何非零值都表示真，零值表示伪。比如，5 || 0会返回1，5 && 0会返回0。

逻辑运算符还有一个特点，它总是先对左侧的表达式求值，再对右边的表达式求值，这个顺序是保证的。如果左边的表达式满足逻辑运算符的条件，就不再对右边的表达式求值。这种情况称为“短路”。

if (number != 0 && 12/number == 2)

上面示例中，如果&&左侧的表达式（number != 0）为伪，即number等于0时，右侧的表达式（12/number == 2）是不会执行的。因为这时左侧表达式返回0，整个&&表达式肯定为伪，就直接返回0，不再执行右侧的表达式了。

由于逻辑运算符的执行顺序是先左后右，所以下面的代码是有问题的。

while ((x++ < 10) && (x + y < 20))

上面示例中，执行左侧表达式后，变量x的值就已经变了。等到执行右侧表达式的时候，是用新的值在计算，这通常不是原始意图。

位运算符

C 语言提供一些位运算符，用来操作二进制位（bit）。

（1）取反运算符～

取反运算符～是一个一元运算符，用来将每一个二进制位变成相反值，即0变成1，1变成0。

// 返回 01101100
~ 10010011

上面示例中，~对每个二进制位取反，就得到了一个新的值。

注意，~运算符不会改变变量的值，只是返回一个新的值。

（2）与运算符&

与运算符&将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。当两个二进制位都为1，就返回1，否则返回0。

// 返回 00010001
10010011 & 00111101

上面示例中，两个八位二进制数进行逐位比较，返回一个新的值。

与运算符&可以与赋值运算符=结合，简写成&=。

int val = 3;
val = val & 0377;

// 简写成
val &= 0377;

（3）或运算符|

或运算符|将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位只要有一个为1（包含两个都为1的情况），就返回1，否则返回0。

// 返回 10111111
10010011 | 00111101

或运算符|可以与赋值运算符=结合，简写成|=。

int val = 3;
val = val | 0377;

// 简写为
val |= 0377;

（4）异或运算符^

异或运算符^将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位有且仅有一个为1，就返回1，否则返回0。

// 返回 10101110
10010011 ^ 00111101

异或运算符^可以与赋值运算符=结合，简写成^=。

int val = 3;
val = val ^ 0377;

// 简写为
val ^= 0377;

（5）左移运算符<<

左移运算符<<将左侧运算数的每一位，向左移动指定的位数，尾部空出来的位置使用0填充。

// 1000101000
10001010 << 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向左侧移动了两位。

左移运算符相当于将运算数乘以2的指定次方，比如左移2位相当于乘以4（2的2次方）。

左移运算符<<可以与赋值运算符=结合，简写成<<=。

int val = 1;
val = val << 2;

// 简写为
val <<= 2;

（6）右移运算符>>

右移运算符>>将左侧运算数的每一位，向右移动指定的位数，尾部无法容纳的值将丢弃，头部空出来的位置使用0填充。

// 返回 00100010
10001010 >> 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向右移动两位。最低的两位10被丢弃，头部多出来的两位补0，所以最后得到00100010。

注意，右移运算符最好只用于无符号整数，不要用于负数。因为不同系统对于右移后如何处理负数的符号位，有不同的做法，可能会得到不一样的结果。

右移运算符相当于将运算数除以2的指定次方，比如右移2位就相当于除以4（2的2次方）。

右移运算符>>可以与赋值运算符=结合，简写成>>=。

int val = 1;
val = val >> 2;

// 简写为
val >>= 2;

逗号运算符

逗号运算符用于将多个表达式写在一起，从左到右依次运行每个表达式。

x = 10, y = 20;

上面示例中，有两个表达式（x = 10和y = 20），逗号使得它们可以放在同一条语句里面。

逗号运算符返回最后一个表达式的值，作为整个语句的值。

int x;
x = 1, 2, 3;

上面示例中，逗号的优先级低于赋值运算符，所以先执行赋值运算，再执行逗号运算，变量x等于1。

运算优先级

优先级指的是，如果一个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执行。各种运算符的优先级是不一样的。

3 + 4 * 5;

上面示例中，表达式3 + 4 * 5里面既有加法运算符（+），又有乘法运算符（*）。由于乘法的优先级高于加法，所以会先计算4 * 5，而不是先计算3 + 4。

如果两个运算符优先级相同，则根据运算符是左结合，还是右结合，决定执行顺序。大部分运算符是左结合（从左到右执行），少数运算符是右结合（从右到左执行），比如赋值运算符（=）。

5 * 6 / 2;

上面示例中，*和/的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执行，先计算5 * 6，再计算6 / 2。

运算符的优先级顺序很复杂。下面是部分运算符的优先级顺序（按照优先级从高到低排列）。

• 圆括号（()）
• 自增运算符（++），自减运算符（--）
• 一元运算符（+和-）
• 乘法（*），除法（/）
• 加法（+），减法（-）
• 关系运算符（<、>等）
• 赋值运算符（=）

由于圆括号的优先级最高，可以使用它改变其他运算符的优先级。

int x = (3 + 4) * 5;

上面示例中，由于添加了圆括号，加法会先于乘法进行运算。

完全记住所有运算符的优先级没有必要，解决方法是多用圆括号，防止出现意料之外的情况，也有利于提高代码的可读性。

流程控制

C 语言的程序是顺序执行，即先执行前面的语句，再执行后面的语句。开发者如果想要控制程序执行的流程，就必须使用流程控制的语法结构，主要是条件执行和循环执行。

if 语句

if语句用于条件判断，满足条件时，就执行指定的语句。

if (expression) statement

上面式子中，表达式expression为真（值不为0）时，就执行statement语句。

if后面的判断条件expression外面必须有圆括号，否则会报错。语句体部分statement可以是一个语句，也可以是放在大括号里面的复合语句。下面是一个例子。

if (x == 10) printf("x is 10");

上面示例中，当变量x为10时，就会输出一行文字。对于只有一个语句的语句体，语句部分通常另起一行。

if (x == 10)
  printf("x is 10\n");

如果有多条语句，就需要把它们放在大括号里面，组成一个复合语句。

if (line_num == MAX_LINES) {
  line_num = 0;
  page_num++;
}

if语句可以带有else分支，指定条件不成立时（表达式expression的值为0），所要执行的代码。

if (expression) statement
else statement

下面是一个例子。

if (i > j)
  max = i;
else
  max = j;

如果else的语句部分多于一行，同样可以把它们放在大括号里面。

else可以与另一个if语句连用，构成多重判断。

if (expression)
  statement
else if (expression)
  statement
...
else if (expression)
  statement
else
  statement

如果有多个if和else，可以记住这样一条规则，else总是跟最接近的if匹配。

if (number > 6)
  if (number < 12)
    printf("The number is more than 6, less than 12.\n");
else
  printf("It is wrong number.\n");

上面示例中，else部分匹配最近的if（即number < 12），所以如果number等于6，就不会执行else的部分。

这样很容易出错，为了提供代码的可读性，建议使用大括号，明确else匹配哪一个if。

if (number > 6) {
  if (number < 12) {
    printf("The number is more than 6, less than 12.\n");
  }
} else {
  printf("It is wrong number.\n");
}

上面示例中，使用了大括号，就可以清晰地看出else匹配外层的if。

三元运算符 ?

C 语言有一个三元表达式?:，可以用作if...else的简写形式。

<expression1> ? <expression2> : <expression3>

这个操作符的含义是，表达式expression1如果为true（非0值），就执行expression2，否则执行expression3。

下面是一个例子，返回两个值之中的较大值。

(i > j) ? i : j;

上面的代码等同于下面的if语句。

if (i > j)
  return i;
else
  return j;

switch 语句

switch 语句是一种特殊形式的 if…else 结构，用于判断条件有多个结果的情况。它把多重的else if改成更易用、可读性更好的形式。

switch (expression) {
  case value1: statement
  case value2: statement
  default: statement
}

上面代码中，根据表达式expression不同的值，执行相应的case分支。如果找不到对应的值，就执行default分支。

下面是一个例子。

switch (grade) {
  case 0:
    printf("False");
    break;
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，根据变量grade不同的值，会执行不同的case分支。如果等于0，执行case 0的部分；如果等于1，执行case 1的部分；否则，执行default的部分。default表示处理以上所有case都不匹配的情况。

每个case语句体的结尾，都应该有一个break语句，作用是跳出整个switch结构，不再往下执行。如果缺少break，就会导致继续执行下一个case或default分支。

switch (grade) {
  case 0:
    printf("False");
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，case 0的部分没有break语句，导致这个分支执行完以后，不会跳出switch结构，继续执行case 1分支。

利用这个特点，如果多个case分支对应同样的语句体，可以写成下面这样。

switch (grade) {
  case 0:
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，case 0分支没有任何语句，导致case 0和case 1都会执行同样的语句体。

case后面的语句体，不用放在大括号里面，这也是为什么需要break的原因。

default分支用来处理前面的 case 都不匹配的情况，最好放在所有 case 的后面，这样就不用写break语句。这个分支是可选的，如果没有该分支，遇到所有的 case 都不匹配的情况，就会直接跳出整个 switch 代码块。

while 语句

while语句用于循环结构，满足条件时，不断执行循环体。

while (expression)
  statement

上面代码中，如果表达式expression为非零值（表示真），就会执行statement语句，然后再次判断expression是否为零；如果expression为零（表示伪）就跳出循环，不再执行循环体。

while (i < n)
  i = i + 2;

上面示例中，只要i小于n，i就会不断增加2。

如果循环体有多个语句，就需要使用大括号将这些语句组合在一起。

while (expression) {
  statement;
  statement;
}

下面是一个例子。

i = 0;

while (i < 10) {
  printf("i is now %d!\n", i);
  i++;
}

printf("All done!\n");

上面代码中，循环体会执行10次，每次将i增加1，直到等于10才退出循环。

只要条件为真，while会产生无限循环。下面是一种常见的无限循环的写法。

while (1) {
  // ...
}

上面的示例虽然是无限循环，但是循环体内部可以用break语句跳出循环。

do…while 结构

do...while结构是while的变体，它会先执行一次循环体，然后再判断是否满足条件。如果满足的话，就继续执行循环体，否则跳出循环。

do statement
while (expression);

上面代码中，不管条件expression是否成立，循环体statement至少会执行一次。每次statement执行完毕，就会判断一次expression，决定是否结束循环。

i = 10;

do --i;
while (i > 0);

上面示例中，变量i先减去1，再判断是否大于0。如果大于0，就继续减去1，直到i等于0为止。

如果循环部分有多条语句，就需要放在大括号里面。

i = 10;

do {
  printf("i is %d\n", i);
  i++;
} while (i < 10);

printf("All done!\n");

上面例子中，变量i并不满足小于10的条件，但是循环体还是会执行一次。

for 语句

for语句是最常用的循环结构，通常用于精确控制循环次数。

for (initialization; continuation; action)
  statement;

上面代码中，for语句的条件部分（即圆括号里面的部分）有三个表达式。

• initialization：初始化表达式，用于初始化循环变量，只执行一次。
• continuation：判断表达式，只要为true，就会不断执行循环体。
• action：循环变量处理表达式，每轮循环结束后执行，使得循环变量发生变化。

循环体部分的statement可以是一条语句，也可以是放在大括号里面的复合语句。下面是一个例子。

for (int i = 10; i > 0; i--)
  printf("i is %d\n", i);

上面示例中，循环变量i在for的第一个表达式里面声明，该变量只用于本次循环。离开循环体之后，就会失效。

条件部分的三个表达式，每一个都可以有多个语句，语句与语句之间使用逗号分隔。

int i, j;
for (i = 0, j = 999; i < 10; i++, j--) {
  printf("%d, %d\n", i, j);
}

上面示例中，初始化部分有两个语句，分别对变量i和j进行赋值。

for的三个表达式都不是必需的，甚至可以全部省略，这会形成无限循环。

for (;;) {
  printf("本行会无限循环地打印。\n" );
}

上面示例由于没有判断条件，就会形成无限循环。

break 语句

break语句有两种用法。一种是与switch语句配套使用，用来中断某个分支的执行，这种用法前面已经介绍过了。另一种用法是在循环体内部跳出循环，不再进行后面的循环了。

for (int i = 0; i < 3; i++) {
  for (int j = 0; j < 3; j++) {
    printf("%d, %d\n", i, j);
    break;
  }
}

上面示例中，break语句使得循环跳到下一个i。

while ((ch = getchar()) != EOF) {
  if (ch == '\n') break;
  putchar(ch);
}

上面示例中，一旦读到换行符（\n），break命令就跳出整个while循环，不再继续读取了。

注意，break命令只能跳出循环体和switch结构，不能跳出if结构。

if (n > 1) {
  if (n > 2) break; // 无效
  printf("hello\n");
}

上面示例中，break语句是无效的，因为它不能跳出外层的if结构。

continue 语句

continue语句用于在循环体内部终止本轮循环，进入下一轮循环。只要遇到continue语句，循环体内部后面的语句就不执行了，回到循环体的头部，开始执行下一轮循环。

for (int i = 0; i < 3; i++) {
  for (int j = 0; j < 3; j++) {
    printf("%d, %d\n", i, j);
    continue;
  }
}

上面示例中，有没有continue语句，效果一样，都表示跳到下一个j。

while ((ch = getchar()) != '\n') {
  if (ch == '\t') continue;
  putchar(ch);
}

上面示例中，只要读到的字符是制表符（\t），就用continue语句跳过该字符，读取下一个字符。

goto 语句

goto 语句用于跳到指定的标签名。这会破坏结构化编程，建议不要轻易使用，这里为了语法的完整，介绍一下它的用法。

char ch;

top: ch = getchar();

if (ch == 'q')
  goto top;

上面示例中，top是一个标签名，可以放在正常语句的前面，相当于为这行语句做了一个标记。程序执行到goto语句，就会跳转到它指定的标签名。

infinite_loop:
  print("Hello, world!\n");
  goto infinite_loop;

上面的代码会产生无限循环。

goto 的一个主要用法是跳出多层循环。

for(...) {
  for (...) {
    while (...) {
      do {
        if (some_error_condition)
          goto bail;    
      } while(...);
    }
  }
}
    
bail:
// ... ...

上面代码有很复杂的嵌套循环，不使用 goto 的话，想要完全跳出所有循环，写起来很麻烦。

goto 的另一个用途是提早结束多重判断。

if (do_something() == ERR)
  goto error;
if (do_something2() == ERR)
  goto error;
if (do_something3() == ERR)
  goto error;
if (do_something4() == ERR)
  goto error;

上面示例有四个判断，只要有一个发现错误，就使用 goto 跳过后面的判断。

注意，goto 只能在同一个函数之中跳转，并不能跳转到其他函数。

数据类型

C 语言的每一种数据，都是有类型（type）的，编译器必须知道数据的类型，才能操作数据。所谓“类型”，就是相似的数据所拥有的共同特征，那么一旦知道某个值的数据类型，就能知道该值的特征和操作方式。

基本数据类型有三种：字符（char）、整数（int）和浮点数（float）。复杂的类型都是基于它们构建的。

字符类型

字符类型指的是单个字符，类型声明使用char关键字。

char c = 'B';

上面示例声明了变量c是字符类型，并将其赋值为字母B。

C 语言规定，字符常量必须放在单引号里面。

在计算机内部，字符类型使用一个字节（8位）存储。C 语言将其当作整数处理，所以字符类型就是宽度为一个字节的整数。每个字符对应一个整数（由 ASCII 码确定），比如B对应整数66。

字符类型在不同计算机的默认范围是不一样的。一些系统默认为-128到127，另一些系统默认为0到255。这两种范围正好都能覆盖0到127的 ASCII 字符范围。

只要在字符类型的范围之内，整数与字符是可以互换的，都可以赋值给字符类型的变量。

char c = 66;
// 等同于
char c = 'B';

上面示例中，变量c是字符类型，赋给它的值是整数66。这跟赋值为字符B的效果是一样的。

两个字符类型的变量可以进行数学运算。

char a = 'B'; // 等同于 char a = 66;
char b = 'C'; // 等同于 char b = 67;

printf("%d\n", a + b); // 输出 133

上面示例中，字符类型变量a和b相加，视同两个整数相加。占位符%d表示输出十进制整数，因此输出结果为133。

单引号本身也是一个字符，如果要表示这个字符常量，必须使用反斜杠转义。

char t = '\'';

上面示例中，变量t为单引号字符，由于字符常量必须放在单引号里面，所以内部的单引号要使用反斜杠转义。

这种转义的写法，主要用来表示 ASCII 码定义的一些无法打印的控制字符，它们也属于字符类型的值。

• \a：警报，这会使得终端发出警报声或出现闪烁，或者两者同时发生。
• \b：退格键，光标回退一个字符，但不删除字符。
• \f：换页符，光标移到下一页。在现代系统上，这已经反映不出来了，行为改成类似于\v。
• \n：换行符。
• \r：回车符，光标移到同一行的开头。
• \t：制表符，光标移到下一个水平制表位，通常是下一个8的倍数。
• \v：垂直分隔符，光标移到下一个垂直制表位，通常是下一行的同一列。
• \0：null 字符，代表没有内容。注意，这个值不等于数字0。

转义写法还能使用八进制和十六进制表示一个字符。

• \nn：字符的八进制写法，nn为八进制值。
• \xnn：字符的十六进制写法，nn为十六进制值。

char x = 'B';
char x = 66;
char x = '\102'; // 八进制
char x = '\x42'; // 十六进制

上面示例的四种写法都是等价的。

整数类型

简介

整数类型用来表示较大的整数，类型声明使用int关键字。

int a;

上面示例声明了一个整数变量a。

不同计算机的int类型的大小是不一样的。比较常见的是使用4个字节（32位）存储一个int类型的值，但是2个字节（16位）或8个字节（64位）也有可能使用。它们可以表示的整数范围如下。

• 16位：-32,768 到 32,767。
• 32位：-2,147,483,648 到 2,147,483,647。
• 64位：-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807。

signed，unsigned

C 语言使用signed关键字，表示一个类型带有正负号，包含负值；使用unsigned关键字，表示该类型不带有正负号，只能表示零和正整数。

对于int类型，默认是带有正负号的，也就是说int等同于signed int。由于这是默认情况，关键字signed一般都省略不写，但是写了也不算错。

signed int a;
// 等同于
int a;

int类型也可以不带正负号，只表示非负整数。这时就必须使用关键字unsigned声明变量。

unsigned int a;

整数变量声明为unsigned的好处是，同样长度的内存能够表示的最大整数值，增大了一倍。比如，16位的signed int最大值为32,767，而unsigned int的最大值增大到了65,535。

unsigned int里面的int可以省略，所以上面的变量声明也可以写成下面这样。

unsigned a;

字符类型char也可以设置signed和unsigned。

signed char c; // 范围为 -128 到 127
unsigned char c; // 范围为 0 到 255

注意，C 语言规定char类型默认是否带有正负号，由当前系统决定。这就是说，char不等同于signed char，它有可能是signed char，也有可能是unsigned char。这一点与int不同，int就是等同于signed int。

整数的子类型

如果int类型使用4个或8个字节表示一个整数，对于小整数，这样做很浪费空间。另一方面，某些场合需要更大的整数，8个字节还不够。为了解决这些问题，C 语言在int类型之外，又提供了三个整数的子类型。这样有利于更精细地限定整数变量的范围，也有利于更好地表达代码的意图。

• short int（简写为short）：占用空间不多于int，一般占用2个字节（整数范围为-32768～32767)。
• long int（简写为long）：占用空间不少于int，至少为4个字节。
• long long int（简写为long long）：占用空间多于long，至少为8个字节。

short int a;
long int b;
long long int c;

上面代码分别声明了三种整数子类型的变量。

默认情况下，short、long、long long都是带符号的（signed），即signed关键字省略了。它们也可以声明为不带符号（unsigned），使得能够表示的最大值扩大一倍。

unsigned short int a;
unsigned long int b;
unsigned long long int c;

C 语言允许省略int，所以变量声明语句也可以写成下面这样。

short a;
unsigned short a;

long b;
unsigned long b;

long long c;
unsigned long long c;

不同的计算机，数据类型的字节长度是不一样的。确实需要32位整数时，应使用long类型而不是int类型，可以确保不少于4个字节；确实需要64位的整数时，应该使用long long类型，可以确保不少于8个字节。另一方面，为了节省空间，只需要16位整数时，应使用short类型；需要8位整数时，应该使用char类型。

整数类型的极限值

有时候需要查看，当前系统不同整数类型的最大值和最小值，C 语言的头文件limits.h提供了相应的常量，比如SCHAR_MIN代表 signed char 类型的最小值-128，SCHAR_MAX代表 signed char 类型的最大值127。

为了代码的可移植性，需要知道某种整数类型的极限值时，应该尽量使用这些常量。

• SCHAR_MIN，SCHAR_MAX：signed char 的最小值和最大值。
• SHRT_MIN，SHRT_MAX：short 的最小值和最大值。
• INT_MIN，INT_MAX：int 的最小值和最大值。
• LONG_MIN，LONG_MAX：long 的最小值和最大值。
• LLONG_MIN，LLONG_MAX：long long 的最小值和最大值。
• UCHAR_MAX：unsigned char 的最大值。
• USHRT_MAX：unsigned short 的最大值。
• UINT_MAX：unsigned int 的最大值。
• ULONG_MAX：unsigned long 的最大值。
• ULLONG_MAX：unsigned long long 的最大值。

整数的进制

C 语言的整数默认都是十进制数，如果要表示八进制数和十六进制数，必须使用专门的表示法。

八进制使用0作为前缀，比如017、0377。

int a = 012; // 八进制，相当于十进制的10

十六进制使用0x或0X作为前缀，比如0xf、0X10。

int a = 0x1A2B; // 十六进制，相当于十进制的6699

有些编译器使用0b前缀，表示二进制数，但不是标准。

int x = 0b101010;

注意，不同的进制只是整数的书写方法，不会对整数的实际存储方式产生影响。所有整数都是二进制形式存储，跟书写方式无关。不同进制可以混合使用，比如10 + 015 + 0x20是一个合法的表达式。

printf()的进制相关占位符如下。

• %d：十进制整数。
• %o：八进制整数。
• %x：十六进制整数。
• %#o：显示前缀0的八进制整数。
• %#x：显示前缀0x的十六进制整数。
• %#X：显示前缀0X的十六进制整数。

int x = 100;
printf("dec = %d\n", x); // 100
printf("octal = %o\n", x); // 144
printf("hex = %x\n", x); // 64
printf("octal = %#o\n", x); // 0144
printf("hex = %#x\n", x); // 0x64
printf("hex = %#X\n", x); // 0X64

浮点数类型

任何有小数点的数值，都会被编译器解释为浮点数。所谓“浮点数”就是使用 m * b^e 的形式，存储一个数值，m是小数部分，b是基数（通常是2），e是指数部分。这种形式是精度和数值范围的一种结合，可以表示非常大或者非常小的数。

浮点数的类型声明使用float关键字，可以用来声明浮点数变量。

float c = 10.5;

上面示例中，变量c的就是浮点数类型。

float类型占用4个字节（32位），其中8位存放指数的值和符号，剩下24位存放小数的值和符号。float类型至少能够提供（十进制的）6位有效数字，指数部分的范围为（十进制的）-37到37，即数值范围为10^-37到10³⁷。

有时候，32位浮点数提供的精度或者数值范围还不够，C 语言又提供了另外两种更大的浮点数类型。

• double：占用8个字节（64位），至少提供13位有效数字。
• long double：通常占用16个字节。

注意，由于存在精度限制，浮点数只是一个近似值，它的计算是不精确的，比如 C 语言里面0.1 + 0.2并不等于0.3，而是有一个很小的误差。

if (0.1 + 0.2 == 0.3) // false

C 语言允许使用科学计数法表示浮点数，使用字母e来分隔小数部分和指数部分。

double x = 123.456e+3; // 123.456 x 10^3
// 等同于
double x = 123.456e3;

上面示例中，e后面如果是加号+，加号可以省略。注意，科学计数法里面e的前后，不能存在空格。

另外，科学计数法的小数部分如果是0.x或x.0的形式，那么0可以省略。

0.3E6
// 等同于
.3E6

3.0E6
// 等同于
3.E6

布尔类型

C 语言原来并没有为布尔值单独设置一个类型，而是使用整数0表示伪，所有非零值表示真。

int x = 1;
if (x) {
  printf("x is true!\n");
}

上面示例中，变量x等于1，C 语言就认为这个值代表真，从而会执行判断体内部的代码。

C99 标准添加了类型_Bool，表示布尔值。但是，这个类型其实只是整数类型的别名，还是使用0表示伪，1表示真，下面是一个示例。

_Bool isNormal;

isNormal = 1;
if (isNormal)
  printf("Everything is OK.\n");

头文件stdbool.h定义了另一个类型别名bool，并且定义了true代表1、false代表0。只要加载这个头文件，就可以使用这几个关键字。

#include <stdbool.h>

bool flag = false;

上面示例中，加载头文件stdbool.h以后，就可以使用bool定义布尔值类型，以及false和true表示真伪。

字面量的类型

字面量（literal）指的是代码里面直接出现的值。

int x = 123;

上面代码中，x是变量，123就是字面量。

编译时，字面量也会写入内存，因此编译器必须为字面量指定数据类型，就像必须为变量指定数据类型一样。

一般情况下，十进制整数字面量（比如123）会被编译器指定为int类型。如果一个数值比较大，超出了int能够表示的范围，编译器会将其指定为long int。如果数值超过了long int，会被指定为unsigned long。如果还不够大，就指定为long long或unsigned long long。

小数（比如3.14）会被指定为double类型。

字面量后缀

有时候，程序员希望为字面量指定一个不同的类型。比如，编译器将一个整数字面量指定为int类型，但是程序员希望将其指定为long类型，这时可以为该字面量加上后缀l或L，编译器就知道要把这个字面量的类型指定为long。

int x = 123L;

上面代码中，字面量123有后缀L，编译器就会将其指定为long类型。这里123L写成123l，效果也是一样的，但是建议优先使用L，因为小写的l容易跟数字1混淆。

八进制和十六进制的值，也可以使用后缀l和L指定为 Long 类型，比如020L和0x20L。

int y = 0377L;
int z = 0x7fffL;

如果希望指定为无符号整数unsigned int，可以使用后缀u或U。

int x = 123U;

L和U可以结合使用，表示unsigned long类型。L和U的大小写和组合顺序无所谓。

int x = 123LU;

对于浮点数，编译器默认指定为 double 类型，如果希望指定为其他类型，需要在小数后面添加后缀f（float）或l（long double）。

科学计数法也可以使用后缀。

1.2345e+10F
1.2345e+10L

总结一下，常用的字面量后缀有下面这些。

• f和F：float类型。
• l和L：对于整数是long int类型，对于小数是long double类型。
• ll和LL：Long Long 类型，比如3LL。
• u和U：表示unsigned int，比如15U、0377U。

u还可以与其他整数后缀结合，放在前面或后面都可以，比如10UL、10ULL和10LLU都是合法的。

下面是一些示例。

int           x = 1234;
long int      x = 1234L;
long long int x = 1234LL

unsigned int           x = 1234U;
unsigned long int      x = 1234UL;
unsigned long long int x = 1234ULL;

float x       = 3.14f;
double x      = 3.14;
long double x = 3.14L;

溢出

每一种数据类型都有数值范围，如果存放的数值超出了这个范围（小于最小值或大于最大值），需要更多的二进制位存储，就会发生溢出。大于最大值，叫做向上溢出（overflow）；小于最小值，叫做向下溢出（underflow）。

一般来说，编译器不会对溢出报错，会正常执行代码，但是会忽略多出来的二进制位，只保留剩下的位，这样往往会得到意想不到的结果。所以，应该避免溢出。

unsigned char x = 255;
x = x + 1;

printf("%d\n", x); // 0

上面示例中，变量x加1，得到的结果不是256，而是0。因为x是unsign char类型，最大值是255（二进制11111111），加1后就发生了溢出，256（二进制100000000）的最高位1被丢弃，剩下的值就是0。

再看下面的例子。

unsigned int ui = UINT_MAX;  // 4,294,967,295
ui++;
printf("ui = %u\n", ui); // 0
ui--;
printf("ui = %u\n", ui); // 4,294,967,295

上面示例中，常量UINT_MAX是 unsigned int 类型的最大值。如果加1，对于该类型就会溢出，从而得到0；而0是该类型的最小值，再减1，又会得到UINT_MAX。

溢出很容易被忽视，编译器又不会报错，所以必须非常小心。

for (unsigned int i = n; i >= 0; --i) // 错误

上面代码表面看似乎没有问题，但是循环变量i的类型是 unsigned int，这个类型的最小值是0，不可能得到小于0的结果。当i等于0，再减去1的时候，并不会返回-1，而是返回 unsigned int 的类型最大值，这个值总是大于等于0，导致无限循环。

为了避免溢出，最好方法就是将运算结果与类型的极限值进行比较。

unsigned int ui;
unsigned int sum;

// 错误
if (sum + ui > UINT_MAX) too_big();
else sum = sum + ui;

// 正确
if (ui > UINT_MAX - sum) too_big();
else sum = sum + ui;

上面示例中，变量sum和ui都是 unsigned int 类型，它们相加的和还是 unsigned int 类型，这就有可能发生溢出。但是，不能通过相加的和是否超出了最大值UINT_MAX，来判断是否发生了溢出，因为sum + ui总是返回溢出后的结果，不可能大于UINT_MAX。正确的比较方法是，判断UINT_MAX - sum与ui之间的大小关系。

下面是另一种错误的写法。

unsigned int i = 5;
unsigned int j = 7;

if (i - j < 0) // 错误
  printf("negative\n");
else
  printf("positive\n");

上面示例的运算结果，会输出positive。原因是变量i和j都是 unsigned int 类型，i - j的结果也是这个类型，最小值为0，不可能得到小于0的结果。正确的写法是写成下面这样。

if (j > i) // ....

sizeof 运算符

sizeof是 C 语言提供的一个运算符，返回某种数据类型或某个值占用的字节数量。它的参数可以是数据类型的关键字，也可以是变量名或某个具体的值。

// 参数为数据类型
int x = sizeof(int);

// 参数为变量
int i;
sizeof(i);

// 参数为数值
sizeof(3.14);

上面的第一个示例，返回得到int类型占用的字节数量（通常是4或8）。第二个示例返回整数变量占用字节数量，结果与前一个示例完全一样。第三个示例返回浮点数3.14占用的字节数量，由于浮点数的字面量一律存储为 double 类型，所以会返回8，因为 double 类型占用的8个字节。

sizeof运算符的返回值，C 语言只规定是无符号整数，并没有规定具体的类型，而是留给系统自己去决定，sizeof到底返回什么类型。不同的系统中，返回值的类型有可能是unsigned int，也有可能是unsigned long，甚至是unsigned long long，对应的printf()占位符分别是%u、%lu和%llu。这样不利于程序的可移植性。

C 语言提供了一个解决方法，创造了一个类型别名size_t，用来统一表示sizeof的返回值类型。该别名定义在stddef.h头文件（引入stdio.h时会自动引入）里面，对应当前系统的sizeof的返回值类型，可能是unsigned int，也可能是unsigned long。

C 语言还提供了一个常量SIZE_MAX，表示size_t可以表示的最大整数。所以，size_t能够表示的整数范围为[0, SIZE_MAX]。

printf()有专门的占位符%zd或%zu，用来处理size_t类型的值。

printf("%zd\n", sizeof(int));

上面代码中，不管sizeof返回值的类型是什么，%zd占位符（或%zu）都可以正确输出。

如果当前系统不支持%zd或%zu，可使用%u（unsigned int）或%lu（unsigned long int）代替。

类型的自动转换

某些情况下，C 语言会自动转换某个值的类型。

赋值运算

赋值运算符会自动将右边的值，转成左边变量的类型。

（1）浮点数赋值给整数变量

浮点数赋予整数变量时，C 语言直接丢弃小数部分，而不是四舍五入。

int x = 3.14;

上面示例中，变量x是整数类型，赋给它的值是一个浮点数。编译器会自动把3.14先转为int类型，丢弃小数部分，再赋值给x，因此x的值是3。

这种自动转换会导致部分数据的丢失（3.14丢失了小数部分），所以最好不要跨类型赋值，尽量保证变量与所要赋予的值是同一个类型。

注意，舍弃小数部分时，不是四舍五入，而是整个舍弃。

int x = 12.99;

上面示例中，x等于12，而不是四舍五入的13。

（2）整数赋值给浮点数变量

整数赋值给浮点数变量时，会自动转为浮点数。

float y = 12 * 2;

上面示例中，变量y的值不是24，而是24.0，因为等号右边的整数自动转为了浮点数。

（3）窄类型赋值给宽类型

字节宽度较小的整数类型，赋值给字节宽度较大的整数变量时，会发生类型提升，即窄类型自动转为宽类型。

比如，char或short类型赋值给int类型，会自动提升为int。

char x = 10;
int i = x + y;

上面示例中，变量x的类型是char，由于赋值给int类型，所以会自动提升为int。

（4）宽类型赋值给窄类型

字节宽度较大的类型，赋值给字节宽度较小的变量时，会发生类型降级，自动转为后者的类型。这时可能会发生截值（truncation），系统会自动截去多余的二进制位，导致难以预料的结果。

int i = 321;
char ch = i; // ch 的值是 65 （321 - 256）

上面例子中，变量ch是char类型，宽度是8个二进制位。变量i是int类型，将i赋值给ch，后者只能容纳i（二进制形式为101000001，共9位）的后八位，前面多出来的二进制位被丢弃，保留后八位就变成了01000001（十进制的65，相当于字符A）。

浮点数赋值给整数类型的值，也会发生截值，浮点数的小数部分会被截去。

double pi = 3.14159;
int i = pi; // i 的值为 3

上面示例中，i等于3，pi的小数部分被截去了。

混合类型的运算

不同类型的值进行混合计算时，必须先转成同一个类型，才能进行计算。转换规则如下：

（1）整数与浮点数混合运算时，整数转为浮点数类型，与另一个运算数类型相同。

3 + 1.2 // 4.2

上面示例是int类型与float类型的混合计算，int类型的3会先转成float的3.0，再进行计算，得到4.2。

（2）不同的浮点数类型混合运算时，宽度较小的类型转为宽度较大的类型，比如float转为double，double转为long double。

（3）不同的整数类型混合运算时，宽度较小的类型会提升为宽度较大的类型。比如short转为int，int转为long等，有时还会将带符号的类型signed转为无符号unsigned。

下面例子的执行结果，可能会出人意料。

int a = -5;
if (a < sizeof(int)）
  do_something();

上面示例中，变量a是带符号整数，sizeof(int)是size_t类型，这是一个无符号整数。按照规则，signed int 自动转为 unsigned int，所以a会自动转成无符号整数4294967291（转换规则是-5加上无符号整数的最大值，再加1），导致比较失败，do_something()不会执行。

所以，最好避免无符号整数与有符号整数的混合运算。因为这时 C 语言会自动将signed int转为unsigned int，可能不会得到预期的结果。

整数类型的运算

两个相同类型的整数运算时，或者单个整数的运算，一般来说，运算结果也属于同一类型。但是有一个例外，宽度小于int的类型，运算结果会自动提升为int。

unsigned char a = 66;

if ((-a) < 0) printf("negative\n");
else printf("positive\n");

上面示例中，变量a是 unsigned char 类型，这个类型不可能小于0，但是-a不是 unsigned char 类型，会自动转为 int 类型，导致上面的代码输出 negative。

再看下面的例子。

unsigned char a = 1;
unsigned char b = 255;
unsigned char c = 255;

if ((a - 5) < 0) do_something();
if ((b + c) > 300) do_something();

上面示例中，表达式a - 5和b + c都会自动转为 int 类型，所以函数do_something()会执行两次。

函数

函数的参数和返回值，会自动转成函数定义里指定的类型。

int dostuff(int, unsigned char);

char m = 42;
unsigned short n = 43;
long long int c = dostuff(m, n);

上面示例中，参数变量m和n不管原来的类型是什么，都会转成函数dostuff()定义的参数类型。

下面是返回值自动转换类型的例子。

char func(void) {
  int a = 42;
  return a;
}

上面示例中，函数内部的变量a是int类型，但是返回的值是char类型，因为函数定义中返回的是这个类型。

类型的显式转换

原则上，应该避免类型的自动转换，防止出现意料之外的结果。C 语言提供了类型的显式转换，允许手动转换类型。

只要在一个值或变量的前面，使用圆括号指定类型(type)，就可以将这个值或变量转为指定的类型，这叫做“类型指定”（casting）。

(unsigned char) ch

上面示例将变量ch转成无符号的字符类型。

long int y = (long int) 10 + 12;

上面示例中，(long int)将10显式转为long int类型。这里的显示转换其实是不必要的，因为赋值运算符会自动将右边的值，转为左边变量的类型。

可移植类型

C 语言的整数类型（short、int、long）在不同计算机上，占用的字节宽度可能是不一样的，无法提前知道它们到底占用多少个字节。

程序员有时控制准确的字节宽度，这样的话，代码可以有更好的可移植性，头文件stdint.h创造了一些新的类型别名。

（1）精确宽度类型(exact-width integer type)，保证某个整数类型的宽度是确定的。

• int8_t：8位有符号整数。
• int16_t：16位有符号整数。
• int32_t：32位有符号整数。
• int64_t：64位有符号整数。
• uint8_t：8位无符号整数。
• uint16_t：16位无符号整数。
• uint32_t：32位无符号整数。
• uint64_t：64位无符号整数。

上面这些都是类型别名，编译器会指定它们指向的底层类型。比如，某个系统中，如果int类型为32位，int32_t就会指向int；如果long类型为32位，int32_t则会指向long。

下面是一个使用示例。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main(void) {
  int32_t x32 = 45933945;
  printf("x32 = %d\n", x32);
  return 0;
}

上面示例中，变量x32声明为int32_t类型，可以保证是32位的宽度。

（2）最小宽度类型（minimum width type），保证某个整数类型的最小长度。

• int_least8_t
• int_least16_t
• int_least32_t
• int_least64_t
• uint_least8_t
• uint_least16_t
• uint_least32_t
• uint_least64_t

上面这些类型，可以保证占据的字节不少于指定宽度。比如，int_least8_t表示可以容纳8位有符号整数的最小宽度的类型。

（3）最快的最小宽度类型（fast minimum width type），可以使整数计算达到最快的类型。

• int_fast8_t
• int_fast16_t
• int_fast32_t
• int_fast64_t
• uint_fast8_t
• uint_fast16_t
• uint_fast32_t
• uint_fast64_t

上面这些类型是保证字节宽度的同时，追求最快的运算速度，比如int_fast8_t表示对于8位有符号整数，运算速度最快的类型。这是因为某些机器对于特定宽度的数据，运算速度最快，举例来说，32位计算机对于32位数据的运算速度，会快于16位数据。

（4）可以保存指针的整数类型。

• intptr_t：可以存储指针（内存地址）的有符号整数类型。
• uintptr_t：可以存储指针的无符号整数类型。

（5）最大宽度整数类型，用于存放最大的整数。

• intmax_t：可以存储任何有效的有符号整数的类型。
• uintmax_t：可以存放任何有效的无符号整数的类型。

上面的这两个类型的宽度比long long和unsigned long更大。

指针

指针是 C 语言最重要的概念之一，也是最难理解的概念之一。

简介

指针是什么？首先，它是一个值，这个值代表一个内存地址，因此指针相当于指向某个内存地址的路标。

字符*表示指针，通常跟在类型关键字的后面，表示指针指向的是什么类型的值。比如，char*表示一个指向字符的指针，float*表示一个指向float类型的值的指针。

int* intPtr;

上面示例声明了一个变量intPtr，它是一个指针，指向的内存地址存放的是一个整数。

星号*可以放在变量名与类型关键字之间的任何地方，下面的写法都是有效的。

int   *intPtr;
int * intPtr;
int*  intPtr;

本书使用星号紧跟在类型关键字后面的写法（即int* intPtr;），因为这样可以体现，指针变量就是一个普通变量，只不过它的值是内存地址而已。

这种写法有一个地方需要注意，如果同一行声明两个指针变量，那么需要写成下面这样。

// 正确
int * foo, * bar;

// 错误
int* foo, bar;

上面示例中，第二行的执行结果是，foo是整数指针变量，而bar是整数变量，即*只对第一个变量生效。

一个指针指向的可能还是指针，这时就要用两个星号**表示。

int** foo;

上面示例表示变量foo是一个指针，指向的还是一个指针，第二个指针指向的则是一个整数。

* 运算符

*这个符号除了表示指针以外，还可以作为运算符，用来取出指针变量所指向的内存地址里面的值。

void increment(int* p) {
  *p = *p + 1;
}

上面示例中，函数increment()的参数是一个整数指针p。函数体里面，*p就表示指针p所指向的那个值。对*p赋值，就表示改变指针所指向的那个地址里面的值。

上面函数的作用是将参数值加1。该函数没有返回值，因为传入的是地址，函数体内部对该地址包含的值的操作，会影响到函数外部，所以不需要返回值。事实上，函数内部通过指针，将值传到外部，是 C 语言的常用方法。

变量地址而不是变量值传入函数，还有一个好处。对于需要大量存储空间的大型变量，复制变量值传入函数，非常浪费时间和空间，不如传入指针来得高效。

& 运算符

&运算符用来取出一个变量所在的内存地址。

int x = 1;
printf("x's address is %p\n", &x);

上面示例中，x是一个整数变量，&x就是x的值所在的内存地址。printf()的%p是内存地址的占位符，可以打印出内存地址。

上一小节中，参数变量加1的函数，可以像下面这样使用。

void increment(int* p) {
  *p = *p + 1;
}

int x = 1;
increment(&x);
printf("%d\n", x); // 2

上面示例中，调用increment()函数以后，变量x的值就增加了1，原因就在于传入函数的是变量x的地址&x。

&运算符与*运算符互为逆运算，下面的表达式总是成立。

int i = 5;

if (i == *(&i)) // 正确

指针变量的初始化

声明指针变量之后，编译器会为指针变量本身分配一个内存空间，但是这个内存空间里面的值是随机的，也就是说，指针变量指向的值是随机的。这时一定不能去读写指针变量指向的地址，因为那个地址是随机地址，很可能会导致严重后果。

int* p;
*p = 1; // 错误

上面的代码是错的，因为p指向的那个地址是随机的，向这个随机地址里面写入1，会导致意想不到的结果。

正确做法是指针变量声明后，必须先让它指向一个分配好的地址，然后再进行读写，这叫做指针变量的初始化。

int* p;
int i;

p = &i;
*p = 13;

上面示例中，p是指针变量，声明这个变量后，p会指向一个随机的内存地址。这时要将它指向一个已经分配好的内存地址，上例就是再声明一个整数变量i，编译器会为i分配内存地址，然后让p指向i的内存地址（p = &i;）。完成初始化之后，就可以对p指向的内存地址进行赋值了（*p = 13;）。

为了防止读写未初始化的指针变量，可以养成习惯，将未初始化的指针变量设为NULL。

int* p = NULL;

NULL在 C 语言中是一个常量，表示地址为0的内存空间，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。

指针的运算

指针本质上就是一个无符号整数，代表了内存地址。它可以进行运算，但是规则并不是整数运算的运算。

（1）指针与整数值的加减运算

指针与整数值的运算，表示指针的移动。

short* j;
j = (short*)0x1234;
j = j + 1; // 0x1236

上面示例中，j是一个指针，指向内存地址0x1234。你可能以为j + 1等于0x1235，但正确答案是0x1236。原因是j + 1表示指针向高位移动一个单位，而一个单位的short类型占据两个字节的宽度，所以相当于向高位移动两个字节。同样的，j - 1得到的结果是0x1232。

指针移动的单位，与指针指向的数据类型有关。数据类型占据多少个字节，每单位就移动多少个字节。

（2）指针与指针的加法运算

指针只能与整数值进行加减运算，两个指针进行加法是非法的。

unsigned short* j;
unsigned short* k;
x = j + k; // 非法

上面示例是两个指针相加，这是非法的。

（3）指针与指针的减法

相同类型的指针允许进行减法运算，返回它们之间的距离，即相隔多少个数据单位。

高位地址减去低位地址，返回的是正值；低位地址减去高位地址，返回的是负值。

这时，减法返回的值属于ptrdiff_t类型，这是一个带符号的整数类型别名，具体类型根据系统不同而不同。这个类型的原型定义在头文件stddef.h里面。

short* j1;
short* j2;

j1 = (short*)0x1234;
j2 = (short*)0x1236;

ptrdiff_t dist = j2 - j1;
printf("%d\n", dist); // 1

上面示例中，j1和j2是两个指向 short 类型的指针，变量dist是它们之间的距离，类型为ptrdiff_t，值为1，因为相差2个字节正好存放一个 short 类型的值。

（4）指针与指针的比较运算

指针之间的比较运算，比较的是各自的内存地址哪一个更大，返回值是整数1（true）或0（false）。

函数

简介

函数是一段可以重复执行的代码。它可以接受不同的参数，完成对应的操作。下面的例子就是一个函数。

int plus_one(int n) {
  return n + 1;
}

上面的代码声明了一个函数plus_one()。

函数声明的语法有以下几点，需要注意。

（1）返回值类型。函数声明时，首先需要给出返回值的类型，上例是int，表示函数plus_one()返回一个整数。

（2）参数。函数名后面的圆括号里面，需要声明参数的类型和参数名，plus_one(int n)表示这个函数有一个整数参数n。

（3）函数体。函数体要写在大括号里面，后面（即大括号外面）不需要加分号。大括号的起始位置，可以跟函数名在同一行，也可以另起一行，本书采用同一行的写法。

（4）return语句。return语句给出函数的返回值，程序运行到这一行，就会跳出函数体，结束函数的调用。如果函数没有返回值，可以省略return语句，或者写成return;。

调用函数时，只要在函数名后面加上圆括号就可以了，实际的参数放在圆括号里面，就像下面这样。

int a = plus_one(13);
// a 等于 14

函数调用时，参数个数必须与定义里面的参数个数一致，参数过多或过少都会报错。

int plus_one(int n) {
  return n + 1;
}

plus_one(2, 2); // 报错
plus_one();  // 报错

上面示例中，函数plus_one()只能接受一个参数，传入两个参数或不传参数，都会报错。

函数必须声明后使用，否则会报错。也就是说，一定要在使用plus_one()之前，声明这个函数。如果像下面这样写，编译时会报错。

int a = plus_one(13);

int plus_one(int n) {
  return n + 1;
}

上面示例中，在调用plus_one()之后，才声明这个函数，编译就会报错。

C 语言标准规定，函数只能声明在源码文件的顶层，不能声明在其他函数内部。

不返回值的函数，使用void关键字表示返回值的类型。没有参数的函数，声明时要用void关键字表示参数类型。

void myFunc(void) {
  // ...
}

上面的myFunc()函数，既没有返回值，调用时也不需要参数。

函数可以调用自身，这就叫做递归（recursion）。下面是斐波那契数列的例子。

unsigned long Fibonacci(unsigned n) {
  if (n > 2)
    return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2);
  else
    return 1;
}

上面示例中，函数Fibonacci()调用了自身，大大简化了算法。

main()

C 语言规定，main()是程序的入口函数，即所有的程序一定要包含一个main()函数。程序总是从这个函数开始执行，如果没有该函数，程序就无法启动。其他函数都是通过它引入程序的。

main()的写法与其他函数一样，要给出返回值的类型和参数的类型，就像下面这样。

int main(void) {
  printf("Hello World\n");
  return 0;
}

上面示例中，最后的return 0;表示函数结束运行，返回0。

C 语言约定，返回值0表示函数运行成功，如果返回其他非零整数，就表示运行失败，代码出了问题。系统根据main()的返回值，作为整个程序的返回值，确定程序是否运行成功。

正常情况下，如果main()里面省略return 0这一行，编译器会自动加上，即main()的默认返回值为0。所以，写成下面这样，效果完全一样。

int main(void) {
  printf("Hello World\n");
}

由于 C 语言只会对main()函数默认添加返回值，对其他函数不会这样做，所以建议总是保留return语句，以便形成统一的代码风格。

参数的传值引用

如果函数的参数是一个变量，那么调用时，传入的是这个变量的值的拷贝，而不是变量本身。

void increment(int a) {
  a++;
}

int i = 10;
increment(i);

printf("%d\n", i); // 10

上面示例中，调用increment(i)以后，变量i本身不会发生变化，还是等于10。因为传入函数的是i的拷贝，而不是i本身，拷贝的变化，影响不到原始变量。这就叫做“传值引用”。

所以，如果参数变量发生变化，最好把它作为返回值传出来。

int increment(int a) {
  a++;
  return a;
}

int i = 10;
i = increment(i);

printf("%d\n", i); // 11

再看下面的例子，Swap()函数用来交换两个变量的值，由于传值引用，下面的写法不会生效。

void Swap(int x, int y) {
  int temp;
  temp = x;
  x = y;
  y = temp;
}

int a = 1;
int b = 2;
Swap(a, b); // 无效

上面的写法不会产生交换变量值的效果，因为传入的变量是原始变量a和b的拷贝，不管函数内部怎么操作，都影响不了原始变量。

如果想要传入变量本身，只有一个办法，就是传入变量的地址。

void Swap(int* x, int* y) {
  int temp;
  temp = *x;
  *x = *y;
  *y = temp;
}

int a = 1;
int b = 2;
Swap(&a, &b);

上面示例中，通过传入变量x和y的地址，函数内部就可以直接操作该地址，从而实现交换两个变量的值。

虽然跟传参无关，这里特别提一下，函数不要返回内部变量的指针。

int* f(void) {
  int i;
  // ...
  return &i;
}

上面示例中，函数返回内部变量i的指针，这种写法是错的。因为当函数结束运行时，内部变量就消失了，这时指向内部变量i的内存地址就是无效的，再去使用这个地址是非常危险的。

函数指针

函数本身就是一段内存里面的代码，C 语言允许通过指针获取函数。

void print(int a) {
  printf("%d\n", a);
}

void (*print_ptr)(int) = &print;

上面示例中，变量print_ptr是一个函数指针，它指向函数print()的地址。函数print()的地址可以用&print获得。注意，(*print_ptr)一定要写在圆括号里面，否则函数参数(int)的优先级高于*，整个式子就会变成void* print_ptr(int)。

有了函数指针，通过它也可以调用函数。

(*print_ptr)(10);
// 等同于
print(10);

比较特殊的是，C 语言还规定，函数名本身就是指向函数代码的指针，通过函数名就能获取函数地址。也就是说，print和&print是一回事。

if (print == &print) // true

因此，上面代码的print_ptr等同于print。

void (*print_ptr)(int) = &print;
// 或
void (*print_ptr)(int) = print;

if (print_ptr == print) // true

所以，对于任意函数，都有五种调用函数的写法。

// 写法一
print(10)

// 写法二
(*print)(10)

// 写法三
(&print)(10)

// 写法四
(*print_ptr)(10)

// 写法五
print_ptr(10)

为了简洁易读，一般情况下，函数名前面都不加*和&。

这种特性的一个应用是，如果一个函数的参数或返回值，也是一个函数，那么函数原型可以写成下面这样。

int compute(int (*myfunc)(int), int, int);

上面示例可以清晰地表明，函数compute()的第一个参数也是一个函数。

函数原型

前面说过，函数必须先声明，后使用。由于程序总是先运行main()函数，导致所有其他函数都必须在main()函数之前声明。

void func1(void) {
}

void func2(void) {
}

int main(void) {
  func1();
  func2();
  return 0;
}

上面代码中，main()函数必须在最后声明，否则编译时会产生警告，找不到func1()或func2()的声明。

但是，main()是整个程序的入口，也是主要逻辑，放在最前面比较好。另一方面，对于函数较多的程序，保证每个函数的顺序正确，会变得很麻烦。

C 语言提供的解决方法是，只要在程序开头处给出函数原型，函数就可以先使用、后声明。所谓函数原型，就是提前告诉编译器，每个函数的返回类型和参数类型。其他信息都不需要，也不用包括函数体，具体的函数实现可以后面再补上。

int twice(int);

int main(int num) {
  return twice(num);
}

int twice(int num) {
  return 2 * num;
}

上面示例中，函数twice()的实现是放在main()后面，但是代码头部先给出了函数原型，所以可以正确编译。只要提前给出函数原型，函数具体的实现放在哪里，就不重要了。

函数原型包括参数名也可以，虽然这样对于编译器是多余的，但是阅读代码的时候，可能有助于理解函数的意图。

int twice(int);

// 等同于
int twice(int num);

上面示例中，twice函数的参数名num，无论是否出现在原型里面，都是可以的。

注意，函数原型必须以分号结尾。

一般来说，每个源码文件的头部，都会给出当前脚本使用的所有函数的原型。

exit()

exit()函数用来终止整个程序的运行。一旦执行到该函数，程序就会立即结束。该函数的原型定义在头文件stdlib.h里面。

exit()可以向程序外部返回一个值，它的参数就是程序的返回值。一般来说，使用两个常量作为它的参数：EXIT_SUCCESS（相当于 0）表示程序运行成功，EXIT_FAILURE（相当于 1）表示程序异常中止。这两个常数也是定义在stdlib.h里面。

// 程序运行成功
// 等同于 exit(0);
exit(EXIT_SUCCESS);

// 程序异常中止
// 等同于 exit(1);
exit(EXIT_FAILURE);

在main()函数里面，exit()等价于使用return语句。其他函数使用exit()，就是终止整个程序的运行，没有其他作用。

C 语言还提供了一个atexit()函数，用来登记exit()执行时额外执行的函数，用来做一些退出程序时的收尾工作。该函数的原型也是定义在头文件stdlib.h。

int atexit(void (*func)(void));

atexit()的参数是一个函数指针。注意，它的参数函数（上例的print）不能接受参数，也不能有返回值。

void print(void) {
  printf("something wrong!\n");
}

atexit(print);
exit(EXIT_FAILURE);

上面示例中，exit()执行时会先自动调用atexit()注册的print()函数，然后再终止程序。

函数说明符

C 语言提供了一些函数说明符，让函数用法更加明确。

extern 说明符

对于多文件的项目，源码文件会用到其他文件声明的函数。这时，当前文件里面，需要给出外部函数的原型，并用extern说明该函数的定义来自其他文件。

extern int foo(int arg1, char arg2);

int main(void) {
  int a = foo(2, 3);
  // ...
  return 0;
}

上面示例中，函数foo()定义在其他文件，extern告诉编译器当前文件不包含该函数的定义。

不过，由于函数原型默认就是extern，所以这里不加extern，效果是一样的。

static 说明符

默认情况下，每次调用函数时，函数的内部变量都会重新初始化，不会保留上一次运行的值。static说明符可以改变这种行为。

static用于函数内部声明变量时，表示该变量只需要初始化一次，不需要在每次调用时都进行初始化。也就是说，它的值在两次调用之间保持不变。

#include <stdio.h>

void counter(void) {
  static int count = 1;  // 只初始化一次
  printf("%d\n", count);
  count++;
}

int main(void) {
  counter();  // 1
  counter();  // 2
  counter();  // 3
  counter();  // 4
}

上面示例中，函数counter()的内部变量count，使用static说明符修饰，表明这个变量只初始化一次，以后每次调用时都会使用上一次的值，造成递增的效果。

注意，static修饰的变量初始化时，只能赋值为常量，不能赋值为变量。

int i = 3;
static int j = i; // 错误

上面示例中，j属于静态变量，初始化时不能赋值为另一个变量i。

另外，在块作用域中，static声明的变量有默认值0。

static int foo;
// 等同于
static int foo = 0;

static可以用来修饰函数本身。

static int Twice(int num) {
  int result = num * 2;
  return(result);
}

上面示例中，static关键字表示该函数只能在当前文件里使用，如果没有这个关键字，其他文件也可以使用这个函数（通过声明函数原型）。

static也可以用在参数里面，修饰参数数组。

int sum_array(int a[static 3], int n) {
  // ...
}

上面示例中，static对程序行为不会有任何影响，只是用来告诉编译器，该数组长度至少为3，某些情况下可以加快程序运行速度。另外，需要注意的是，对于多维数组的参数，static仅可用于第一维的说明。

const 说明符

函数参数里面的const说明符，表示函数内部不得修改该参数变量。

void f(int* p) {
  // ...
}

上面示例中，函数f()的参数是一个指针p，函数内部可能会改掉它所指向的值*p，从而影响到函数外部。

为了避免这种情况，可以在声明函数时，在指针参数前面加上const说明符，告诉编译器，函数内部不能修改该参数所指向的值。

void f(const int* p) {
  *p = 0; // 该行报错
}

上面示例中，声明函数时，const指定不能修改指针p指向的值，所以*p = 0就会报错。

但是上面这种写法，只限制修改p所指向的值，而p本身的地址是可以修改的。

void f(const int* p) {
  int x = 13;
  p = &x; // 允许修改
}

上面示例中，p本身是可以修改，const只限定*p不能修改。

如果想限制修改p，可以把const放在p前面。

void f(int* const p) {
  int x = 13;
  p = &x; // 该行报错
}

如果想同时限制修改p和*p，需要使用两个const。

void f(const int* const p) {
  // ...
}

可变参数

有些函数的参数数量是不确定的，声明函数的时候，可以使用省略号...表示可变数量的参数。

int printf(const char* format, ...);

上面示例是printf()函数的原型，除了第一个参数，其他参数的数量是可变的，与格式字符串里面的占位符数量有关。这时，就可以用...表示可变数量的参数。

注意，...符号必须放在参数序列的结尾，否则会报错。

头文件stdarg.h定义了一些宏，可以操作可变参数。

（1）va_list：一个数据类型，用来定义一个可变参数对象。它必须在操作可变参数时，首先使用。

（2）va_start：一个函数，用来初始化可变参数对象。它接受两个参数，第一个参数是可变参数对象，第二个参数是原始函数里面，可变参数之前的那个参数，用来为可变参数定位。

（3）va_arg：一个函数，用来取出当前那个可变参数，每次调用后，内部指针就会指向下一个可变参数。它接受两个参数，第一个是可变参数对象，第二个是当前可变参数的类型。

（4）va_end：一个函数，用来清理可变参数对象。

下面是一个例子。

double average(int i, ...) {
  double total = 0;
  va_list ap;
  va_start(ap, i);
  for (int j = 1; j <= i; ++j) {
    total += va_arg(ap, double);
  }
  va_end(ap);
  return total / i;
}

上面示例中，va_list ap定义ap为可变参数对象，va_start(ap, i)将参数i后面的参数统一放入ap，va_arg(ap, double)用来从ap依次取出一个参数，并且指定该参数为 double 类型，va_end(ap)用来清理可变参数对象。

数组

简介

数组是一组相同类型的值，按照顺序储存在一起。数组通过变量名后加方括号表示，方括号里面是数组的成员数量。

int scores[100];

上面示例声明了一个数组scores，里面包含100个成员，每个成员都是int类型。

注意，声明数组时，必须给出数组的大小。

数组的成员从0开始编号，所以数组scores[100]就是从第0号成员一直到第99号成员，最后一个成员的编号会比数组长度小1。

数组名后面使用方括号指定编号，就可以引用该成员。也可以通过该方式，对该位置进行赋值。

scores[0] = 13;
scores[99] = 42;

上面示例对数组scores的第一个位置和最后一个位置，进行了赋值。

注意，如果引用不存在的数组成员（即越界访问数组），并不会报错，所以必须非常小心。

int scores[100];

scores[100] = 51;

上面示例中，数组scores只有100个成员，因此scores[100]这个位置是不存在的。但是，引用这个位置并不会报错，会正常运行，使得紧跟在scores后面的那块内存区域被赋值，而那实际上是其他变量的区域，因此不知不觉就更改了其他变量的值。这很容易引发错误，而且难以发现。

数组也可以在声明时，使用大括号，同时对每一个成员赋值。

int a[5] = {22, 37, 3490, 18, 95};

注意，使用大括号赋值时，必须在数组声明时赋值，否则编译时会报错。

int a[5];
a = {22, 37, 3490, 18, 95}; // 报错

上面代码中，数组a声明之后再进行大括号赋值，导致报错。

报错的原因是，C 语言规定，数组变量一旦声明，就不得修改变量指向的地址，具体会在后文解释。由于同样的原因，数组赋值之后，再用大括号修改值，也是不允许的。

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
a = {22, 37, 3490, 18, 95}; // 报错

上面代码中，数组a赋值后，再用大括号重新赋值也是不允许的。

使用大括号赋值时，大括号里面的值不能多于数组的长度，否则编译时会报错。

如果大括号里面的值，少于数组的成员数量，那么未赋值的成员自动初始化为0。

int a[5] = {22, 37, 3490};
// 等同于
int a[5] = {22, 37, 3490, 0, 0};

如果要将整个数组的每一个成员都设置为零，最简单的写法就是下面这样。

int a[100] = {0};

数组初始化时，可以指定为哪些位置的成员赋值。

int a[15] = {[2] = 29, [9] = 7, [14] = 48};

上面示例中，数组的2号、9号、14号位置被赋值，其他位置的值都自动设为0。

指定位置的赋值可以不按照顺序，下面的写法与上面的例子是等价的。

int a[15] = {[9] = 7, [14] = 48, [2] = 29};

指定位置的赋值与顺序赋值，可以结合使用。

int a[15] = {1, [5] = 10, 11, [10] = 20, 21}

上面示例中，0号、5号、6号、10号、11号被赋值。

C 语言允许省略方括号里面的数组成员数量，这时将根据大括号里面的值的数量，自动确定数组的长度。

int a[] = {22, 37, 3490};
// 等同于
int a[3] = {22, 37, 3490};

上面示例中，数组a的长度，将根据大括号里面的值的数量，确定为3。

省略成员数量时，如果同时采用指定位置的赋值，那么数组长度将是最大的指定位置再加1。

int a[] = {[2] = 6, [9] = 12};

上面示例中，数组a的最大指定位置是9，所以数组的长度是10。

数组长度

sizeof运算符会返回整个数组的字节长度。

int a[] = {22, 37, 3490};
int arrLen = sizeof(a); // 12

上面示例中，sizeof返回数组a的字节长度是12。

由于数组成员都是同一个类型，每个成员的字节长度都是一样的，所以数组整体的字节长度除以某个数组成员的字节长度，就可以得到数组的成员数量。

sizeof(a) / sizeof(a[0])

上面示例中，sizeof(a)是整个数组的字节长度，sizeof(a[0])是数组成员的字节长度，相除就是数组的成员数量。

注意，sizeof返回值的数据类型是size_t，所以sizeof(a) / sizeof(a[0])的数据类型也是size_t。在printf()里面的占位符，要用%zd或%zu。

int x[12];

printf("%zu\n", sizeof(x));     // 48
printf("%zu\n", sizeof(int));  // 4
printf("%zu\n", sizeof(x) / sizeof(int)); // 12

上面示例中，sizeof(x) / sizeof(int)就可以得到数组成员数量12。

多维数组

C 语言允许声明多个维度的数组，有多少个维度，就用多少个方括号，比如二维数组就使用两个方括号。

int board[10][10];

上面示例声明了一个二维数组，第一个维度有10个成员，第二个维度也有10个成员。

多维数组可以理解成，上层维度的每个成员本身就是一个数组。比如上例中，第一个维度的每个成员本身就是一个有10个成员的数组，因此整个二维数组共有100个成员（10 x 10 = 100）。

三维数组就使用三个方括号声明，以此类推。

int c[4][5][6];

引用二维数组的每个成员时，需要使用两个方括号，同时指定两个维度。

board[0][0] = 13;
board[9][9] = 13;

注意，board[0][0]不能写成board[0, 0]，因为0, 0是一个逗号表达式，返回第二个值，所以board[0, 0]等同于board[0]。

跟一维数组一样，多维数组每个维度的第一个成员也是从0开始编号。

多维数组也可以使用大括号，一次性对所有成员赋值。

int a[2][5] = {
  {0, 1, 2, 3, 4},
  {5, 6, 7, 8, 9}
};

上面示例中，a是一个二维数组，这种赋值写法相当于将第一维的每个成员写成一个数组。这种写法不用为每个成员都赋值，缺少的成员会自动设置为0。

多维数组也可以指定位置，进行初始化赋值。

int a[2][2] = {[0][0] = 1, [1][1] = 2};

上面示例中，指定了[0][0]和[1][1]位置的值，其他位置就自动设为0。

不管数组有多少维度，在内存里面都是线性存储，a[0][0]的后面是a[0][1]，a[0][1]的后面是a[1][0]，以此类推。因此，多维数组也可以使用单层大括号赋值，下面的语句是上面的赋值语句是完全等同的。

int a[2][2] = {1, 0, 0, 2};

变长数组

数组声明的时候，数组长度除了使用常量，也可以使用变量。这叫做变长数组（variable-length array，简称 VLA）。

int n = x + y;
int arr[n];

上面示例中，数组arr就是变长数组，因为它的长度取决于变量n的值，编译器没法事先确定，只有运行时才能知道n是多少。

变长数组的根本特征，就是数组长度只有运行时才能确定。它的好处是程序员不必在开发时，随意为数组指定一个估计的长度，程序可以在运行时为数组分配精确的长度。

任何长度需要运行时才能确定的数组，都是变长数组。

int i = 10;

int a1[i];
int a2[i + 5];
int a3[i + k];

上面示例中，三个数组的长度都需要运行代码才能知道，编译器并不知道它们的长度，所以它们都是变长数组。

变长数组也可以用于多维数组。

int m = 4;
int n = 5;
int c[m][n];

上面示例中，c[m][n]就是二维变长数组。

数组的地址

数组是一连串连续储存的同类型值，只要获得起始地址（首个成员的内存地址），就能推算出其他成员的地址。请看下面的例子。

int a[5] = {11, 22, 33, 44, 55};
int* p;

p = &a[0];

printf("%d\n", *p);  // Prints "11"

上面示例中，&a[0]就是数组a的首个成员11的内存地址，也是整个数组的起始地址。反过来，从这个地址（*p），可以获得首个成员的值11。

由于数组的起始地址是常用操作，&array[0]的写法有点麻烦，C 语言提供了便利写法，数组名等同于起始地址，也就是说，数组名就是指向第一个成员（array[0]）的指针。

int a[5] = {11, 22, 33, 44, 55};

int* p = &a[0];
// 等同于
int* p = a;

上面示例中，&a[0]和数组名a是等价的。

这样的话，如果把数组名传入一个函数，就等同于传入一个指针变量。在函数内部，就可以通过这个指针变量获得整个数组。

函数接受数组作为参数，函数原型可以写成下面这样。

// 写法一
int sum(int arr[], int len);
// 写法二
int sum(int* arr, int len);

上面示例中，传入一个整数数组，与传入一个整数指针是同一回事，数组符号[]与指针符号*是可以互换的。下一个例子是通过数组指针对成员求和。

int sum(int* arr, int len) {
  int i;
  int total = 0;

  // 假定数组有 10 个成员
  for (i = 0; i < len; i++) {
    total += arr[i];
  }
  return total;
}