第零三章 • 基础

这本章中,我会带你快速的浏览一遍 C 语言的基本特性(feature)。C 语言的特性非常少,而且语法也相当的简单明了。但是这并不代表 C 语言很简单,有深度的内容绝不会浮于表面。所以,接下来我们将快速地了解一下 C 语言的基础,在后面的章节中再慢慢深入。

本章的目的是让所有的读者位于同一水平线上。C 的新手可以在本章多花一些时间,而已经对 C 有一定程度了解的同学则可以大致浏览一遍或直接跳过本章。

程序

C 语言程序是由函数定义和类型定义组成的。

因此一个源文件就是一系列的函数和类型。每个函数都可以调用其他函数或调用自身(递归),可以使用任何已经声明的或内建的数据类型。

你还可以调用其他库提供的函数,使用库中提供的数据类型,这也是 C 中多层级系统的复杂性不断增长的根源。

在前一章中,我们提到,所有的程序都是从 main 函数开始执行的。从 main 函数开始不断地调用越来越多的函数,完成期望的工作。

变量

C 中的函数可以拥有多个变量。变量其实就是一个有名字的数据项。

C 中的每个变量都有一个特定的类型。这些类型可能是内建的,也可能是我们自定义的。声明一个新变量的时候,首先需要将类型的名字写在前面,然后紧跟的是变量的名字,你还可以使用 = 给这个变量赋一个初始值。变量的声明是一个语句,在 C 语言中,所有的语句必须由 ; 结尾。

如果要创建一个名为 count 的整数(int),则可以这样写:

int count;

如果要给 count 赋一个初始值:

int count = 10;

下面列出了 C 语言中一些内建的类型:

类型名 描述 举例
void 空类型
char 单个的字符/字节 char last_initial = 'H';
int 整数 int age = 32;
long 可以表示更大的数的整数 long age_of_universe = 13798000000;
float 浮点数 float liters_per_pint = 0.568f;
double 精度更高的浮点数 double speed_of_swallow = 0.01072896;

函数声明

函数是一个针对变量的操作过程,同时可能也会改变当前程序的状态。它接受多个输入值,计算并返回一个输出值。

声明函数时,首先将返回值的类型写在前面,后面紧跟函数的名字,而后的一对圆括号里面包裹函数的输入参数,参数之间用 , 进行分割。函数体部分紧跟其后,包裹在一对花括号 {} 里,里面包含了函数执行的所有语句,语句之间使用 ; 分隔。return 语句用来结束函数的执行,并返回一个值。

下面的代码演示了一个将两个 int 型变量 xy 求和之后并返回的函数写法。

int add_together(int x, int y) {
  int result = x + y;
  return result;
}

调用函数时,首先写上函数名,然后函数参数紧跟其后,包裹在一对圆括号里,参数之间用逗号分开。比如说,我们调用上面的函数,并将计算结果保存到 added 变量中:

int added = add_together(10, 18);

结构体声明

结构体用来声明一个新的类型。它可以将多个变量捆绑在一起。

我们可以使用结构体表示更加复杂的数据类型。例如,为了表示一个二维空间里的点,我们可以创建一个名为 point 的结构体将两个 float 类型的变量 xy 绑在一起。我们可以同时使用 structtypedef 来声明一个结构体:

typedef struct {
  float x;
  float y;
} point;

注意,我们应该将结构体放在所有用到它的函数的上方。这个类型和内建的基本数据类型的用法没有任何区别。获取结构体内部的变量时,需要使用小数点 .,后面紧跟要获取的变量名:

point p;
p.x = 0.1;
p.y = 10.0;

float length = sqrt(p.x * p.x + p.y * p.y);

指针

指针类型是普通类型的变体,只需普通类型的后面添加 * 后缀即可。比如,int* 就是一个 int 类型的指针。在之前的 main 函数的输入参数列表中,我们还见过一个 char** 类型,这是一个 char 类型的指针的指针。

指针是 C 语言的精髓所在,也是 C 语言中比较难理解的知识点,我们会在以后的章节中详细讲解。目前的阶段我们还不会用到指针,所以你只需要知道有这个东西就可以了。

字符串

在 C 语言中,字符串由 char* 类型表示。它是由一串字符(char)组成的,并以一个空终结字符结尾。字符串是 C 语言的一个重要且复杂的部分,我们会在接下来的几章中详细的学习它。

字符串还可以字面量来表示,将要表示的字符串包裹在双引号 " 中就可以了。比如说我们之前用过的 "Hello, world!" 。现在,你只需要记住,只要看到 char* 类型,就当成字符串来看待就可以了。

条件分支

条件分支语句可以让程序在只有条件为真的时候才去执行一段代码。

我们使用 if 关键字来声明条件语句,执行条件跟在后面,包裹在一对圆括号里,后面紧跟一对花括号里面包裹着条件为真时执行的代码。if 语句后面可以跟一个 else 语句,包含条件为假时执行的代码。

我们可以使用或操作符(||)和并操作符(&&)将多个条件组合在一起。

在条件语句中,凡是不为 0 的结果都是真的。这点需要牢记,因为很多条件测试语句都是以此为依据编写的。

检测 x 是否在 10 到 100 之间的条件语句可以这样写:

if (x > 10 && x < 100) {
  puts("x is greater than 10 and less than 100!");
} else {
  puts("x is less than 11 or greater than 99!");
}

循环

循环可以不断的执行一段代码,直到条件变为假,或者计数完成。

在 C 语言中有两种类型的循环。第一种是 while 循环。while 循环不断地执行一段代码,直到条件为假停止。首先 while 关键字在前,后面紧跟包裹在一对圆括号中的条件语句,最后是包裹在一对大括号中的待执行语句。下面是一个例子:

int i = 10;
while (i > 0) {
  puts("Loop Iteration");
  i = i - 1;
}

第二种循环是 for 循环,跟 while 的条件语句不同的是,for 循环需要三个以 ; 隔开的表达式:一个初始化语句,一个条件语句和一个递增语句。其中初始化语句在循环开始之前执行;条件语句每次迭代都会判断一次,如果为假,循环就退出了;递增语句在每次迭代的最后执行。for 循环通常用来计数,因为它的表示方法比 while 更加简洁。下面的例子中,我们从 0 递增到 9,每次加 1,共执行了 10 次:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
  puts("Loop Iteration");
}

彩蛋

  • 使用 for 循环打印 5 次 "Hello, world!"
  • 使用 while 循环打印 5 次 "Hello, world!"
  • 编写一个函数 Hello,可以打印 n 次 "Hello world!",然后在 main 函数中调用它。
  • 除了变量一节中列出的内建类型,还有哪些呢?
  • 除了 ><,还有哪些比较操作符?
  • 除了 +-,还有哪些算数运算符?
  • += 运算符是什么?它是如何工作的?
  • do...while 循环是是什么?它是如何工作的?
  • switch 语句是什么?它是如何工作的?
  • break 关键字是用来干嘛的?
  • continue 关键字是用来干嘛的?
  • typedef 关键字的作用是什么?

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