C语言课件：深入理解程序设计的基础知识

语言程序设计基础知识C欢迎来到语言程序设计基础知识的课堂！语言作为一门经典的编程语言，是C C计算机科学的基础，也是许多现代编程语言的灵感来源本课程将带您从零开始，逐步掌握语言的核心概念和编程技巧通过学习，您将能够编写出高效、可靠C的程序，为未来的软件开发打下坚实的基础让我们一起探索语言的奥秘，开C启编程之旅！什么是语言C高级编程语言结构化编程系统编程语言是一种高级编程语言，它允许程序语言支持结构化编程，这意味着程序可语言通常被用于系统编程，例如操作系C C C员使用接近自然语言的方式来编写程序，以被分解为一系列的函数或模块，每个函统、编译器和数据库等这主要是因为C从而提高了编程的效率和可读性相较于数负责完成特定的任务这种模块化的设语言具有高效的执行速度和对底层硬件的汇编语言，C语言提供了更丰富的抽象层计方法使得程序更易于理解、维护和扩展，直接访问能力，这使得它非常适合编写对次，使得程序员可以专注于解决问题本身，同时也提高了代码的重用性性能要求较高的系统软件而不是底层的硬件细节语言的发展历史C起源1语言起源于世纪年代初，由贝尔实验室的开发，目C2070Dennis Ritchie的是为了改进操作系统它在语言的基础上发展而来，并吸收了UNIX B标准化其他编程语言的优点2为了确保语言的通用性和可移植性，美国国家标准协会（）于C ANSI年发布了标准，也被称为随后，国际标准化组织1989ANSI C C89更新（）于年发布了标准，即，它与基本相同3ISO1990ISO C C90C89语言的标准不断更新和完善年，发布了标准，引入了许C1999ISO C99多新的特性，例如函数、可变长度数组和复数类型年，又发inline2011布了标准，进一步增强了语言的功能和安全性C11C语言的特点C简洁高效可移植性12语言具有简洁的语法和高效语言具有良好的可移植性，C C的执行速度，这使得它非常适这意味着C语言程序可以在不合编写对性能要求较高的程序同的操作系统和硬件平台上运C语言的编译器可以将源代码行，而无需进行大量的修改转换为优化的机器码，从而实这主要归功于C语言的标准和现高效的程序运行编译器对不同平台的适配强大的功能3语言提供了丰富的数据类型、运算符和控制结构，这使得它能够编写C各种复杂的程序语言还支持指针操作，这使得程序员可以对内存进C行直接访问和管理，从而实现更高级的功能语言的应用领域C操作系统编译器数据库语言是编写操作系统语言也被广泛用于编语言也常被用于编写C C C的主要语言之一UNIX、写编译器例如，GCC数据库管理系统例如，和等操作（就是一个用语Linux WindowsGNU CompilerMySQL C系统的大部分代码都是Collection）就是一个用言编写的流行的数据库用语言编写的语言语言编写的流行的编语言的高效性和对内CCCC的高效性和对硬件的直译器C语言的强大功存的直接管理能力使得接访问能力使得它非常能和对底层硬件的控制它非常适合编写数据库适合编写操作系统能力使得它非常适合编写编译器开发语言程序的环境和工具C编译器集成开发环境（）IDE编译器是将语言源代码转换为可是一种集成了编译器、编辑器C IDE执行文件的工具常用的语言编和调试器等工具的软件常用的CC译器包括（语言包括、GCC GNUCompiler IDECode::Blocks）、和和可以Collection ClangMicrosoft EclipseVisual Studio IDEVisual C++选择合适的编译器提高编程效率，并提供更好的调取决于您的操作系统和个人偏好试体验文本编辑器文本编辑器是用于编写语言源代码的工具常用的文本编辑器包括C、和文本编辑器通常具有语法高亮和代码Notepad++Sublime TextAtom自动完成等功能，可以提高编程效率语言编程基础知识C数据类型变量和常量运算符和表达式C语言提供了多种数据类型，包括整型、浮变量是用于存储数据的内存单元，其值可以运算符是用于执行各种操作的符号，例如加点型、字符型和指针型不同的数据类型用在程序运行过程中改变常量是值不能改变法、减法和乘法表达式是由运算符和操作于存储不同类型的数据，例如整数、小数、的量，例如数字和字符串变量和常量都需数组成的序列，用于计算一个值C语言提字符和内存地址要先声明后使用供了丰富的运算符和表达式，可以进行各种复杂的计算数据类型整型浮点型字符型整型用于存储整数，包括、、浮点型用于存储小数，包括和字符型用于存储字符，包括类型int shortfloat doublecharlong和long long等类型不同的整型类型等类型不同的浮点型类型具有不同的精char类型通常占用1个字节，可以存储具有不同的取值范围和存储空间例如，度和存储空间例如，float类型通常占用ASCII码表中的字符字符型变量可以使int类型通常占用4个字节，可以存储-4个字节，可以存储单精度浮点数；用单引号括起来的字符进行初始化，例如到之间的整数类型通常占用个字节，可以存储21474836482147483647double8char ch=A;双精度浮点数变量和常量变量赋值21变量声明常量定义3变量是程序中用于存储数据的命名存储位置声明变量时，需要指定变量的数据类型和名称例如，声明了一个名为的整型变int age;age量赋值是给变量赋予一个特定的值例如，将值赋给变量常量的值在程序执行期间不能更改，可以使用关键字age=20;20age const定义常量，也可以使用预处理指令#define运算符和表达式赋值运算符1算术运算符2关系运算符3逻辑运算符4语言中提供了多种运算符，包括算术运算符（如、、、、）、关系运算符（如、、、、、）、逻辑运算符（如、C+-*/%==!===、）和赋值运算符（如、、、、）表达式是由运算符和操作数组成的，用于计算一个值例如，是一个算术表达式，||!=+=-=*=/=a+b用于计算变量和的和运算符的优先级决定了表达式的计算顺序可以使用括号来改变运算符的优先级a b输入和输出1scanf2printf语言使用标准输入输出函数来进行数据的输入和输出函数用于从标准输入（通常是键盘）读取数据，并将其存储到变量中C scanf函数用于将数据输出到标准输出（通常是屏幕）在使用和函数时，需要使用格式化字符串来指定输入输出的数printf scanfprintf据类型和格式例如，可以将字符串变量的值输出到屏幕上printfHello,%s!\n,name;name程序流程控制顺序结构顺序结构是指程序按照语句的顺序依次执行这是最基本的程序结构，也是其他程序结构的基础在顺序结构中，每个语句都会被执行一次，且执行顺序不会发生改变选择结构选择结构是指程序根据条件判断的结果选择不同的执行路径语言提C供了语句和语句来实现选择结构语句可以根据条件的真假来if switchif执行不同的代码块，而语句可以根据表达式的值来选择不同的分switch支循环结构循环结构是指程序重复执行一段代码块，直到满足某个条件为止语C言提供了语句、语句和语句来实现循环结构语while do-while forwhile句和语句根据条件的真假来判断是否继续循环，而语句可以do-while for在循环开始前进行初始化，并在每次循环结束后更新循环变量条件判断语句语句语句if switch语句用于根据条件的真假来执行不同的代码块语句的基本语语句用于根据表达式的值来选择不同的分支语句的if ifswitch switch法是如果为真，则执行基本语法是if condition{statements;}condition switchexpression{case value1:statements1;中的代码块也可以使用语句来指定当statements elsecondition break;case value2:statements2;break;default:statements;}为假时执行的代码块，例如的值会与每个后面的进行比较，如果相等，if condition{statements1;}else expression case value则执行该后面的分支用于处理{statements2;}case statementsdefault的值与所有后面的都不相等的情况expressioncasevalue循环语句语句语句while do-while语句用于在条件为真的情况下语句与语句类似，但while do-while while重复执行一段代码块while语句的是它会先执行一次代码块，然后再判基本语法是断条件是否为真语句的基while conditiondo-while在每次循环开始前，本语法是{statements;}do{statements;}while会先判断是否为真，如果语句保证代码condition condition;do-while为真，则执行statements中的代码块，块至少会被执行一次否则退出循环语句for语句提供了一种更简洁的方式来编写循环语句的基本语法是for forfor用于在循环开initialization;condition;increment{statements;}initialization始前进行初始化，用于判断是否继续循环，用于在每次循环condition increment结束后更新循环变量函数模块化程序设计21提高代码重用性简化代码逻辑3函数是一段完成特定任务的代码块，它可以被多次调用使用函数可以提高代码的重用性、模块化程序设计和简化代码逻辑函数可以接受参数，并返回一个值函数定义包括函数名、参数列表、返回值类型和函数体函数调用是指使用函数名来执行函数中的代码函数的定义和声明函数定义函数声明函数定义包括函数头和函数体函数头包括返回值类型、函数名函数声明用于告诉编译器函数的存在和类型信息函数声明包括和参数列表函数体包括函数要执行的语句例如int addint a,返回值类型、函数名和参数列表函数声明可以放在函数定义之定义了一个名为的函数，它接受两个整前，也可以放在头文件中例如声明了一个int b{return a+b;}add int addint a,int b;型参数和，并返回它们的和名为的函数，它接受两个整型参数和，并返回一个整型值a badd ab函数的参数传递值传递1值传递是指将实参的值复制给形参在函数内部，对形参的修改不会影响实参的值这是语言默认的参数传递方式例C指针传递如void changeinta{a=10;}int main{int b=5;2输出changeb;printf%d\n,b;//5}指针传递是指将实参的地址传递给形参在函数内部，可以通过指针来修改实参的值例如void changeint*a{*a=10;}int main{int b=5;changeb;printf%d\n,b;//输出10}函数的返回值返回值类型1函数的返回值类型指定了函数返回的值的类型如果函数不返回任何值，则返回值类型为例如，定义了void intaddinta,int b{return a+b;}一个名为的函数，它返回一个整型值add语句return2语句用于从函数中返回一个值语句可以带一个表达式，return return也可以不带表达式如果语句不带表达式，则函数返回类型return void例如，或return;return0;函数的递归调用递归定义递归深度递归是指函数直接或间接地调用自身在使用递归时，需要注意递归深度，递归是一种强大的编程技巧，可以用以避免栈溢出栈溢出是指函数调用于解决一些复杂的问题例如，计算栈的空间不足，导致程序崩溃可以阶乘可以使用递归来实现int通过限制递归深度或使用迭代来避免factorialint n{if n==0{return1;}栈溢出else{return n*factorialn-1;}}数组存储相同类型数据连续的内存空间数组是一种用于存储相同类型数数组中的元素在内存中是连续存据的集合数组中的每个元素都储的这意味着可以通过指针运有一个唯一的索引，用于访问该算来访问数组中的元素数组的元素数组可以是一维的，也可大小在定义时必须确定，且不能以是多维的在程序运行过程中改变数组名数组名是一个指向数组第一个元素的指针可以使用数组名来访问数组中的元素例如，是一个指向数组第一个元素的指针，可以使int arr

[5];arr用来访问数组的第一个元素arr

[0]一维数组定义一维数组是指只有一个维度的数组一维数组的定义语法是例如，定义了一个名为type arrayName[arraySize];int arr

[5];的整型数组，它包含个元素arr5初始化一维数组可以在定义时进行初始化例如，int arr

[5]={1,2,3,4,将数组的个元素分别初始化为、、、和如果没有进5};512345行初始化，则数组中的元素的值是不确定的访问可以使用数组名和索引来访问一维数组中的元素例如，arr

[0]访问数组的第一个元素，访问数组的第五个元素数组的arr

[4]索引从开始，到结束0arraySize-1二维数组定义初始化访问二维数组是指有两个维度的数组二维数二维数组可以在定义时进行初始化例如，可以使用数组名和两个索引来访问二维数组的定义语法是组中的元素例如，访问数组的type int arr

[3]

[4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,arr

[0]

[0]例将数组的行列元素分别初始第一个元素，访问数组的最后一arrayName[rowSize][columnSize];10,11,12}};34arr

[2]

[3]如，int arr

[3]

[4];定义了一个名为arr的整化为指定的值如果没有进行初始化，则个元素第一个索引表示行号，第二个索型数组，它包含3行4列数组中的元素的值是不确定的引表示列号数组的初始化完全初始化1完全初始化是指在定义数组时，为数组的所有元素都赋予初始值例如，如果数组的大小很大，则完全初int arr

[5]={1,2,3,4,5};部分初始化始化可能会比较麻烦2部分初始化是指在定义数组时，只为数组的部分元素赋予初始值例如，如果数组是部分初始化的，则未被初int arr

[5]={1,2,3};省略大小初始化始化的元素的值为30在定义数组时，如果进行了初始化，则可以省略数组的大小例如，编译器会根据初始值的个数来确定数组int arr[]={1,2,3,4,5};的大小指针内存地址1指针是一种用于存储内存地址的变量指针可以指向任何数据类型，包括整型、浮点型、字符型和数组指针的类型指定了指针所指向的数据的类型间接访问2指针提供了一种间接访问内存的方式通过指针，可以访问和修改指针所指向的内存中的数据指针是语言中一种强大的工具，可以用于实C现动态内存分配、链表和树等数据结构指针的声明和使用指针声明指针使用指针的声明语法是可以使用运算符来获取变量的地址，type例如，声明了并将其赋值给指针例如，*pointerName;int*p;inta=5;一个名为的指向整型变量的指针指可以使用运算符来访p int*p=a;*针声明时需要指定指针所指向的数据问指针所指向的内存中的数据例如，类型printf%d\n,*p;//输出5指针运算指针加法指针减法指针可以进行加法运算指针加指针可以进行减法运算指针减法是指将指针的值加上一个整数法是指将指针的值减去一个整数指针加法的结果是指向内存中另指针减法的结果是指向内存中另一个位置的指针例如，一个位置的指针例如，int*p=int*p=指向数组的第二个指向数组的第一个元arr

[0];p+1arr

[1];p-1元素素指针比较指针可以进行比较运算指针比较是指比较两个指针的值指针比较的结果是真或假例如，判断两个指针是否指向同一个内存地址p1==p2指针与数组数组名数组名是一个指向数组第一个元素的指针可以使用数组名来访问数组中的元素例如，是一个指向数组第一个元int arr

[5];arr素的指针，可以使用来访问数组的第一个元素arr

[0]指针访问数组可以使用指针来访问数组中的元素例如，intarr

[5];int*p=访问数组的第一个元素，访问数组的第五个元素arr;p

[0]p

[4]指针可以像数组一样使用动态内存分配静态内存分配动态内存分配静态内存分配是指在编译时确定内存的大小和位置静态内存分动态内存分配是指在程序运行时动态地分配内存动态内存分配配的缺点是灵活性差，无法在程序运行过程中改变内存的大小的优点是灵活性好，可以根据程序的需要来分配内存和函数malloc free1malloc free2函数用于分配一块指定大小的内存函数的返回值是指向分配的内存的指针如果函数分配内存失败，则返回malloc malloc malloc函数用于释放函数分配的内存在使用函数分配内存后，必须使用函数来释放内存，以避免内存泄NULL freemallocmallocfree漏链表动态存储1节点连接2灵活操作3链表是一种动态数据结构，用于存储一系列的数据链表中的每个元素称为节点每个节点包含数据和指向下一个节点的指针链表可以动态地添加和删除节点，从而实现灵活的数据存储链表的定义和基本操作节点结构体1创建节点2头指针3链表由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针可以使用结构体来定义节点例如，struct Node{int data;struct Node可以使用函数来创建节点创建节点后，需要将节点的数据和指针初始化链表需要一个头指针来指向链表的第一个*next;};malloc节点可以使用头指针来访问链表中的所有节点链表的遍历和查找遍历链表的遍历是指从头节点开始，依次访问链表中的每个节点可以使用循环来实现链表的遍历在每次循环中，将指针指向下一个节点，直到指针为NULL查找链表的查找是指在链表中查找一个指定的数据可以使用循环来实现链表的查找在每次循环中，比较节点的数据与指定的数据是否相等如果相等，则返回该节点如果遍历到链表的末尾，仍然没有找到指定的数据，则返回NULL链表的插入和删除插入删除链表的插入是指在链表中插入一个新的节点插入节点需要修改链表的删除是指从链表中删除一个节点删除节点需要修改指针指针的指向在插入节点之前，需要先找到要插入的位置然后，的指向在删除节点之前，需要先找到要删除的节点然后，将创建一个新的节点，并将新节点的指针指向下一个节点最后，前一个节点的指针指向要删除节点的下一个节点最后，释放要将前一个节点的指针指向新节点删除节点的内存文件操作文件指针1在语言中，文件操作是通过文件指针进行的文件指针是一C个指向结构体的指针，结构体包含了文件的信息，FILE FILE标准库函数例如文件名、文件打开模式和文件位置2语言提供了标准库函数来进行文件操作常用的文件操作函C数包括、、、、和fopen fclosefread fwritefprintf这些函数可以用于打开、关闭、读取、写入和格式fscanf化文件文件的打开和关闭fopen1函数用于打开一个文件函数的语法是fopen fopenFILE是文件名，*fopenconst char*filename,const char*mode;filename是文件打开模式常用的文件打开模式包括（只读）、mode rw（只写）、（追加）和（二进制只读）a rbfclose2函数用于关闭一个文件函数的语法是fclose fcloseint是文件指针在使用完文件后，必须使fcloseFILE*stream;stream用函数来关闭文件，以释放文件资源fclose文件的读写操作fread fwrite函数用于从文件中读取数据函数用于将数据写入文件fread fwrite函数的语法是函数的语法是fread size_t fwritesize_tfreadvoid*ptr,size_t size,size_t fwriteconstvoid*ptr,size_t size,是指向要是count,FILE*stream;ptr size_t count,FILE*stream;ptr存储数据的内存的指针，是每个指向要写入数据的内存的指针，size size数据项的大小，是要读取的数是每个数据项的大小，是要写count count据项的数量，是文件指针入的数据项的数量，是文件指stream stream针文件的定位和错误处理fseek ferror函数用于设置文件的读写位函数用于检查文件是否发生fseek ferror置函数的语法是错误函数的语法是fseek intferror int是文fseekFILE*stream,long offset,int ferrorFILE*stream;stream是文件指针，件指针如果文件发生错误，则origin;stream offset是偏移量，是起始位置常用函数返回非零值，否则返回origin ferror的起始位置包括SEEK_SET（文件开零头）、（当前位置）和SEEK_CUR（文件结尾）SEEK_ENDfeof函数用于检查文件是否到达结尾函数的语法是feof feofint feofFILE是文件指针如果文件到达结尾，则函数返回非零值，*stream;stream feof否则返回零程序的编译和调试编译编译是指将语言源代码转换为可执行文件的过程编译过程包C括预处理、编译、汇编和链接编译器将源代码转换为汇编代码，汇编器将汇编代码转换为机器码，链接器将机器码和库函数链接在一起，生成可执行文件调试调试是指查找和修复程序中的错误的过程调试可以使用调试器来进行调试器可以用于设置断点、单步执行、查看变量的值和调用堆栈预处理命令#include#define#ifdef,#ifndef,#endif命令用于包含头文件头文件包命令用于定义宏宏是一种预处、和命令用于条件#include#define#ifdef#ifndef#endif含了函数声明、变量声明和宏定义理指令，用于将一个标识符替换为一个字编译这些命令可以根据宏是否定义来选命令的语法是或符串命令的语法是择性地编译代码命令用于判断宏#include#include#define#define#ifdef使用尖括号表示宏可以用于定义常量、是否定义，命令用于判断宏是否#include header_file identifierstring#ifndef包含系统头文件，使用双引号表示包含用函数和代码片段未定义，#endif命令用于结束条件编译块户自定义头文件编译和链接过程预处理编译124链接汇编3编译过程包括预处理、编译、汇编和链接预处理器处理源代码中的预处理命令，例如和编译器将预处理后的源代码#include#define转换为汇编代码汇编器将汇编代码转换为机器码链接器将机器码和库函数链接在一起，生成可执行文件每个步骤都有其特定的任务和作用，共同完成将高级语言代码转换为机器可执行代码的过程调试工具的使用1GDB2Visual Studio Debugger常用的调试工具包括（）和是一个命令行调试器，可以用于调试、和其他语言GDB GNUDebugger Visual StudioDebuggerGDB CC++编写的程序是中集成的调试器，可以用于调试和其他语言编写的程序调试器可以设置VisualStudioDebugger VisualStudioIDEC++断点，单步执行，查看变量的值和调用堆栈语言编程的最佳实践C代码风格使用一致的代码风格，例如缩进、命名和注释良好的代码风格可以提高代码的可读性和可维护性可以使用代码格式化工具来自动格式化代码模块化将程序分解为小的、独立的模块模块化可以提高代码的可重用性和可测试性每个模块应该只负责完成一个特定的任务错误处理进行适当的错误处理错误处理可以提高程序的健壮性和可靠性可以使用语句来处理异常try-catch编码规范命名规范注释规范缩进规范变量名、函数名和宏名应该具有描述性，代码应该包含适当的注释注释应该解释代码应该使用一致的缩进缩进可以提高并且遵循一致的命名规范常用的命名规代码的功能和实现方式注释应该简洁明代码的可读性常用的缩进方式包括使用范包括驼峰命名法和下划线命名法例如，了，并且易于理解可以使用单行注释和空格和使用制表符建议使用空格进行缩变量名可以使用camelCase，函数名可以多行注释来添加注释进，并且将缩进设置为4个空格使用snake_case性能优化数据结构优化21算法优化代码优化3性能优化是指提高程序的执行效率性能优化可以从算法、数据结构和代码三个方面入手选择合适的算法和数据结构可以提高程序的执行效率优化代码可以减少程序的执行时间错误处理和异常处理检查返回值1使用断言2异常处理3错误处理是指在程序中处理错误的过程异常处理是指在程序中处理异常情况的过程错误处理和异常处理可以提高程序的健壮性和可靠性可以使用语句来检查函数的返回值，并根据返回值来判断是否发生错误可以使用断言来检查程序的某些条件是否满足可以使用if语句来处理异常try-catch总结和展望知识回顾1本课程介绍了语言的基础知识，包括数据类型、变量、运算符、表达C式、程序流程控制、函数、数组、指针、文件操作、程序的编译和调试、语言编程的最佳实践、编码规范、性能优化和错误处理和异常处理C通过学习本课程，您应该已经掌握了语言的基本概念和编程技巧C未来展望2语言是一门经典的编程语言，仍然在许多领域得到广泛应用如果您C想深入学习语言，可以学习、系统编程和嵌入式系统开发CC++Linux是一种面向对象的编程语言，它在语言的基础上增加了许多新的C++C特性系统编程是指在操作系统上进行程序开发嵌入式Linux Linux系统开发是指开发嵌入到设备中的程序。