《C语言核心概念》课件

语言核心概念C欢迎来到语言核心概念课程本课程将深入探讨语言的基础知识和关键概念，C C帮助您掌握这门强大而灵活的编程语言无论您是编程新手还是希望巩固基础的有经验程序员，本课程都将为您提供全面而实用的语言知识让我们一起开始C这段激动人心的编程之旅吧！课程大纲基础知识1我们将从语言的起源、发展历史和环境搭建开始，为您奠定坚实的基C础核心概念2深入探讨变量、数据类型、运算符和控制结构等语言的核心要素C进阶主题3学习函数、数组、指针和结构体等更高级的概念，提升您的编程技能实践与应用4通过编程规范、错误处理和调试技巧，将理论知识付诸实践什么是语言？C通用编程语言1语言是一种广泛使用的通用编程语言，能够用于开发各种类型的软件应C用高效和灵活2以其高效的执行速度和对底层硬件的直接控制而闻名，使其成为系统编程的首选语言跨平台兼容3语言的程序可以在多种计算机平台上运行，具有极强的可移植性C影响深远4许多现代编程语言，如、和，都受到语言的影响，继C++Java PythonC承了其语法特征语言发展历史C年19721丹尼斯里奇和肯汤普森在贝尔实验室创造了语言，最初用于开发··C UNIX操作系统年19782布莱恩柯林汉和丹尼斯里奇出版了《程序设计语言》一书，成为语··C C言的非官方标准年19893美国国家标准协会（）发布了语言的第一个官方标准，称为ANSI CANSI或C C89年19994国际标准化组织（）发布了标准，引入了许多新特性，如内联函ISO C99数和可变长度数组语言编程环境搭建C选择编译器常用的编译器包括（）和C GCCGNU CompilerCollection MicrosoftVisualC++安装IDE集成开发环境（）如或可以提高编程IDE Code::Blocks VisualStudio效率配置环境变量设置系统环境变量，确保编译器可以在命令行中使用创建第一个程序编写并运行程序，验证环境是否正确配置Hello,World!标识符和关键字标识符关键字标识符是用户自定义的名称，用于表示变量、函数、数组等程序关键字是语言预定义的、具有特殊含义的单词，如C元素命名规则包括•int,float,char,double只能由字母、数字和下划线组成••if,else,while,for,switch不能以数字开头••return,break,continue区分大小写••struct,union,enum不能使用关键字作为标识符•数据类型基本数据类型包括整型（）、浮点型（）、字符型（）等这些类型用于存储不int float,double char同类型的数据，如整数、小数和单个字符派生数据类型包括数组、指针、结构体和联合体这些类型是基于基本数据类型构建的，用于处理更复杂的数据结构枚举类型用于定义一组命名的整型常量枚举提供了一种便捷的方式来处理相关的常量集合空类型用关键字表示通常用于指定函数不返回值或创建通用指针void变量和常量变量常量变量是程序中可以改变值的数据存储单元在语言中，变量必须常量是程序运行过程中值不会改变的数据语言中定义常量的方C C先声明后使用变量声明的一般形式为法有两种•使用#define预处理指令数据类型变量名;•使用const关键字例如例如或int age;float price;#define PI

3.14159const intMAX_SIZE=100;运算符算术运算符关系运算符逻辑运算符包括、、、、（取包括、、、、、包括（与）、+-*/%==!==||模）等，用于执行基本等，用于比较两个值（或）、（非），用于=!的数学运算之间的关系执行逻辑运算位运算符包括、、、、、|^~等，用于对二进制位进行操作表达式定义1表达式是由操作数和运算符组成的序列，用于计算某个值在语言中，表达C式可以是简单的常量或变量，也可以是复杂的计算类型2常见的表达式类型包括算术表达式、关系表达式、逻辑表达式和赋值表达式等每种类型的表达式都有其特定的用途和计算规则求值顺序3表达式的求值遵循运算符优先级和结合性规则使用括号可以改变默认的求值顺序，提高代码的可读性和准确性副作用4某些表达式在求值过程中可能会产生副作用，如改变变量的值或调用函数理解和正确处理这些副作用对于编写可靠的程序至关重要输入输出语句输出函数输入函数语言主要使用函数进行输出它可以输出各种数据类型函数用于从键盘读取输入它可以读取多种数据类型的值，C printfscanf的值，并支持格式化输出并将其存储到指定的变量中printfHello,%s!\n,name;scanf%d,age;常用的格式说明符包括（整数）、（浮点数）、（字使用时，需要注意%d%f%c scanf符）、（字符串）等%s为变量名加上符号（字符数组除外）•正确匹配格式说明符和变量类型•处理可能的输入错误•顺序结构定义顺序结构是程序的基本结构之一，指令按照它们在程序中出现的顺序依次执行，没有任何跳转或条件判断特点简单直观，易于理解和实现每条语句都会被执行一次，且只执行一次应用场景适用于简单的、线性的处理流程，如基本的数学计算、数据输入输出等示例计算矩形面积的程序就是一个典型的顺序结构先输入长和宽，然后计算面积，最后输出结果分支结构if语句用于单一条件判断如果条件为真，执行if块内的代码；否则，跳过该块if condition{//执行代码}if-else语句用于两种情况的选择如果条件为真，执行if块；否则，执行else块if condition{//条件为真时执行}else{//条件为假时执行}if-else if-else语句用于多重条件判断依次判断条件，执行第一个为真的分支if condition1{//条件1为真时执行}else ifcondition2{//条件2为真时执行}else{//所有条件为假时执行}switch语句用于多分支选择根据表达式的值，跳转到相应的case执行switch expression{case value1://代码块1break;case value2://代码块2break;default://默认代码块}循环结构循环while适用于循环次数不确定，但循环条件明确的情况语法while条件{循环2for//循环体}适用于已知循环次数的情况语法for初始化;条件;更新{1循环//循环体do-while}类似循环，但保证至少执行一次循环体语while法3do{//循环体}while条件;函数介绍定义1函数是一段完成特定任务的独立代码块，可以接受参数并返回一个值函数是语言程序的基本构建块C优势2使用函数可以提高代码的模块化和重用性，使程序结构更清晰，便于维护和调试组成部分3函数通常包括返回类型、函数名、参数列表和函数体函数是每个程main C序的入口点分类4语言中的函数可以分为库函数（如）和用户自定义函数C printf,scanf函数定义返回类型指定函数返回值的数据类型如果函数不返回值，使用void函数名遵循标识符命名规则，应该能反映函数的功能参数列表定义函数接受的输入，包括参数类型和参数名如果没有参数，可以使用或留空void函数体包含在花括号内的代码块，实现函数的具体功能{}函数调用语法函数调用的基本语法是函数名参数参数如果函数没有参数，1,2,...括号内留空参数传递调用函数时，需要提供与函数定义中参数列表匹配的实际参数参数可以是常量、变量或表达式返回值处理如果函数有返回值，可以将函数调用赋给一个变量，或直接在表达式中使用注意事项确保在调用函数之前已经声明或定义了该函数，否则会导致编译错误函数参数传递值传递引用传递在值传递中，函数接收实际参数的副本函数内对参数的修改不在语言中，通过指针实现引用传递函数接收参数的地址，可以C会影响原始值直接修改原始值void swapinta,int b{void swapint*a,int*b{int temp=a;int temp=*a;a=b;*a=*b;b=temp;*b=temp;}}在这个例子中，函数内的交换操作不会影响调用者的变量使用指针可以实现真正的交换操作，影响调用者的变量swap函数返回值返回类型语句12return函数的返回类型在函数定义时指定可以是任何有效的数使用语句来指定函数的返回值语句会立即终C returnreturn据类型，包括（表示不返回值）止函数的执行并返回到调用点void多个返回点返回值使用34函数可以有多个语句，但只有一个会被执行这对于调用函数时，可以将返回值赋给变量，用在表达式中，或者return处理不同条件下的返回很有用直接忽略（如果不需要使用）数组介绍定义数组是一组相同类型的数据元素的集合，这些元素在内存中连续存储特点数组的大小在声明时确定，不能动态改变数组元素通过索引访问，索引从开始0类型语言支持一维数组、多维数组和字符数组（字符串）C应用数组广泛用于存储和处理大量相关数据，如统计数据、图像处理等一维数组定义语法一维数组的定义语法为数据类型数组名数组大小例如[];intnumbers

[10];数组大小数组大小必须是一个常量表达式或常量标准允许使用变量长度数C99组，但不是所有编译器都支持内存分配定义数组时，系统会为其分配连续的内存空间每个元素占用的字节数取决于数据类型索引访问数组元素通过索引访问，如表示第一个元素注意numbers

[0]不要越界访问一维数组初始化完全初始化部分初始化在定义数组时，可以使用花括号列出所有元素的初始值可以只初始化部分元素，剩余元素会被自动初始化为{}0int numbers

[5]={1,2,3,4,5};int numbers

[5]={1,2,3};//后两个元素为0如果初始化列表中的元素个数少于数组大小，剩余元素会被自动如果初始化时省略数组大小，编译器会根据初始化列表的元素个初始化为数确定数组大小0int numbers[]={1,2,3,4,5};//大小为5一维数组遍历循环遍历循环遍历for while1最常用的遍历方法，适用于已知数组大小适用于需要在遍历过程中满足某些条件的2的情况情况遍历指针遍历foreach4语言本身不支持，但一些编译利用数组名作为指向数组第一个元素的指C foreach3器扩展提供类似功能针进行遍历一维数组应用实例求和与平均值1遍历数组元素，计算总和并求平均值这是数组的基本应用，常用于数据统计查找最大最小值2/遍历数组，记录并更新最大或最小值这种操作在数据分析中非常常见元素搜索3在数组中查找特定元素，可以使用线性搜索或二分搜索（对于有序数组）数组排序4使用各种排序算法（如冒泡排序、选择排序、快速排序等）对数组元素进行排序二维数组定义语法内存布局二维数组的定义语法为数据类型数组名行数列数例如二维数组在内存中是以行主序存储的，即同一行的元素在内存中[][];是连续的可以将二维数组看作是数组的数组访问二维数组元素的语法为数组名行索引列索引例如[][]int matrix

[3]

[4];matrix

[1]

[2]=5;这定义了一个行列的整型二维数组34这将值赋给第行第列的元素（索引从开始）5230二维数组初始化完全初始化使用嵌套的花括号{}来初始化二维数组的每一行例如int matrix

[3]

[4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,10,11,12}};部分初始化可以只初始化部分元素，未指定的元素会被自动初始化为0例如int matrix

[3]

[4]={{1,2},{5},{9,10,11}};省略行数初始化时可以省略行数，编译器会根据初始化列表自动计算例如int matrix[]

[4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8}};一维数组形式也可以使用一维数组的形式初始化二维数组int matrix

[3]

[4]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};二维数组遍历嵌套循环for最常用的遍历方法，使用两个嵌套的循环分别遍历行和列for行优先遍历外层循环控制行，内层循环控制列，适合按行处理数据列优先遍历外层循环控制列，内层循环控制行，适合按列处理数据指针遍历利用数组名作为指针，使用单个循环遍历所有元素，需要理解二维数组的内存布局指针概念定义1指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址指针允许直接访问和操作内存中的数据作用2指针提供了对内存的高效访问，是实现动态内存分配、复杂数据结构和函数参数传递的基础类型3指针类型与它所指向的数据类型相关例如，整型指针、字符指针、结构体指针等空指针4值为的指针，表示不指向任何有效的内存地址用于初始化指针或表示NULL特殊情况指针定义语法初始化指针的定义语法为数据类型指针变量名指针可以在定义时初始化，也可以后续赋值*;例如int num=10;int*p=#//初始化指针p指向num的地址int*p;//整型指针char*str;//字符指针char*str;float*f;//浮点型指针str=Hello;//字符指针指向字符串常量星号表示这是一个指针变量它可以紧跟数据类型，也可以紧贴*使用运算符获取变量的地址对于数组，数组名本身就是指向第变量名一个元素的指针指针使用取值操作使用运算符可以获取指针所指向的内存位置的值这称为解引用例如*int value=*p;赋值操作可以通过指针修改所指向的内存位置的值例如*p=20;指针运算可以对指针进行加减运算，移动指针位置每次加或减，实际移11动的字节数取决于指针类型指针比较可以比较两个指针，通常用于判断它们是否指向同一位置或在数组中的相对位置指针与数组数组名作为指针指针访问数组数组名是指向数组第一个元素的指针可以用数组名直接进行指针可以使用指针遍历数组元素，通过指针算术运算移动到下一个元素操作指针数组数组指针一个数组，其元素都是指针常用于存储多个字符串或复杂数据结指向整个数组的指针，而不是指向单个元素在多维数组操作中特构别有用动态内存分配malloc分配指定字节数的内存空间，并返回一个指向它的指针calloc分配指定数量的元素，每个元素具有指定的字节数，并初始化为零realloc改变已分配内存的大小，可以增加或减少free释放之前分配的内存空间，防止内存泄漏结构体定义语法使用结构体的定义语法如下定义结构体变量的方法struct结构体名{struct Students1;成员类型1成员名1;struct Students2={张三,20,

3.5};成员类型2成员名2;...};也可以在定义结构体的同时声明变量struct Student{例如char name

[50];int age;struct Student{float gpa;char name

[50];}s1,s2;int age;float gpa;};结构体成员访问点运算符1使用点号直接访问结构体变量的成员例如.s

1.age=21;箭头运算符2使用箭头通过指向结构体的指针访问成员例如-struct Student*ptr=s1;ptr-age=21;结构体数组3可以创建结构体数组，并使用数组索引和点运算符访问成员例如李四struct Studentclass

[30];class

[0].name=;嵌套结构体4结构体可以嵌套，访问嵌套结构体的成员需要多次使用点运算符例如北京s

1.address.city=;结构体应用数据组织函数参数复杂数据结构结构体用于组织相关的结构体可以作为函数参结构体是实现链表、树数据项，如学生信息、数传递，允许一次传递等复杂数据结构的基础员工记录等多个相关数据文件操作结构体常用于文件的读写操作，方便整体存储和检索数据枚举类型定义语法12枚举是一种用户定义的数据类型，用于声明一组命名的常量枚举名枚举常量枚举常量例如enum{1,2,...};enumDays{MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN};值分配应用34默认情况下，第一个枚举常量的值为，之后的常量值依次枚举常用于表示一组相关的常量，如星期几、月份、错误代0加也可以显式指定值码等1位运算按位与按位或|两个操作数的对应位都为，结果位才为，否则为两个操作数的对应位只要有一个为，结果位就为11011按位异或按位取反^~两个操作数的对应位不同，结果位为，相同则为操作数的每一位都取反，变，变100110左移右移将二进制位全部左移若干位，高位丢弃，低位补将二进制位全部右移若干位，对于无符号数，高位补00预处理指令#include1用于包含头文件，可以是标准库头文件或用户自定义头文件#define2用于定义宏，可以是简单的常量替换或带参数的宏函数3#ifdef,#ifndef,#endif用于条件编译，根据宏是否定义来决定是否编译某段代码4#pragma用于向编译器发出特殊的命令，如设置编译选项头文件包含标准库头文件用户自定义头文件使用尖括号包含标准库头文件例如使用双引号包含自定义头文件例如#include stdio.h#include myheader.h#include stdlib.h#include string.h编译器首先在当前目录查找，如果没有找到，再在系统目录中查找编译器会在预定义的系统目录中查找这些头文件自定义头文件通常包含函数原型、结构体定义和宏定义等宏定义对象宏简单的常量替换例如#define PI

3.14159#define MAX_SIZE100函数宏带参数的宏，类似于内联函数例如#define MAXa,b aba:b#define SQUARExx*x条件编译使用宏进行条件编译例如#ifdef DEBUGprintfDebug:x=%d\n,x;#endif宏展开宏在预处理阶段被展开，不进行类型检查使用时需要注意潜在的副作用编译及链接过程预处理处理所有预处理指令，如和，展开宏定义，生成文件#include#define.i编译将预处理后的代码转换为汇编代码，生成文件.s汇编将汇编代码转换为机器码，生成目标文件文件.o链接将多个目标文件和库文件链接在一起，生成最终的可执行文件语言编程规范C命名规范1使用有意义的变量名和函数名，遵循一致的命名风格（如驼峰命名或下划线分隔）代码缩进2使用一致的缩进风格（通常是个空格或个制表符）来提高代码可读性41注释3添加适当的注释解释复杂的逻辑，但避免过度注释明显的代码函数设计4遵循单一职责原则，每个函数只做一件事，并保持函数简短错误处理返回值检查检查函数返回值以确定操作是否成功例如，检查的返回值malloc是否为NULL变量errno使用全局变量来获取更详细的错误信息包含头文件errno errno.h函数perror使用函数打印错误信息，它会自动使用的值perror errno宏assert使用宏在开发过程中捕获逻辑错误包含头文件assert assert.h调试技巧打印调试使用调试器日志记录使用函数在关键利用等调试工具设在程序中实现日志系统，printf gdb点输出变量值和程序状置断点、单步执行和查记录程序的执行流程和态看变量关键数据代码审查与他人一起审查代码，发现潜在的错误和改进点课程小结指针与内存函数与数组掌握了指针概念和动态内高级特性存分配，这是语言的核心C深入探讨了函数定义、调学习了结构体、枚举、位特性用和数组的使用，这些是运算和预处理指令等高级构建复杂程序的基础特性基础知识实践技能我们学习了语言的基本语通过编程规范、错误处理C法、数据类型、运算符和和调试技巧，提升了实际3控制结构编程能力2415编程练习基础语法练习1编写程序计算斐波那契数列、判断素数、实现简单的计算器功能数组和字符串操作2实现数组排序、字符串反转、查找字符串中的单词数量指针和内存管理3使用指针实现链表、二叉树等数据结构，练习动态内存分配文件操作4编写程序读取文本文件，统计字符数量，或实现简单的文件加密解密。