Linux C 编程（一）

1. 程序基础

1.1. 基本概念

计算机是由数字电路组成的运算机器，只能对数字进行运算，而其能够进行符号运算的原因，是因为符号在计算机内部也是用数字表示的

程序

用来告诉计算机应该如何完成一个计算任务（简言之，就是先做什么，再做什么）

指令

程序由一系列指令组成，指令是指示计算机进行某种运算的命令

语句

计算机指令的抽象表示（比如C、Java这种高级语言，不是使用的助记符或是机器码指令，而是封装成了更加易用的逻辑）

编写程序

编写程序的过程是将复杂的任务分解成子任务，再把子任务进一步分解，不断反复这样的分解，直到简单得可以使用指令完成

1.2. 程序调试

程序的编写是一个复杂的过程，其中时常陪伴着程序员的还有寻找 Bug 的过程，因为程序毕竟是人写的，人总会犯错，因此就需要我们查找并修改这些程序中的错误，也就是所谓 Bug

找到程序当中的这些 Bug 并且纠正的过程便是调试（Debug）

Bug的分类

  • 编译时错误

编译器只能翻译语法正确的程序，如果语法存在错误，编译器就会罢工，此时你需要根据编译器提供的线索，找到问题并加以改正

  • 运行时错误

编译器检查不出这种错误，并且会继续生成可执行文件，但是运行时可能会发生意想不到的错误或者崩溃

  • 逻辑错误和语义错误

这种错误是程序代码的逻辑存在问题，也是在编译期发现不了，但是这种错误会使程序执行错误的功能，比如说明明想要程序执行加法，却写了一个输出“Hello World”的程序

程序的调试是一个“破案”的过程，需要你根据线索进行假设、推理，最终找到问题所在，同时也需要经验的积累，并且会一直伴随程序员成长

1.3. 第一个程序

依照传统，一门编程语言的第一个程序通常都是输出“Hello World!”字符串，我们一起看下用 C 语言该如何写吧：

首先，创建一个普通的文本文件，修改后缀名为.c，表明这是一个 C 语言源代码文件

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接下来，编写以下代码：

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#include <stdio.h>

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

这便是一个输出“Hello World”字符串的简单程序

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gcc hello.c

在终端调用gcc命令进行源代码文件的编译，得到可执行文件 a.out

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./a.out

执行a.out文件，得到运行结果

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#include <stdio.h>用来引入头文件，目的是提供可以调用的函数，比如说下面的printf()，而main()也是一个函数，作为程序的入口，程序从mian()开始执行，{}包裹的部分便是main()的内容，printf()将其中使用""包裹的字符串输出到终端控制台，最后return语句表示程序的终结，返回一个0，表示程序正常结束

2. 常量、变量和表达式

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#include <stdio.h>

/*
* Hello World程序
*/
int main(void) {
    // 输出Hello World字符串
    printf("Hello World\n");
    return 0;
}

使用/*开头并且使用*/结尾跨越多行的内容是程序的注释，其会被编译器忽视，仅仅用于对程序的功能进行说明

使用/*和*/包裹的是多行注释，期间可以有多行内容，但是不能够进行嵌套，否则会导致注释失效

除了多行注释，还可以使用以//开头的单行注释，这种注释的范围是从//直至当前的行尾

2.1. 常量

常量是程序中最基本的元素，C 语言当中有各种类型的常量，像是字符常量、整数常量、枚举常量等

其中注意，字符常量需要通过''包裹，比如'{'就是一个字符常量，通常都是单个字符，但是如果表示的是转义字符，可能出现\n这种，但其实质还是一个字符

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printf("字符%c\n整数%d\n浮点数%f\n", '{', 56, 6.78);
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以上printf语句输出字符、整数、浮点数常量，其中printf()的第一个参数称为格式化字符串，也就是"字符%c\n整数%d\n浮点数%f\n"，它的作用是告诉后面几个常量将要以何种格式“对号入座”

%后面分别添加c、d、f表示字符型、整型、浮点型的转换说明，转换说明在字符串中占个位置，即占位符，运行时会替换为后面的常量，与编译时处理的转义字符有所不同

2.2. 变量

变量在任何编程语言当中都是极其重要的存在

从本质上来说，变量是计算机存储器里的一块命名空间，可以在里面存储一个值，存储的值是可以随时变的

这就好比租房子，你就是那个值，你不住了，别人住，那么值就发生了变化，但是存储空间还是那一块

既然常量有不同的类型，与之对应的，变量自然也会有不同的类型

更深入地讲，变量的类型决定了它所占用存储空间的大小

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int a;  // 整型
double b;  // 双精度浮点型
char c;   // 字符型
long d;  // 长整型
printf("%lu\n%lu\n%lu\n%lu\n", sizeof(a), sizeof(b), sizeof(c), sizeof(d));
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C 语言当中的声明可以分为变量声明、函数声明和类型声明三种

如果变量或者函数声明的同时要求编译器为其分配存储空间，那么也可以称为定义，因此定义是声明的一种

为变量起名是有一定的规则需要遵守的，这也就是所谓标识符规则

在 C 语言中，规定必须以字母或下划线开头，后面可以跟上若干个字母、数字、下划线，但是不能掺杂有其他字符，比如：_123、__abc、s1都是合法的标识符

除此以外，还需要注意，像 C 语言当中的关键字或者是保留字是不能够作为标识符的

C语言关键字参考（https://www.runoob.com/cprogramming/c-basic-syntax.html）

一般呢，还要尽可能避免使用以下划线开头的标识符，通常下划线开头的标识符只要不与 C 语言关键字冲突就是合法的，然而，往往有一些下划线开头的标识符会被编译器用于扩展

2.3. 赋值

定义了变量之后，我们往往需要把值存到它们所表示的存储空间里，这便是一个赋值过程

变量一定要先声明，后使用，编译器需要先看到变量声明

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int d;   // 声明
d = 0;   // 赋值
d += 1;   // 使用--自增

当然变量的定义和赋值也可以一步完成，这被称为变量的初始化

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int d = 0;
d += 1;

变量的最小存储单位是字节，在 C 语言中char类型占1字节，其他的类型所占用的字节数在不同平台上有不同的规定

2.4. 表达式

变量和常量都可以参与各种运算，比如：加减乘除，而参与这些运算的常量或者变量就被称为操作数

将常量、变量通过运算组合在一起，可以形成表达式，比如：x + y、a * b - 2

任何表达式都有值和类型两个基本属性

其实这是由于表达式都会通过运算得到结果，而结果会是一个确定的值，因而自然会有值和类型

在 C 语言当中，整数的除法既不是Floor也不是Ceiling，无论正负，一律去掉小数部分

2.5. 字符类型和字符串编码

字符常量或字符型变量也可以当作整数参与运算

这是因为在计算机的内部，这些字符其实也是使用数字表示的，每个字符在计算机内部有一个整数与之对应，而这就是字符编码

目前最常用的是ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）

ASCII码的取值范围是0~127，其中包含一些不可见字符和空白字符

‘0’的ASCII码是48，’\0’的ASCII码是0