C语言-学习笔记 --《c primer plus》

Posted 2021-08-04 水みず

C语言

1. C语言基础

• 命名只能用字母、数字、下划线，名称第一位不能为数字。
• 函数包含：函数原型、函数调用、函数定义。 函数原型可以省略参数名，函数定义中不可以。
• 程序错误：语法错误、语义错误。
• 两个很大的数据相减，浮点数损失精度更多。因为任何一个区间内都存在无穷个实数，计算机的浮点数不能表示区间内的所有值。浮点数通常是实际值的近似值，例如，7.0可能被存储为6.9999。
• (1111)2=2**5 -1 二进制1111等于2的5次方减一。
• 100的16进制(%x)表示0x64,八进制(%o)0144。
• char grad=\'a\'; 用单引号框起来的是字符对应的ASCII码。" "双引号表示字符串。
• C语言中将字符常量视为int型，而非char型。char letter=\'B\';中B对应为66，存在32位存储单元中，现在grade截取后八位放在8为存储单元中。
• int 32位;float 32位,数值符号位1，指数位8(第一位为指数符号1），尾数位23,有6-7位有效数字。double b4位，符号1位，指数11位，尾数52位，有效数字15-16位。浮点型常量写法，如-1.56e3，3.4E5。没有后缀的浮点型，默认是double。
• C语言数值类型分为整数类型、浮点数类型。使用可移植类型可以保证数据类型位数是自己要求的位数，屏蔽掉不同系统的差异。一般包含精确宽度整数类型(C90)、最快最小宽度类型(C99、C11)。
• %zd z是修饰符、d是转换字符，修饰符不可以单独使用。
• ++a是a先加1再计算，a++是运算结束后加1。
• 形参中的char、short会自动升级成int，float会变成double。这是隐式类型装换，在使用时会自动进行裁切。主要是把所有的操作数转换为统一的长度，极大地简化了代码的生成，这样，压到堆栈中的参数都是同一长度的，所以运行时系统只需要知道参数的数目，而不需要知道它们的长度,是一种临时手段。
• 条件运算符（?: 三元运算符）比if else更简洁。
• 回显输入意味着用户输入的字符直接显示在屏幕上，无回显输入意味着击键后对应字符不显示。
• 可使用<符号重定向输入流，使用>符号重定向输出流。
• scanf 会把换行符留在输入队列。
• 递归每次调用都会创建一组变量，使用内存更多，且由于函数每次调用会花费时间，所以执行速度更慢,但在某些场景下解决更简单（如处理倒序）。
• C90不支持变长数组a[n](VLA,n为整型变量），C99支持VLA(不能使用static extern修饰)，C11可选支持。
• 字符串初始化用指针与字符数组的区别：1、数组名是常量，而指针名是变量。2、初始化数组把静态存储区的字符串拷贝到数组中，而初始化指针只把字符串的地址拷贝给指针。建议在把指针初始化为字符串字面量时使用const限定符。3、不修改字符串，不要用指针指向字符串,需要修改字符串用字符数组。
• gets()、puts()在C11中被废弃，可用fgets()、fputs()、gets_s()(c11新增可选支持)替代。

2. 存储类别、链接和内存管理

• 存储期描述了通过标识符访问的对象的生存期。分为：静态存储期、线程存储期、自动存储期、动态分配存储期(malloc、calloc)。

• 静态存储期，它在程序执行期间一直存在。文件作用域变量具有静态存储期。块作用域变量也可以具有静态存储期，加上static即可。自动初始化为0。
• 线程存储期用于并发程序设计，具有线程存储期的变量，从被声明时到线程结束一直存在。用关键字 _Thread_local声明时，每个线程都有一个私有备份。

• 块作用域的变量通常具有自动存储期，进入这些块时，为这些变量分配内存，离开块时释放。
• 标识符用于访问对象（储存值的一块内存），可以用作用域、链接描述标识符的可见性。
• 作用域描述程序中可访问标识符的区域。分为块作用域、函数作用域、函数原型作用域和文件作用域。
• 链接分为：外部链接、内部链接、无连接。具有块作用域、函数作用域、函数原型作用域的变量都是无链接，是私有的。具有文件作用域的变量可以使外链接（默认extern)或者内部链接（static)。
• 自动变量是属于自动存储期的变量，具有自动存储期、块作用域且无链接。可显示使用auto(C++auto含义完全不同)。不会初始化。
• 寄存器变量同自动变量，不过是把变量放在寄存器中。不保证在寄存器中，无法获取地址，数据类型有限（寄存器位数有限）。
• 块作用域的静态变量，具有静态存储期的变量，用static声明。
• 外部链接的静态变量，具有文件作用域，外部链接和静态存储期。用extern声明,只能初始化一次且必须在定义时进行。
• C99和C11要求识别局部标识符的前63个字符和外部标识符的前31个字符。之前标准是前31和前6个。
• 内部链接的静态变量，具有静态存储期、文件作用域和内部链接。用存储类别说明符static声明。
• 存储类别说明符：auto、register、static、extern、_Thread_local、typedef。
• 函数也有存储类别，使用static说明函数为模块私有，可以解决命名冲突，默认是extern。
• 可以使用malloc、calloc(初始化为0)函数来自行分配内存，不过最后注意要free内存，防止内存泄漏。
• restrict，只能用于指针，表明该指针是访问数据对象的唯一且初始的方式。
• volatile限定符告知计算机，代理（其他程序）可以改变该变量的值。涉及到编译器的优化。
• _Atomic类型限定符，用在多线程中，声明原子类型的变量,C11可选支持。

3. 文件输入输出

• C把文件看作是一系列连续的字节，每个字节都能被单独处理。提供两种文件模式：文本模式、二进制模式。
• fopen()的模式字符串，r、w、a、x(C11)。getc(fp)、putc(fp)是从指定文件中获取一个字符。需要fclose()关闭。
• fseek()可以在打开的文件中,直接移动到任意字符。文件起始点模式有SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END。
• ftell()返回文件中当前位置。
• fgetpos()、fsetpos()是处理较大文件的新定位函数。
• fread()、fwrite()，在要求不损失精度的条件下保存和恢复值，用函数采用二进制模式进行读写。缺点：不同的操作系统可能使用不同的二进制表示法，所以数据文件可能具有不可移植性；甚至一个操作系统，不同的编译设置也会导致不同的二进制布局。

4.C预处理器和C库

• #define 来定义宏，包含明示常量、任何字符串、字符常量、类函数宏(宏带参数)、也可以为空，只做参数替换，不进行计算。替换部分可以用##将两个记号组合成一个记号、用#组合字符串、...与__VAR_ARGS__可用来自定义可变参数的宏，只能放在最后面。
• #include会查看后面的文件名并把文件的内容包含到当前文件中，即替换源文件的#include指令。
• 头文件中最常用的形式包含明示常量、宏函数、函数声明（函数原型）、结构模板声明、类型定义。
• #undef 用于取消已定义的#indefine指令，也就是取消已经定义的宏。
• 条件编译指令，#ifdef、#else、#endif，#ifdef max表示是否#define定义了MAX、或者包含了头文件，可以用来标记C语句块。与之相反的还有#ifndef、#else、#endif。主要用于防止多次包含头文件。
• #if、#elif与if、else if相似，后面跟整型常量表达式，如果表达式为非零，则表达式为真。
• 预定义宏：__DATE__,__FILE__,__LINE__,__STDC__,__STDC_HOSTED__,__STDC_version__,__TIME__,__func__。
• #line 重置__FILE__和__LINE__报告的文件名和行号。
• #error指令让预处理器发出一条错误信息，该消息包含指令中的文本。
• #pragma编译指示，用于控制分配给自动变量的内存量、设置错误检查严格程度、启用非标准语言特性等。
• _GENERIC泛型选择表达式，常用作#define宏定义的一部分。
• 内联函数（C99），标准规定具有内部链接的函数可以成为内联函数，最简单的使用方法是使用函数说明符inline和存储类别符。可以放在头文件中。因为是直接替换函数代码，所以可以避免函数调用的开销（建立调用、传递参数、跳转到函数代码并返回）。C99
• _Noreturn，这是第二个函数说明符，表明函数调用后，不返回主调函数。exit()和abort()都使用此声明。
• atexit()，在调用exit()退出时,调用最后注册的函数。
• assert(),接受一个整型表达式作为参数(一般为条件表达式、逻辑表达式)，如果表达式为假（非零），assert()宏就在标准错误流（stderr）中写入一条错误信息，并调用abort()终止程序。可用#define NDEBUG禁用assert()。是在运行时检查。
• _Static_assert()，可以在编译时检查assert()表达式，可以让程序无法通过编译。可以出现在函数中。C11
• 在stdarg.h中，提供一些变参宏，即该宏可以接受可变数量的参数。包含有：va_start()、va_arg()、va_end()、va_copy()、va_list等。

5.高级数据表示

• 使用抽象数据类型方法编程：
  1. ADT(抽象数据类型)，以抽象、通用的方式描述一个类型，包括该类型的操作。
  2. 设计函数接口表示这个新类型。
  3. 编写具体代码实现这个接口。
• 数组的优点：C直接支持、提供随机访问；缺点：在编译时确定大小、插入和删除很费时。
• 链表的优点：运行时确定大小、快速插入和删除元素；缺点：不能随机访问、用户必须提供编程支持。
• 随机访问表示同一时间访问一组序列中的一个随意组件。对数组而言，可以使用下标直接访问该数组中的任意元素。对链表而言，必须从首节点开始逐个移动到要访问到的节点，是顺序访问。
• 二叉查找树树是一种结合了二分查找策略的链接结构，是一种有序的二叉树。为了使左右子树更加平衡，可以使用AVL（平衡二叉树）。