C语言入门【详细】

   C语言是一门面向过程的编译型语言，它的运行速度极快，仅次于汇编语言。C语言是计算机产业的核心语言，操作系统、硬件驱动、关键组件、数据库等都离不开C语言；不学习C语言，就不能了解计算机底层。

        编程语言的发展大概经历了以下几个阶段：

汇编语言 –> 面向过程编程 –> 面向对象编程

• 汇编语言是编程语言的拓荒年代，它非常底层，直接和计算机硬件打交道，开发效率低，学习成本高；
• C语言是面向过程的编程语言，已经脱离了计算机硬件，可以设计中等规模的程序了；
• Java、C++、Python、C#、PHP 等是面向对象的编程语言，它们在面向过程的基础上又增加了很多概念。

        一名合格的程序员必须了解内存，学习C语言是了解内存布局的最简单、最直接、最有效的途径，C语言简直是为内存而生的，它比任何一门编程语言都贴近内存。

 ​C语言中的 32 个关键字：

 在C语言里，整数有三种表示形式：十进制，八进制，十六进制。 其中以数字0开头，由0~7组成的数是八进制。以0X或0x开头，由0~9，A~F或a~f 组成是十六进制。除表示正负的符号外，以1~9开头，由0~9组成是十进制。

1.什么是进制

       进制是一种计数的方式，常用的有二进制、八进制、十进制、十六进制。任何数据在计算机内存中都是以二进制的形式存放的。

       我对进制的个人理解，二进制数是以2为计算单元，满2进1位的数；八进制数是以8为计算单元，满8进1位的数。

       对于任何一个数字，我们都可以用不同的进制来表示，比如，十进制数12，用二进制表示为1100，用八进制表示为14，用十六进制表示为0xC。

2.进制的转换规则

       遵循满进制值进1位，个位数变为0的原理，下面我们以十进制数18为例，对1-18中每一个数值转换各种进制做一个详细说明

转二进制:

1小于2，无需进1位，1的二进制值是1

2为二进制值1后面一个数，由于1+1满2，需要进1位，个位数变为0，所以2的二进制值是10

3为二进制值10后面一个数，由于11的个位数1小于2，无需进1位，所以3的二进制值是11

4为二进制值11后面一个数，由于11的个位数1+1满2，需要进1位，而二进制值11的位数1+1又满2，所以位数加1，最终转换结果为100

转换思路：二进制值11+1 ->10+(1+1)(个位等于2，进1位，个位数变为0) ->(1+1)+0(位数满2，进1位) -> 100

以此类推，最终十进制数18的二进制转换结果是10010

转八进制：

1-7小于8，无需进1位，1-7的八进制由1-7表示

8为八进制值7后面一个数，由于7+1满8，需要进1位，个位数变为0，所以8的八进制值是10

以此类推，最终十进制数18的八进制转换结果是22。

转十六进制

       十六进制中，个位数1-15分别为1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f (a=10….f=15)。16为十六进制值c后面1个数，由于c+1满16，需要进1位，个位数变为0，所以16的十六进制是10。最终十进制数18的十六进制转换结果是12。

详细结果如下图所示(C语言把数字前面加0x的数认为是十六进制数)

3.C语言中int类型进制的声明以及占位符

虽然以下3个变量的赋值方式不同，但实际赋值结果都是18。

复制代码 代码如下:

//二进制类型数字加0b int number1 = 0b10010; //八进制类型数字加0 int number2 = 022; //十六进制类型数字加0x int number3 = 0x12;

八进制占位符：%o

十六进制占位符：%x

4.内存存储数据细节

      我们知道，int类型数据占据4个字节，1个字节是8bit。并且任何数据在计算机内存中都是以二进制的形式存放的，所以内存需要用32个0或1来描述1个int类型数据。

       由于18的二进制数是10010，我们将一个int类型变量赋值18，本质上是将这个变量的内存地址对应的32个bit位修改为:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010(未满31位，后面的数字用0填充：为什么是31而不是32呢，后面会介绍)。

假设我们定义两个变量

 计算机会根据内存地址以由大到小的顺序进行分配内存空间，具体如下图所示：

5.进制的转换公式

二进制转十进制

0b1100 ->0*2的0次方 + 0*2的1次方 + 1*2的2次方 + 1*2的3次方 = 12

十进制转二进制

67 ->64+2+1 ->2的6次方+ 2的1次方 + 2的0次方 = 0b1000011

6.进制的其他知识

1.n位二进制能保存的整数范围公式:2的n次方-1

例如，3位的二进制数最大值为111，对应的十进制数字为7；5位的二进制数最大值为11111，对应的十进制数字为(2*2*2*2*2)-1 = 31。

2.负数的二进制保存规则是最左边的数字是1。例如，0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0010 表示正整数，1111 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1101表示负数

由此，我们就能推测出，int类型能保存的最大整数是2的(32-1)次方-1 =2147483647。为什么要用32-1，很简单，32个bit中，必须抽1个bit位用来描述这个数字是正数还是负数。

二进制数、八进制数和十六进制数的表示：

        一个数字默认就是十进制的，表示一个十进制数字不需要任何特殊的格式。但是，表示一个二进制、八进制或者十六进制数字就不一样了，为了和十进制数字区分开来，必须采用某种特殊的写法，具体来说，就是在数字前面加上特定的字符，也就是加前缀。

1) 二进制

二进制由 0 和 1 两个数字组成，使用时必须以0b或0B（不区分大小写）开头，例如：

//合法的二进制

int a = 0b101; //换算成十进制为 5

int b = -0b110010; //换算成十进制为 -50

int c = 0B100001; //换算成十进制为 33

//非法的二进制

int m = 101010; //无前缀 0B，相当于十进制

int n = 0B410; //4不是有效的二进制数字

       读者请注意，标准的C语言并不支持上面的二进制写法，只是有些编译器自己进行了扩展，才支持二进制数字。换句话说，并不是所有的编译器都支持二进制数字，只有一部分编译器支持，并且跟编译器的版本有关系。

下面是实际测试的结果：

Visual C++ 6.0 不支持。

Visual Studio 2015 支持，但是 Visual Studio 2010 不支持；可以认为，高版本的 Visual Studio 支持二进制数字，低版本的 Visual Studio 不支持。

GCC 4.8.2 支持，但是 GCC 3.4.5 不支持；可以认为，高版本的 GCC 支持二进制数字，低版本的 GCC 不支持。

LLVM/Clang 支持（内嵌于 Mac OS 下的 Xcode 中）。

2) 八进制

八进制由 0~7 八个数字组成，使用时必须以0开头（注意是数字 0，不是字母 o），例如：

//合法的八进制数

int a = 015; //换算成十进制为 13

int b = -0101; //换算成十进制为 -65

int c = 0177777; //换算成十进制为 65535

//非法的八进制

int m = 256; //无前缀 0，相当于十进制

int n = 03A2; //A不是有效的八进制数字

3) 十六进制

十六进制由数字 0~9、字母 A~F 或 a~f（不区分大小写）组成，使用时必须以0x或0X（不区分大小写）开头，例如：

//合法的十六进制

int a = 0X2A; //换算成十进制为 42

int b = -0XA0; //换算成十进制为 -160

int c = 0xffff; //换算成十进制为 65535

//非法的十六进制

int m = 5A; //没有前缀 0X，是一个无效数字

int n = 0X3H; //H不是有效的十六进制数字

4) 十进制

十进制由 0~9 十个数字组成，没有任何前缀，和我们平时的书写格式一样，不再赘述。

二进制数、八进制数和十六进制数的输出

C语言中常用的整数有 short、int 和 long 三种类型，通过 printf 函数，可以将它们以八进制、十进制和十六进制的形式输出。上节我们讲解了如何以十进制的形式输出，这节我们重点讲解如何以八进制和十六进制的形式输出，下表列出了不同类型的整数、以不同进制的形式输出时对应的格式控制符：

  short int long

八进制 %ho %o %lo

十进制 %hd %d %ld

十六进制 %hx 或者 %hX %x 或者 %X %lx 或者 %lX

十六进制数字的表示用到了英文字母，有大小写之分，要在格式控制符中体现出来：

%hx、%x 和 %lx 中的x小写，表明以小写字母的形式输出十六进制数；

%hX、%X 和 %lX 中的X大写，表明以大写字母的形式输出十六进制数。

       八进制数字和十进制数字不区分大小写，所以格式控制符都用小写形式。如果你比较叛逆，想使用大写形式，那么行为是未定义的，请你慎重：

有些编译器支持大写形式，只不过行为和小写形式一样；有些编译器不支持大写形式，可能会报错，也可能会导致奇怪的输出。

      注意，虽然部分编译器支持二进制数字的表示，但是却不能使用 printf 函数输出二进制，这一点比较遗憾。当然，通过转换函数可以将其它进制数字转换成二进制数字，并以字符串的形式存储，然后在 printf 函数中使用%s输出即可。考虑到读者的基础还不够，这里就先不讲这种方法了。

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