C 语言基础¶

本文使用 C17。C 程序由声明、表达式、语句和函数组成；类型决定对象如何存储以及哪些操作有效。先掌握值与控制流，再进入指针、内存与生命周期。

程序结构¶

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int answer = 6 * 7;
    printf("answer = %d\n", answer);
    return 0;
}

#include 由预处理器处理。
main(void) 表示不接收参数；int main() 在 C 中表示参数未指定。
分号结束多数语句，大括号形成复合语句和块作用域。
// 是单行注释，/* ... */ 是不可嵌套的块注释。

基本类型¶

类别	常见类型	说明
整数	`char`、`short`、`int`、`long`、`long long`	可加 `signed` 或 `unsigned`
浮点	`float`、`double`、`long double`	范围与精度由实现给出
布尔	`_Bool`，通常使用 `<stdbool.h>` 的 `bool`	值为 0 或 1
无值	`void`	无返回值或无具体对象类型

标准不保证具体字节数。sizeof 返回 size_t：

#include <limits.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
    printf("CHAR_BIT=%d, sizeof(int)=%zu\n", CHAR_BIT, sizeof(int));
    return 0;
}

char、signed char、unsigned char 是不同类型；普通 char 是否有符号由实现决定。处理原始字节时通常使用 unsigned char。固定宽度整数见 <stdint.h>。

变量、初始化与常量¶

int count = 0;
double ratio = 0.5;
const int limit = 100;

自动存储期局部变量若未初始化，其值不确定；读取这种值通常导致未定义行为。静态存储期对象在程序开始前进行零初始化。 const 表示不能通过该左值修改对象，但不一定是编译期常量。枚举常量和字面量可用于更多需要整数常量表达式的场景：

enum { BUFFER_SIZE = 256 };
char buffer[BUFFER_SIZE];

整数可写为 42、052、0x2a；后两者分别为八进制和十六进制。浮点字面量默认是 double，如 3.14；3.14f 是 float。字符用单引号，字符串用双引号。

运算符与转换¶

常用运算符包括： - 算术：+ - * / % - 比较：== != < <= > >= - 逻辑：&& || ! - 位运算：& | ^ ~ << >> - 赋值：= += -= *= /= - 条件：condition ? a : b 整数除法会舍去小数部分：5 / 2 得到 2。若需要浮点结果，至少一个操作数应为浮点类型：5.0 / 2.0。

unsigned int mask = 1u << 5;
if ((mask & 0x20u) != 0u) {
    puts("bit 5 is set");
}

位运算优先使用无符号类型。移位位数越界、对负数左移或产生不可表示的有符号结果都可能导致未定义行为。有符号与无符号混合运算会触发“通常算术转换”，负数可能转换成很大的无符号数：

int value = -1;
size_t length = 10;
/* value < length 的结果可能与直觉不同。 */

比较前应确保两边语义和范围一致，不要用强制转换掩盖问题。

条件与循环¶

if (score >= 60) {
    puts("pass");
} else {
    puts("retry");
}

for (int i = 0; i < 3; ++i) {
    printf("%d\n", i);
}

while 先判断再执行，do ... while 至少执行一次。break 退出最近一层循环或 switch，continue 进入下一次循环。

switch (command) {
case 'q':
    puts("quit");
    break;
case 'h':
    puts("help");
    break;
default:
    puts("unknown");
    break;
}

忘记 break 会继续执行后续 case。若有意贯穿，应写清注释。

数组¶

int values[] = {10, 20, 30, 40};
size_t count = sizeof(values) / sizeof(values[0]);

for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
    printf("%d\n", values[i]);
}

数组长度固定且不记录边界。values[i] 等价于 *(values + i)；越界访问是未定义行为。上述 sizeof 技巧只在数组仍是数组的作用域有效，传入函数后参数会调整为指针。

C 字符串¶

C 字符串是以空字符 \0 结尾的 char 数组：

char name[] = "alice";       /* 6 字节，包含结尾的 \0 */
const char *label = "user";  /* 不得修改字符串字面量 */

安全读取一行可使用 fgets：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void) {
    char line[64];
    if (fgets(line, sizeof(line), stdin) == NULL) {
        return 1;
    }
    line[strcspn(line, "\n")] = '\0';
    printf("input: %s\n", line);
    return 0;
}

strlen 不包含结尾的 \0，且要求输入确实有终止符。不要使用 gets；它已从 C 标准删除，无法限制输入长度。

输入输出与格式¶

printf 的格式说明必须与实参类型匹配：

int number = 7;
size_t bytes = sizeof(number);
printf("number=%d, bytes=%zu\n", number, bytes);

常见格式为 %d（int）、%u（unsigned int）、%ld（long）、%f （printf 中的 double）、%c、%s、%p。打印指针时转换为 void *：

printf("%p\n", (void *)&number);

scanf 容易因格式、空白和边界处理出错。面向文本协议时，优先整行读取后使用 strtol 等函数解析，并检查结束位置和范围。

结构体、枚举和类型别名¶

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

enum Status {
    STATUS_OK,
    STATUS_INVALID,
    STATUS_IO_ERROR
};

int main(void) {
    Point p = {.x = 3, .y = 4};
    printf("(%d, %d)\n", p.x, p.y);
    return STATUS_OK;
}

结构体成员按声明顺序排列，但成员之间和末尾可能有填充字节。不要把结构体原始内存直接当作稳定网络或文件格式；应逐字段序列化，并明确字节序与宽度。

预处理器¶

#define ARRAY_COUNT(a) (sizeof(a) / sizeof((a)[0]))

宏是预处理阶段的文本替换，没有普通函数的类型检查，并可能重复求值参数。能用函数、枚举或 const 表达时优先不用宏。条件编译常用于平台适配：

#if defined(_WIN32)
/* Windows-specific code */
#else
/* POSIX-like code */
#endif

本章检查清单¶

局部变量定义时初始化。
数组索引使用与长度匹配的类型，并始终验证边界。
区分字符、字符串和原始字节。
检查输入函数与库函数返回值。
留意整数提升、有符号/无符号转换和溢出。
不假设类型大小、结构体布局或主机字节序。下一篇：C++ 语言基础。