本文篇幅较长，几乎涵盖了权威C语言教程【C Primer Plus 】的所有可用知识点，建议点赞收藏关注方便后续阅读。
附注：建议学完一个知识点后，同步进行编程练习以便于巩固掌握知识点；编程学习是重理论更重实践的一个过程，唯有多写多练才能快速掌握

C 语言基本语法

语句

C 语言的代码由一行行语句（statement）组成。语句就是程序执行的一个操作命令。C 语言规定，语句必须使用分号结尾，除非有明确规定可以不写分号。

int x = 1;

上面就是一个变量声明语句，声明整数变量x，并且将值设为1。

多个语句可以写在一行。

int x; x = 1;

上面示例是两个语句写在一行。所以，语句之间的换行符并不是必需的，只是为了方便阅读代码。

一个语句也可以写成多行，这时就要依靠分号判断语句在哪一行结束。

int x;
x
=
1
;

上面示例中，第二个语句x = 1;被拆成了四行。编译器会自动忽略代码里面的换行。

单个分号也是有效语句，称为“空语句”，虽然毫无作用。

;

表达式

C 语言的各种计算，主要通过表达式完成。表达式（expression）是一个计算式，用来获取值。

1 + 2

上面代码就是一个表达式，用来获取1 + 2这个算术计算的结果。

表达式加上分号，也可以成为语句，但是没有实际的作用。

8;
3 + 4;

上面示例是两个表达式，加上分号以后成为语句。

表达式与语句的区别主要是两点：

• 语句可以包含表达式，但是表达式本身不构成语句。
• 表达式都有返回值，语句不一定有。因为语句用来执行某个命令，很多时候不需要返回值，比如变量声明语句（int x = 1）就没有返回值。

语句块

C 语言允许多个语句使用一对大括号{}，组成一个块，也称为复合语句（compounded statement）。在语法上，语句块可以视为多个语句组成的一个复合语句。

{
  int x;
  x = 1;
}

上面示例中，大括号形成了一个语句块。

大括号的结尾不需要添加分号。

空格

C 语言里面的空格，主要用来帮助编译器区分语法单位。如果语法单位不用空格就能区分，空格就不是必须的，只是为了增加代码的可读性。

int x = 1;
// 等同于
int x=1;

上面示例中，赋值号（=）前后有没有空格都可以，因为编译器这里不借助空格，就能区分语法单位。

语法单位之间的多个空格，等同于单个空格。

int    x =     1;

上面示例中，各个语法单位之间的多个空格，跟单个空格的效果是一样的。

空格还用来表示缩进。多层级的代码有没有缩进，其实对于编译器来说并没有差别，没有缩进的代码也是完全可以运行的。强调代码缩进，只是为了增强代码可读性，便于区分代码块。

大多数 C 语言的风格要求是，下一级代码比上一级缩进4个空格。为了书写的紧凑，本书采用缩写两个空格。

// 缩进四个空格
if (x > 0)
    printf("positive\n");

// 缩进两个空格
if (x > 0)
  printf("positive\n");

只包含空格的行被称为空白行，编译器会完全忽略该行。

注释

注释是对代码的说明，编译器会忽略注释，也就是说，注释对实际代码没有影响。

C 语言的注释有两种表示方法。第一种方法是将注释放在/*...*/之间，内部可以分行。

/* 注释 */

/*
  这是一行注释
*/

这种注释可以插在行内。

int open(char* s /* file name */, int mode);

上面示例中，/* file name */用来对函数参数进行说明，跟在它后面的代码依然会有效执行。

这种注释一定不能忘记写结束符号*/，否则很容易导致错误。

printf("a "); /* 注释一
printf("b ");
printf("c "); /* 注释二 */
printf("d ");

上面示例的原意是，第一行和第三行代码的尾部，有两个注释。但是，第一行注释忘记写结束符号，导致注释一延续到第三行结束。

第二种写法是将注释放在双斜杠//后面，从双斜杠到行尾都属于注释。这种注释只能是单行，可以放在行首，也可以放在一行语句的结尾。这是 C99 标准新增的语法。

// 这是一行注释

int x = 1; // 这也是注释

不管是哪一种注释，都不能放在双引号里面。双引号里面的注释符号，会成为字符串的一部分，解释为普通符号，失去注释作用。

printf("// hello /* world */ ");

上面示例中，双引号里面的注释符号，都会被视为普通字符，没有注释作用。

编译时，注释会被替换成一个空格，所以min/* space */Value会变成min Value，而不是minValue。

printf()

基本用法

本书的示例会大量用到printf()函数，这里先介绍一下这个函数。

printf()的作用是将参数文本输出到屏幕。它名字里面的f代表format（格式化），表示可以定制输出文本的格式。

printf("Hello World");

上面命令会在屏幕上输出一行文字“Hello World”。

printf()不会在行尾自动添加换行符，运行结束后，光标就停留在输出结束的地方，不会自动换行。为了让光标移到下一行的开头，可以在输出文本的结尾，添加一个换行符\n。

printf("Hello World\n");

如果文本内部有换行，也是通过插入换行符来实现。

printf("Hello\nWorld\n");

上面示例先输出一个Hello，然后换行，在下一行开头输出World，然后又是一个换行。

上面示例也可以写成两个printf()，效果完全一样。

printf("Hello\n");
printf("World\n");

printf()是在标准库的头文件stdio.h定义的。使用这个函数之前，必须在源码文件头部引入这个头文件。

#include <stdio.h>

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

上面示例中，只有在源码头部加上#include <stdio.h>，才能使用printf()这个函数。#include指令的详细解释，请看《预处理器》一章。

占位符

printf()可以在输出文本中指定占位符。所谓“占位符”，就是这个位置可以用其他值代入。

// 输出 There are 3 apples
printf("There are %i apples\n", 3);

上面示例中，There are %i apples\n是输出文本，里面的%i就是占位符，表示这个位置要用其他值来替换。占位符的第一个字符一律为百分号%，第二个字符表示占位符的类型，%i表示这里代入的值必须是一个整数。

printf()的第二个参数就是替换占位符的值，上面的例子是整数3替换%i。执行后的输出结果就是There are 3 apples。

常用的占位符除了%i，还有%s表示代入的是字符串。

printf("%s will come tonight\n", "Jane");

上面示例中，%s表示代入的是一个字符串，所以printf()的第二个参数就必须是字符串，这个例子是Jane。执行后的输出就是Jane will come tonight。

输出文本里面可以使用多个占位符。

printf("%s says it is %i o'clock\n", "Ben", 21);

上面示例中，输出文本%s says it is %i o'clock有两个占位符，第一个是字符串占位符%s，第二个是整数占位符%i，分别对应printf()的第二个参数（Ben）和第三个参数（21）。执行后的输出就是Ben says it is 21 o'clock。

printf()参数与占位符是一一对应关系，如果有n个占位符，printf()的参数就应该有n + 1个。如果参数个数少于对应的占位符，printf()可能会输出内存中的任意值。

printf()的占位符有许多种类，与 C 语言的数据类型相对应。下面按照字母顺序，列出常用的占位符，方便查找，具体含义在后面章节介绍。

• %a：十六进制浮点数，字母输出为小写。
• %A：十六进制浮点数，字母输出为大写。
• %c：字符。
• %d：十进制整数。
• %e：使用科学计数法的浮点数，指数部分的e为小写。
• %E：使用科学计数法的浮点数，指数部分的E为大写。
• %i：整数，基本等同于%d。
• %f：小数（包含float类型和double类型）。
• %g：6个有效数字的浮点数。整数部分一旦超过6位，就会自动转为科学计数法，指数部分的e为小写。
• %G：等同于%g，唯一的区别是指数部分的E为大写。
• %hd：十进制 short int 类型。
• %ho：八进制 short int 类型。
• %hx：十六进制 short int 类型。
• %hu：unsigned short int 类型。
• %ld：十进制 long int 类型。
• %lo：八进制 long int 类型。
• %lx：十六进制 long int 类型。
• %lu：unsigned long int 类型。
• %lld：十进制 long long int 类型。
• %llo：八进制 long long int 类型。
• %llx：十六进制 long long int 类型。
• %llu：unsigned long long int 类型。
• %Le：科学计数法表示的 long double 类型浮点数。
• %Lf：long double 类型浮点数。
• %n：已输出的字符串数量。该占位符本身不输出，只将值存储在指定变量之中。
• %o：八进制整数。
• %p：指针。
• %s：字符串。
• %u：无符号整数（unsigned int）。
• %x：十六进制整数。
• %zd：size_t类型。
• %%：输出一个百分号。

输出格式

printf()可以定制占位符的输出格式。

（1）限定宽度

printf()允许限定占位符的最小宽度。

printf("%5d\n", 123); // 输出为 "  123"

上面示例中，%5d表示这个占位符的宽度至少为5位。如果不满5位，对应的值的前面会添加空格。

输出的值默认是右对齐，即输出内容前面会有空格；如果希望改成左对齐，在输出内容后面添加空格，可以在占位符的%的后面插入一个-号。

printf("%-5d\n", 123); // 输出为 "123  "

上面示例中，输出内容123的后面添加了空格。

对于小数，这个限定符会限制所有数字的最小显示宽度。

// 输出 "  123.450000"
printf("%12f\n", 123.45);

上面示例中，%12f表示输出的浮点数最少要占据12位。由于小数的默认显示精度是小数点后6位，所以123.45输出结果的头部会添加2个空格。

（2）总是显示正负号

默认情况下，printf()不对正数显示+号，只对负数显示-号。如果想让正数也输出+号，可以在占位符的%后面加一个+。

printf("%+d\n", 12); // 输出 +12
printf("%+d\n", -12); // 输出 -12

上面示例中，%+d可以确保输出的数值，总是带有正负号。

（3）限定小数位数

输出小数时，有时希望限定小数的位数。举例来说，希望小数点后面只保留两位，占位符可以写成%.2f。

// 输出 Number is 0.50
printf("Number is %.2f\n", 0.5);

上面示例中，如果希望小数点后面输出3位（0.500），占位符就要写成%.3f。

这种写法可以与限定宽度占位符，结合使用。

// 输出为 "  0.50"
printf("%6.2f\n", 0.5);

上面示例中，%6.2f表示输出字符串最小宽度为6，小数位数为2。所以，输出字符串的头部有两个空格。

最小宽度和小数位数这两个限定值，都可以用*代替，通过printf()的参数传入。

printf("%*.*f\n", 6, 2, 0.5);

// 等同于
printf("%6.2f\n", 0.5);

上面示例中，%*.*f的两个星号通过printf()的两个参数6和2传入。

（4）输出部分字符串

%s占位符用来输出字符串，默认是全部输出。如果只想输出开头的部分，可以用%.[m]s指定输出的长度，其中[m]代表一个数字，表示所要输出的长度。

// 输出 hello
printf("%.5s\n", "hello world");

上面示例中，占位符%.5s表示只输出字符串“hello world”的前5个字符，即“hello”。

标准库，头文件

程序需要用到的功能，不一定需要自己编写，C 语言可能已经自带了。程序员只要去调用这些自带的功能，就省得自己编写代码了。举例来说，printf()这个函数就是 C 语言自带的，只要去调用它，就能实现在屏幕上输出内容。

C 语言自带的所有这些功能，统称为“标准库”（standard library），因为它们是写入标准的，到底包括哪些功能，应该怎么使用的，都是规定好的，这样才能保证代码的规范和可移植。

不同的功能定义在不同的文件里面，这些文件统称为“头文件”（header file）。如果系统自带某一个功能，就一定还会自带描述这个功能的头文件，比如printf()的头文件就是系统自带的stdio.h。头文件的后缀通常是.h。

如果要使用某个功能，就必须先加载对应的头文件，加载使用的是#include命令。这就是为什么使用printf()之前，必须先加载stdio.h的原因。

#include <stdio.h>

注意，加载头文件的#include语句不需要分号结尾。

预处理器（Preprocessor）

简介

C 语言编译器在编译程序之前，会先使用预处理器（preprocessor）处理代码。

预处理器首先会清理代码，进行删除注释、多行语句合成一个逻辑行等工作。然后，执行#开头的预处理指令。本章介绍 C 语言的预处理指令。

预处理指令可以出现在程序的任何地方，但是习惯上，往往放在代码的开头部分。

每个预处理指令都以#开头，放在一行的行首，指令前面可以有空白字符（比如空格或制表符）。#和指令的其余部分之间也可以有空格，但是为了兼容老的编译器，一般不留空格。

所有预处理指令都是一行的，除非在行尾使用反斜杠，将其折行。指令结尾处不需要分号。

#define

#define是最常见的预处理指令，用来将指定的词替换成另一个词。它的参数分成两个部分，第一个参数就是要被替换的部分，其余参数是替换后的内容。每条替换规则，称为一个宏（macro）。

#define MAX 100

上面示例中，#define指定将源码里面的MAX，全部替换成100。MAX就称为一个宏。

宏的名称不允许有空格，而且必须遵守 C 语言的变量命名规则，只能使用字母、数字与下划线（_），且首字符不能是数字。

宏是原样替换，指定什么内容，就一模一样替换成什么内容。

#define HELLO "Hello, world"

// 相当于 printf("%s", "Hello, world");
printf("%s", HELLO);

上面示例中，宏HELLO会被原样替换成"Hello, world"。

#define指令可以出现在源码文件的任何地方，从指令出现的地方到文件末尾都有效。习惯上，会将#define放在源码文件的头部。它的主要好处是，会使得程序的可读性更好，也更容易修改。

#define指令从#开始，一直到换行符为止。如果整条指令过长，可以在折行处使用反斜杠，延续到下一行。

#define OW "C programming language is invented \
in 1970s."

上面示例中，第一行结尾的反斜杠将#define指令拆成两行。

#define允许多重替换，即一个宏可以包含另一个宏。

#define TWO 2
#define FOUR TWO*TWO

上面示例中，FOUR会被替换成2*2。

注意，如果宏出现在字符串里面（即出现在双引号中），或者是其他标识符的一部分，就会失效，并不会发生替换。

#define TWO 2

// 输出 TWO
printf("TWO\n");

// 输出 22
const TWOs = 22;
printf("%d\n", TWOs);

上面示例中，双引号里面的TWO，以及标识符TWOs，都不会被替换。

同名的宏可以重复定义，只要定义是相同的，就没有问题。如果定义不同，就会报错。

// 正确
#define FOO hello
#define FOO hello

// 报错
#define BAR hello
#define BAR world

上面示例中，宏FOO没有变化，所以可以重复定义，宏BAR发生了变化，就报错了。

带参数的宏

基本用法

宏的强大之处在于，它的名称后面可以使用括号，指定接受一个或多个参数。

#define SQUARE(X) X*X

上面示例中，宏SQUARE可以接受一个参数X，替换成X*X。

注意，宏的名称与左边圆括号之间，不能有空格。

这个宏的用法如下。

// 替换成 z = 2*2;
z = SQUARE(2);

这种写法很像函数，但又不是函数，而是完全原样的替换，会跟函数有不一样的行为。

#define SQUARE(X) X*X

// 输出19
printf("%d\n", SQUARE(3 + 4));

上面示例中，SQUARE(3 + 4)如果是函数，输出的应该是49（7*7）；宏是原样替换，所以替换成3 + 4*3 + 4，最后输出19。

可以看到，原样替换可能导致意料之外的行为。解决办法就是在定义宏的时候，尽量多使用圆括号，这样可以避免很多意外。

#define SQUARE(X) ((X) * (X))

上面示例中，SQUARE(X)替换后的形式，有两层圆括号，就可以避免很多错误的发生。

宏的参数也可以是空的。

#define getchar() getc(stdin)

上面示例中，宏getchar()的参数就是空的。这种情况其实可以省略圆括号，但是加上了，会让它看上去更像函数。

一般来说，带参数的宏都是一行的。下面是两个例子。

#define MAX(x, y) ((x)>(y)?(x):(y))
#define IS_EVEN(n) ((n)%2==0)

如果宏的长度过长，可以使用反斜杠（\）折行，将宏写成多行。

#define PRINT_NUMS_TO_PRODUCT(a, b) { \
  int product = (a) * (b); \
  for (int i = 0; i < product; i++) { \
    printf("%d\n", i); \
  } \
}

上面示例中，替换文本放在大括号里面，这是为了创造一个块作用域，避免宏内部的变量污染外部。

带参数的宏也可以嵌套，一个宏里面包含另一个宏。

#define QUADP(a, b, c) ((-(b) + sqrt((b) * (b) - 4 * (a) * (c))) / (2 * (a)))
#define QUADM(a, b, c) ((-(b) - sqrt((b) * (b) - 4 * (a) * (c))) / (2 * (a)))
#define QUAD(a, b, c) QUADP(a, b, c), QUADM(a, b, c)

上面示例是一元二次方程组求解的宏，由于存在正负两个解，所以宏QUAD先替换成另外两个宏QUADP和QUADM，后者再各自替换成一个解。

那么，什么时候使用带参数的宏，什么时候使用函数呢？

一般来说，应该首先使用函数，它的功能更强、更容易理解。宏有时候会产生意想不到的替换结果，而且往往只能写成一行，除非对换行符进行转义，但是可读性就变得很差。

宏的优点是相对简单，本质上是字符串替换，不涉及数据类型，不像函数必须定义数据类型。而且，宏将每一处都替换成实际的代码，省掉了函数调用的开销，所以性能会好一些。另外，以前的代码大量使用宏，尤其是简单的数学运算，为了读懂前人的代码，需要对它有所了解。

#运算符，##运算符

由于宏不涉及数据类型，所以替换以后可能为各种类型的值。如果希望替换后的值为字符串，可以在替换文本的参数前面加上#。

#define STR(x) #x

// 等同于 printf("%s\n", "3.14159");
printf("%s\n", STR(3.14159));

上面示例中，STR(3.14159)会被替换成3.14159。如果x前面没有#，这会被解释成一个浮点数，有了#以后，就会被转换成字符串。

下面是另一个例子。

#define XNAME(n) "x"#n

// 输出 x4
printf("%s\n", XNAME(4));

上面示例中，#n指定参数输出为字符串，再跟前面的字符串结合，最终输出为"x4"。如果不加#，这里实现起来就很麻烦了。

如果替换后的文本里面，参数需要跟其他标识符连在一起，组成一个新的标识符，可以使用##运算符。它起到粘合作用，将参数“嵌入”一个标识符之中。

#define MK_ID(n) i##n

上面示例中，n是宏MK_ID的参数，这个参数需要跟标识符i粘合在一起，这时i和n之间就要使用##运算符。下面是这个宏的用法示例。

int MK_ID(1), MK_ID(2), MK_ID(3);
// 替换成
int i1, i2, i3;

上面示例中，替换后的文本i1、i2、i3是三个标识符，参数n是标识符的一部分。从这个例子可以看到，##运算符的一个主要用途是批量生成变量名和标识符。

不定参数的宏

宏的参数还可以是不定数量的（即不确定有多少个参数），...表示剩余的参数。

#define X(a, b, ...) (10*(a) + 20*(b)), __VA_ARGS__

上面示例中，X(a, b, ...)表示X()至少有两个参数，多余的参数使用...表示。在替换文本中，__VA_ARGS__代表多余的参数（每个参数之间使用逗号分隔）。下面是用法示例。

X(5, 4, 3.14, "Hi!", 12)
// 替换成
(10*(5) + 20*(4)), 3.14, "Hi!", 12

注意，...只能替代宏的尾部参数，不能写成下面这样。

// 报错
#define WRONG(X, ..., Y) #X #__VA_ARGS__ #Y

上面示例中，...替代中间部分的参数，这是不允许的，会报错。

__VA_ARGS__前面加上一个#号，可以让输出变成一个字符串。

#define X(...) #__VA_ARGS__

printf("%s\n", X(1,2,3));  // Prints "1, 2, 3"

#undef

#undef指令用来取消已经使用#define定义的宏。

#define LIMIT 400
#undef LIMIT

上面示例的undef指令取消已经定义的宏LIMIT，后面就可以重新用 LIMIT 定义一个宏。

有时候想重新定义一个宏，但不确定是否以前定义过，就可以先用#undef取消，然后再定义。因为同名的宏如果两次定义不一样，会报错，而#undef的参数如果是不存在的宏，并不会报错。

GCC 的-U选项可以在命令行取消宏的定义，相当于#undef。

$ gcc -ULIMIT foo.c

上面示例中的-U参数，取消了宏LIMIT，相当于源文件里面的#undef LIMIT。

#include

#include指令用于编译时将其他源码文件，加载进入当前文件。它有两种形式。

// 形式一
#include <foo.h> // 加载系统提供的文件

// 形式二
#include "foo.h" // 加载用户提供的文件

形式一，文件名写在尖括号里面，表示该文件是系统提供的，通常是标准库的库文件，不需要写路径。因为编译器会到系统指定的安装目录里面，去寻找这些文件。

形式二，文件名写在双引号里面，表示该文件由用户提供，具体的路径取决于编译器的设置，可能是当前目录，也可能是项目的工作目录。如果所要包含的文件在其他位置，就需要指定路径，下面是一个例子。

#include "/usr/local/lib/foo.h"

GCC 编译器的-I参数，也可以用来指定include命令中用户文件的加载路径。

$ gcc -Iinclude/ -o code code.c

上面命令中，-Iinclude/指定从当前目录的include子目录里面，加载用户自己的文件。

#include最常见的用途，就是用来加载包含函数原型的头文件（后缀名为.h），参见《多文件编译》一章。多个#include指令的顺序无关紧要，多次包含同一个头文件也是合法的。

#if…#endif

#if...#endif指令用于预处理器的条件判断，满足条件时，内部的行会被编译，否则就被编译器忽略。

#if 0
  const double pi = 3.1415; // 不会执行
#endif

上面示例中，#if后面的0，表示判断条件不成立。所以，内部的变量定义语句会被编译器忽略。#if 0这种写法常用来当作注释使用，不需要的代码就放在#if 0里面。

#if后面的判断条件，通常是一个表达式。如果表达式的值不等于0，就表示判断条件为真，编译内部的语句；如果表达式的值等于0，表示判断条件为伪，则忽略内部的语句。

#if...#endif之间还可以加入#else指令，用于指定判断条件不成立时，需要编译的语句。

#define FOO 1

#if FOO
  printf("defined\n");
#else
  printf("not defined\n");
#endif

上面示例中，宏FOO如果定义过，会被替换成1，从而输出defined，否则输出not defined。

如果有多个判断条件，还可以加入#elif命令。

#if HAPPY_FACTOR == 0
  printf("I'm not happy!\n");
#elif HAPPY_FACTOR == 1
  printf("I'm just regular\n");
#else
  printf("I'm extra happy!\n");
#endif

上面示例中，通过#elif指定了第二重判断。注意，#elif的位置必须在#else之前。如果多个判断条件皆不满足，则执行#else的部分。

没有定义过的宏，等同于0。因此如果UNDEFINED是一个没有定义过的宏，那么#if UNDEFINED为伪，而#if !UNDEFINED为真。

#if的常见应用就是打开（或关闭）调试模式。

#define DEBUG 1

#if DEBUG
printf("value of i : %d\n", i);
printf("value of j : %d\n", j);
#endif

上面示例中，通过将DEBUG设为1，就打开了调试模式，可以输出调试信息。

GCC 的-D参数可以在编译时指定宏的值，因此可以很方便地打开调试开关。

$ gcc -DDEBUG=1 foo.c

上面示例中，-D参数指定宏DEBUG为1，相当于在代码中指定#define DEBUG 1。

#ifdef…#endif

#ifdef...#endif指令用于判断某个宏是否定义过。

有时源码文件可能会重复加载某个库，为了避免这种情况，可以在库文件里使用#define定义一个空的宏。通过这个宏，判断库文件是否被加载了。

#define EXTRA_HAPPY

上面示例中，EXTRA_HAPPY就是一个空的宏。

然后，源码文件使用#ifdef...#endif检查这个宏是否定义过。

#ifdef EXTRA_HAPPY
  printf("I'm extra happy!\n");
#endif

上面示例中，#ifdef检查宏EXTRA_HAPPY是否定义过。如果已经存在，表示加载过库文件，就会打印一行提示。

#ifdef可以与#else指令配合使用。

#ifdef EXTRA_HAPPY
  printf("I'm extra happy!\n");
#else
  printf("I'm just regular\n");
#endif

上面示例中，如果宏EXTRA_HAPPY没有定义过，就会执行#else的部分。

#ifdef...#else...#endif可以用来实现条件加载。

#ifdef MAVIS
  #include "foo.h"
  #define STABLES 1
#else
  #include "bar.h"
  #define STABLES 2
#endif

上面示例中，通过判断宏MAVIS是否定义过，实现加载不同的头文件。

defined 运算符

上一节的#ifdef指令，等同于#if defined。

#ifdef FOO
// 等同于
#if defined FOO

上面示例中，defined是一个预处理运算符，如果它的参数是一个定义过的宏，就会返回1，否则返回0。

使用这种语法，可以完成多重判断。

#if defined FOO
  x = 2;
#elif defined BAR
  x = 3;
#endif

这个运算符的一个应用，就是对于不同架构的系统，加载不同的头文件。

#if defined IBMPC
  #include "ibmpc.h"
#elif defined MAC
  #include "mac.h"
#else
  #include "general.h"
#endif

上面示例中，不同架构的系统需要定义对应的宏。代码根据不同的宏，加载对应的头文件。

#ifndef…#endif

#ifndef...#endif指令跟#ifdef...#endif正好相反。它用来判断，如果某个宏没有被定义过，则执行指定的操作。

#ifdef EXTRA_HAPPY
  printf("I'm extra happy!\n");
#endif

#ifndef EXTRA_HAPPY
  printf("I'm just regular\n");
#endif

上面示例中，针对宏EXTRA_HAPPY是否被定义过，#ifdef和#ifndef分别指定了两种情况各自需要编译的代码。

#ifndef常用于防止重复加载。举例来说，为了防止头文件myheader.h被重复加载，可以把它放在#ifndef...#endif里面加载。

#ifndef MYHEADER_H
  #define MYHEADER_H
  #include "myheader.h"
#endif

上面示例中，宏MYHEADER_H对应文件名myheader.h的大写。只要#ifndef发现这个宏没有被定义过，就说明该头文件没有加载过，从而加载内部的代码，并会定义宏MYHEADER_H，防止被再次加载。

#ifndef等同于#if !defined。

#ifndef FOO
// 等同于
#if !defined FOO

预定义宏

C 语言提供一些预定义的宏，可以直接使用。

• __DATE__：编译日期，格式为“Mmm dd yyyy”的字符串（比如 Nov 23 2021）。
• __TIME__：编译时间，格式为“hh:mm:ss”。
• __FILE__：当前文件名。
• __LINE__：当前行号。
• __func__：当前正在执行的函数名。该预定义宏必须在函数作用域使用。
• __STDC__：如果被设为1，表示当前编译器遵循 C 标准。
• __STDC_HOSTED__：如果被设为1，表示当前编译器可以提供完整的标准库；否则被设为0（嵌入式系统的标准库常常是不完整的）。
• __STDC_VERSION__：编译所使用的 C 语言版本，是一个格式为yyyymmL的长整数，C99 版本为“199901L”，C11 版本为“201112L”，C17 版本为“201710L”。

下面示例打印这些预定义宏的值。

#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf("This function: %s\n", __func__);
  printf("This file: %s\n", __FILE__);
  printf("This line: %d\n", __LINE__);
  printf("Compiled on: %s %s\n", __DATE__, __TIME__);
  printf("C Version: %ld\n", __STDC_VERSION__);
}

/* 输出如下

This function: main
This file: test.c
This line: 7
Compiled on: Mar 29 2021 19:19:37
C Version: 201710

*/

#line

#line指令用于覆盖预定义宏__LINE__，将其改为自定义的行号。后面的行将从__LINE__的新值开始计数。

// 将下一行的行号重置为 300
#line 300

上面示例中，紧跟在#line 300后面一行的行号，将被改成300，其后的行会在300的基础上递增编号。

#line还可以改掉预定义宏__FILE__，将其改为自定义的文件名。

#line 300 "newfilename"

上面示例中，下一行的行号重置为300，文件名重置为newfilename。

#error

#error指令用于让预处理器抛出一个错误，终止编译。

#if __STDC_VERSION__ != 201112L
  #error Not C11
#endif

上面示例指定，如果编译器不使用 C11 标准，就中止编译。GCC 编译器会像下面这样报错。

$ gcc -std=c99 newish.c
newish.c:14:2: error: #error Not C11

上面示例中，GCC 使用 C99 标准编译，就报错了。

#if INT_MAX < 100000
  #error int type is too small
#endif

上面示例中，编译器一旦发现INT类型的最大值小于100,000，就会停止编译。

#error指令也可以用在#if...#elif...#else的部分。

#if defined WIN32
  // ...
#elif defined MAC_OS
  // ...
#elif defined LINUX
  // ...
#else
  #error NOT support the operating system
#endif

#pragma

#pragma指令用来修改编译器属性。

// 使用 C99 标准
#pragma c9x on

上面示例让编译器以 C99 标准进行编译。

命令行环境

命令行参数

C 语言程序可以从命令行接收参数。

$ ./foo hello world

上面示例中，程序foo接收了两个命令行参数hello和world。

程序内部怎么拿到命令行参数呢？C 语言会把命令行输入的内容，放在一个数组里面。main()函数的参数可以接收到这个数组。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
  for (int i = 0; i < argc; i++) {
    printf("arg %d: %s\n", i, argv[i]);
  }
}

上面示例中，main()函数有两个参数argc（argument count）和argv（argument variable）。这两个参数的名字可以任意取，但是一般来说，约定俗成就是使用这两个词。

第一个参数argc是命令行参数的数量，由于程序名也被计算在内，所以严格地说argc是参数数量 + 1。

第二个参数argv是一个数组，保存了所有的命令行输入，它的每个成员是一个字符串指针。

以./foo hello world为例，argc是3，表示命令行输入有三个组成部分：./foo、hello、world。数组argv用来获取这些输入，argv[0]是程序名./foo，argv[1]是hello，argv[2]是world。一般来说，argv[1]到argv[argc - 1]依次是命令行的所有参数。argv[argc]则是一个空指针 NULL。

由于字符串指针可以看成是字符数组，所以下面两种写法是等价的。

// 写法一
int main(int argc, char* argv[])

// 写法二
int main(int argc, char** argv)

另一方面，每个命令行参数既可以写成数组形式argv[i]，也可以写成指针形式*(argv + i)。

利用argc，可以限定函数只能有多少个参数。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {
  if (argc != 3) {
     printf("usage: mult x y\n");
     return 1;
  }

  printf("%d\n", atoi(argv[1]) * atoi(argv[2]));
  return 0;
}

上面示例中，argc不等于3就会报错，这样就限定了程序必须有两个参数，才能运行。

另外，argv数组的最后一个成员是 NULL 指针（argv[argc] == NULL）。所以，参数的遍历也可以写成下面这样。

for (char** p = argv; *p != NULL; p++) {
  printf("arg: %s\n", *p);
}

上面示例中，指针p依次移动，指向argv的每个成员，一旦移到空指针 NULL，就表示遍历结束。由于argv的地址是固定的，不能执行自增运算（argv++），所以必须通过一个中间变量p，完成遍历操作。

退出状态

C 语言规定，如果main()函数没有return语句，那么结束运行的时候，默认会添加一句return 0，即返回整数0。这就是为什么main()语句通常约定返回一个整数值，并且返回整数0表示程序运行成功。如果返回非零值，就表示程序运行出了问题。

Bash 的环境变量$?可以用来读取上一个命令的返回值，从而知道是否运行成功。

$ ./foo hello world
$ echo $?
0

上面示例中，echo $?用来打印环境变量$?的值，该值为0，就表示上一条命令运行成功，否则就是运行失败。

注意，只有main()会默认添加return 0，其他函数都没有这个机制。

环境变量

C 语言提供了getenv()函数（原型在stdlib.h）用来读取命令行环境变量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
  char* val = getenv("HOME");

  if (val == NULL) {
    printf("Cannot find the HOME environment variable\n");
    return 1;
  }

  printf("Value: %s\n", val);
  return 0;
}

上面示例中，getenv("HOME")用来获取命令行的环境变量$HOME，如果这个变量为空（NULL），则程序报错返回。

变量

变量（variable）可以理解成一块内存区域的名字。通过变量名，可以引用这块内存区域，获取里面存储的值。由于值可能发生变化，所以称为变量，否则就是常量了。

变量名

变量名在 C 语言里面属于标识符（identifier），命名有严格的规范。

• 只能由字母（包括大写和小写）、数字和下划线（_）组成。
• 不能以数字开头。
• 长度不能超过63个字符。

下面是一些无效变量名的例子。

$zj
j**p
2cat
Hot-tab
tax rate
don't

上面示例中，每一行的变量名都是无效的。

变量名区分大小写，star、Star、STAR都是不同的变量。

并非所有的词都能用作变量名，有些词在 C 语言里面有特殊含义（比如int），另一些词是命令（比如continue），它们都称为关键字，不能用作变量名。另外，C 语言还保留了一些词，供未来使用，这些保留字也不能用作变量名。下面就是 C 语言主要的关键字和保留字。

auto, break, case, char, const, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, inline, int, long, register, restrict, return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, void, volatile, while

另外，两个下划线开头的变量名，以及一个下划线 + 大写英文字母开头的变量名，都是系统保留的，自己不应该起这样的变量名。

变量的声明

C 语言的变量，必须先声明后使用。如果一个变量没有声明，就直接使用，会报错。

每个变量都有自己的类型（type）。声明变量时，必须把变量的类型告诉编译器。

int height;

上面代码声明了变量height，并且指定类型为int（整数）。

如果几个变量具有相同类型，可以在同一行声明。

int height, width;

// 等同于
int height;
int width;

注意，声明变量的语句必须以分号结尾。

一旦声明，变量的类型就不能在运行时修改。

变量的赋值

C 语言会在变量声明时，就为它分配内存空间，但是不会清除内存里面原来的值。这导致声明变量以后，变量会是一个随机的值。所以，变量一定要赋值以后才能使用。

赋值操作通过赋值运算符（=）完成。

int num;
num = 42;

上面示例中，第一行声明了一个整数变量num，第二行给这个变量赋值。

变量的值应该与类型一致，不应该赋予不是同一个类型的值，比如num的类型是整数，就不应该赋值为小数。虽然 C 语言会自动转换类型，但是应该避免赋值运算符两侧的类型不一致。

变量的声明和赋值，也可以写在一行。

int num = 42;

多个相同类型变量的赋值，可以写在同一行。

int x = 1, y = 2;

注意，赋值表达式有返回值，等于等号右边的值。

int x, y;

x = 1;
y = (x = 2 * x);

上面代码中，变量y的值就是赋值表达式（x = 2 * x）的返回值2。

由于赋值表达式有返回值，所以 C 语言可以写出多重赋值表达式。

int x, y, z, m, n;

x = y = z = m = n = 3;

上面的代码是合法代码，一次为多个变量赋值。赋值运算符是从右到左执行，所以先为n赋值，然后依次为m、z、y和x赋值。

C 语言有左值（left value）和右值（right value）的概念。左值是可以放在赋值运算符左边的值，一般是变量；右值是可以放在赋值运算符右边的值，一般是一个具体的值。这是为了强调有些值不能放在赋值运算符的左边，比如x = 1是合法的表达式，但是1 = x就会报错。

变量的作用域

作用域（scope）指的是变量生效的范围。C 语言的变量作用域主要有两种：文件作用域（file scope）和块作用域（block scope）。

文件作用域（file scope）指的是，在源码文件顶层声明的变量，从声明的位置到文件结束都有效。

int x = 1;

int main(void) {
  printf("%i\n", x);
}

上面示例中，变量x是在文件顶层声明的，从声明位置开始的整个当前文件都是它的作用域，可以在这个范围的任何地方读取这个变量，比如函数main()内部就可以读取这个变量。

块作用域（block scope）指的是由大括号（{}）组成的代码块，它形成一个单独的作用域。凡是在块作用域里面声明的变量，只在当前代码块有效，代码块外部不可见。

int a = 12;

if (a == 12) {
  int b = 99;
  printf("%d %d\n", a, b);  // 12 99
}

printf("%d\n", a);  // 12
printf("%d\n", b);  // 出错

上面例子中，变量b是在if代码块里面声明的，所以对于大括号外面的代码，这个变量是不存在的。

代码块可以嵌套，即代码块内部还有代码块，这时就形成了多层的块作用域。它的规则是：内层代码块可以使用外层声明的变量，但外层不可以使用内层声明的变量。如果内层的变量与外层同名，那么会在当前作用域覆盖外层变量。

{
  int i = 10;

  {
    int i = 20;
    printf("%d\n", i);  // 20
  }

  printf("%d\n", i);  // 10
}

上面示例中，内层和外层都有一个变量i，每个作用域都会优先使用当前作用域声明的i。

最常见的块作用域就是函数，函数内部声明的变量，对于函数外部是不可见的。for循环也是一个块作用域，循环变量只对循环体内部可见，外部是不可见的。

for (int i = 0; i < 10; i++)
  printf("%d\n", i);

printf("%d\n", i); // 出错

上面示例中，for循环省略了大括号，但依然是一个块作用域，在外部读取循环变量i，编译器就会报错。

字符串

简介

C 语言没有单独的字符串类型，字符串被当作字符数组，即char类型的数组。比如，字符串“Hello”是当作数组{'H', 'e', 'l', 'l', 'o'}处理的。

编译器会给数组分配一段连续内存，所有字符储存在相邻的内存单元之中。在字符串结尾，C 语言会自动添加一个全是二进制0的字节，写作\0字符，表示字符串结束。字符\0不同于字符0，前者的 ASCII 码是0（二进制形式00000000），后者的 ASCII 码是48（二进制形式00110000）。所以，字符串“Hello”实际储存的数组是{'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}。

所有字符串的最后一个字符，都是\0。这样做的好处是，C 语言不需要知道字符串的长度，就可以读取内存里面的字符串，只要发现有一个字符是\0，那么就知道字符串结束了。

char localString[10];

上面示例声明了一个10个成员的字符数组，可以当作字符串。由于必须留一个位置给\0，所以最多只能容纳9个字符的字符串。

字符串写成数组的形式，是非常麻烦的。C 语言提供了一种简写法，双引号之中的字符，会被自动视为字符数组。

{'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}

// 等价于
"Hello"

上面两种字符串的写法是等价的，内部存储方式都是一样的。双引号里面的字符串，不用自己添加结尾字符\0，C 语言会自动添加。

注意，双引号里面是字符串，单引号里面是字符，两者不能互换。如果把Hello放在单引号里面，编译器会报错。

// 报错
'Hello'

另一方面，即使双引号里面只有一个字符（比如"a"），也依然被处理成字符串（存储为2个字节），而不是字符'a'（存储为1个字节）。

如果字符串内部包含双引号，则该双引号需要使用反斜杠转义。

"She replied, \"It does.\""

反斜杠还可以表示其他特殊字符，比如换行符（\n）、制表符（\t）等。

"Hello, world!\n"

如果字符串过长，可以在需要折行的地方，使用反斜杠（\）结尾，将一行拆成多行。

"hello \
world"

上面示例中，第一行尾部的反斜杠，将字符串拆成两行。

上面这种写法有一个缺点，就是第二行必须顶格书写，如果想包含缩进，那么缩进也会被计入字符串。为了解决这个问题，C 语言允许合并多个字符串字面量，只要这些字符串之间没有间隔，或者只有空格，C 语言会将它们自动合并。

char greeting[50] = "Hello, ""how are you ""today!";
// 等同于
char greeting[50] = "Hello, how are you today!";

这种新写法支持多行字符串的合并。

char greeting[50] = "Hello, "
  "how are you "
  "today!";

printf()使用占位符%s输出字符串。

printf("%s\n", "hello world")

字符串变量的声明

字符串变量可以声明成一个字符数组，也可以声明成一个指针，指向字符数组。

// 写法一
char s[14] = "Hello, world!";

// 写法二
char* s = "Hello, world!";

上面两种写法都声明了一个字符串变量s。如果采用第一种写法，由于字符数组的长度可以让编译器自动计算，所以声明时可以省略字符数组的长度。

char s[] = "Hello, world!";

上面示例中，编译器会将数组s的长度指定为14，正好容纳后面的字符串。

字符数组的长度，可以大于字符串的实际长度。

char s[50] = "hello";

上面示例中，字符数组s的长度是50，但是字符串“hello”的实际长度只有6（包含结尾符号\0），所以后面空出来的44个位置，都会被初始化为\0。

字符数组的长度，不能小于字符串的实际长度。

char s[5] = "hello";

上面示例中，字符串数组s的长度是5，小于字符串“hello”的实际长度6，这时编译器会报错。因为如果只将前5个字符写入，而省略最后的结尾符号\0，这很可能导致后面的字符串相关代码出错。

字符指针和字符数组，这两种声明字符串变量的写法基本是等价的，但是有两个差异。

第一个差异是，指针指向的字符串，在 C 语言内部被当作常量，不能修改字符串本身。

char* s = "Hello, world!";
s[0] = 'z'; // 错误

上面代码使用指针，声明了一个字符串变量，然后修改了字符串的第一个字符。这种写法是错的，会导致难以预测的后果，执行时很可能会报错。

如果使用数组声明字符串变量，就没有这个问题，可以修改数组的任意成员。

char s[] = "Hello, world!";
s[0] = 'z';

为什么字符串声明为指针时不能修改，声明为数组时就可以修改？原因是系统会将字符串的字面量保存在内存的常量区，这个区是不允许用户修改的。声明为指针时，指针变量存储的值是一个指向常量区的内存地址，因此用户不能通过这个地址去修改常量区。但是，声明为数组时，编译器会给数组单独分配一段内存，字符串字面量会被编译器解释成字符数组，逐个字符写入这段新分配的内存之中，而这段新内存是允许修改的。

为了提醒用户，字符串声明为指针后不得修改，可以在声明时使用const说明符，保证该字符串是只读的。

const char* s = "Hello, world!";

上面字符串声明为指针时，使用了const说明符，就保证了该字符串无法修改。一旦修改，编译器肯定会报错。

第二个差异是，指针变量可以指向其它字符串。

char* s = "hello";
s = "world";

上面示例中，字符指针可以指向另一个字符串。

但是，字符数组变量不能指向另一个字符串。

char s[] = "hello";
s = "world"; // 报错

上面示例中，字符数组的数组名，总是指向初始化时的字符串地址，不能修改。

同样的原因，声明字符数组后，不能直接用字符串赋值。

char s[10];
s = "abc"; // 错误

上面示例中，不能直接把字符串赋值给字符数组变量，会报错。原因是字符数组的变量名，跟所指向的数组是绑定的，不能指向另一个地址。

为什么数组变量不能赋值为另一个数组？原因是数组变量所在的地址无法改变，或者说，编译器一旦为数组变量分配地址后，这个地址就绑定这个数组变量了，这种绑定关系是不变的。C 语言也因此规定，数组变量是一个不可修改的左值，即不能用赋值运算符为它重新赋值。

想要重新赋值，必须使用 C 语言原生提供的strcpy()函数，通过字符串拷贝完成赋值。这样做以后，数组变量的地址还是不变的，即strcpy()只是在原地址写入新的字符串，而不是让数组变量指向新的地址。

char s[10];
strcpy(s, "abc");

上面示例中，strcpy()函数把字符串abc拷贝给变量s，这个函数的详细用法会在后面介绍。

strlen()

strlen()函数返回字符串的字节长度，不包括末尾的空字符\0。该函数的原型如下。

// string.h
size_t strlen(const char* s);

它的参数是字符串变量，返回的是size_t类型的无符号整数，除非是极长的字符串，一般情况下当作int类型处理即可。下面是一个用法实例。

char* str = "hello";
int len = strlen(str); // 5

strlen()的原型在标准库的string.h文件中定义，使用时需要加载头文件string.h。

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

int main(void) {
  char* s = "Hello, world!";
  printf("The string is %zd characters long.\n", strlen(s));
}

注意，字符串长度（strlen()）与字符串变量长度（sizeof()），是两个不同的概念。

char s[50] = "hello";
printf("%d\n", strlen(s));  // 5
printf("%d\n", sizeof(s));  // 50

上面示例中，字符串长度是5，字符串变量长度是50。

如果不使用这个函数，可以通过判断字符串末尾的\0，自己计算字符串长度。

int my_strlen(char *s) {
  int count = 0;
  while (s[count] != '\0')
    count++;
  return count;
}

strcpy()

字符串的复制，不能使用赋值运算符，直接将一个字符串赋值给字符数组变量。

char str1[10];
char str2[10];

str1 = "abc"; // 报错
str2 = str1;  // 报错

上面两种字符串的复制写法，都是错的。因为数组的变量名是一个固定的地址，不能修改，使其指向另一个地址。

如果是字符指针，赋值运算符（=）只是将一个指针的地址复制给另一个指针，而不是复制字符串。

char* s1;
char* s2;

s1 = "abc";
s2 = s1;

上面代码可以运行，结果是两个指针变量s1和s2指向同一字符串，而不是将字符串s1的内容复制给s2。

C 语言提供了strcpy()函数，用于将一个字符串的内容复制到另一个字符串，相当于字符串赋值。该函数的原型定义在string.h头文件里面。

strcpy(char dest[], const char source[])

strcpy()接受两个参数，第一个参数是目的字符串数组，第二个参数是源字符串数组。复制字符串之前，必须要保证第一个参数的长度不小于第二个参数，否则虽然不会报错，但会溢出第一个字符串变量的边界，发生难以预料的结果。第二个参数的const说明符，表示这个函数不会修改第二个字符串。

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

int main(void) {
  char s[] = "Hello, world!";
  char t[100];

  strcpy(t, s);

  t[0] = 'z';
  printf("%s\n", s);  // "Hello, world!"
  printf("%s\n", t);  // "zello, world!"
}

上面示例将变量s的值，拷贝一份放到变量t，变成两个不同的字符串，修改一个不会影响到另一个。另外，变量t的长度大于s，复制后多余的位置（结束标志\0后面的位置）都为随机值。

strcpy()也可以用于字符数组的赋值。

char str[10];
strcpy(str, "abcd");

上面示例将字符数组变量，赋值为字符串“abcd”。

strcpy()的返回值是一个字符串指针（即char*），指向第一个参数。

char* s1 = "beast";
char s2[40] = "Be the best that you can be.";
char* ps;

ps = strcpy(s2 + 7, s1);

puts(s2); // Be the beast
puts(ps); // beast

上面示例中，从s2的第7个位置开始拷贝字符串beast，前面的位置不变。这导致s2后面的内容都被截去了，因为会连beast结尾的空字符一起拷贝。strcpy()返回的是一个指针，指向拷贝开始的位置。

strcpy()返回值的另一个用途，是连续为多个字符数组赋值。

strcpy(str1, strcpy(str2, "abcd"));

上面示例调用两次strcpy()，完成两个字符串变量的赋值。

另外，strcpy()的第一个参数最好是一个已经声明的数组，而不是声明后没有进行初始化的字符指针。

char* str;
strcpy(str, "hello world"); // 错误

上面的代码是有问题的。strcpy()将字符串分配给指针变量str，但是str并没有进行初始化，指向的是一个随机的位置，因此字符串可能被复制到任意地方。

如果不用strcpy()，自己实现字符串的拷贝，可以用下面的代码。

char* strcpy(char* dest, const char* source) {
  char* ptr = dest;
  while (*dest++ = *source++);
  return ptr;
}

int main(void) {
  char str[25];
  strcpy(str, "hello world");
  printf("%s\n", str);
  return 0;
}

上面代码中，关键的一行是while (*dest++ = *source++)，这是一个循环，依次将source的每个字符赋值给dest，然后移向下一个位置，直到遇到\0，循环判断条件不再为真，从而跳出循环。其中，*dest++这个表达式等同于*(dest++)，即先返回dest这个地址，再进行自增运算移向下一个位置，而*dest可以对当前位置赋值。

strcpy()函数有安全风险，因为它并不检查目标字符串的长度，是否足够容纳源字符串的副本，可能导致写入溢出。如果不能保证不会发生溢出，建议使用strncpy()函数代替。

strncpy()

strncpy()跟strcpy()的用法完全一样，只是多了第3个参数，用来指定复制的最大字符数，防止溢出目标字符串变量的边界。

char* strncpy(
  char* dest, 
  char* src, 
  size_t n
);

上面原型中，第三个参数n定义了复制的最大字符数。如果达到最大字符数以后，源字符串仍然没有复制完，就会停止复制，这时目的字符串结尾将没有终止符\0，这一点务必注意。如果源字符串的字符数小于n，则strncpy()的行为与strcpy()完全一致。

strncpy(str1, str2, sizeof(str1) - 1);
str1[sizeof(str1) - 1] = '\0';

上面示例中，字符串str2复制给str1，但是复制长度最多为str1的长度减去1，str1剩下的最后一位用于写入字符串的结尾标志\0。这是因为strncpy()不会自己添加\0，如果复制的字符串片段不包含结尾标志，就需要手动添加。

strncpy()也可以用来拷贝部分字符串。

char s1[40];
char s2[12] = "hello world";

strncpy(s1, s2, 5);
s1[5] = '\0';

printf("%s\n", s1); // hello

上面示例中，指定只拷贝前5个字符。

strcat()

strcat()函数用于连接字符串。它接受两个字符串作为参数，把第二个字符串的副本添加到第一个字符串的末尾。这个函数会改变第一个字符串，但是第二个字符串不变。

该函数的原型定义在string.h头文件里面。

char* strcat(char* s1, const char* s2);

strcat()的返回值是一个字符串指针，指向第一个参数。

char s1[12] = "hello";
char s2[6] = "world";

strcat(s1, s2);
puts(s1); // "helloworld"

上面示例中，调用strcat()以后，可以看到字符串s1的值变了。

注意，strcat()的第一个参数的长度，必须足以容纳添加第二个参数字符串。否则，拼接后的字符串会溢出第一个字符串的边界，写入相邻的内存单元，这是很危险的，建议使用下面的strncat()代替。

strncat()

strncat()用于连接两个字符串，用法与strcat()完全一致，只是增加了第三个参数，指定最大添加的字符数。在添加过程中，一旦达到指定的字符数，或者在源字符串中遇到空字符\0，就不再添加了。它的原型定义在string.h头文件里面。

char* strncat(
  const char* dest,
  const char* src,
  size_t n
);

strncat()返回第一个参数，即目标字符串指针。

为了保证连接后的字符串，不超过目标字符串的长度，strncat()通常会写成下面这样。

strncat(
  str1, 
  str2, 
  sizeof(str1) - strlen(str1) - 1
);

strncat()总是会在拼接结果的结尾，自动添加空字符\0，所以第三个参数的最大值，应该是str1的变量长度减去str1的字符串长度，再减去1。下面是一个用法实例。

char s1[10] = "Monday";
char s2[8] = "Tuesday";

strncat(s1, s2, 3);
puts(s1); // "MondayTue"

上面示例中，s1的变量长度是10，字符长度是6，两者相减后再减去1，得到3，表明s1最多可以再添加三个字符，所以得到的结果是MondayTue。

strcmp()

如果要比较两个字符串，无法直接比较，只能一个个字符进行比较，C 语言提供了strcmp()函数。

strcmp()函数用于比较两个字符串的内容。该函数的原型如下，定义在string.h头文件里面。

int strcmp(const char* s1, const char* s2);

按照字典顺序，如果两个字符串相同，返回值为0；如果s1小于s2，strcmp()返回值小于0；如果s1大于s2，返回值大于0。

下面是一个用法示例。

// s1 = Happy New Year
// s2 = Happy New Year
// s3 = Happy Holidays

strcmp(s1, s2) // 0
strcmp(s1, s3) // 大于 0
strcmp(s3, s1) // 小于 0

注意，strcmp()只用来比较字符串，不用来比较字符。因为字符就是小整数，直接用相等运算符（==）就能比较。所以，不要把字符类型（char）的值，放入strcmp()当作参数。

strncmp()

由于strcmp()比较的是整个字符串，C 语言又提供了strncmp()函数，只比较到指定的位置。

该函数增加了第三个参数，指定了比较的字符数。它的原型定义在string.h头文件里面。

int strncmp(
  const char* s1,
  const char* s2, 
  size_t n
);

它的返回值与strcmp()一样。如果两个字符串相同，返回值为0；如果s1小于s2，strcmp()返回值小于0；如果s1大于s2，返回值大于0。

下面是一个例子。

char s1[12] = "hello world";
char s2[12] = "hello C";

if (strncmp(s1, s2, 5) == 0) {
  printf("They all have hello.\n");
}

上面示例只比较两个字符串的前5个字符。

sprintf()，snprintf()

sprintf()函数跟printf()类似，但是用于将数据写入字符串，而不是输出到显示器。该函数的原型定义在stdio.h头文件里面。

int sprintf(char* s, const char* format, ...);

sprintf()的第一个参数是字符串指针变量，其余参数和printf()相同，即第二个参数是格式字符串，后面的参数是待写入的变量列表。

char first[6] = "hello";
char last[6] = "world";
char s[40];

sprintf(s, "%s %s", first, last);

printf("%s\n", s); // hello world

上面示例中，sprintf()将输出内容组合成“hello world”，然后放入了变量s。

sprintf()的返回值是写入变量的字符数量（不计入尾部的空字符\0）。如果遇到错误，返回负值。

sprintf()有严重的安全风险，如果写入的字符串过长，超过了目标字符串的长度，sprintf()依然会将其写入，导致发生溢出。为了控制写入的字符串的长度，C 语言又提供了另一个函数snprintf()。

snprintf()只比sprintf()多了一个参数n，用来控制写入变量的字符串不超过n - 1个字符，剩下一个位置写入空字符\0。下面是它的原型。

int snprintf(char*s, size_t n, const char* format, ...);

snprintf()总是会自动写入字符串结尾的空字符。如果你尝试写入的字符数超过指定的最大字符数，snprintf()会写入 n - 1 个字符，留出最后一个位置写入空字符。

下面是一个例子。

snprintf(s, 12, "%s %s", "hello", "world");

上面的例子中，snprintf()的第二个参数是12，表示写入字符串的最大长度不超过12（包括尾部的空字符）。

snprintf()的返回值是写入格式字符串的字符数量（不计入尾部的空字符\0）。如果n足够大，返回值应该小于n，但是有时候格式字符串的长度可能大于n，那么这时返回值会大于n，但实际上真正写入变量的还是n-1个字符。如果遇到错误，返回一个负值。因此，返回值只有在非负并且小于n时，才能确认完整的格式字符串写入了变量。

字符串数组

如果一个数组的每个成员都是一个字符串，需要通过二维的字符数组实现。每个字符串本身是一个字符数组，多个字符串再组成一个数组。

char weekdays[7][10] = {
  "Monday",
  "Tuesday",
  "Wednesday",
  "Thursday",
  "Friday",
  "Saturday",
  "Sunday"
};

上面示例就是一个字符串数组，一共包含7个字符串，所以第一维的长度是7。其中，最长的字符串的长度是10（含结尾的终止符\0），所以第二维的长度统一设为10。

因为第一维的长度，编译器可以自动计算，所以可以省略。

char weekdays[][10] = {
  "Monday",
  "Tuesday",
  "Wednesday",
  "Thursday",
  "Friday",
  "Saturday",
  "Sunday"
};

上面示例中，二维数组第一维的长度，可以由编译器根据后面的赋值，自动计算，所以可以不写。

数组的第二维，长度统一定为10，有点浪费空间，因为大多数成员的长度都小于10。解决方法就是把数组的第二维，从字符数组改成字符指针。

char* weekdays[] = {
  "Monday",
  "Tuesday",
  "Wednesday",
  "Thursday",
  "Friday",
  "Saturday",
  "Sunday"
};

上面的字符串数组，其实是一个一维数组，成员就是7个字符指针，每个指针指向一个字符串（字符数组）。

遍历字符串数组的写法如下。

for (int i = 0; i < 7; i++) {
  printf("%s\n", weekdays[i]);
}

数组

简介

数组是一组相同类型的值，按照顺序储存在一起。数组通过变量名后加方括号表示，方括号里面是数组的成员数量。

int scores[100];

上面示例声明了一个数组scores，里面包含100个成员，每个成员都是int类型。

注意，声明数组时，必须给出数组的大小。

数组的成员从0开始编号，所以数组scores[100]就是从第0号成员一直到第99号成员，最后一个成员的编号会比数组长度小1。

数组名后面使用方括号指定编号，就可以引用该成员。也可以通过该方式，对该位置进行赋值。

scores[0] = 13;
scores[99] = 42;

上面示例对数组scores的第一个位置和最后一个位置，进行了赋值。

注意，如果引用不存在的数组成员（即越界访问数组），并不会报错，所以必须非常小心。

int scores[100];

scores[100] = 51;

上面示例中，数组scores只有100个成员，因此scores[100]这个位置是不存在的。但是，引用这个位置并不会报错，会正常运行，使得紧跟在scores后面的那块内存区域被赋值，而那实际上是其他变量的区域，因此不知不觉就更改了其他变量的值。这很容易引发错误，而且难以发现。

数组也可以在声明时，使用大括号，同时对每一个成员赋值。

int a[5] = {22, 37, 3490, 18, 95};

注意，使用大括号赋值时，必须在数组声明时赋值，否则编译时会报错。

int a[5];
a = {22, 37, 3490, 18, 95}; // 报错

上面代码中，数组a声明之后再进行大括号赋值，导致报错。

报错的原因是，C 语言规定，数组变量一旦声明，就不得修改变量指向的地址，具体会在后文解释。由于同样的原因，数组赋值之后，再用大括号修改值，也是不允许的。

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
a = {22, 37, 3490, 18, 95}; // 报错

上面代码中，数组a赋值后，再用大括号重新赋值也是不允许的。

使用大括号赋值时，大括号里面的值不能多于数组的长度，否则编译时会报错。

如果大括号里面的值，少于数组的成员数量，那么未赋值的成员自动初始化为0。

int a[5] = {22, 37, 3490};
// 等同于
int a[5] = {22, 37, 3490, 0, 0};

如果要 将整个数组的每一个成员都设置为零，最简单的写法就是下面这样。

int a[100] = {0};

数组初始化时，可以指定为哪些位置的成员赋值。

int a[15] = {[2] = 29, [9] = 7, [14] = 48};

上面示例中，数组的2号、9号、14号位置被赋值，其他位置的值都自动设为0。

指定位置的赋值可以不按照顺序，下面的写法与上面的例子是等价的。

int a[15] = {[9] = 7, [14] = 48, [2] = 29};

指定位置的赋值与顺序赋值，可以结合使用。

int a[15] = {1, [5] = 10, 11, [10] = 20, 21}

上面示例中，0号、5号、6号、10号、11号被赋值。

C 语言允许省略方括号里面的数组成员数量，这时将根据大括号里面的值的数量，自动确定数组的长度。

int a[] = {22, 37, 3490};
// 等同于
int a[3] = {22, 37, 3490};

上面示例中，数组a的长度，将根据大括号里面的值的数量，确定为3。

省略成员数量时，如果同时采用指定位置的赋值，那么数组长度将是最大的指定位置再加1。

int a[] = {[2] = 6, [9] = 12};

上面示例中，数组a的最大指定位置是9，所以数组的长度是10。

数组长度

sizeof运算符会返回整个数组的字节长度。

int a[] = {22, 37, 3490};
int arrLen = sizeof(a); // 12   

上面示例中，sizeof返回数组a的字节长度是12。

由于数组成员都是同一个类型，每个成员的字节长度都是一样的，所以数组整体的字节长度除以某个数组成员的字节长度，就可以得到数组的成员数量。

sizeof(a) / sizeof(a[0])

上面示例中，sizeof(a)是整个数组的字节长度，sizeof(a[0])是数组成员的字节长度，相除就是数组的成员数量。

注意，sizeof返回值的数据类型是size_t，所以sizeof(a) / sizeof(a[0])的数据类型也是size_t。在printf()里面的占位符，要用%zd或%zu。

int x[12];

printf("%zu\n", sizeof(x));     // 48
printf("%zu\n", sizeof(int));  // 4
printf("%zu\n", sizeof(x) / sizeof(int)); // 12

上面示例中，sizeof(x) / sizeof(int)就可以得到数组成员数量12。

多维数组

C 语言允许声明多个维度的数组，有多少个维度，就用多少个方括号，比如二维数组就使用两个方括号。

int board[10][10];

上面示例声明了一个二维数组，第一个维度有10个成员，第二个维度也有10个成员。

多维数组可以理解成，上层维度的每个成员本身就是一个数组。比如上例中，第一个维度的每个成员本身就是一个有10个成员的数组，因此整个二维数组共有100个成员（10 x 10 = 100）。

三维数组就使用三个方括号声明，以此类推。

int c[4][5][6];

引用二维数组的每个成员时，需要使用两个方括号，同时指定两个维度。

board[0][0] = 13;
board[9][9] = 13;

注意，board[0][0]不能写成board[0, 0]，因为0, 0是一个逗号表达式，返回第二个值，所以board[0, 0]等同于board[0]。

跟一维数组一样，多维数组每个维度的第一个成员也是从0开始编号。

多维数组也可以使用大括号，一次性对所有成员赋值。

int a[2][5] = {
  {0, 1, 2, 3, 4},
  {5, 6, 7, 8, 9}
};

上面示例中，a是一个二维数组，这种赋值写法相当于将第一维的每个成员写成一个数组。这种写法不用为每个成员都赋值，缺少的成员会自动设置为0。

多维数组也可以指定位置，进行初始化赋值。

int a[2][2] = {[0][0] = 1, [1][1] = 2};

上面示例中，指定了[0][0]和[1][1]位置的值，其他位置就自动设为0。

不管数组有多少维度，在内存里面都是线性存储，a[0][0]的后面是a[0][1]，a[0][1]的后面是a[1][0]，以此类推。因此，多维数组也可以使用单层大括号赋值，下面的语句与上面的赋值语句是完全等同的。

int a[2][2] = {1, 0, 0, 2};

变长数组

数组声明的时候，数组长度除了使用常量，也可以使用变量。这叫做变长数组（variable-length array，简称 VLA）。

int n = x + y;
int arr[n];

上面示例中，数组arr就是变长数组，因为它的长度取决于变量n的值，编译器没法事先确定，只有运行时才能知道n是多少。

变长数组的根本特征，就是 数组长度只有运行时才能确定。它的好处是程序员不必在开发时，随意为数组指定一个估计的长度，程序可以在运行时为数组分配精确的长度。

任何长度需要运行时才能确定的数组，都是变长数组。

int i = 10;

int a1[i];
int a2[i + 5];
int a3[i + k];

上面示例中，三个数组的长度都需要运行代码才能知道，编译器并不知道它们的长度，所以它们都是变长数组。

变长数组也可以用于多维数组。

int m = 4;
int n = 5;
int c[m][n];

上面示例中，c[m][n]就是二维变长数组。

数组的地址

数组是一连串 连续储存 的 同类型值，只要获得起始地址（首个成员的内存地址），就能推算出其他成员的地址。请看下面的例子。

int a[5] = {11, 22, 33, 44, 55};
int* p;

p = &a[0];

printf("*p = %d\n", *p);  // Prints "*p =11"

上面示例中，&a[0]就是数组a的首个成员11的内存地址，也是整个数组的起始地址。反过来，从这个地址（*p），可以获得首个成员的值11。

由于数组的起始地址是常用操作，&array[0]的写法有点麻烦，C 语言提供了便利写法，数组名等同于起始地址，也就是说，数组名就是指向第一个成员（array[0]）的指针。

int a[5] = {11, 22, 33, 44, 55};

int* p = &a[0];
// 等同于
int* p = a;

上面示例中，&a[0]和数组名a是等价的。

这样的话，如果把数组名传入一个函数，就等同于传入一个指针变量。在函数内部，就可以通过这个指针变量获得整个数组。

函数接受数组作为参数，函数原型可以写成下面这样。

// 写法一
int sum(int arr[], int len);
// 写法二
int sum(int* arr, int len);

上面示例中，传入一个整数数组，与传入一个整数指针是同一回事，数组符号[]与指针符号*是可以互换的。下一个例子是通过数组指针对成员求和。

int sum(int* arr, int len) {
  int i;
  int total = 0;

  // 假定数组有 10 个成员
  for (i = 0; i < len; i++) {
    total += arr[i];
  }
  return total;
}

上面示例中，传入函数的是一个指针arr（也是数组名）和数组长度，通过指针获取数组的每个成员，从而求和。

*和&运算符也可以用于多维数组。

int a[4][2];

// 取出 a[0][0] 的值
*(a[0]);
// 等同于
**a

上面示例中，由于a[0]本身是一个指针，指向第二维数组的第一个成员a[0][0]。所以，*(a[0])取出的是a[0][0]的值。至于**a，就是对a进行两次*运算，第一次取出的是a[0]，第二次取出的是a[0][0]。同理，二维数组的&a[0][0]等同于*a。

注意，数组名指向的地址是不能更改的。声明数组时，编译器自动为数组分配了内存地址，这个地址与数组名是绑定的，不可更改，下面的代码会报错。

int ints[100];
ints = NULL; // 报错

上面示例中，重新为数组名赋值，改变原来的内存地址，就会报错。

这也导致不能将一个数组名赋值给另外一个数组名。

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

// 写法一
int b[5] = a; // 报错

// 写法二
int b[5];
b = a; // 报错

上面两种写法都会更改数组b的地址，导致报错。

数组指针的加减法

C 语言里面，数组名可以进行加法和减法运算，等同于在数组成员之间前后移动，即从一个成员的内存地址移动到另一个成员的内存地址。比如，a + 1返回下一个成员的地址，a - 1返回上一个成员的地址。

int a[5] = {11, 22, 33, 44, 55};

for (int i = 0; i < 5; i++) {
  printf("%d\n", *(a + i));
}

上面示例中，通过指针的移动遍历数组，a + i的每轮循环每次都会指向下一个成员的地址，*(a + i)取出该地址的值，等同于a[i]。对于数组的第一个成员，*(a + 0)（即*a）等同于a[0]。

由于数组名与指针是等价的，所以下面的等式总是成立。

a[b] == *(a + b)

上面代码给出了数组成员的两种访问方式，一种是使用方括号a[b]，另一种是使用指针*(a + b)。

如果指针变量p指向数组的一个成员，那么p++就相当于指向下一个成员，这种方法常用来遍历数组。

int a[] = {11, 22, 33, 44, 55, 999};

int* p = a;

while (*p != 999) {
  printf("%d\n", *p);
  p++;
}

上面示例中，通过p++让变量p指向下一个成员。

注意，数组名指向的地址是不能变的，所以上例中，不能直接对a进行自增，即a++的写法是错的，必须将a的地址赋值给指针变量p，然后对p进行自增。

遍历数组一般都是通过数组长度的比较来实现，但也可以通过数组起始地址和结束地址的比较来实现。

int sum(int* start, int* end) {
  int total = 0;

  while (start < end) {
    total += *start;
    start++;
  }

  return total;
}

int arr[5] = {20, 10, 5, 39, 4};
printf("%i\n", sum(arr, arr + 5));

上面示例中，arr是数组的起始地址，arr + 5是结束地址。只要起始地址小于结束地址，就表示还没有到达数组尾部。

反过来，通过数组的减法，可以知道两个地址之间有多少个数组成员，请看下面的例子，自己实现一个计算数组长度的函数。

int arr[5] = {20, 10, 5, 39, 88};
int* p = arr;

while (*p != 88)
  p++;

printf("%i\n", p - arr); // 4

上面示例中，将某个数组成员的地址，减去数组起始地址，就可以知道，当前成员与起始地址之间有多少个成员。

对于多维数组，数组指针的加减法对于不同维度，含义是不一样的。

int arr[4][2];

// 指针指向 arr[1]
arr + 1;

// 指针指向 arr[0][1]
arr[0] + 1

上面示例中，arr是一个二维数组，arr + 1是将指针移动到第一维数组的下一个成员，即arr[1]。由于每个第一维的成员，本身都包含另一个数组，即arr[0]是一个指向第二维数组的指针，所以arr[0] + 1的含义是将指针移动到第二维数组的下一个成员，即arr[0][1]。

同一个数组的两个成员的指针相减时，返回它们之间的距离。

int* p = &a[5];
int* q = &a[1];

printf("%d\n", p - q); // 4
printf("%d\n", q - p); // -4

上面示例中，变量p和q分别是数组5号位置和1号位置的指针，它们相减等于4或-4。

数组的复制

由于数组名是指针，所以复制数组不能简单地复制数组名。

int* a;
int b[3] = {1, 2, 3};

a = b;

上面的写法，结果不是将数组b复制给数组a，而是让a和b指向同一个数组。

复制数组最简单的方法，还是使用循环，将数组元素逐个进行复制。

for (i = 0; i < N; i++)
  a[i] = b[i];

上面示例中，通过将数组b的成员逐个复制给数组a，从而实现数组的赋值。

另一种方法是使用memcpy()函数（定义在头文件string.h），直接把数组所在的那一段内存，再复制一份。

memcpy(a, b, sizeof(b));

上面示例中，将数组b所在的那段内存，复制给数组a。这种方法要比循环复制数组成员要快。

作为函数的参数

声明参数数组

数组作为函数的参数，一般会同时传入数组名和数组长度。

int sum_array(int a[], int n) {
  // ...
}

int a[] = {3, 5, 7, 3};
int sum = sum_array(a, 4);

上面示例中，函数sum_array()的第一个参数是数组本身，也就是数组名，第二个参数是数组长度。

由于数组名就是一个指针，如果只传数组名，那么函数只知道数组开始的地址，不知道结束的地址，所以才需要把数组长度也一起传入。

如果函数的参数是多维数组，那么除了第一维的长度可以当作参数传入函数，其他维的长度需要写入函数的定义。

int sum_array(int a[][4], int n) {
  // ...
}

int a[2][4] = {
  {1, 2, 3, 4},
  {8, 9, 10, 11}
};
int sum = sum_array(a, 2);

上面示例中，函数sum_array()的参数是一个二维数组。第一个参数是数组本身（a[][4]），这时可以不写第一维的长度，因为它作为第二个参数，会传入函数，但是一定要写第二维的长度4。

这是因为函数内部拿到的，只是数组的起始地址a，以及第一维的成员数量2。如果要正确计算数组的结束地址，还必须知道第一维每个成员的字节长度。写成int a[][4]，编译器就知道了，第一维每个成员本身也是一个数组，里面包含了4个整数，所以每个成员的字节长度就是4 * sizeof(int)。

变长数组作为参数

变长数组作为函数参数时，写法略有不同。

int sum_array(int n, int a[n]) {
  // ...
}

int a[] = {3, 5, 7, 3};
int sum = sum_array(4, a);

上面示例中，数组a[n]是一个变长数组，它的长度取决于变量n的值，只有运行时才能知道。所以，变量n作为参数时，顺序一定要在变长数组前面，这样运行时才能确定数组a[n]的长度，否则就会报错。

因为函数原型可以省略参数名，所以变长数组的原型中，可以使用*代替变量名，也可以省略变量名。

int sum_array(int, int [*]);
int sum_array(int, int []);

上面两种变长函数的原型写法，都是合法的。

变长数组作为函数参数有一个好处，就是多维数组的参数声明，可以把后面的维度省掉了。

// 原来的写法
int sum_array(int a[][4], int n);

// 变长数组的写法
int sum_array(int n, int m, int a[n][m]);

上面示例中，函数sum_array()的参数是一个多维数组，按照原来的写法，一定要声明第二维的长度。但是使用变长数组的写法，就不用声明第二维长度了，因为它可以作为参数传入函数。

数组字面量作为参数

C 语言允许将数组字面量作为参数，传入函数。

// 数组变量作为参数
int a[] = {2, 3, 4, 5};
int sum = sum_array(a, 4);

// 数组字面量作为参数
int sum = sum_array((int []){2, 3, 4, 5}, 4);

上面示例中，两种写法是等价的。第二种写法省掉了数组变量的声明，直接将数组字面量传入函数。{2, 3, 4, 5}是数组值的字面量，(int [])类似于强制的类型转换，告诉编译器怎么理解这组值。

运算符

C 语言的运算符非常多，一共有 50 多种，可以分成若干类。

算术运算符

算术运算符专门用于算术运算，主要有下面几种。

• +：正值运算符（一元运算符）
• -：负值运算符（一元运算符）
• +：加法运算符（二元运算符）
• -：减法运算符（二元运算符）
• *：乘法运算符
• /：除法运算符
• %：余值运算符

（1）+，-

+和-既可以作为一元运算符，也可以作为二元运算符。所谓“一元运算符”，指的是只需要一个运算数就可以执行。一元运算符-用来改变一个值的正负号。

int x = -12;

上面示例中，-将12这个值变成-12。

一元运算符+对正负值没有影响，是一个完全可以省略的运算符，但是写了也不会报错。

int x = -12;
int y = +x;

上面示例中，变量y的值还是-12，因为+不会改变正负值。

二元运算符+和-用来完成加法和减法。

int x = 4 + 22;
int y = 61 - 23;

（2）*

运算符*用来完成乘法。

int num = 5;
printf("%i\n", num * num); // 输出 25

（3）/

运算符/用来完成除法。注意，两个整数相除，得到还是一个整数。

float x = 6 / 4;
printf("%f\n", x); // 输出 1.000000

上面示例中，尽管变量x的类型是float（浮点数），但是6 / 4得到的结果是1.0，而不是1.5。原因就在于 C 语言里面的整数除法是整除，只会返回整数部分，丢弃小数部分。

如果希望得到浮点数的结果，两个运算数必须至少有一个浮点数，这时 C 语言就会进行浮点数除法。

float x = 6.0 / 4; // 或者写成 6 / 4.0
printf("%f\n", x); // 输出 1.500000

上面示例中，6.0 / 4表示进行浮点数除法，得到的结果就是1.5。

下面是另一个例子。

int score = 5;
score = (score / 20) * 100;

上面的代码，你可能觉得经过运算，score会等于25，但是实际上score等于0。这是因为score / 20是整除，会得到一个整数值0，所以乘以100后得到的也是0。

为了得到预想的结果，可以将除数20改成20.0，让整除变成浮点数除法。

score = (score / 20.0) * 100;

（4）%

运算符%表示求模运算，即返回两个整数相除的余值。这个运算符只能用于整数，不能用于浮点数。

int x = 6 % 4; // 2

负数求模的规则是，结果的正负号由第一个运算数的正负号决定。

11 % -5 // 1
-11 % -5 // -1
-11 % 5 // -1

上面示例中，第一个运算数的正负号（11或-11）决定了结果的正负号。

（5）赋值运算的简写形式

如果变量对自身的值进行算术运算，C 语言提供了简写形式，允许将赋值运算符和算术运算符结合成一个运算符。

• +=
• -=
• *=
• /=
• %=

下面是一些例子。

i += 3;  // 等同于 i = i + 3
i -= 8;  // 等同于 i = i - 8
i *= 9;  // 等同于 i = i * 9
i /= 2;  // 等同于 i = i / 2
i %= 5;  // 等同于 i = i % 5

自增运算符，自减运算符

C 语言提供两个运算符，对变量自身进行+ 1和- 1的操作。

• ++：自增运算符
• --：自减运算符

i++; // 等同于 i = i + 1
i--; // 等同于 i = i - 1

这两个运算符放在变量的前面或后面，结果是不一样的。++var和--var是先执行自增或自减操作，再返回操作后var的值；var++和var--则是先返回操作前var的值，再执行自增或自减操作。

int i = 42;
int j;

j = (i++ + 10);
// i: 43
// j: 52

j = (++i + 10)
// i: 44
// j: 54

上面示例中，自增运算符的位置差异，会导致变量j得到不同的值。这样的写法很容易出现意料之外的结果，为了消除意外，可以改用下面的写法。

/* 写法一 */
j = (i + 10);
i++;

/* 写法二 */
i++;
j = (i + 10);

上面示例中，变量i的自增运算与返回值是分离的两个步骤，这样就不太会出错，也提高了代码的可读性。

关系运算符

C 语言用于比较的表达式，称为“关系表达式”（relational expression），里面使用的运算符就称为“关系运算符”（relational operator），主要有下面6个。

• > 大于运算符
• < 小于运算符
• >= 大于等于运算符
• <= 小于等于运算符
• == 相等运算符
• != 不相等运算符

下面是一些例子。

a == b;
a != b;
a < b;
a > b;
a <= b;
a >= b;

关系表达式通常返回0或1，表示真伪。C 语言中，0表示伪，所有非零值表示真。比如，20 > 12返回1，12 > 20返回0。

关系表达式常用于if或while结构。

if (x == 3) {
  printf("x is 3.\n");
}

注意，相等运算符==与赋值运算符=是两个不一样的运算符，不要混淆。有时候，可能会不小心写出下面的代码，它可以运行，但很容易出现意料之外的结果。

if (x = 3) ...

上面示例中，原意是x == 3，但是不小心写成x = 3。这个式子表示对变量x赋值3，它的返回值为3，所以if判断总是为真。

为了防止出现这种错误，有的程序员喜欢将变量写在等号的右边。

if (3 == x) ...

这样的话，如果把==误写成=，编译器就会报错。

/* 报错 */
if (3 = x) ...

另一个需要避免的错误是，多个关系运算符不宜连用。

i < j < k

上面示例中，连续使用两个小于运算符。这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果，即不是保证变量j的值在i和k之间。因为关系运算符是从左到右计算，所以实际执行的是下面的表达式。

(i < j) < k

上面式子中，i < j返回0或1，所以最终是0或1与变量k进行比较。如果想要判断变量j的值是否在i和k之间，应该使用下面的写法。

i < j && j < k

逻辑运算符

逻辑运算符提供逻辑判断功能，用于构建更复杂的表达式，主要有下面三个运算符。

• !：否运算符（改变单个表达式的真伪）。
• &&：与运算符（两侧的表达式都为真，则为真，否则为伪）。
• ||：或运算符（两侧至少有一个表达式为真，则为真，否则为伪）。

下面是与运算符的例子。

if (x < 10 && y > 20)
  printf("Doing something!\n");

上面示例中，只有x < 10和y > 20同时为真，x < 10 && y > 20才会为真。

下面是否运算符的例子。

if (!(x < 12))
  printf("x is not less than 12\n");

上面示例中，由于否运算符!具有比<更高的优先级，所以必须使用括号，才能对表达式x < 12进行否运算。当然，合理的写法是if (x >= 12)，这里只是为了举例。

对于逻辑运算符来说，任何非零值都表示真，零值表示伪。比如，5 || 0会返回1，5 && 0会返回0。

逻辑运算符还有一个特点，它总是先对左侧的表达式求值，再对右边的表达式求值，这个顺序是保证的。如果左边的表达式满足逻辑运算符的条件，就不再对右边的表达式求值。这种情况称为“短路”。

if (number != 0 && 12/number == 2)

上面示例中，如果&&左侧的表达式（number != 0）为伪，即number等于0时，右侧的表达式（12/number == 2）是不会执行的。因为这时左侧表达式返回0，整个&&表达式肯定为伪，就直接返回0，不再执行右侧的表达式了。

由于逻辑运算符的执行顺序是先左后右，所以下面的代码是有问题的。

while ((x++ < 10) && (x + y < 20))

上面示例中，执行左侧表达式后，变量x的值就已经变了。等到执行右侧表达式的时候，是用新的值在计算，这通常不是原始意图。

位运算符

C 语言提供一些位运算符，用来操作二进制位（bit）。

（1）取反运算符～

取反运算符～是一个一元运算符，用来将每一个二进制位变成相反值，即0变成1，1变成0。

// 返回 01101100
~ 10010011

上面示例中，~对每个二进制位取反，就得到了一个新的值。

注意，~运算符不会改变变量的值，只是返回一个新的值。

（2）与运算符&

与运算符&将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。当两个二进制位都为1，就返回1，否则返回0。

// 返回 00010001
10010011 & 00111101

上面示例中，两个八位二进制数进行逐位比较，返回一个新的值。

与运算符&可以与赋值运算符=结合，简写成&=。

int val = 3;
val = val & 0377;

// 简写成
val &= 0377;

（3）或运算符|

或运算符|将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位只要有一个为1（包含两个都为1的情况），就返回1，否则返回0。

// 返回 10111111
10010011 | 00111101

或运算符|可以与赋值运算符=结合，简写成|=。

int val = 3;
val = val | 0377;

// 简写为
val |= 0377;

（4）异或运算符^

异或运算符^将两个值的每一个二进制位进行比较，返回一个新的值。两个二进制位有且仅有一个为1，就返回1，否则返回0。

// 返回 10101110
10010011 ^ 00111101

异或运算符^可以与赋值运算符=结合，简写成^=。

int val = 3;
val = val ^ 0377;

// 简写为
val ^= 0377;

（5）左移运算符<<

左移运算符<<将左侧运算数的每一位，向左移动指定的位数，尾部空出来的位置使用0填充。

// 1000101000
10001010 << 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向左侧移动了两位。

左移运算符相当于将运算数乘以2的指定次方，比如左移2位相当于乘以4（2的2次方）。

左移运算符<<可以与赋值运算符=结合，简写成<<=。

int val = 1;
val = val << 2;

// 简写为
val <<= 2;

（6）右移运算符>>

右移运算符>>将左侧运算数的每一位，向右移动指定的位数，尾部无法容纳的值将丢弃，头部空出来的位置使用0填充。

// 返回 00100010
10001010 >> 2

上面示例中，10001010的每一个二进制位，都向右移动两位。最低的两位10被丢弃，头部多出来的两位补0，所以最后得到00100010。

注意，右移运算符最好只用于无符号整数，不要用于负数。因为不同系统对于右移后如何处理负数的符号位，有不同的做法，可能会得到不一样的结果。

右移运算符相当于将运算数除以2的指定次方，比如右移2位就相当于除以4（2的2次方）。

右移运算符>>可以与赋值运算符=结合，简写成>>=。

int val = 1;
val = val >> 2;

// 简写为
val >>= 2;

逗号运算符

逗号运算符用于将多个表达式写在一起，从左到右依次运行每个表达式。

x = 10, y = 20;

上面示例中，有两个表达式（x = 10和y = 20），逗号使得它们可以放在同一条语句里面。

逗号运算符返回最后一个表达式的值，作为整个语句的值。

int x;

x = (1, 2, 3);

上面示例中，括号里面的逗号运算符，返回最后一个表达式的值，所以变量x等于3。

运算优先级

优先级指的是，如果一个表达式包含多个运算符，哪个运算符应该优先执行。各种运算符的优先级是不一样的。

3 + 4 * 5;

上面示例中，表达式3 + 4 * 5里面既有加法运算符（+），又有乘法运算符（*）。由于乘法的优先级高于加法，所以会先计算4 * 5，而不是先计算3 + 4。

如果两个运算符优先级相同，则根据运算符是左结合，还是右结合，决定执行顺序。大部分运算符是左结合（从左到右执行），少数运算符是右结合（从右到左执行），比如赋值运算符（=）。

5 * 6 / 2;

上面示例中，*和/的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执行，先计算5 * 6，再计算6 / 2。

运算符的优先级顺序很复杂。下面是部分运算符的优先级顺序（按照优先级从高到低排列）。

• 圆括号（()）
• 自增运算符（++），自减运算符（--）
• 一元运算符（+和-）
• 乘法（*），除法（/）
• 加法（+），减法（-）
• 关系运算符（<、>等）
• 赋值运算符（=）

由于圆括号的优先级最高，可以使用它改变其他运算符的优先级。

int x = (3 + 4) * 5;

上面示例中，由于添加了圆括号，加法会先于乘法进行运算。

完全记住所有运算符的优先级没有必要，解决方法是多用圆括号，防止出现意料之外的情况，也有利于提高代码的可读性。

流程控制

C 语言的程序是顺序执行，即先执行前面的语句，再执行后面的语句。开发者如果想要控制程序执行的流程，就必须使用流程控制的语法结构，主要是条件执行和循环执行。

if 语句

if语句用于条件判断，满足条件时，就执行指定的语句。

if (expression) statement

上面式子中，表达式expression为真（值不为0）时，就执行statement语句。

if后面的判断条件expression外面必须有圆括号，否则会报错。语句体部分statement可以是一个语句，也可以是放在大括号里面的复合语句。下面是一个例子。

if (x == 10) printf("x is 10");

上面示例中，当变量x为10时，就会输出一行文字。对于只有一个语句的语句体，语句部分通常另起一行。

if (x == 10)
  printf("x is 10\n");

如果有多条语句，就需要把它们放在大括号里面，组成一个复合语句。

if (line_num == MAX_LINES) {
  line_num = 0;
  page_num++;
}

if语句可以带有else分支，指定条件不成立时（表达式expression的值为0），所要执行的代码。

if (expression) statement
else statement

下面是一个例子。

if (i > j)
  max = i;
else
  max = j;

如果else的语句部分多于一行，同样可以把它们放在大括号里面。

else可以与另一个if语句连用，构成多重判断。

if (expression)
  statement
else if (expression)
  statement
...
else if (expression)
  statement
else
  statement

如果有多个if和else，可以记住这样一条规则，else总是跟最接近的if匹配。

if (number > 6)
  if (number < 12)
    printf("The number is more than 6, less than 12.\n");
else
  printf("It is wrong number.\n");

上面示例中，else部分匹配最近的if（即number < 12），所以如果number等于6，就不会执行else的部分。

这样很容易出错，为了提供代码的可读性，建议使用大括号，明确else匹配哪一个if。

if (number > 6) {
  if (number < 12) {
    printf("The number is more than 6, less than 12.\n");
  }
} else {
  printf("It is wrong number.\n");
}

上面示例中，使用了大括号，就可以清晰地看出else匹配外层的if。

三元运算符 ?:

C 语言有一个三元表达式?:，可以用作if...else的简写形式。

<expression1> ? <expression2> : <expression3>

这个操作符的含义是，表达式expression1如果为true（非0值），就执行expression2，否则执行expression3。

下面是一个例子，返回两个值之中的较大值。

(i > j) ? i : j;

上面的代码等同于下面的if语句。

if (i > j)
  return i;
else
  return j;

switch 语句

switch 语句是一种特殊形式的 if…else 结构，用于判断条件有多个结果的情况。它把多重的else if改成更易用、可读性更好的形式。

switch (expression) {
  case value1: statement
  case value2: statement
  default: statement
}

上面代码中，根据表达式expression不同的值，执行相应的case分支。如果找不到对应的值，就执行default分支。

下面是一个例子。

switch (grade) {
  case 0:
    printf("False");
    break;
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，根据变量grade不同的值，会执行不同的case分支。如果等于0，执行case 0的部分；如果等于1，执行case 1的部分；否则，执行default的部分。default表示处理以上所有case都不匹配的情况。

每个case语句体的结尾，都应该有一个break语句，作用是跳出整个switch结构，不再往下执行。如果缺少break，就会导致继续执行下一个case或default分支。

switch (grade) {
  case 0:
    printf("False");
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，case 0的部分没有break语句，导致这个分支执行完以后，不会跳出switch结构，继续执行case 1分支。

利用这个特点，如果多个case分支对应同样的语句体，可以写成下面这样。

switch (grade) {
  case 0:
  case 1:
    printf("True");
    break;
  default:
    printf("Illegal");
}

上面示例中，case 0分支没有任何语句，导致case 0和case 1都会执行同样的语句体。

case后面的语句体，不用放在大括号里面，这也是为什么需要break的原因。

default分支用来处理前面的 case 都不匹配的情况，最好放在所有 case 的后面，这样就不用写break语句。这个分支是可选的，如果没有该分支，遇到所有的 case 都不匹配的情况，就会直接跳出整个 switch 代码块。

while 语句

while语句用于循环结构，满足条件时，不断执行循环体。

while (expression)
  statement

上面代码中，如果表达式expression为非零值（表示真），就会执行statement语句，然后再次判断expression是否为零；如果expression为零（表示伪）就跳出循环，不再执行循环体。

while (i < n)
  i = i + 2;

上面示例中，只要i小于n，i就会不断增加2。

如果循环体有多个语句，就需要使用大括号将这些语句组合在一起。

while (expression) {
  statement;
  statement;
}

下面是一个例子。

i = 0;

while (i < 10) {
  printf("i is now %d!\n", i);
  i++;
}

printf("All done!\n");

上面代码中，循环体会执行10次，每次将i增加1，直到等于10才退出循环。

只要条件为真，while会产生无限循环。下面是一种常见的无限循环的写法。

while (1) {
  // ...
}

上面的示例虽然是无限循环，但是循环体内部可以用break语句跳出循环。

do…while 结构

do...while结构是while的变体，它会先执行一次循环体，然后再判断是否满足条件。如果满足的话，就继续执行循环体，否则跳出循环。

do statement
while (expression);

上面代码中，不管条件expression是否成立，循环体statement至少会执行一次。每次statement执行完毕，就会判断一次expression，决定是否结束循环。

i = 10;

do --i;
while (i > 0);

上面示例中，变量i先减去1，再判断是否大于0。如果大于0，就继续减去1，直到i等于0为止。

如果循环部分有多条语句，就需要放在大括号里面。

i = 10;

do {
  printf("i is %d\n", i);
  i++;
} while (i < 10);

printf("All done!\n");

上面例子中，变量i并不满足小于10的条件，但是循环体还是会执行一次。

for 语句

for语句是最常用的循环结构，通常用于精确控制循环次数。

for (initialization; continuation; action)
  statement;

上面代码中，for语句的条件部分（即圆括号里面的部分）有三个表达式。

• initialization：初始化表达式，用于初始化循环变量，只执行一次。
• continuation：判断表达式，只要为true，就会不断执行循环体。
• action：循环变量处理表达式，每轮循环结束后执行，使得循环变量发生变化。

循环体部分的statement可以是一条语句，也可以是放在大括号里面的复合语句。下面是一个例子。

for (int i = 10; i > 0; i--)
  printf("i is %d\n", i);

上面示例中，循环变量i在for的第一个表达式里面声明，该变量只用于本次循环。离开循环体之后，就会失效。

条件部分的三个表达式，每一个都可以有多个语句，语句与语句之间使用逗号分隔。

int i, j;
for (i = 0, j = 999; i < 10; i++, j--) {
  printf("%d, %d\n", i, j);
}

上面示例中，初始化部分有两个语句，分别对变量i和j进行赋值。

for的三个表达式都不是必需的，甚至可以全部省略，这会形成无限循环。

for (;;) {
  printf("本行会无限循环地打印。\n" );
}

上面示例由于没有判断条件，就会形成无限循环。

break 语句

break语句有两种用法。一种是与switch语句配套使用，用来中断某个分支的执行，这种用法前面已经介绍过了。另一种用法是在循环体内部跳出循环，不再进行后面的循环了。

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

上面示例中，break语句使得循环跳到下一个i。

while ((ch = getchar()) != EOF) {
  if (ch == '\n') break;
  putchar(ch);
}

上面示例中，一旦读到换行符（\n），break命令就跳出整个while循环，不再继续读取了。

注意，break命令只能跳出循环体和switch结构，不能跳出if结构。

if (n > 1) {
  if (n > 2) break; // 无效
  printf("hello\n");
}

上面示例中，break语句是无效的，因为它不能跳出外层的if结构。

continue 语句

continue语句用于在循环体内部终止本轮循环，进入下一轮循环。只要遇到continue语句，循环体内部后面的语句就不执行了，回到循环体的头部，开始执行下一轮循环。

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

上面示例中，有没有continue语句，效果一样，都表示跳到下一个j。

while ((ch = getchar()) != '\n') {
  if (ch == '\t') continue;
  putchar(ch);
}

上面示例中，只要读到的字符是制表符（\t），就用continue语句跳过该字符，读取下一个字符。

goto 语句

goto 语句用于跳到指定的标签名。这会破坏结构化编程，建议不要轻易使用，这里为了语法的完整，介绍一下它的用法。

char ch;

top: ch = getchar();

if (ch == 'q')
  goto top;

上面示例中，top是一个标签名，可以放在正常语句的前面，相当于为这行语句做了一个标记。程序执行到goto语句，就会跳转到它指定的标签名。

infinite_loop:
  print("Hello, world!\n");
  goto infinite_loop;

上面的代码会产生无限循环。

goto 的一个主要用法是跳出多层循环。

for(...) {
  for (...) {
    while (...) {
      do {
        if (some_error_condition)
          goto bail;    
      } while(...);
    }
  }
}
    
bail:
// ... ...

上面代码有很复杂的嵌套循环，不使用 goto 的话，想要完全跳出所有循环，写起来很麻烦。

goto 的另一个用途是提早结束多重判断。

if (do_something() == ERR)
  goto error;
if (do_something2() == ERR)
  goto error;
if (do_something3() == ERR)
  goto error;
if (do_something4() == ERR)
  goto error;

上面示例有四个判断，只要有一个发现错误，就使用 goto 跳过后面的判断。

注意，goto 只能在同一个函数之中跳转，并不能跳转到其他函数。

数据类型

C 语言的每一种数据，都是有类型（type）的，编译器必须知道数据的类型，才能操作数据。所谓“类型”，就是相似的数据所拥有的共同特征，那么一旦知道某个值的数据类型，就能知道该值的特征和操作方式。

基本数据类型有三种：字符（char）、整数（int）和浮点数（float）。复杂的类型都是基于它们构建的。

字符类型

字符类型指的是单个字符，类型声明使用char关键字。

char c = 'B';

上面示例声明了变量c是字符类型，并将其赋值为字母B。

C 语言规定，字符常量必须放在单引号里面。

在计算机内部，字符类型使用一个字节（8位）存储。C 语言将其当作整数处理，所以字符类型就是宽度为一个字节的整数。每个字符对应一个整数（由 ASCII 码确定），比如B对应整数66。

字符类型在不同计算机的默认范围是不一样的。一些系统默认为-128到127，另一些系统默认为0到255。这两种范围正好都能覆盖0到127的 ASCII 字符范围。

只要在字符类型的范围之内，整数与字符是可以互换的，都可以赋值给字符类型的变量。

char c = 66;
// 等同于
char c = 'B';

上面示例中，变量c是字符类型，赋给它的值是整数66。这跟赋值为字符B的效果是一样的。

两个字符类型的变量可以进行数学运算。

char a = 'B'; // 等同于 char a = 66;
char b = 'C'; // 等同于 char b = 67;

printf("%d\n", a + b); // 输出 133

上面示例中，字符类型变量a和b相加，视同两个整数相加。占位符%d表示输出十进制整数，因此输出结果为133。

单引号本身也是一个字符，如果要表示这个字符常量，必须使用反斜杠转义。

char t = '\'';

上面示例中，变量t为单引号字符，由于字符常量必须放在单引号里面，所以内部的单引号要使用反斜杠转义。

这种转义的写法，主要用来表示 ASCII 码定义的一些无法打印的控制字符，它们也属于字符类型的值。

• \a：警报，这会使得终端发出警报声或出现闪烁，或者两者同时发生。
• \b：退格键，光标回退一个字符，但不删除字符。
• \f：换页符，光标移到下一页。在现代系统上，这已经反映不出来了，行为改成类似于\v。
• \n：换行符。
• \r：回车符，光标移到同一行的开头。
• \t：制表符，光标移到下一个水平制表位，通常是下一个8的倍数。
• \v：垂直分隔符，光标移到下一个垂直制表位，通常是下一行的同一列。
• \0：null 字符，代表没有内容。注意，这个值不等于数字0。

转义写法还能使用八进制和十六进制表示一个字符。

• \nn：字符的八进制写法，nn为八进制值。
• \xnn：字符的十六进制写法，nn为十六进制值。

char x = 'B';
char x = 66;
char x = '\102'; // 八进制
char x = '\x42'; // 十六进制

上面示例的四种写法都是等价的。

整数类型

简介

整数类型用来表示较大的整数，类型声明使用int关键字。

int a;

上面示例声明了一个整数变量a。

不同计算机的int类型的大小是不一样的。比较常见的是使用4个字节（32位）存储一个int类型的值，但是2个字节（16位）或8个字节（64位）也有可能使用。它们可以表示的整数范围如下。

• 16位：-32,768 到 32,767。
• 32位：-2,147,483,648 到 2,147,483,647。
• 64位：-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807。

signed，unsigned

C 语言使用signed关键字，表示一个类型带有正负号，包含负值；使用unsigned关键字，表示该类型不带有正负号，只能表示零和正整数。

对于int类型，默认是带有正负号的，也就是说int等同于signed int。由于这是默认情况，关键字signed一般都省略不写，但是写了也不算错。

signed int a;
// 等同于
int a;

int类型也可以不带正负号，只表示非负整数。这时就必须使用关键字unsigned声明变量。

unsigned int a;

整数变量声明为unsigned的好处是，同样长度的内存能够表示的最大整数值，增大了一倍。比如，16位的signed int最大值为32,767，而unsigned int的最大值增大到了65,535。

unsigned int里面的int可以省略，所以上面的变量声明也可以写成下面这样。

unsigned a;

字符类型char也可以设置signed和unsigned。

signed char c; // 范围为 -128 到 127
unsigned char c; // 范围为 0 到 255

注意，C 语言规定char类型默认是否带有正负号，由当前系统决定。这就是说，char不等同于signed char，它有可能是signed char，也有可能是unsigned char。这一点与int不同，int就是等同于signed int。

整数的子类型

如果int类型使用4个或8个字节表示一个整数，对于小整数，这样做很浪费空间。另一方面，某些场合需要更大的整数，8个字节还不够。为了解决这些问题，C 语言在int类型之外，又提供了三个整数的子类型。这样有利于更精细地限定整数变量的范围，也有利于更好地表达代码的意图。

• short int（简写为short）：占用空间不多于int，一般占用2个字节（整数范围为-32768～32767)。
• long int（简写为long）：占用空间不少于int，至少为4个字节。
• long long int（简写为long long）：占用空间多于long，至少为8个字节。

short int a;
long int b;
long long int c;

上面代码分别声明了三种整数子类型的变量。

默认情况下，short、long、long long都是带符号的（signed），即signed关键字省略了。它们也可以声明为不带符号（unsigned），使得能够表示的最大值扩大一倍。

unsigned short int a;
unsigned long int b;
unsigned long long int c;

C 语言允许省略int，所以变量声明语句也可以写成下面这样。

short a;
unsigned short a;

long b;
unsigned long b;

long long c;
unsigned long long c;

不同的计算机，数据类型的字节长度是不一样的。确实需要32位整数时，应使用long类型而不是int类型，可以确保不少于4个字节；确实需要64位的整数时，应该使用long long类型，可以确保不少于8个字节。另一方面，为了节省空间，只需要16位整数时，应使用short类型；需要8位整数时，应该使用char类型。

整数类型的极限值

有时候需要查看，当前系统不同整数类型的最大值和最小值，C 语言的头文件limits.h提供了相应的常量，比如SCHAR_MIN代表 signed char 类型的最小值-128，SCHAR_MAX代表 signed char 类型的最大值127。

为了代码的可移植性，需要知道某种整数类型的极限值时，应该尽量使用这些常量。

• SCHAR_MIN，SCHAR_MAX：signed char 的最小值和最大值。
• SHRT_MIN，SHRT_MAX：short 的最小值和最大值。
• INT_MIN，INT_MAX：int 的最小值和最大值。
• LONG_MIN，LONG_MAX：long 的最小值和最大值。
• LLONG_MIN，LLONG_MAX：long long 的最小值和最大值。
• UCHAR_MAX：unsigned char 的最大值。
• USHRT_MAX：unsigned short 的最大值。
• UINT_MAX：unsigned int 的最大值。
• ULONG_MAX：unsigned long 的最大值。
• ULLONG_MAX：unsigned long long 的最大值。

整数的进制

C 语言的整数默认都是十进制数，如果要表示八进制数和十六进制数，必须使用专门的表示法。

八进制使用0作为前缀，比如017、0377。

int a = 012; // 八进制，相当于十进制的10

十六进制使用0x或0X作为前缀，比如0xf、0X10。

int a = 0x1A2B; // 十六进制，相当于十进制的6699

有些编译器使用0b前缀，表示二进制数，但不是标准。

int x = 0b101010;

注意，不同的进制只是整数的书写方法，不会对整数的实际存储方式产生影响。所有整数都是二进制形式存储，跟书写方式无关。不同进制可以混合使用，比如10 + 015 + 0x20是一个合法的表达式。

printf()的进制相关占位符如下。

• %d：十进制整数。
• %o：八进制整数。
• %x：十六进制整数。
• %#o：显示前缀0的八进制整数。
• %#x：显示前缀0x的十六进制整数。
• %#X：显示前缀0X的十六进制整数。

int x = 100;
printf("dec = %d\n", x); // 100
printf("octal = %o\n", x); // 144
printf("hex = %x\n", x); // 64
printf("octal = %#o\n", x); // 0144
printf("hex = %#x\n", x); // 0x64
printf("hex = %#X\n", x); // 0X64

浮点数类型

任何有小数点的数值，都会被编译器解释为浮点数。所谓“浮点数”就是使用 m * b^e 的形式，存储一个数值，m是小数部分，b是基数（通常是2），e是指数部分。这种形式是精度和数值范围的一种结合，可以表示非常大或者非常小的数。

浮点数的类型声明使用float关键字，可以用来声明浮点数变量。

float c = 10.5;

上面示例中，变量c的就是浮点数类型。

float类型占用4个字节（32位），其中8位存放指数的值和符号，剩下24位存放小数的值和符号。float类型至少能够提供（十进制的）6位有效数字，指数部分的范围为（十进制的）-37到37，即数值范围为10^-37到10³⁷。

有时候，32位浮点数提供的精度或者数值范围还不够，C 语言又提供了另外两种更大的浮点数类型。

• double：占用8个字节（64位），至少提供13位有效数字。
• long double：通常占用16个字节。

注意，由于存在精度限制，浮点数只是一个近似值，它的计算是不精确的，比如 C 语言里面0.1 + 0.2并不等于0.3，而是有一个很小的误差。

if (0.1 + 0.2 == 0.3) // false

C 语言允许使用科学计数法表示浮点数，使用字母e来分隔小数部分和指数部分。

double x = 123.456e+3; // 123.456 x 10^3
// 等同于
double x = 123.456e3;

上面示例中，e后面如果是加号+，加号可以省略。注意，科学计数法里面e的前后，不能存在空格。

另外，科学计数法的小数部分如果是0.x或x.0的形式，那么0可以省略。

0.3E6
// 等同于
.3E6

3.0E6
// 等同于
3.E6

布尔类型

C 语言原来并没有为布尔值单独设置一个类型，而是使用整数0表示伪，所有非零值表示真。

int x = 1;
if (x) {
  printf("x is true!\n");
}

上面示例中，变量x等于1，C 语言就认为这个值代表真，从而会执行判断体内部的代码。

C99 标准添加了类型_Bool，表示布尔值。但是，这个类型其实只是整数类型的别名，还是使用0表示伪，1表示真，下面是一个示例。

_Bool isNormal;

isNormal = 1;
if (isNormal)
  printf("Everything is OK.\n");

头文件stdbool.h定义了另一个类型别名bool，并且定义了true代表1、false代表0。只要加载这个头文件，就可以使用这几个关键字。

#include <stdbool.h>

bool flag = false;

上面示例中，加载头文件stdbool.h以后，就可以使用bool定义布尔值类型，以及false和true表示真伪。

字面量的类型

字面量（literal）指的是代码里面直接出现的值。

int x = 123;

上面代码中，x是变量，123就是字面量。

编译时，字面量也会写入内存，因此编译器必须为字面量指定数据类型，就像必须为变量指定数据类型一样。

一般情况下，十进制整数字面量（比如123）会被编译器指定为int类型。如果一个数值比较大，超出了int能够表示的范围，编译器会将其指定为long int。如果数值超过了long int，会被指定为unsigned long。如果还不够大，就指定为long long或unsigned long long。

小数（比如3.14）会被指定为double类型。

字面量后缀

有时候，程序员希望为字面量指定一个不同的类型。比如，编译器将一个整数字面量指定为int类型，但是程序员希望将其指定为long类型，这时可以为该字面量加上后缀l或L，编译器就知道要把这个字面量的类型指定为long。

int x = 123L;

上面代码中，字面量123有后缀L，编译器就会将其指定为long类型。这里123L写成123l，效果也是一样的，但是建议优先使用L，因为小写的l容易跟数字1混淆。

八进制和十六进制的值，也可以使用后缀l和L指定为 Long 类型，比如020L和0x20L。

int y = 0377L;
int z = 0x7fffL;

如果希望指定为无符号整数unsigned int，可以使用后缀u或U。

int x = 123U;

L和U可以结合使用，表示unsigned long类型。L和U的大小写和组合顺序无所谓。

int x = 123LU;

对于浮点数，编译器默认指定为 double 类型，如果希望指定为其他类型，需要在小数后面添加后缀f（float）或l（long double）。

科学计数法也可以使用后缀。

1.2345e+10F
1.2345e+10L

总结一下，常用的字面量后缀有下面这些。

• f和F：float类型。
• l和L：对于整数是long int类型，对于小数是long double类型。
• ll和LL：Long Long 类型，比如3LL。
• u和U：表示unsigned int，比如15U、0377U。

u还可以与其他整数后缀结合，放在前面或后面都可以，比如10UL、10ULL和10LLU都是合法的。

下面是一些示例。

int           x = 1234;
long int      x = 1234L;
long long int x = 1234LL

unsigned int           x = 1234U;
unsigned long int      x = 1234UL;
unsigned long long int x = 1234ULL;

float x       = 3.14f;
double x      = 3.14;
long double x = 3.14L;

溢出

每一种数据类型都有数值范围，如果存放的数值超出了这个范围（小于最小值或大于最大值），需要更多的二进制位存储，就会发生溢出。大于最大值，叫做向上溢出（overflow）；小于最小值，叫做向下溢出（underflow）。

一般来说，编译器不会对溢出报错，会正常执行代码，但是会忽略多出来的二进制位，只保留剩下的位，这样往往会得到意想不到的结果。所以，应该避免溢出。

unsigned char x = 255;
x = x + 1;

printf("%d\n", x); // 0

上面示例中，变量x加1，得到的结果不是256，而是0。因为x是unsign char类型，最大值是255（二进制11111111），加1后就发生了溢出，256（二进制100000000）的最高位1被丢弃，剩下的值就是0。

再看下面的例子。

unsigned int ui = UINT_MAX;  // 4,294,967,295
ui++;
printf("ui = %u\n", ui); // 0
ui--;
printf("ui = %u\n", ui); // 4,294,967,295

上面示例中，常量UINT_MAX是 unsigned int 类型的最大值。如果加1，对于该类型就会溢出，从而得到0；而0是该类型的最小值，再减1，又会得到UINT_MAX。

溢出很容易被忽视，编译器又不会报错，所以必须非常小心。

for (unsigned int i = n; i >= 0; --i) // 错误

上面代码表面看似乎没有问题，但是循环变量i的类型是 unsigned int，这个类型的最小值是0，不可能得到小于0的结果。当i等于0，再减去1的时候，并不会返回-1，而是返回 unsigned int 的类型最大值，这个值总是大于等于0，导致无限循环。

为了避免溢出，最好方法就是将运算结果与类型的极限值进行比较。

unsigned int ui;
unsigned int sum;

// 错误
if (sum + ui > UINT_MAX) too_big();
else sum = sum + ui;

// 正确
if (ui > UINT_MAX - sum) too_big();
else sum = sum + ui;

上面示例中，变量sum和ui都是 unsigned int 类型，它们相加的和还是 unsigned int 类型，这就有可能发生溢出。但是，不能通过相加的和是否超出了最大值UINT_MAX，来判断是否发生了溢出，因为sum + ui总是返回溢出后的结果，不可能大于UINT_MAX。正确的比较方法是，判断UINT_MAX - sum与ui之间的大小关系。

下面是另一种错误的写法。

unsigned int i = 5;
unsigned int j = 7;

if (i - j < 0) // 错误
  printf("negative\n");
else
  printf("positive\n");

上面示例的运算结果，会输出positive。原因是变量i和j都是 unsigned int 类型，i - j的结果也是这个类型，最小值为0，不可能得到小于0的结果。正确的写法是写成下面这样。

if (j > i) // ....

sizeof 运算符

sizeof是 C 语言提供的一个运算符，返回某种数据类型或某个值占用的字节数量。它的参数可以是数据类型的关键字，也可以是变量名或某个具体的值。

// 参数为数据类型
int x = sizeof(int);

// 参数为变量
int i;
sizeof(i);

// 参数为数值
sizeof(3.14);

上面的第一个示例，返回得到int类型占用的字节数量（通常是4或8）。第二个示例返回整数变量占用字节数量，结果与前一个示例完全一样。第三个示例返回浮点数3.14占用的字节数量，由于浮点数的字面量一律存储为 double 类型，所以会返回8，因为 double 类型占用的8个字节。

sizeof运算符的返回值，C 语言只规定是无符号整数，并没有规定具体的类型，而是留给系统自己去决定，sizeof到底返回什么类型。不同的系统中，返回值的类型有可能是unsigned int，也有可能是unsigned long，甚至是unsigned long long，对应的printf()占位符分别是%u、%lu和%llu。这样不利于程序的可移植性。

C 语言提供了一个解决方法，创造了一个类型别名size_t，用来统一表示sizeof的返回值类型。该别名定义在stddef.h头文件（引入stdio.h时会自动引入）里面，对应当前系统的sizeof的返回值类型，可能是unsigned int，也可能是unsigned long。

C 语言还提供了一个常量SIZE_MAX，表示size_t可以表示的最大整数。所以，size_t能够表示的整数范围为[0, SIZE_MAX]。

printf()有专门的占位符%zd或%zu，用来处理size_t类型的值。

printf("%zd\n", sizeof(int));

上面代码中，不管sizeof返回值的类型是什么，%zd占位符（或%zu）都可以正确输出。

如果当前系统不支持%zd或%zu，可使用%u（unsigned int）或%lu（unsigned long int）代替。

类型的自动转换

某些情况下，C 语言会自动转换某个值的类型。

赋值运算

赋值运算符会自动将右边的值，转成左边变量的类型。

（1）浮点数赋值给整数变量

浮点数赋予整数变量时，C 语言直接丢弃小数部分，而不是四舍五入。

int x = 3.14;

上面示例中，变量x是整数类型，赋给它的值是一个浮点数。编译器会自动把3.14先转为int类型，丢弃小数部分，再赋值给x，因此x的值是3。

这种自动转换会导致部分数据的丢失（3.14丢失了小数部分），所以最好不要跨类型赋值，尽量保证变量与所要赋予的值是同一个类型。

注意，舍弃小数部分时，不是四舍五入，而是整个舍弃。

int x = 12.99;

上面示例中，x等于12，而不是四舍五入的13。

（2）整数赋值给浮点数变量

整数赋值给浮点数变量时，会自动转为浮点数。

float y = 12 * 2;