老师不讲的C语言知识

老师不讲的C语言知识

导语：

对于工科生，C语言是一门必修课。标准C（ANSI C）这个看似简单的语言在硬件底层编程、嵌入式开发领域还是稳坐头把交椅。在20年5月份，C语言就凭借其在医疗设备上的广泛应用，时隔五年重回编程语言榜首。

同学们在拿到学分之后还有没有使用这门“手艺”呢？

想做软硬件项目的同学还需要补足哪些知识呢？

不论是正在学习还是曾经学习过C语言的同学，这篇文章总结的一些要点能提供一个新的角度来理解C语言的设计理念和特性。

一起来看看吧！

目录

• 老师不讲的C语言知识
  • 导语：
  • [toc]
  • 关键字
    • auto
    • static
    • volatile
    • __WEAK
  • 类型
    • char
    • float
    • 结构体、数组、指针
      • 结构体和数组
      • 数组和指针
      • 指针
  • 函数
    • 函数调用顺序
    • 参数压栈顺序：从右至左吗？
    • 确保你明白它们的用法、原理和......缺陷
  • 预处理
    • #include能做些什么？
    • #define不好吗？
  • 结语

关键字

一共有多少个关键字？这个的确不好说，在C99和C11里都添加了新的关键字，也有的关键字由于过时淡出了我们的视线。下面这些关键字的用法都掌握了吗？

auto

它可谓默默无闻，不少人应该知道它没什么用——局部变量默认就是auto类型。除此之外，auto变量存放在动态储存区中的栈区。也就是这种变量时有时无，寿命可变，自动（auto）管理。

注意：正因为来去自如，创建的局部变量不会自动初始化为零！！切记

但是，在C++11里auto翻身了，可以用作类型推导。比如：

//以前
double a=10.5;

//现在
auto a=10.5;
//这样就可以把a作为double类型。

可是这和C有什么关系？

static

你能想到static的几个用法？有人说是三个，我觉得就两个。

• 修饰全局变量或函数时，它的作用是仅限本文件访问。C语言里没有命名空间，如果不加static，不同文件里的同名变量会引起混淆，毕竟他们的作用域相同。
• 修饰局部变量，成为存放在静态储存区的静态变量。生命周期为整个程序执行过程。与auto不同，静态变量在程序开始之前就初始化完毕。这也就是常说的第三个用法，将局部变量初始化为零。其实这只是变量存放在静态储存区的一个特征，所以不单独拿出来。

volatile

大多数学校课程是不会用到它的，接触单片机和多线程就能懂得它的重要性。

volatile的意思是”易变的、无常的“，名副其实。

volatile是对变量的修饰，比如volatile int flag=0;它是对编译器的提醒：

”嘿，这变量是变化无常的，你可小心点！“

这针对的是编译器的”小聪明“——优化。

举个例子

int flag=0;
...
flag=1;
if(flag==1)

计算机运算要先把变量从内存加载到寄存器，这一步是耗时间的。编译器一看，前脚我才让flag=1，这个flag还在寄存器里，到下一句判断之间也没有能改变flag的语句，那我不直接用这个寄存器里的flag=1嘛。

可万万没想到，就在flag=1之后，if之前，来了一次硬件中断，终端回调函数把flag改成0了。

编译器是料不到的，就认为flag=1。这在很多实际情况下是很恐怖的。

不仅仅是中断，插入一段汇编，其他线程改变内存都会引起这类问题。

如果改为volatile int flag=0;,凡是用到这个变量，就会去内存里不怕麻烦地找到它，不再偷懒。

当时我年轻不懂事，一个单片机项目里用中断改变标志位。怎么都不正常，后来哥们让我在标志前面加个volatile就解决了。。。

__WEAK

这不是个关键字，这只是GCC的一个特性。看STM32官方固件库的同学应该没少见到它，但它不是C++里virtual那种虚函数。如果有同名的不带_WEAK前缀的函数，优先使用不带的。

如果用户自定义了，那就使用用户的，如果没有，那就用默认的。这样方便用户自定义一些回调函数、处理函数。

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类型

相信大家对C语言的强类型特性印象非常深刻。尤其是printf的格式化输出和复杂指针的类型。

程序不就是数据结构+算法，基本类型则是构成数据结构高楼大厦的一砖一瓦。

char

冥冥之中，我觉得char类型是最神奇的类型。在C语言标准里char的大小是1 Byte，这是不会变的，也就是sizeof(char)无论在哪都是1。但是：

printf("%d\n",sizeof('a'));

输出是多少？是4，一个int的大小！没错，字符常量的类型不是char而是int。

来放松一下。

你平时怎么读“char”？反正我是读了好几年的”差“，后来转念一想，字符的英文是character[ˈkærəktə(r)],那不应该是。。。。其实有三个发音，英文char（煤炭）、car（汽车）、care（关心）都可以。

float

浮点数比整形更贴近实际，也不至于出现除法去尾的情况。要注意的是，计算机的浮点数是分立的，有时候1.30会变成1.299999。比如matlab里查看eps（epsilon）可以得到浮点数的最小分度值。(win64下)

>>eps()
ans=2.2204e-16

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结构体、数组、指针

三者的关系可以说是纠缠不清。

刚学C都遇到过，函数返回值可以是一个庞大的结构体，却不能是一个简单的数组。可是，数组类型可以是结构体，结构体的成员也可以包含数组，仅仅是组织方式的区别。

结构体和数组

举例说明一下，现有结构体struct_a，有成员a、b、c三个。

struct {
    int a;
    int b;
    int c;
}struct_a;

//访问a
struct_a.a;

(&struct_a)->a;//千万别写&struct_a->a,->比&优先级高

(*(int*)(&struct_a)+0)//错误！！
//这是错误的，因为结构体的变量之间不保证连续，可能会有填充。

注意最后一种写法，有时候编译器为了对齐，会填充一些地址，导致不连续。不要这样访问结构体成员！

如果是数组呢？我们常用arr[n]这种方式来访问数组成员，”[]“这个符号的用途是把a[b]变成*(a+b)。请结合例子理解一下。

int a[3]={1,2,3};
printf("%d \n",a[0]);
printf("%d \n",*(a+0));
printf("%d \n",0[a]);//输出1
printf("%c",2["abc"])//输出c

数组和指针

把数组传入函数时，有两种写法

int func(int arr[]);
int func(int* arr);

在C里，第一种会自动转化成第二种，所以访问数组本质还是指针。

教你个窍门：

int arr[10];

int* ptr=&arr[-1];

然后就可以从下标1开始用数组ptr[]。

指针

毫无疑问，指针是个麻烦事。比如char *(*(*(a[2])())()是一个包含2个指向返回 指向字符的指针的函数指针的数组，几乎很难看出它到底是数组还是指针。

希望这些要点能帮到你！

• 优先与[]结合再与*结合

• 指针类型：把声明中指针名称去掉，就得到了指针的类型。

  Int * ptr→int *

  Int(* ptr)[3]→int(*)[3]

  同时注意结合关系，比如下面这个的名称就是ptr[3]，而不是上面的ptr

  int *ptr[3]->int *

• 所指向的类型：去掉指针名称和一个*

int*ptr; : 指针所指向的类型是 int

int ** ptr; : 指针所指向的的类型是 int*

int(*ptr)[3]; : 指针所指向的的类型是 int()[3]

• 指针赋值时，左边指针所指向的类型必须具有右边指针所指向类型的全部限定符，比如

  char* cp;
  const char* ccp;
  
  ccp=cp;//正确
  cp=ccp;//错误
  

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函数

C语言绝不是Python那样自备电池的全能型语言，它是一门中级语言。

标准库函数往往看起来简陋而且有缺陷。

来了解一下吧。

函数调用顺序

int a=f()+g()*h();

这三个函数的执行顺序是不确定的，C标准把选择顺序的权力交给编译器以便针对各个平台进行优化。

可以确定的一点是，乘法优先级高于加法。

参数压栈顺序：从右至左吗？

可能很多人都知道这个考点，函数参数压栈的顺序是从右至左，右边的表达式会先被运行。

重点在后面的问号

C标准对于压栈顺序并没有明确规定，也就是编译器可以修改成从左至右的压栈顺序。

默认的从右至左是为了支持可变参数，用来计算栈的大小。

确保你明白它们的用法、原理和......缺陷

早期的gets()导致了蠕虫病毒，因为它不检查缓冲区是否越界，其实scanf也有这个问题。标准输入输出有许多设计上的细节需要被了解，比如printf使用%来转义%而不是\ , scanf里的\n并不代表等待一个换行符而是读取并抛弃所有空格......

这些设计上的特点可能会在意想不到的地方产生出意想不到的效果。所以，为了程序的健壮性，多多了解它们吧。

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预处理

预处理是个很好的想法，增强了程序的可移植性和裁剪性。

不仅仅是常见的#include、#define，它的功能可以非常强大，如果用得好的话。

#include能做些什么？

复制，原封不动的复制。

甚至可以这样：

//str.h
"hu","xiao","an"

//main.c
char arr[3][10]={
#include"str.h"
};
printf(a[1]);//输出xiao

真就是原封不动，但要注意预处理命令是要在一行的开头，独占一行。

如果是#include<>则会首先在标准位置（C语言安装位置）搜寻，#include ""则现在同一文件夹下搜索，找不到再去标准位置搜索。

#define不好吗？

在C++里，用#define来定义常量是不被推荐的，因为#define也仅仅是预处理替换，没有类型检查。

推荐使用const修饰的变量。仁者见仁，两种方法各有特点。

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结语

“看似简单”这个描述对于C语言是再恰当不过的。最早的K&R标准只有40页，ANSI C手册则超过了两百页，尽管这样，C语言特性给了编程者极大的自由，衍生出来许多意想不到的用法和Bug。。。

本文整理的内容不过是冰山一角，还有更多的进阶内容等待探索。

周虽旧邦，其命唯新。多次的标准更新已经让C语言不再是教科书里的简陋模样。了解新特征，有利于C语言的实际应用。

希望大家都能够熟练掌握这门传统艺能！

如果有关于编程语言、嵌入式等领域的想法想与我讨论，欢迎各位来找我！

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由于C标准的未定义情况较多，交由编译器自己决定的情况非常多，不能保证在任何平台下都是同一结果。

作者能力有限，如有错误或者偏差，恳请各位指正！

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