程序員C語言快速上手——基礎篇（三）

小拓展：C語言中int的正確使用姿勢

上一節已經講過，由於C語言中，整型的實際長度和範圍不固定的問題，會導致C語言存跨平臺移植的兼容問題，因此，C99標準中引入了stdint.h頭文件，有效的解決了該問題。

#include<stdio.h>
#include<stdint.h>

int main(void){
    // 使用stdint.h中定義的類型表示整數
    int8_t a = 0;
    int16_t b = 0;
    int32_t c = 0;
    int64_t d = 0;

    // 前面加u，表示unsigned,無符號
    uint32_t e = 0;
    printf("int8 size is %d\n",sizeof(int8_t));
    printf("int16 size is %d\n",sizeof(int16_t));
    printf("int32 size is %d\n",sizeof(int32_t));
    printf("int64 size is %d\n",sizeof(int64_t));
    printf("uint32 size is %d\n",sizeof(uint32_t));
}

打印結果：

int8 size is 1
int16 size is 2
int32 size is 4
int64 size is 8
uint32 size is 4

int8_t即表示8位整型，同理，int64_t就是64位整型，類型定義明確清晰，且能兼容多種平臺。以上代碼，使用32位編譯器，編譯成32位系統下的程序後，運行得到的結果依然不變。這裏一定會有朋友質疑，爲什麼32位的系統下，還能表示並使用int64這種64位的整型？這當然就是stdint.h庫給我們帶來的便利了，簡單說一下原理，如果當前平臺的是32位的，那麼經過組合，我們可以使用兩個32位拼起來，不就能表示64位了嗎？同理，即使是8位的CPU，經過這種拼合思路，照樣能表示64位！當然，聰明人一眼就看出了弊端，使用這種拼合的方式，數據需要經過組合轉換，處理也更加複雜，同時還會帶來性能的損失，但是C99標準庫已經爲我們處理好了一切，雖然付出了一定的性能損失，但是成功的實現了C語言整型的跨平臺兼容，這樣的損失是完全值得的。

由於stdint.h頭文件是C99標準引入的新特性，前面也說過微軟的VC編譯器不支持C99，那是不是VC就不能用了呢？好東西，當然人人眼饞，微軟雖然表面上說不支持C99，但是這種有用的特性還是會引入，因此VS2010也引入了stdint.h頭文件，在VS2010及其以後的版本中，可以放心使用。但是要注意，只是引入了這個新特性，而不是支持C99。這裏就要吐槽了，目前還在使用VC6.0教學的，還是上個世紀的人麼？說和工具沒關係的這些人，害人匪淺。

語法基礎

表達式

與其他編程語言不同，C語言強調表達式而不是語句。表達式就如同計算值的公式，通過運算符把變量和常量組合起來。

算術運算符

主要包括加減乘除
+、-、*、/

求餘數，即取模運算 %

二元的算術運算還包括自增和自減
++、--

自增和自減運算符可以作爲前綴或後綴使用，如下

int i = 0;
i++;
++i;

那麼i++和++i的區別是什麼呢？
關於這兩者的區別，某些教材和網上一些資料是這樣解釋的，++做前綴，是先讓i加1，做後綴則後加1，既在下一行代碼前i被加1。類似這種說法其實是不準確的，甚至是錯誤的，理解太過於表面，只是對現象的概括而已。這裏咱們就一次把這個問題徹底搞明白，永不犯迷糊。

前面已經說了，C語言強調的是表達式而不是語句，那麼表達式和語句有什麼區別呢？我個人認爲其中一個區別就是表達式整體一定有一個值，而語句可以沒有返回值。有其他編程基礎的朋友一定清楚所謂返回值的概念，那麼就是說表達式一定有一個返回值，或者應該說是表達式整體的值。

i++作爲一個表達式，那麼他的表達式的值是什麼呢？其實我們可以用一個變量來保存表達式的值int r = i++;

    int i = 0;
    int r = i++;
    
    printf("r=%d\n",r);

可以看到，表達式的r值爲0。這個例子就很清楚了，所謂表達式的值，其實就是(i++)整體的一個值，它是一個獨立的值。再運行下面的例子

    int i = 0;
    int r = ++i;
    
    printf("r=%d\n",r);

可以看到，此時，表達式(++i)整體的值r變成了1。

來總結一下

1. 當++作爲後綴時，自增表達式整體的值等於該變量初始值。如上例中int r = i++;，表達式整體的返回值r 等於i的初始值，而i未做自增運算前的初始值是0，所以r就是0。但是要注意，表達式一旦運行，i的值就會立刻發生變化，因此(i++)中，i的值是1

2. 當++作爲前綴時，自增表達式整體的返回值等於該變量運算之後的值。如上例中int r = ++i;，r的值等於(++i)表達式運算之後i的實際值。

因此，遇到複雜的自增運算符時，只需要問自己兩個問題，自增變量的值是幾？表達式整體的返回值又是幾？下面我們看一個很常見的問題，問i和j打印的值各是幾？

    int i = 0;
    int j = i++ + ++i;
    printf("i=%d, j=%d\n",i,j);

按照我們上面講的知識來分解，先把式子拆分成(i++) + (++i);，(i++)這個表達式整體的值是0，但此時i的值已經變成1了。而在(++i)這個表達式中，i的值則是1 + 1，所以執行(++i)後，i的值爲2，那麼j的值也就是0 + 2

大家千萬要記住，不管是i++也好，++i也罷，變量i的值都會立刻增加，所以只看i的值，這兩者是沒有區別的，它的區別在我們說的另一個概念上，也就是所謂的表達式的返回值。

好了，授人以魚不如授人以漁，如何證明我說的就是對的，別人的是錯誤的呢？C語言就是有一個好處，一切紛繁複雜的表象都能迴歸事物的本質。因爲C語言與彙編語言是一一對應的，因此我們只需要查看C語言翻譯成彙編語言後，在計算機內部到底發生了什麼就能掌握真理，而無需人云亦云。

爲了讓生成的彙編語言更簡單，我們去除頭文件，編寫最簡單的代碼test.c

int main(void){
    int i = 0;
    i++ + ++i;
    return 0;
}

打開cmd命令行，使用gcc命令生成彙編源碼，這裏學習一個新的gcc參數-S

gcc -S test.c

打開生成的test.s文件，這裏截取關鍵部分如下：

	call	__main
	movl	$0, -4(%rbp)
	movl	-4(%rbp), %eax
	addl	$1, %eax
	movl	%eax, -4(%rbp)
	addl	$1, -4(%rbp)
	movl	$0, %eax
	addq	$48, %rsp
	popq	%rbp
	ret

這裏call __main相當於main函數入口，ret相當於return 0，這之間一段也就對應我們的兩行C語言代碼。特別說明一下，這裏使用的gnu的工具鏈生成的是AT&T的x86-64彙編代碼，而非大家熟悉的intel 80386彙編。高校教的彙編語言都是intel x86的32位彙編，因此學過彙編的人可能也會感覺非常陌生。實際上這段彙編非常簡單，並不需要有什麼彙編基礎。

簡單解釋一下指令
movl 對應80386彙編中的mov指令，是單詞move的縮寫，表示傳遞數據，addl則對應add指令，表示加法器。這裏的-4(%rbp)表示的是一個內存地址，eax則是32位對應的8個寄存器中的第一個。
movl $0, -4(%rbp)這句表示把一個常量0存到一個內存地址中，對應int i = 0;此後，-4(%rbp)這個地址就代指變量i
movl -4(%rbp), %eax這句表示將變量i中的值取出來放到一個名叫eax的寄存器中。addl $1, %eax則對應i++，表示將常量1與寄存器eax的值相加，然後存到eax中，那麼此時eax的值就是1。緊接着movl %eax, -4(%rbp)，表示將寄存器eax的值刷新到變量i中，故而i++後，i的值立刻發生改變。
然後是addl $1, -4(%rbp)，這句對應的C語言代碼是++i，它表示將常量1直接與變量i的值相加，結果仍然保存到變量i中，那麼此時就是1+1，故而變量i最後等於2。

到這裏，其實彙編代碼就結束了，並沒有將(i++)的整體結果與(++i)的整體結果做最後的求和，這是因爲我們沒有用一個 變量來保存他們的和，所以編譯器對C語言代碼進行了優化，既然我們不需要結果，它乾脆就不計算了。

現在修改代碼，並再次生成彙編代碼

int main(void){
    int i = 0;
    int j = i++ + ++i;
    return 0;
}

這次生成的彙編代碼稍複雜，簡單說明一下，edx、eax都是32位通用寄存器，rax則是64位寄存器，在此處，可以把rax和eax等同，可以看做是同一個寄存器。那麼leal 1(%rax), %edx則表示，將寄存器rax(即eax)中的值加1，然後存到edx寄存器中。-4(%rbp)和-8(%rbp)分別是變量i和變量j的內存地址，可以指代這兩個變量。

通過上述彙編代碼，我們可以清晰的發現，無論是i++還是++i，變量i的值都會立刻被改變。

最後，關於i++和++i的闢謠：
有一些陳舊的資料中指出，++i的性能要比i++更好，因爲它是直接在內存中加1，在for循環中，推薦使用++i。讓我們再次編寫C代碼，生成彙編代碼來驗證這個觀點

int main(void){
    int i = 0;
    int j = 0;

    i++;
    ++j;
}

彙編代碼

	call	__main
	movl	$0, -4(%rbp)
	movl	$0, -8(%rbp)
	addl	$1, -4(%rbp)
	addl	$1, -8(%rbp)
	movl	$0, %eax
	addq	$48, %rsp
	popq	%rbp
	ret

可以看到，i++;和++j;生成的彙編代碼一模一樣，不存在誰性能更好的說法。現代編譯器中，都已做了優化處理，因此你喜歡寫那種風格都沒問題。

關係運算符

用於比大小的一些運算，其中==表示兩者相等
<、<=、>、>=、==

邏輯運算符

這是任何一種編程語言都具備的，如下，表示邏輯與或非
&&、||、!

賦值運算符

=表示賦值運算符，在C語言中，存在左值和右值的概念。簡單說，=左邊的叫左值，右邊的叫右值。左值只能是計算機內存中的對象，而不能是常量或計算的結果。例如變量可以成爲左值，而像5、i + 2這樣的不能做左值。

注意，重點來了，C語言中=運算符存在賦值陷阱！

首先看C語言的連環賦值語法

int i,j,k;

i = j = k = 0;

=遵循右結合，所有它等價於i = (j = (k = 0))，也就是說0先賦值給k，然後k的值再賦值給j，以此類推。Ok，這樣是沒問題的。

再看如下代碼

    int i;
    float j;
    j = i = 6.1f;

則j最終的值變成了6.0，這就是賦值陷阱。也就是說=存在類型自動轉換的問題，值傳遞給i時，自動轉化爲int型，丟棄了小數部分。

除此外，賦值運算符還存在複合用法如下

    int8_t a = 0;
    int16_t b = 0;
    int32_t c = 0;
    int64_t d = 0;

    a += 1;  // 等價於 a = a + 1
    b -=1;   // 等價於 a = a - 1
    c *= 1;  // 等價於 a = a * 1
    d /=2;   // 等價於 a = a / 1
    d %=2;   // 等價於 a = a % 1

運算符優先級

這裏給出一個簡單常見的優先級順序

優先級	類型	符號
1	自增自減（後綴）	i++ 或i--
2	自增自減（前綴）	++i 或--i
3	乘法類	* / %
4	加法類	+ -
5	賦值類	= += -= ……

分支與循環

條件分支

C語言的條件分支與其他語言相似
if-else分支，如下結構，這是Linux C語言推薦的代碼範式，即將一個花括號緊跟小括號之後，寫在同一行。

if (1 > 0){
// do something
}else{
// do something
}

if後面的條件表達式中存在陷阱，在C語言中沒有布爾類型，使用0和非0來表示false和true。因此很多人會想當然的以爲0是false，大於0就是true，實際上，-1也是true，要注意，是一切非0值，包括小數也是true。

當if-else中只有一句時，語法上是可以省略花括號的，但是不建議這樣，尤其包含嵌套的if語句時。C語言語法比較自由，正是如此，才更應該遵守規範。始終寫上花括號，養成良好的編程規範，使代碼易於閱讀和維護。

if(a>b) max=a;
else max=b;

// 或者放兩行
if(a>b) 
	max=a;
else 
	max=b;

多重條件的複合判斷

if(/*條件1*/){
    //語句塊1
} else  if(/*條件2*/){
    //語句塊2
} else  if(/*條件3*/){
    //語句塊3
}else{
     //語句塊n
}

當複合的條件過多時，直接使用if - else if - else會顯得代碼冗長，因此C語言也提供了另一種語法編寫選擇分支，與Java、JavaScript等語言的switch相同

int a = 1;

switch(a){
        case 1: 
	        printf("Monday\n"); 
	        break;
        case 2: 
	        printf("Tuesday\n"); 
	        break;
        case 3: 
	        printf("Wednesday\n"); 
	        break;
        case 4: 
	        printf("Thursday\n"); 
	        break;
        case 5: 
	        printf("Friday\n"); 
	        break;
        case 6: 
	        printf("Saturday\n"); 
	        break;
        case 7: 
	        printf("Sunday\n"); 
	        break;
        default:
        	printf("error\n"); 
        	break;
    }

需要注意，case 後面必須是一個整數，或者是結果爲整數的表達式，但不能包含任何變量。

循環

while

最簡單的循環當是while循環

while(/*表達式*/){
    //語句塊
}

int i=1, sum=0;
while( i<=100 ){
    sum+=i;
    i++;
}

除此外，還存在while循環的變體，do - while循環

do{
    //語句塊
}while(/*表達式*/);

//---------------------------------
int i=1, sum=0;

do{
    sum+=i;
    i++;
}while(i<=100);

do-while循環與while循環的不同在於，它會先執行“語句塊”，然後再判斷表達式是否爲真，如果爲真則繼續循環；如果爲假，則終止循環。因此，do-while 循環至少要執行一次“語句塊”。再使用do-while循環時，要記住，while(i<=100);的小括號後面必須跟一個分號。

for

C語言中更常用的可能是for循環

for 循環的一般形式

for(表達式1; 表達式2; 表達式3){
    語句塊
}

1. 先執行“表達式1”。
2. 再執行“表達式2”，如果它的值爲真（非0），則執行循環體，否則結束循環。
3. 執行完循環體後再執行“表達式3”。
4. 重複執行步驟 2 和 3，直到“表達式2”的值爲假，就結束循環。

// 使用for循環，進行等差數列求和
int sum=0;
for(int i=1; i<=100; i++){
    sum+=i;
}

printf("%d\n",sum);

for 循環中的三個表達式都是可選項，都可以省略，但分號必須保留。

int i = 1, sum = 0;
for( ; i<=100; i++){
    sum+=i;
}

// 省略兩個
for( ; i<=100 ; ){
    sum=sum+i;
    i++;
}

// 全部省略，表示死循環，等同於while(1){}
for( ; ; ){
// do something
}

實際上，for循環的靈活用法，完全可以替代while循環。另外，for循環中也能使用逗號表達式，當循環體只有一行時，亦可省略花括號

//表達式1 和 表達式3都是一個逗號表達式，即用逗號連接了兩個表達式。
for( i=0,j=100; i<=100; i++,j-- )  k=i+j;

控制循環

在適當的時候，我們需要退出循環或跳過本次循環，這時候就需要控制循環。
控制循環通常使用break和continue關鍵字。

當break 關鍵字用於 while、for 循環時，會終止循環而執行整個循環體後面的代碼。break 關鍵字通常和 if 語句一起使用，即滿足條件時便跳出循環

int i=1, sum=0;
while(1){  //死循環
    sum+=i;
    i++;
    if(i>100) break;  //滿足條件退出循環
}

continue 的作用是跳過本次循環中剩餘的語句而強制進入下一次循環。它只用在 while、for 循環中，常與 if 條件語句一起使用

// 打印奇數
for(int i=1; i<=100; i++){
    if(i%2 == 0){   // 遇到偶數時跳過
    	continue;
    }
    printf("%d\n",i);
}

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