C 程式結構

在我們學習 C 語言的基本構建塊之前，讓我們先來看看一個最小的 C 程式結構.

C Hello World 例項

C 程式主要包括以下部分：

• 前處理器指令
• 函式
• 變數
• 語句 & 表示式
• 註釋

讓我們看一段簡單的程式碼，可以輸出單詞 "Hello World"：

例項

#include <stdio.h> 

int main()
{   
	/* 我的第一個 C 程式 */
  printf("Hello, World! \n");
  
  return 0;
}

接下來我們講解一下上面這段程式：

1. 程式的第一行 #include <stdio.h>
   是前處理器指令，告訴 C 編譯器在實際編譯之前要包含 stdio.h 檔案。
2. 下一行 int main() 是主函式，程式從這裡開始執行。
3. 下一行 /.../ 將會被編譯器忽略，這裡放置程式的註釋內容。它們被稱為程式的註釋。
4. 下一行 printf(...) 是 C 中另一個可用的函式，會在螢幕上顯示訊息 "Hello, World!"。
5. 下一行 return 0; 終止 main() 函式，並返回值 0。

編譯 & 執行 C 程式

接下來讓我們看看如何把原始碼儲存在一個檔案中，以及如何編譯並執行它。下面是簡單的步驟：

1. 開啟一個文字編輯器，新增上述程式碼。
2. 儲存檔案為 hello.c。
3. 開啟命令提示符，進入到儲存檔案所在的目錄。
4. 鍵入 gcc hello.c，輸入回車，編譯程式碼。
5. 如果程式碼中沒有錯誤，命令提示符會跳到下一行，並生成 a.out 可執行檔案。
6. 現在，鍵入 a.out 來執行程式。
7. 您可以看到螢幕上顯示 "Hello World"。

$ gcc hello.c
$ ./a.out
Hello, World!

請確保您的路徑中已包含 gcc 編譯器，並確保在包含原始檔 hello.c 的目錄中執行它。

如果是多個 c 程式碼的原始碼檔案，編譯方法如下：

$ gcc test1.c test2.c -o main.out
$ ./main.out

test1.c 與 test2.c 是兩個原始碼檔案。

C 的令牌（Token）

C 程式由各種令牌組成，令牌可以是關鍵字、識別符號、常量、字串值，或者是一個符號。例如，下面的 C 語句包括五個令牌：

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

這五個令牌分別是：

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

關鍵字

下表列出了 C 中的保留字。這些保留字不能作為常量名、變數名或其他識別符號名稱。

C 資料型別

在 C 語言中，資料型別指的是用於宣告不同型別的變數或函式的一個廣泛的系統。變數的型別決定了變數儲存佔用的空間，以及如何解釋儲存的位模式。

C 中的型別可分為以下幾種：

void 型別

void 型別指定沒有可用的值。它通常用於以下三種情況下：

位運算子

位運算子作用於位，並逐位執行操作。&、 | 和 ^ 的真值表如下所示：

假設如果 A = 60，且 B = 13，現在以二進位制格式表示，它們如下所示：

A = 0011 1100

B = 0000 1101

-----------------

A&B = 0000 1100

A|B = 0011 1101

A^B = 0011 0001

~A = 1100 0011

下表顯示了 C 語言支援的位運算子。假設變數 A 的值為 60，變數 B 的值為 13，則：

例項

請看下面的例項，瞭解 C 語言中所有可用的位運算子：

例項

#include <stdio.h>
 
int main()
{
 
   unsigned int a = 60;    /* 60 = 0011 1100 */  
   unsigned int b = 13;    /* 13 = 0000 1101 */
   int c = 0;           
 
   c = a & b;       /* 12 = 0000 1100 */ 
   printf("Line 1 - c 的值是 %d\n", c );
 
   c = a | b;       /* 61 = 0011 1101 */
   printf("Line 2 - c 的值是 %d\n", c );
 
   c = a ^ b;       /* 49 = 0011 0001 */
   printf("Line 3 - c 的值是 %d\n", c );
 
   c = ~a;          /*-61 = 1100 0011 */
   printf("Line 4 - c 的值是 %d\n", c );
 
   c = a << 2;     /* 240 = 1111 0000 */
   printf("Line 5 - c 的值是 %d\n", c );
 
   c = a >> 2;     /* 15 = 0000 1111 */
   printf("Line 6 - c 的值是 %d\n", c );
}

當上面的程式碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

Line 1 - c 的值是 12
Line 2 - c 的值是 61
Line 3 - c 的值是 49
Line 4 - c 的值是 -61
Line 5 - c 的值是 240
Line 6 - c 的值是 15

C 函式

函式是一組一起執行一個任務的語句。每個 C 程式都至少有一個函式，即主函式 main() ，所有簡單的程式都可以定義其他額外的函式。

您可以把程式碼劃分到不同的函式中。如何劃分程式碼到不同的函式中是由您來決定的，但在邏輯上，劃分通常是根據每個函式執行一個特定的任務來進行的。

函式宣告告訴編譯器函式的名稱、返回型別和引數。函式定義提供了函式的實際主體。

C 標準庫提供了大量的程式可以呼叫的內建函式。例如，函式 strcat() 用來連線兩個字串，函式 memcpy() 用來複制記憶體到另一個位置。

函式還有很多叫法，比如方法、子例程或程式，等等。

定義函式

C 語言中的函式定義的一般形式如下：

return_type function_name( parameter list )
{
   body of the function
}

在 C 語言中，函式由一個函式頭和一個函式主體組成。下面列出一個函式的所有組成部分：

• 返回型別：一個函式可以返回一個值。return_type 是函式返回的值的資料型別。有些函式執行所需的操作而不返回值，在這種情況下，return_type 是關鍵字 void。
• 函式名稱：這是函式的實際名稱。函式名和引數列表一起構成了函式簽名。
• 引數：引數就像是佔位符。當函式被呼叫時，您向引數傳遞一個值，這個值被稱為實際引數。引數列表包括函式引數的型別、順序、數量。引數是可選的，也就是說，函式可能不包含引數。
• 函式主體：函式主體包含一組定義函式執行任務的語句。

例項

呼叫函式

建立 C 函式時，會定義函式做什麼，然後通過呼叫函式來完成已定義的任務。

當程式呼叫函式時，程式控制權會轉移給被呼叫的函式。被呼叫的函式執行已定義的任務，當函式的返回語句被執行時，或到達函式的結束括號時，會把程式控制權交還給主程式。

呼叫函式時，傳遞所需引數，如果函式返回一個值，則可以儲存返回值。例如：

#include <stdio.h>
 
/* 函式宣告 */
int max(int num1, int num2);
 
int main ()
{
   /* 區域性變數定義 */
   int a = 100;
   int b = 200;
   int ret;
 
   /* 呼叫函式來獲取最大值 */
   ret = max(a, b);
 
   printf( "Max value is : %d\n", ret );
 
   return 0;
}
 
/* 函式返回兩個數中較大的那個數 */
int max(int num1, int num2) 
{
   /* 區域性變數宣告 */
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

函式引數

如果函式要使用引數，則必須宣告接受引數值的變數。這些變數稱為函式的形式引數。

形式引數就像函式內的其他區域性變數，在進入函式時被建立，退出函式時被銷燬。

當呼叫函式時，有兩種向函式傳遞引數的方式：

預設情況下，C 使用傳值呼叫來傳遞引數。一般來說，這意味著函式內的程式碼不能改變用於呼叫函式的實際引數。

全域性變數與區域性變數在記憶體中的區別：

• 全域性變數儲存在記憶體的全域性儲存區中，佔用靜態的儲存單元；
• 區域性變數儲存在棧中，只有在所在函式被呼叫時才動態地為變數分配儲存單元。

列舉變數的定義

前面我們只是聲明瞭列舉型別，接下來我們看看如何定義列舉變數。

我們可以通過以下三種方式來定義列舉變數

1、先定義列舉型別，再定義列舉變數

enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};
enum DAY day;

2、定義列舉型別的同時定義列舉變數

enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;

3、省略列舉名稱，直接定義列舉變數

enum
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;

例項

#include <stdio.h>
 
enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};
 
int main()
{
    enum DAY day;
    day = WED;
    printf("%d",day);
    return 0;
}

以上例項輸出結果為：

3

回撥函式

函式指標作為某個函式的引數

函式指標變數可以作為某個函式的引數來使用的，回撥函式就是一個通過函式指標呼叫的函式。

簡單講：回撥函式是由別人的函式執行時呼叫你實現的函式。

以下是來自知乎作者常溪玲的解說：

你到一個商店買東西，剛好你要的東西沒有貨，於是你在店員那裡留下了你的電話，過了幾天店裡有貨了，店員就打了你的電話，然後你接到電話後就到店裡去取了貨。在這個例子裡，你的電話號碼就叫回調函式，你把電話留給店員就叫登記回撥函式，店裡後來有貨了叫做觸發了回撥關聯的事件，店員給你打電話叫做呼叫回撥函式，你到店裡去取貨叫做響應回撥事件。

C 字串

在 C 語言中，字串實際上是使用空字元 \0 結尾的一維字元陣列。因此，\0 是用於標記字串的結束。

空字元（Null character）又稱結束符，縮寫 NUL，是一個數值為 0 的控制字元，\0 是轉義字元，意思是告訴編譯器，這不是字元 0，而是空字元。

下面的宣告和初始化建立了一個 RUNOOB 字串。由於在陣列的末尾儲存了空字元 \0，所以字元陣列的大小比單詞 RUNOOB 的字元數多一個。

char site[7] = {'R', 'U', 'N', 'O', 'O', 'B', '\0'};

依據陣列初始化規則，您可以把上面的語句寫成以下語句：

char site[] = "RUNOOB";

以下是 C/C++ 中定義的字串的記憶體表示：

其實，您不需要把 null 字元放在字串常量的末尾。C 編譯器會在初始化陣列時，自動把 \0 放在字串的末尾。

C 結構體

C 陣列允許定義可儲存相同型別資料項的變數，結構是 C 程式設計中另一種使用者自定義的可用的資料型別，它允許您儲存不同型別的資料項。

結構用於表示一條記錄，假設您想要跟蹤圖書館中書本的動態，您可能需要跟蹤每本書的下列屬性：

• Title
• Author
• Subject
• Book ID

定義結構

為了定義結構，您必須使用 struct 語句。struct 語句定義了一個包含多個成員的新的資料型別，struct 語句的格式如下：

//此宣告聲明瞭擁有3個成員的結構體，分別為整型的a，字元型的b和雙精度的c
//同時又聲明瞭結構體變數s1
//這個結構體並沒有標明其標籤
struct 
{
    int a;
    char b;
    double c;
} s1;
 
//此宣告聲明瞭擁有3個成員的結構體，分別為整型的a，字元型的b和雙精度的c
//結構體的標籤被命名為SIMPLE,沒有宣告變數
struct SIMPLE
{
    int a;
    char b;
    double c;
};
//用SIMPLE標籤的結構體，另外聲明瞭變數t1、t2、t3
struct SIMPLE t1, t2[20], *t3;
 
//也可以用typedef建立新型別
typedef struct
{
    int a;
    char b;
    double c; 
} Simple2;
//現在可以用Simple2作為型別宣告新的結構體變數
Simple2 u1, u2[20], *u3;

C 錯誤處理

C 語言不提供對錯誤處理的直接支援，但是作為一種系統程式語言，它以返回值的形式允許您訪問底層資料。在發生錯誤時，大多數的 C 或 UNIX 函式呼叫返回 1 或 NULL，同時會設定一個錯誤程式碼 errno，該錯誤程式碼是全域性變數，表示在函式呼叫期間發生了錯誤。您可以在 errno.h 標頭檔案中找到各種各樣的錯誤程式碼。

所以，C 程式設計師可以通過檢查返回值，然後根據返回值決定採取哪種適當的動作。開發人員應該在程式初始化時，把 errno 設定為 0，這是一種良好的程式設計習慣。0 值表示程式中沒有錯誤。

errno、perror() 和 strerror()

C 語言提供了 perror() 和 strerror() 函式來顯示與 errno 相關的文字訊息。

• perror() 函式顯示您傳給它的字串，後跟一個冒號、一個空格和當前 errno 值的文字表示形式。
• strerror() 函式，返回一個指標，指標指向當前 errno 值的文字表示形式。

讓我們來模擬一種錯誤情況，嘗試開啟一個不存在的檔案。您可以使用多種方式來輸出錯誤訊息，在這裡我們使用函式來演示用法。另外有一點需要注意，您應該使用 stderr 檔案流來輸出所有的錯誤。

C 遞迴

遞迴指的是在函式的定義中使用函式自身的方法。

舉個例子：
從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？"從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？'從前有座山，山裡有座廟，廟裡有個老和尚，正在給小和尚講故事呢！故事是什麼呢？……'"

C 語言支援遞迴，即一個函式可以呼叫其自身。但在使用遞迴時，程式設計師需要注意定義一個從函式退出的條件，否則會進入死迴圈。

遞迴函式在解決許多數學問題上起了至關重要的作用，比如計算一個數的階乘、生成斐波那契數列，等等。

數的階乘

下面的例項使用遞迴函式計算一個給定的數的階乘：

#include <stdio.h>
 
double factorial(unsigned int i)
{
   if(i <= 1)
   {
      return 1;
   }
   return i * factorial(i - 1);
}
int  main()
{
    int i = 15;
    printf("%d 的階乘為 %f\n", i, factorial(i));
    return 0;
}

斐波那契數列

下面的例項使用遞迴函式生成一個給定的數的斐波那契數列：

#include <stdio.h>
 
int fibonaci(int i)
{
   if(i == 0)
   {
      return 0;
   }
   if(i == 1)
   {
      return 1;
   }
   return fibonaci(i-1) + fibonaci(i-2);
}
 
int  main()
{
    int i;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
       printf("%d\t\n", fibonaci(i));
    }
    return 0;
}