C 編程，第 1 部分：簡介 · UIUC CS241 系統編程中文講義

# C 編程，第 1 部分：簡介 > 原文：[Processes, Part 1: Introduction](https://github.com/angrave/SystemProgramming/wiki/Processes%2C-Part-1%3A-Introduction) > 校驗：[青鳥](https://github.com/blue-bird1) > 自豪地采用[谷歌翻譯](https://translate.google.cn/) ## 快速認識一下 C？ * 請繼續閱讀下面的 C 速成課程 * 然后查看 [C Gotchas wiki 頁面](https://cs241.apachecn.org/#/docs/10)。 * 并了解[文本 I/O](https://cs241.apachecn.org/#/docs/9) 。 * 使用 [Lawrence 的介紹視頻](http://cs-education.github.io/sys/#)放松一下（還有一個在瀏覽器中的虛擬機可以玩！） ## 外部資源 * [在 Y 分鐘中學習 X](https://learnxinyminutes.com/docs/c/) （強烈推薦瀏覽!） * [面向 C ++ / Java 程序員的 C](http://www.ccs.neu.edu/course/com3620/parent/C-for-Java-C++/c-for-c++-alt.html) * [Brian Kernighan 的 C 教程](http://www.lysator.liu.se/c/bwk-tutor.html) * [c faq](http://c-faq.com/) * [C 訓練營](http://gribblelab.org/CBootCamp/index.html) * [C / C ++函數參考](http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/) * [gdb（Gnu 調試器）教程](http://www.unknownroad.com/rtfm/gdbtut/gdbtoc.html) 提示：使用“-tui”命令行參數運行 gdb 以獲得調試器的全屏版本。 * 在這里添加您喜歡的資源 ## C 速成教程介紹 __ 新頁面警告 __ 請為我修復拼寫錯誤和格式錯誤，并添加有用的鏈接。* ### 你怎么用 C 寫一個完整的 hello world 程序？ ```c #include <stdio.h> int main(void) { printf("Hello World\n"); return 0; } ``` ### 為什么我們使用'`#include <stdio.h>;`'？我們很懶！我們不想聲明`printf`函數。它已經在文件'`stdio.h`'中為我們完成了。 `#include`引入文件的文本內容將作為我們要編譯的文件的一部分。具體來說，`#include`指令采用文件`stdio.h`（它代表標準輸入和輸出）位于操作系統的某個位置，復制文本，并將其替換為`#include`所在的位置。 ### C 字符串是如何表示的？它們在內存中表示為字符。字符串的結尾包括 NULL（0）字節。所以“ABC”需要四（4）個字節`['A','B','C','\0']`。找出 C 字符串長度的唯一方法是繼續讀取內存，直到找到 NULL 字節為止。 C 字符在內存中總是恰好一個字節。在表達式中編寫字符串文字`"ABC"`時，字符串文字將計算為 char 指針（`char *`），該指針指向字符串的第一個字節/字符。這意味著下面示例中的`ptr`將保存字符串中第一個字符的內存地址。 ```c char *ptr = "ABC" ``` 下面是一些常用的初始化字符串的方式： ```c char *str = "ABC" char str[] = "ABC" char str[] = {"A", "B", "C", "\0"}; ``` ### 你如何聲明一個指針？指針指的是內存地址。指針的類型很有用 - 它告訴編譯器需要讀/寫多少字節。您可以按如下方式聲明指針。 ```c int *ptr1; char *ptr2; ``` 由于 C 的語法，`int*`或任何指針實際上不是它自己的類型。您必須在每個指針變量前面加上星號。作為一個常見的問題，以下 ```c int* ptr3, ptr4; ``` 只會將`*ptr3`聲明為指針。 `ptr4`實際上是一個常規的 int 變量。要修復此聲明，請將`*`保留在指針前面 ```c int *ptr3, *ptr4; ``` ### 你如何使用指針來讀/寫一些內存？假設我們聲明了一個指針`int *ptr`。為了便于討論，我們假設`ptr`指向內存地址`0x1000`。如果我們想寫一個指針，我們可以順從并分配`*ptr`。 ```c *ptr = 0; // Writes some memory. ``` C 將做的是指針的類型`int`并從指針的開頭寫入`sizeof(int)`字節，這意味著字節`0x1000`，`0x1004`，`0x1008`，`0x100a`將全部為零。寫入的字節數取決于指針類型。對于所有原始類型都是一樣的，但結構有點不同。 ### 什么是指針算術？您可以向指針添加整數。但是，指針類型用于確定增加指針的數量。對于 char 指針，這是微不足道的，因為字符總是一個字節： ```c char *ptr = "Hello"; // ptr 保存 'H'的內存位置 ptr += 2; //ptr 現在指向 'l' ``` 如果 int 是 4 個字節，那么 ptr + 1 指向 ptr 指針往后移動 4 個字節的位置。 ```c char *ptr = "ABCDEFGH"; int *bna = (int *) ptr; bna +=1; // 每次迭代一個int類型的內存大小（在某些機器上是4個字節） ptr = (char *) bna; printf("%s", ptr); /* 注意到只有“EFGH”打印出來了。這是為什么呢？就是我們剛剛提到的，當操作“bna+=1"時，我們對int指針增加了1（在大多數機器是4個字節），這就等于4個字符（每個字符一個字節）。 return 0; ``` 因為 C 中的指針運算總是按指向的類型的大小自動縮放，所以不能對 void 指針執行指針運算。您可以將 C 中的指針算法視為基本上執行以下操作如果我想做 ```c int *ptr1 = ...; int *offset = ptr1 + 4; ``` 想象 ```c int *ptr1 = ...; char *temp_ptr1 = (char*) ptr1; int *offset = (int*)(temp_ptr1 + sizeof(int)*4); ``` 去得到這個值。 **每次進行指針運算時，請深呼吸并確保您正在移動您認為正在轉換的字節數。** ### 什么是 void 指針？沒有類型的指針（非常類似于 void 變量）。當您正在處理的數據類型未知或者您正在使用其他編程語言連接 C 代碼時，將使用 Void 指針。您可以將其視為原始指針，或僅僅是內存地址。您無法直接讀取或寫入它，因為 void 類型沒有大小。例如 ```c void *give_me_space = malloc(10); char *string = give_me_space; ``` 這不需要強制轉換，因為 C 會自動將`void*`提升為適當的類型。 **注：** gcc 和 clang 不符合 ISO-C 標準，這意味著它們可以讓你對 void 指針進行算術運算。他們會將它視為 char 指針，但不要這樣做，因為它可能不適用于所有編譯器！ ### `printf`調用 write 或 write 調用`printf`？ `printf`調用`write`。 `printf`包含一個內部緩沖區，因此，為了提高性能`printf`每次調用`printf`時都不會調用`write`。 `printf`是 C 庫函數。 `write`是系統調用，我們知道系統調用很昂貴。另一方面，`printf`使用的緩沖區在這一點上更適合我們的需求 ## 你如何打印指針值？整數？字符串？使用格式說明符“％p”表示指針，“％d”表示整數，“％s”表示字符串。所有格式說明符的完整列表可以在[這里](http://www.cplusplus.com/reference/cstdio/printf/)找到整數示例： ```c int num1 = 10; printf("%d", num1); //打印num1的值 ``` 整數指針的示例： ```c int *ptr = (int *) malloc(sizeof(int)); *ptr = 10; printf("%p\n", ptr); //打印指針指向的地址 printf("%p\n", &ptr); /* 打印指針本身的地址，在處理雙指針的問題時非常有用 */ printf("%d", *ptr); //打印指針指向的地址的內容 return 0; ``` 字符串示例： ```c char *str = (char *) malloc(256 * sizeof(char)); strcpy(str, "Hello there!"); printf("%p\n", str); // 打印堆的地址 printf("%s", str); return 0; ``` [作為指針和數組的字符串](https://www.cs.bu.edu/teaching/c/string/intro/) ### 如何將標準輸出保存到文件中？最簡單的方法：運行程序并使用 shell 重定向，例如 ``` ./program > output.txt #To read the contents of the file, cat output.txt ``` 更復雜的方法：close（1）然后使用 open 重新打開文件描述符。見 [http://cs-education.github.io/sys/#chapter/0/section/3/activity/0](http://cs-education.github.io/sys/#chapter/0/section/3/activity/0) ### 指針和數組之間有什么區別？舉一個你可以用一個而不是另一個做的事情的例子。 ```c char ary[] = "Hello"; char *ptr = "Hello"; ``` 例數組名稱指向數組的第一個字節。 `ary`和`ptr`都可以打印出來： ```c char ary[] = "Hello"; char *ptr = "Hello"; // Print out address and contents printf("%p : %s\n", ary, ary); printf("%p : %s\n", ptr, ptr); ``` 該數組是可變的，因此我們可以更改其內容（注意不要在數組末尾之外寫入字節）。幸運的是“World”不比“Hello”更長在這種情況下，char 指針`ptr`指向某個只讀存儲器（存儲靜態分配的字符串文字），因此我們無法更改這些內容。 ```c strcpy(ary, "World"); // OK strcpy(ptr, "World"); // NOT OK - Segmentation fault (crashes) ``` 但是，與數組不同，我們可以將`ptr`更改為指向另一塊內存， ```c ptr = "World"; // OK! ptr = ary; // OK! ary = (..anything..) ; // 不能通過編譯 // ary只能指向原數組。 printf("%p : %s\n", ptr, ptr); strcpy(ptr, "World"); // OK, ptr現在指向可變的內存（數組） ``` 從中可以看出，指針*可以指向任何類型的內存，而 C 數組[]只能指向棧上的內存。在更常見的情況下，指針將指向堆內存，在這種情況下，指針 CAN 引用的內存可以被修改。 ### `sizeof()`返回字節數。所以使用上面的代碼，sizeof（ary）和 sizeof（ptr）是什么？ `sizeof(ary)`：`ary`是一個數組。返回整個數組所需的字節數（5 個字符+ 零字節= 6 個字節）`sizeof(ptr)`：與 sizeof（char *）相同。返回指針所需的字節數（例如，對于 32 位或 64 位機器，為 4 或 8） `sizeof`是一個特殊的操作。實際上，編譯器在編譯程序之前會替換它，因為所有類型的大小在編譯時都是已知的。當你的`sizeof(char*)`占用機器上指針的大小時（64 位機器為 8 字節，32 位為 4，依此類推）。當您嘗試`sizeof(char[])`時，編譯器會查看它并替換**整個**數組包含的字節數，因為在編譯時已知數組的總大小。 ```c char str1[] = "will be 11"; char* str2 = "will be 8"; sizeof(str1) //11 因為它是一個數組 sizeof(str2) //8 因為它是一個指針 ``` 使用 sizeof 作為字符串的長度要小心！ ### 以下哪些代碼正確么，為什么？ ```c int* f1(int *p) { *p = 42; return p; } // 正確; ``` ```c char* f2() { char p[] = "Hello"; return p; } // 錯誤! ``` 說明：在棧上創建一個數組 p，其大小正確以容納 H，e，l，l，o 和空字節，即（6）字節。這個數組存儲在棧中，從 f2 返回后無效。 ```c char* f3() { char *p = "Hello"; return p; } // OK ``` 說明：p 是指針。它保存字符串常量的地址。字符串常量不變，即使在 f3 返回后也有效。 ```c char* f4() { static char p[] = "Hello"; return p; } // OK ``` 說明：數組是靜態的，意味著它在進程的生命周期中存在（靜態變量不在堆或棧上）。 ### 你如何查詢 C 庫調用和系統調用的信息？使用手冊頁。請注意，手冊頁按部分組織。第 2 節=系統調用。第 3 節= C 庫。 Web：Google“man7 open”shell：man -S2 open 或 man -S3 printf ### 你如何在堆上分配內存？使用 malloc。還有 realloc 和 calloc。通常與 sizeof 一起使用。例如足夠的空間來容納 10 個整數 ```c int *space = malloc(sizeof(int) * 10); ``` ### 這個字符串復制代碼有什么問題？ ```c void mystrcpy(char*dest, char* src) { // void 表示沒有返回值 while( *src ) { dest = src; src ++; dest++; } } ``` 在上面的代碼中，它只是將 dest 指針更改為指向源字符串。也不復制 nuls 字節。這是一個更好的版本 - ``` while( *src ) { *dest = *src; src ++; dest++; } *dest = *src; ``` 注意，通常會看到以下類型的實現，它執行表達式測試中的所有操作，包括復制 nul 字節。 ```c while( (*dest++ = *src++ )) {}; ``` ### 你怎么寫 strdup 的替換？ ```c // Use strlen+1 to find the zero byte... char* mystrdup(char*source) { char *p = (char *) malloc ( strlen(source)+1 ); strcpy(p,source); return p; } ``` ### 你如何在堆上取消分配內存？使用 free！ ```c int *n = (int *) malloc(sizeof(int)); *n = 10; //Do some work free(n); ``` ### 什么是二次釋放錯誤？你怎么能避免？什么是懸垂指針？你怎么避免？二次釋放錯誤是指您不小心嘗試兩次釋放相同的內存。 ```c int *p = malloc(sizeof(int)); free(p); *p = 123; // Oops! - 危險的指針! 寫入了不存在的內存 free(p); // Oops! - 二次釋放! ``` 要修復首先是編寫正確的程序！其次，一旦內存被釋放，重置指針是很好的編程風格。這可以確保指針無法正確使用而不會導致程序崩潰。修復方法： ```c p = NULL; // 現在你不會犯錯了使用這個指針 ``` ### 什么是緩沖區溢出的例子？著名的例子：Heart Bleed（在一個大小不足的緩沖區中執行 memcpy）。簡單的例子：在確定所需內存的大小時，實現 strcpy 時忘記對strlen 添加 1。 ### 什么是'typedef'，你如何使用它？這是聲明類型的別名。通常與`structs`一起使用以減少必須將'struct'作為類型的一部分進行編寫的視覺混亂。 ```c typedef float real; real gravity = 10; // Also typedef gives us an abstraction over the underlying type used. // For example in the future we only need to change this typedef if we // wanted our physics library to use doubles instead of floats. typedef struct link link_t; //With structs, include the keyword 'struct' as part of the original types ``` 在本課程中，我們經常使用 typedef 定義一個函數。例如，函數的 typedef 就是這樣 ```c typedef int (*comparator)(void*,void*); int greater_than(void* a, void* b){ return a > b; } comparator gt = greater_than; ``` 這聲明了一個函數類型比較器，它接受兩個`void*`參數并返回一個 int。 ### 哇這就足夠理解C語言了不要再擔心接下來的知識了！