Memory of C

C的内存使用分为三个部分:

– 静态：全局变量存储，在整个程序运行期间永久存储。
– 栈：局部变量存储（自动、连续内存）。
– 堆：动态存储（大型内存池，不按连续顺序分配）。

C Quickstart

C 语言是一种通用的高级语言，最初是由丹尼斯·里奇在贝尔实验室为开发 UNIX 操作系统而设计的。C 语言现在已经成为一种广泛使用的专业语言。

• 易于学习。
• 结构化语言。
• 产生高效率的程序。
• 可以处理底层的活动。
• 可以在多种计算机平台上编译。

hello world

C 程序主要包括以下部分：

• 预处理器指令
• 函数
• 变量
• 语句 & 表达式
• 注释

下面来看一段Hello World代码:

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#include <stdio.h>
 
int main()
{
  /* hello world , C */
  printf("Hello, World! \n");
  return 0;
}

• 第一行 #include <stdio.h> 是预处理器指令，告诉 C 编译器在实际编译之前要包含 stdio.h 文件。
• 下一行 int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
• 下一行 /…/ 将会被编译器忽略，这里放置程序的注释内容。它们被称为程序的注释。
• 下一行 printf(…) 是 C 中另一个可用的函数，会在屏幕上显示消息 “Hello, World!”。
• 下一行 return 0; 终止 main() 函数，并返回值 0。

编译执行

下面这行命令将hello.c编译为可执行文件 hello，然后可以执行hello

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$ gcc hello.c -o hello
$  ./hello             
Hello, World! 

注释

C 语言有两种注释方式：

• // 单行注释, 以 // 开始的单行注释，这种注释可以单独占一行。

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// 单行注释

• /* */ 这种格式的注释可以单行或多行。

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/* 单行注释 */
/* 
 多行注释
 多行注释
 多行注释
 */

不能在注释内嵌套注释，注释也不能出现在字符串或字符值中。

标识符

C 标识符是用来标识变量、函数，或任何其他用户自定义项目的名称。一个标识符以字母 A-Z 或 a-z 或下划线 _ 开始，后跟零个或多个字母、下划线和数字（0-9）。

C 标识符内不允许出现标点字符，比如 @、$ 和 %。C 是区分大小写的编程语言。因此，在 C 中，Manpower 和 manpower 是两个不同的标识符。下面列出几个有效的标识符：

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mohd       zara    abc   move_name  a_123
myname50   _temp   j     a23b9      retVal

关键字

数据类型

数据类型指的是用于声明不同类型的变量或函数的一个广泛的系统。变量的类型决定了变量存储占用的空间，以及如何解释存储的位模式。

C 中的类型可分为以下几种：

1. 基本数据类型: 它们是算术类型，包括整型（int）、字符型（char）、浮点型（float）和双精度浮点型（double）。
2. 枚举类型：它们也是算术类型，被用来定义在程序中只能赋予其一定的离散整数值的变量。
3. void 类型：类型说明符 void 表示没有值的数据类型，通常用于函数返回值。
4. 派生类型：包括数组类型、指针类型和结构体类型。

数组类型和结构类型统称为聚合类型。函数的类型指的是函数返回值的类型。

基本数据类型

各种类型的存储大小与系统位数有关，但目前通用的以64位系统为主。为了得到某个类型或某个变量在特定平台上的准确大小，您可以使用 sizeof 运算符。表达式 sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节大小。

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#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <float.h>
 
int main()
{
   printf("int 存储大小 : %lu \n", sizeof(int));  
   printf("float 存储最大字节数 : %lu \n", sizeof(float));
   printf("double 存储最大字节数 : %lu \n", sizeof(double));
   printf("float 精度值: %d\n", FLT_DIG); // float.h
   printf("double 精度值: %d\n", DBL_DIG); // float.h
   return 0;
}

void

void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下：

• 函数返回为空，例如 void exit (int status);
• 函数参数为空, 例如 int rand(void);
• 指针指向 void, 类型为 void * 的指针代表对象的地址，而不是类型。例如，内存分配函数 void *malloc( size_t size ); 返回指向 void 的指针，可以转换为任何数据类型。

enum

枚举是 C 语言中的一种基本数据类型，用于定义一组具有离散值的常量。枚举语法定义格式为：

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enum　枚举名　{枚举元素1,枚举元素2,……};

例如:

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enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED=4, THU, FRI, SAT, SUN
};

第一个枚举成员的默认值为整型的 0，后续枚举成员的值在前一个成员上加 1。我们在这个实例中把第一个枚举成员的值定义为 1，第二个就为 2，以此类推。因为将WED定义为4，那么THU的值就是5。

枚举变量的定义

前面我们只是声明了枚举类型，接下来我们看看如何定义枚举变量。
可以通过以下三种方式来定义枚举变量

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// 先定义枚举类型，再定义枚举变量
enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};
enum DAY day;

// 定义枚举类型的同时定义枚举变量
enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;

// 省略枚举名称，直接定义枚举变量

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

在C 语言中，枚举类型是被当做 int 或者 unsigned int 类型来处理的，所以按照 C 语言规范是没有办法遍历枚举类型的。不过在枚举类型连续的情况下，是可以实现有条件的遍历。以下实例使用 for 来遍历枚举的元素：

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enum DAY
{
      MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;
int main()
{
    // 遍历枚举元素
    for (day = MON; day <= SUN; day++) {
        printf("枚举元素：%d \n", day);
    }
}

字符串

C 语言中，字符串实际上是使用空字符 \0 结尾的一维字符数组。字符（Null character）又称结束符，缩写 NUL，是一个数值为 0 的控制字符，\0 是转义字符，意思是告诉编译器，这不是字符 0，而是空字符。

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char site[7] = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', '\0'};
char site[] = "ABCDEF"; //等效

类型转换

类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。C 语言中有两种类型转换：

• 隐式类型转换：隐式类型转换是在表达式中自动发生的，无需进行任何明确的指令或函数调用。它通常是将一种较小的类型自动转换为较大的类型，例如，将int类型转换为long类型或float类型转换为double类型。隐式类型转换也可能会导致数据精度丢失或数据截断。

• 显式类型转换：显式类型转换需要使用强制类型转换运算符（type casting operator），它可以将一个数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。强制类型转换可以使程序员在必要时对数据类型进行更精确的控制，但也可能会导致数据丢失或截断。

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double d = 3.14159;
int i = (int)d; // 显式将double类型转换为int类型

数组

C 语言支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。数组是用来存储一系列数据，但它往往被认为是一系列相同类型的变量。所有的数组都是由连续的内存位置组成。最低的地址对应第一个元素，最高的地址对应最后一个元素。数组中的特定元素可以通过索引访问，第一个索引值为 0。

声明数组

在 C 中要声明一个数组，需要指定元素的类型和元素的数量，如下所示：

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type arrayName [ arraySize ];

这叫做一维数组。arraySize 必须是一个大于零的整数常量，type 可以是任意有效的 C 数据类型。例如，要声明一个类型为 double 的包含 10 个元素的数组 balance，声明语句如下：

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int a[4];

对于 int a[4]，a 有两种含义：

• 指向第一个元素的指针
• 指向数组的指针
• 两者的值相等，但意义不同。

在多数情况下，a 可以看做是指向第一个元素的指针，即在加减运算中表现为指向 int 类型的指针。（但注意的是，a 不是变量，不可以被赋值）。在使用sizeof(a)时，a只能表示数组。

初始化数组

在 C 中，您可以逐个元素初始化数组，也可以使用一个初始化语句，如下所示：

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double balance[5] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

大括号 { } 之间的值的数目不能大于我们在数组声明时在方括号 [ ] 中指定的元素数目。如果省略掉了数组的大小，数组的大小则为初始化时元素的个数。

访问数组元素

数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内，跟在数组名称的后边。例如：

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double salary = balance[9];

数组还支持*访问:

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//balance 指向数组第一个元素地址,然后加上9个字符的偏移量得到新的地址
double salary = *(balance+9)

获取数组长度

数组长度可以使用 sizeof 运算符来获取数组的长度，例如：

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int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int length = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

多维数组

C 语言支持多维数组。多维数组声明的一般形式如下：

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type name[size1][size2]...[sizeN];

例如，下面的声明创建了一个二维整型数组：

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int a[3][4] = {  
 {0, 1, 2, 3} ,   /*  初始化索引号为 0 的行 */
 {4, 5, 6, 7} ,   /*  初始化索引号为 1 的行 */
 {8, 9, 10, 11}   /*  初始化索引号为 2 的行 */
};

结构体

结构体中的数据成员可以是基本数据类型（如 int、float、char 等），也可以是其他结构体类型、指针类型等。结构体定义由关键字 struct 和结构体名组成，结构体名可以根据需要自行定义。

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struct tag { 
    member-list
    member-list 
    member-list  
    ...
} variable-list ;
// 或者
typedef struct
{
   member-list
   member-list 
   member-list  
} tag;

在一般情况下，tag、member-list、variable-list 这 3 部分至少要出现 2 个。tag 相同的struct类型相同。例如:

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struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
} book;
struct 
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
} s1;
// s1和book类型不同，如果令 s1=book，是非法的。

结构体变量的使用

和其它类型变量一样，对结构体变量可以在定义时指定初始值。

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struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
} book = {"C 语言", "RUNOOB", "编程语言", 123456};

访问结构的成员，我们使用成员访问运算符（.）

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struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
};
 
int main( )
{
   struct Books Book1;        /* 声明 Book1，类型为 Books */
 
   /* Book1 详述 */
   strcpy( Book1.title, "C Programming");
   strcpy( Book1.author, "Nuha Ali"); 
   strcpy( Book1.subject, "C Programming Tutorial");
   Book1.book_id = 6495407;

可以定义指向结构的指针，方式与定义指向其他类型变量的指针相似。

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struct Books *struct_pointer;

-> 运算符：用于指针访问结构体成员，语法为 pointer->member，等价于 (*pointer).member。

共用体

共用体是一种特殊的数据类型，允许您在相同的内存位置存储不同的数据类型。您可以定义一个带有多成员的共用体，但是任何时候只能有一个成员带有值(访问成员时，使用成员访问运算符.)。共用体提供了一种使用相同的内存位置的有效方式。

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union [union tag]
{
   member definition;
   member definition;
   ...
   member definition;
} [one or more union variables];

union tag 是可选的，每个 member definition 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。在共用体定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个共用体变量，这是可选的。下面定义一个名为 Data 的共用体类型，有三个成员 i、f 和 str：

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union Data
{
   int i;
   float f;
   char  str[20];
};
 
int main( )
{
   union Data data;        
   // 在同一时间只使用一个变量
   data.i = 10;
   printf( "data.i : %d\n", data.i);
   
   data.f = 220.5;
   printf( "data.f : %f\n", data.f);
   
   strcpy( data.str, "C Programming");
   printf( "data.i : %d\n", data.i);
   printf( "data.f : %f\n", data.f);
   printf( "data.str : %s\n", data.str);
 
   return 0;
}
/**
 * data.i : 10
 * data.f : 220.500000
 * -- 可以看到共用体的 i 和 f 成员的值有损坏，因为最后赋给变量的值占用了内存位置
 * data.i : 1917853763
 * data.f : 4122360580327794860452759994368.000000
 * data.str : C Programming
 * /

Data 类型的变量可以存储一个整数、一个浮点数，或者一个字符串。这意味着一个变量（相同的内存位置）可以存储多个多种类型的数据。您可以根据需要在一个共用体内使用任何内置的或者用户自定义的数据类型。共用体占用的内存应足够存储共用体中最大的成员。例如，在上面的实例中，Data 将占用 20 个字节的内存空间，因为在各个成员中，字符串所占用的空间是最大的。

变量

变量定义就是告诉编译器在何处创建变量的存储，以及如何创建变量的存储。变量定义指定一个数据类型，并包含了该类型的一个或多个变量的列表，如下所示：

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type variable_list;

在这里，type 必须是一个有效的 C 数据类型，可以是 char、w_char、int、float、double 或任何用户自定义的对象，variable_list 可以由一个或多个标识符名称组成，多个标识符之间用逗号分隔。例如:

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int    i, j, k;
char   c, ch;
float  f, salary;
double d;

变量可以在声明的时候被初始化（指定一个初始值）。初始化器由一个等号，后跟一个常量表达式组成，如下所示：

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type variable_name = value;

例如:

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int d = 3, f = 5; // 定义并初始化 d 和 f
byte z = 22;      // 定义并初始化 z
char x = 'x';     // 变量 x 的值为 'x'

变量声明向编译器保证变量以指定的类型和名称存在，这样编译器在不需要知道变量完整细节的情况下也能继续进一步的编译。变量声明只在编译时有它的意义，在程序连接时编译器需要实际的变量声明。

变量的声明有两种情况：

1. 一种是需要建立存储空间的。例如：int a 在声明的时候就已经建立了存储空间。
2. 另一种是不需要建立存储空间的，通过使用extern关键字声明变量名而不定义它。 例如：extern int a其中变量 a 可以在别的文件中定义的。除非有extern关键字，否则都是变量的定义。

局部与全局

• 定义在函数外部的变量是全局变量，而定义在函数内部的是局部变量。
  • 全局变量保存在内存的全局存储区中，占用静态的存储单元；
  • 局部变量保存在栈中，只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。
• 函数的参数，形式参数，被当作该函数内的局部变量，如果与全局变量同名它们会优先使用。
• 当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动对其初始化。

常量

在 C 中，有两种简单的定义常量的方式：

• 使用 #define 预处理器。

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// #define identifier value
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'

• 使用 const 关键字。const 声明常量要在一个语句内完成定义和初始化。

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// const type variable = value;
const int  LENGTH = 10;
const int  WIDTH  = 5;
const char NEWLINE = '\n';

存储类

存储类定义 C 程序中变量/函数的的存储位置、生命周期和作用域。说明符放置在它们所修饰的类型之前。

auto 存储类

auto 存储类是所有局部变量默认的存储类。定义在函数中的变量默认为 auto 存储类，这意味着它们在函数开始时被创建，在函数结束时被销毁。auto 只能用在函数内，即 auto 只能修饰局部变量。

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auto int month;

register 存储类

register 存储类用于定义存储在寄存器中而不是 RAM 中的局部变量。这意味着变量的最大尺寸等于寄存器的大小（通常是一个字），且不能对它应用一元的 ‘&’ 运算符（因为它没有内存位置）。

register 存储类定义存储在寄存器，所以变量的访问速度更快，但是它不能直接取地址，因为它不是存储在 RAM 中的。在需要频繁访问的变量上使用 register 存储类可以提高程序的运行速度。

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register int miles;

寄存器只用于需要快速访问的变量，比如计数器。还应注意的是，定义 ‘register’ 并不意味着变量将被存储在寄存器中，它意味着变量可能存储在寄存器中，这取决于硬件和实现的限制。

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

全局声明的一个 static 变量或方法可以被任何函数或方法调用，只要这些方法出现在跟 static 变量或方法同一个文件中。

静态变量在程序中只被初始化一次，即使函数被调用多次，该变量的值也不会重置。

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#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
void func1(void);
 
static int count=10;        /* 全局变量 - static 是默认的 */
 
int main()
{
  while (count--) {
      func1();
  }
  return 0;
}
 
void func1(void)
{
/* 'thingy' 是 'func1' 的局部变量 - 只初始化一次
 * 每次调用函数 'func1' 'thingy' 值不会被重置。
 */                
  static int thingy=5;
  thingy++;
  printf(" thingy 为 %d ， count 为 %d\n", thingy, count);
}

实例中 count 作为全局变量可以在函数内使用，thingy 使用 static 修饰后，不会在每次调用时重置。

extern 存储类

extern 存储类用于定义在其他文件中声明的全局变量或函数。当使用 extern 关键字时，不会为变量分配任何存储空间，而只是指示编译器该变量在其他文件中定义。

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当您使用 extern 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当您有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

extern 修饰符通常用于当有两个或多个文件共享相同的全局变量或函数的时候，如下所示：

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#include <stdio.h>
 
int count ;
extern void write_extern();
 
int main()
{
   count = 5;
   write_extern();
}

#include <stdio.h>
 
extern int count; // 指向了第一个文件的count
 
void write_extern(void)
{
   printf("count is %d\n", count);
}

运算符

C 语言提供了以下类型的运算符：

• 算术运算符
• 关系运算符
• 逻辑运算符
• 位运算符
• 赋值运算符
• 杂项运算符

算术运算符

假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20

关系运算符

下表显示了 C 语言支持的所有关系运算符。假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20，则：

逻辑运算符

下表显示了 C 语言支持的所有关系逻辑运算符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 0，则：

位运算符

位运算符作用于位，并逐位执行操作。下表显示了 C 语言支持的位运算符。假设变量 A 的值为 60，变量 B 的值为 13，则：

赋值运算符

下表列出了 C 语言支持的赋值运算符：

其他

运算符优先级

运算符的优先级确定表达式中项的组合。这会影响到一个表达式如何计算。某些运算符比其他运算符有更高的优先级，例如，乘除运算符具有比加减运算符更高的优先级。

控制流

if-else

一个 if 语句 后可跟一个可选的 else 语句，else 语句在布尔表达式为 false 时执行。

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if(boolean_expression 1)
{
   /* 当布尔表达式 1 为真时执行 */
}
else if( boolean_expression 2)
{
   /* 当布尔表达式 2 为真时执行 */
}
else 
{
   /* 当上面条件都不为真时执行 */
}

switch

switch 语句允许测试一个变量等于多个值时的情况。每个值称为一个 case，且被测试的变量会对每个 switch case 进行检查。

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switch(expression){
    case constant-expression  :
       statement(s);
       break; /* 可选的 */
    case constant-expression  :
       statement(s);
       break; /* 可选的 */
  
    /* 您可以有任意数量的 case 语句 */
    default : /* 可选的 */
       statement(s);
}

• switch 语句中的 expression 是一个常量表达式，必须是一个整型或枚举类型。
• 在一个 switch 中可以有任意数量的 case 语句。每个 case 后跟一个要比较的值和一个冒号。
• case 的 constant-expression 必须与 switch 中的变量具有相同的数据类型，且必须是一个常量或字面量。
• 当被测试的变量等于 case 中的常量时，case 后跟的语句将被执行，直到遇到 break 语句为止。
• 当遇到 break 语句时，switch 终止，控制流将跳转到 switch 语句后的下一行。
• 不是每一个 case 都需要包含 break。如果 case 语句不包含 break，控制流将会 继续 后续的 case，直到遇到 break 为止。
• 一个 switch 语句可以有一个可选的 default case，出现在 switch 的结尾。default case 可用于在上面所有 case 都不为真时执行一个任务。default case 中的 break 语句不是必需的。

三元运算符

条件运算符 ? :，可以用来替代 if…else 语句。

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Exp1 ? Exp2 : Exp3;

loop

while 循环

while 循环的语法：

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while(condition)
{
   statement(s);
}

condition 可以是任意的表达式，当为任意非零值时都为 true。当条件为 true 时执行循环。 当条件为 false 时，退出循环，程序流将继续执行紧接着循环的下一条语句。

do…while 循环与 while 循环类似，但是 do…while 循环会确保至少执行一次循环。do…while 循环的语法：

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do
{
   statement(s);

}while( condition );

例如:

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do
{
      printf("a 的值： %d\n", a);
      a = a + 1;
}while( a < 20 );

for 循环

for 循环允许编写一个执行指定次数的循环控制结构。

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for ( init; condition; increment )
{
   statement(s);
}

• init 会首先被执行，且只会执行一次。这一步允许您声明并初始化任何循环控制变量。您也可以不在这里写任何语句，只要有一个分号出现即可。
• 接下来，会判断 condition。如果为真，则执行循环主体。如果为假，则不执行循环主体，且控制流会跳转到紧接着 for 循环的下一条语句。
• 在执行完 for 循环主体后，控制流会跳回上面的 increment 语句。该语句允许您更新循环控制变量。该语句可以留空，只要在条件后有一个分号出现即可。
• 条件再次被判断。如果为真，则执行循环，这个过程会不断重复（循环主体，然后增加步值，再然后重新判断条件）。在条件变为假时，for 循环终止。

例如:

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for( int a = 10; a < 20; a = a + 1 )
{
   printf("a 的值： %d\n", a);
}

break跳出循环

C 语言中 break 语句有以下两种用法：

1. 当 break 语句出现在一个循环内时，循环会立即终止，且程序流将继续执行紧接着循环的下一条语句。
2. 它可用于终止 switch 语句中的一个 case。

如果使用的是嵌套循环（即一个循环内嵌套另一个循环），break 语句会停止执行最内层的循环，然后开始执行该块之后的下一行代码。

continue 跳过当前循环

C 语言中的 continue 语句 会跳过当前循环中的代码，强迫开始下一次循环。

对于 for 循环，continue 语句执行后自增语句仍然会执行。对于 while 和 do…while 循环，continue 语句重新执行条件判断语句。

goto

C 语言中的 goto 语句允许把控制无条件转移到同一函数内的被标记的语句。

不建议使用 goto 语句。因为它使得程序的控制流难以跟踪，使程序难以理解和难以修改。任何使用 goto 语句的程序可以改写成不需要使用 goto 语句的写法。

使用例子:

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int main ()
{
   int a = 10;
   LOOP:do
   {
      if( a == 15)
      {
         a = a + 1;
         goto LOOP;
      }
      printf("a 的值： %d\n", a);
      a++;
   }while( a < 20 );
   return 0;
}

指针

指针也就是内存地址，指针变量是用来存放内存地址的变量。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为:

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type *var_name;

type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C 数据类型，var_name 是指针变量的名称。星号是用来指定一个变量是指针。指针的长度就是内存地址的长度，在64位系统上sizeof的结果是8。

在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。例如:

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int  *ptr = NULL; // ptr = 0x0

// 如需检查一个空指针，可以使用 if 语句，如下所示：

if(ptr)     /* 如果 p 非空，则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 p 为空，则完成 */

使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作：

• 定义一个指针变量
• 把变量地址赋值给指针(使用&取地址操作符)
• 访问指针变量中可用地址的值(使用*解引用操作符)

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int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */
int  *ip;        /* 指针变量的声明 */
 
ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */
 
printf("var 变量的地址: %p\n", &var  );
 
/* 在指针变量中存储的地址 */
printf("ip 变量存储的地址: %p\n", ip );
 
/* 使用指针访问值 */
printf("*ip 变量的值: %d\n", *ip );

指针运算

指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、–、+、-。

• 指针的每一次递增，它其实会指向下一个元素的存储单元。
• 指针的每一次递减，它都会指向前一个元素的存储单元。
• 指针在递增和递减时跳跃的字节数取决于指针所指向变量数据类型长度，比如 int 就是 4 个字节。

假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：

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ptr++

在执行完上述的运算之后，ptr 将指向位置 1004，因为 ptr 每增加一次，它都将指向下一个整数位置，即当前位置往后移 4 字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下，移动指针到下一个内存位置。

如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，上面的运算会导致指针指向位置 1001，因为下一个字符位置是在 1001。例如:

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int  var[] = {10, 100, 200};
int  i, *ptr;

/* 指针中的数组地址 */
ptr = var; // var就是&var[0]
for ( i = 0; i < MAX; i++)
{

   printf("存储地址：var[%d] = %p\n", i, ptr );
   printf("存储值：var[%d] = %d\n", i, *ptr );

   /* 指向下一个位置 */
   ptr++;
}

如果指针加上一个整数n，计算方式和上面相同，p+n = p + n*sizeof(p)

指针还支持数组下标形式访问，*(p + 4)可以表示为p[4],编译器总是把以下标的形式的操作解析为以指针的形式的操作，以下标的形式访问在本质上与以指针的形式访问没有区别，只是写法上不同。还可以将 p[4]写成4[p]，编译器并不会报错，因为它将 4[p] 解析为 *(4 + p)。

指针比较

指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。例如:

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int  var[] = {10, 100, 200};
int  i, *ptr;

/* 指针中第一个元素的地址 */
ptr = var;
i = 0;
while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
{

   printf("存储地址：var[%d] = %p\n", i, ptr );
   printf("存储值：var[%d] = %d\n", i, *ptr );

   /* 指向上一个位置 */
   ptr++;
   i++;
}

指针数组

int *arr[6]指针数组首先是个数组。数组中的每个元素都是指针（指向 int 类型的指针）。例如:

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int var[] = {10, 100, 200};
int i, *ptr[3];

for ( i = 0; i < MAX; i++)
{
   ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */
}

注意，指针数组元素一定要是地址。有一种错误写法是 int *var[3] = {10, 100, 200}; 虽然var[0]的值是10，但其实是将(int) 10强制转型为指针类型，并将内存地址值修改为10。如果是double类型的值，其结果就会出错(因为数字溢出)。例如 long double *var[3] = {DBL_DIG+1,DBL_DIG+2,DBL_DIG+3};其中var[0]=16。

数组指针

int (*pt)[6] 数组指针首先是个指针。指针指向一个数组（包含 6 个元素），该数组每个元素都是 int 类型。

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char c[4] = {'a','c','f'};
// =c 这种方式会有编译异常，warning: initialization of ‘char (*)[4]’ from incompatible pointer type ‘char *’ 
// 实际上会进行强转 char (*pi1)[4] =(char (*)[4])c
char (*pi1)[4] = c;
// 标准写法
char (*pi2)[4] = &c;
// 加括号的原因是 * 优先级低于[]
printf("item1 value: %c\n",(*pi2)[0]);
printf("item2 value: %c\n",(*pi2)[1]);
printf("item3 value: %c\n",(*pi2)[2]);
printf("item1 value: %c\n",**pi1);
printf("item2 value: %c\n",*(*pi1+1));
printf("item3 value: %c\n",*(*pi1+2));
printf("item1 value: %c\n",**pi2);
printf("item2 value: %c\n",*(*pi2+1));
printf("item3 value: %c\n",*(*pi2+2));

• pi2是一个指针，指向的类型是(char (*)[4])。*pi2会获得c的地址(即数组地址)。所以(*pi2)[1]就是c[1]。
• *(*pi2+1)中,*pi2获取数组地址，+1后会偏移到下一个元素地址，在对其解引用，获取对应元素的值。

实际使用中，也常常使用指向数组首个元素的指针:

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char c[4] = {'a','c','f'};
char *pi= c;
printf("%c\n",pi[1]);
printf("%c\n",*(pi+1));

函数

C 语言中的函数定义的一般形式如下：

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

下面列出一个函数的所有组成部分：

• 返回类型：一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值，在这种情况下，return_type 是关键字 void。
• 函数名称：这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
• 参数：参数就像是占位符。当函数被调用时，您向参数传递一个值，这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。
• 函数主体：函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

c语言支持函数声明(函数声明在头文件中定义)，通过函数声明告诉编译器函数名称及返回值和参数列表吗，而函数的实际主体可以单独定义。

头文件是扩展名为 .h 的文件，包含了 C 函数声明和宏定义，被多个源文件中引用共享。有两种类型的头文件：程序员编写的头文件和编译器自带的头文件。

引用头文件

在使用我们定义的函数式，需要先引用函数的头文件。使用预处理指令 #include 可以引用用户和系统头文件。它的形式有以下两种：

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#include <file>
// 这种形式用于引用系统头文件。它在系统目录的标准列表中搜索名为 file 的文件。

#include "file"
// 这种形式用于引用用户头文件。它在包含当前文件的目录中搜索名为 file 的文件.

只引用一次头文件

如果一个头文件被引用两次，编译器会处理两次头文件的内容，这将产生错误。为了防止这种情况，标准的做法是把文件的整个内容放在条件编译语句中，如下：

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#ifndef HEADER_FILE
#define HEADER_FILE

the entire header files

#endif

这种结构就是通常所说的包装器 #ifndef。当再次引用头文件时，条件为假，因为 HEADER_FILE 已定义。此时，预处理器会跳过文件的整个内容，编译器会忽略它。

有条件引用

有时需要从多个不同的头文件中选择一个引用到程序中。例如，需要指定在不同的操作系统上使用的配置参数。

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#define SYSTEM_H "system_1.h"
#include SYSTEM_H

SYSTEM_H 会扩展，预处理器会查找 system_1.h，就像 #include 最初编写的那样。SYSTEM_H 可通过 -D 选项被您的 Makefile 定义。

返回指针

C 允许从函数返回指针。但是不支持在调用函数时返回局部变量的地址，需要定义局部变量为 static 变量。例如:

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int * getRandom( )
{
   static int  r[10];
   int i;
 
   /* 设置种子 */
   srand( (unsigned)time( NULL ) );
   for ( i = 0; i < 10; ++i)
   {
      r[i] = rand();
      printf("%d\n", r[i] );
   }
 
   return r;
}
int main ()
{
   /* 一个指向整数的指针 */
   int *p;
   int i;
 
   p = getRandom();
   for ( i = 0; i < 10; i++ )
   {
       printf("*(p + [%d]) : %d\n", i, *(p + i) );
   }
 
   return 0;
}

函数指针

函数指针是指向函数的指针变量。通常我们说的指针变量是指向一个整型、字符型或数组等变量，而函数指针是指向函数。函数指针可以像一般函数一样，用于调用函数、传递参数。

函数指针变量的声明：

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typedef int (*fun_ptr)(int,int); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型

例如:

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int max(int x, int y)
{
    return x > y ? x : y;
}
 
int main(void)
{
    /* p 是函数指针 */
    int (* p)(int, int) = & max; // &可以省略
    int a, b, c, d;
 
    printf("请输入三个数字:");
    scanf("%d %d %d", & a, & b, & c);
 
    /* 与直接调用函数等价，d = max(max(a, b), c) */
    d = p(p(a, b), c); 
 
    printf("最大的数字是: %d\n", d);
 
    return 0;
}

函数指针变量可以作为某个函数的参数来使用的，回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。

函数参数

如果函数要使用参数，则必须声明接受参数值的变量。这些变量称为函数的形式参数。形式参数就像函数内的其他局部变量，在进入函数时被创建，退出函数时被销毁。

当调用函数时，有两种向函数传递参数的方式：

• 值传递
• 引用传递

值传递

向函数传递参数的传值调用方法，把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数不会影响实际参数。

默认情况下，C 语言使用传值调用方法来传递参数。一般来说，这意味着函数内的代码不会改变用于调用函数的实际参数。函数 swap() 定义如下：

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/* 函数定义 */
void swap(int x, int y)
{
   int temp;
   temp = x; /* 保存 x 的值 */
   x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
   y = temp; /* 把 temp 赋值给 y */
   return;
}
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   /* 调用函数来交换值 */
   swap(a, b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}
/**
 * 交换前，a 的值： 100
 * 交换前，b 的值： 200
 * 交换后，a 的值： 100
 * 交换后，b 的值： 200
 * /

上面的实例表明了，虽然在函数内改变了 a 和 b 的值，但是实际上 a 和 b 的值没有发生变化。

引用传递

通过引用传递方式，形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。传递指针可以让多个函数访问指针所引用的对象，而不用把对象声明为全局可访问。

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/* 函数定义 */
void swap(int *x, int *y)
{
   int temp;
   temp = *x;    /* 保存地址 x 的值 */
   *x = *y;      /* 把 y 赋值给 x */
   *y = temp;    /* 把 temp 赋值给 y */
   return;
}
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   /* 调用函数来交换值
    * &a 表示指向 a 的指针，即变量 a 的地址
    * &b 表示指向 b 的指针，即变量 b 的地址
   */
   swap(&a, &b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}
/**
 * 交换前，a 的值： 100
 * 交换前，b 的值： 200
 * 交换后，a 的值： 200
 * 交换后，b 的值： 100
 */

上面的实例表明了，与传值调用不同，引用调用在函数内改变了 a 和 b 的值，实际上也改变了函数外 a 和 b 的值。

数组和指针的隐式转换

函数可以接受数组作为参数。此外也可以将数组当做指针接收。例如:

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void foo1(int *b) { printf("%lu\n", sizeof(b)); }
void foo2(int c[]) { printf("%lu\n", sizeof(c)); }

int main() {
  int a[5];  // 5 x 4 = 20 Bytes
  foo1(a);   // -> 8 Bytes
  foo2(a);   // -> 8 Bytes
}

参数传递的隐式转换规则：

• 若实参为一维数组，则形参是指向数组所存元素类型的指针；
• 若实参为多维数组，则形参是指向一维或多维数组的指针；
• 转换并不是递归的，数组的数组会被改成为数组的指针，而不是指针的指针；例如三维数组 char ho[2][3][4] 可以转换为 char (*)[3][4]类型的行指针。

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void foo2(int (*fnum)[2]) {
  printf("%d\n",**fnum);
  printf("%d\n",*(*fnum+1));
  printf("%d\n",**(fnum+1));// fnum+1 指向下一行
  printf("%d\n",*(*(fnum+1)+1));
}
void foo1(int (*fnum)[3][2]) {
  printf("%d\n",***fnum);
  printf("%d\n",*(**fnum+1));
  printf("%d\n",**(*fnum+1));
  printf("%d\n",*(*(*fnum+1)+1));
}

int main() {
  int num[3][2]={
   {1,2,3},
   {4,5,6}
  };
  foo1(num);
  foo2(num);
  return 0;
}

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内存管理

C 语言为内存的分配和管理提供了几个函数。这些函数可以在 <stdlib.h> 头文件中找到。

在 C 语言中，内存是通过指针变量来管理的。指针是一个变量，它存储了一个内存地址，这个内存地址可以指向任何数据类型的变量，包括整数、浮点数、字符和数组等。C 语言提供了一些函数和运算符，使得程序员可以对内存进行操作，包括分配、释放、移动和复制等。

• void *calloc(int num, int size); 在内存中动态地分配 num 个长度为 size 的连续空间，并将每一个字节都初始化为 0。所以它的结果是分配了 num*size 个字节长度的内存空间，并且每个字节的值都是 0。
• void free(void *address); 该函数释放 address 所指向的内存块,释放的是动态分配的内存空间。
• void *malloc(int num); 在堆区分配一块指定大小的内存空间，用来存放数据。这块内存空间在函数执行完成后不会被初始化，它们的值是未知的。
• void *realloc(void *address, int newsize); 该函数重新分配内存，把内存扩展到 newsize。
• memcpy() 用于从源内存区域复制数据到目标内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。
• memmove() 类似于 memcpy() 函数，但它可以处理重叠的内存区域。它接受三个参数，即目标内存区域的指针、源内存区域的指针和要复制的数据大小（以字节为单位）。

void * 类型表示未确定类型的指针。C、C++ 规定 void * 类型可以通过类型转换强制转换为任何其它类型的指针

当动态分配内存时，您有完全控制权，可以传递任何大小的值。而那些预先定义了大小的数组，一旦定义则无法改变大小。使用例子:

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int main()
{
   char name[100];
   char *description;
 
   strcpy(name, "Zara Ali");
 
   /* 动态分配内存 */
   description = (char *)malloc( 200 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcpy( description, "Zara ali a DPS student in class 10th");
   }
   /* 假设您想要存储更大的描述信息 */
   description = (char *) realloc( description, 100 * sizeof(char) );
   if( description == NULL )
   {
      fprintf(stderr, "Error - unable to allocate required memory\n");
   }
   else
   {
      strcat( description, "She is in class 10th");
   }
   
   printf("Name = %s\n", name );
   printf("Description: %s\n", description );
 
   /* 使用 free() 函数释放内存 */
   free(description);
}