c語言基礎

課程來源：coursera：程學設計與演算法（Peking University，北京大學）
課程連結：程式設計與演算法

本篇簡介：這一部分是系列課第一節的後半部分，主要總結了c語言的資料型別、運算成分和控制結構。

一. 從現實問題到計算機程式

1.1 結構化程式設計

先有解決方案，再有程式。
先粗後細，先抽象後具體。
寫程式前，先想好程式的結構，先寫出程式輪廓，再考慮補充變數。按照由大到小、由粗到精的多個模組組合而成，模組之內高內聚，模組之間低耦合。

1.2 c語言的由來和標準

c語言的由來：
1972年至1973年，Dennis Ritchie和Ken Thompson在B語言基礎上發展了C語言。
1979年，Bjarne Stroustrup開發了“C with classes”，即後來的C++。
c語言的標準：
C語言規範定義非常寬泛，經常導致不同編譯器上有不同的解釋，並且不同平臺上執行結果不同。

1.3 c語言的構成

基本成分為以下四種：
資料：資料型別與使用方法
運算：運算子號與使用方法
控制：三類控制語句怎麼寫
傳輸：如何輸入和輸出資料
任何程式均有如上四種成分，可按照這四種成分進行程式語言的學習。下面就說明c語言的資料、運算和控制成分。

二. c語言資料型別

2.1 變數的定義

記憶體：把記憶體想象為一條長條，每一條8位（8bit），8位作為一個位元組（Byte），每個位元組都有一個16進位制字元作為地址。
變數：值可以變化的量。在c語言中一定要先定義再使用。
定義格式：int Max=0;
變數定義的理解：開闢一片儲存空間，命名為Max，把值放入這片空間，並把空間的首地址與Max名字進行關聯。

2.2 整數型

以VC編譯器為基礎：

基本型：int，32bit
短整型：short int，16bit （int可以省略）
長整形：long int，32bit （int可以省略）
有符號：signed int；不寫signed的時候預設為有符號
無符號：unsigned int；其他型別只需將int換掉即可

對於所佔位元組長度，國際規範只要求long>=int>=short，不同的編譯器要求是不同的。可以使用 sizeof(int) 計算某種型別的物件在記憶體中所佔的位元組數，方便在不同編譯器檢視。

整數型別的儲存：
儲存的是補碼，正數原碼=補碼，負數補碼=原碼+1（符號位不變）
無符號數：轉換為二進位制。
有符號數：第一位作為正負，稱為符號位。正數同無符號數，符號位為0；負數符號位為1，其它位取反。
這樣做非常有利於運算。

整數的輸出：
列印一個十進位制數的16進製表示：
cout<<hex<<a<<endl;
oct-八進位制；dec-十進位制

整數的輸入：
轉為16/8進位制數，直接輸入即可：
int a = 0x7FFFFF85，0x表示十六進位制數，0表示八進位制

最大整數：
無符號數：2^32-1（42億）
有符號數：2^31-1（第一位是符號位）

最小整數：
無符號數：0
有符號數：最高位為1，其它位為0。正好為最大整數+1。這個數表示-2147483648。c語言規定，最高位為1，其它位為0的時候，最高位既表示負號，也表示整數最高位。

2.3 浮點型

浮點型又稱實型，主要有如下幾類。

float（單精度浮點型）：32bit，7個有效位
double（雙精度浮點型）：64bit，15個有效位
long double：64bit，15個有效位

vc中，long double和double型相同。
有效位表示精度，精度即輸出時正確的小數位數，超過精度的小數位無法被正確地顯示。
注：cout預設列印6位精度，更改列印精度（小數位數）用如下語句：
cout<<setprecision(100)<<a<<endl;
只需要設定一次。注意要在標頭檔案加上#include< iomanip >用於格式化輸出。

浮點型的儲存：
第一位為符號位；
2-9位為指數位（含一位符號位）；
其它位為二進位制小數位，預設為1.xxxx。

2.4 字元型

一個字元型佔一個位元組，其值可以是任何可以出現的字元，最多可以表示256個字元，即ASCII碼。
儲存型別與整型相同，因此可以相互賦值並運算。
轉義字元：\n（換行），\a（聲音），\（輸出一個引號）。
定義方式：char a = ‘a’

2.5 布林型

儲存真假的變數
佔一個位元組，值為0或1，0表示False，1表示True。可以賦任何值，0存為0，非零存為1。
定義方式：bool b1 = true

2.6 常量

常量：程式執行過程中，值保持不變的量
字面常量：程式中的數
符號常量：一個識別符號代表一個常量，例如const double PI = 3.14159
常量的型別：字尾表示
L-長整形常量；0x-L長整形十六進位制常量；U-無符號整型常量；0-U-無符號長整形八進位制常量；F-單精度浮點型常量；L-長雙精度浮點型常量。
不寫常量型別時，預設為double，U、L、F均可小寫。

2.7 變數的命名

識別符號：字母、數字、下劃線組成，且第一個字元必須為字母或下劃線，不可與保留字（關鍵字）相同

匈牙利命名法：
以一個或多個小寫字母開頭，指定資料型別；
其後是一個或多個第一個字母大寫的單詞，指出變數的用途。
例如：chGrade;bOnOff

駝峰命名法：
有一個或者多個單詞連結，第一個單詞小寫字母開頭，之後單詞首字母均大寫。

三. c語言運算成分

3.1 賦值運算子

賦值運算子：=，給=左邊的變數賦予數值

要點一：兩邊型別不同
型別轉換，無論右邊是什麼型別，都轉換為左邊的型別。
要點二：長數賦給短數
擷取長數的低n位送給短數。
要點三：短數賦給長數
原來是什麼數，現在還是什麼數。無符號數，高位補0；有符號數，short符號位0，高位補0；short符號位0，高位補1。
要點四：符號位的賦值處理
直接賦值，不管符號位還是數字位。

表示式：程式中由運算子、運算元和括號組成的計算式。表示式有值，賦值語句也不例外，其值為通過賦值符號傳送的值

複合賦值運算：
a += 3等價於 a = a + 3，在賦值符號前加上其他運算子號

連續賦值運算：
自右而左的結合順序，有其他運算子時，要看運算子的優先順序

3.2 算術運算子

基本運算+、-、*、/、%
%表示模運算，必須是整數
注意：
整數運算結果仍是整數，小數被忽略
實數運算，結果均為double型
舍入的方向隨編譯器不同而不同

算術運算子優先順序：
（）優先，*/%次之，然後±，同一級別中，採取由左向右的結合方向

剪刀法求表示式的值：按優先順序，逐級斬斷表示式，按優先順序從高到低運算

資料型別轉換：
char, short無論和誰運算，均轉換為int型；同理，float轉為double。整體順序為int-unsigned-long-double。前者和後者運算，前者先轉為後者再運算，並且結果型別為後者。

自增自減運算：
++i，–i：使用i之前，先加（減）1
i++，i–：使用i之後，再加（減）1
後置++號運算優先順序高於±，因此-i++會列印-i，然後i++
前置++號同級，但是右結合，因此-++i會列印-（i+1），然後i++
++只能用於變數，不能用於表示式，例如（-i）++就會編譯錯誤

輸出自增自減：
輸出語句包含多個表示式，優先計算右邊的表示式

3.3 關係運算符

高優先順序：< > <= >=
低優先順序：== !=
關係運算表示式的值：只有真假，真為1，假為0.
算數運算子>關係運算符>賦值運算子

3.4 邏輯運算子

與：&&
或：||
非：！
以0代表假，以非0代表真
優先順序：!>&&>||

混合運算優先順序：
邏輯非>算術>關係>邏輯與或>賦值運算

邏輯運算取捨：
只有執行下一個邏輯運算子才能求出表示式的解的時候，才執行該運算子

擴充套件：
邏輯運算子兩側可以是任何型別，如字元、實型或指標型，系統只按0和非0判斷。

3.5 其它運算子

逗號運算子：，
把表示式連起來，表示式1，表示式2，······，表示式n，先求1，再求2······，整個表示式值為表示式n的值。
逗號表示式是運算子優先順序最低的。

條件運算子：
表示式1？表示式2：表示式3
表示式1為真，以表示式2的值為條件表示式的值，否則以表示式3作為條件表示式的值

強制型別轉換：
(double)a：a的值轉為double，被轉換的量（a）型別並沒發生變化

3.6 位運算子

位運算：二進位制位的運算
位運算子：
雙目運算子：
按位與&，
按位與|，
按位異或^（相同為0，不同為1）
單目運算子：
取反~，
左移運算子<<（高位溢位直接捨棄，空位補0，捨棄高位沒有1左移一位相當於乘2），
右移運算子>>（低位溢位直接捨棄，無符號數空位補0，捨棄低位沒有1右移一位相當於除以2）（對有符號數，正數移入0，負數取決於計算機系統，移入0稱為邏輯右移，移入1成為算術右移，vc使用算術右移）

不同長度的資料進行位運算，右端對齊。無符號型或者正數左邊補滿0，負數補滿1

位運算常與賦值運算複合，例如：
a &= b 即 a = a & b

位運算子在c++的課程裡會詳細介紹，在初級階段使用不多，僅供瞭解。

四. c語言控制結構

4.1 控制成分

1966年，G.jacopini和C.Bohm發表論文證明，任何具有單入口單出口的程式都可以用三種基本結構表達：順序、迴圈、分支。

Goto語句：無條件轉向
goto 語句標號（識別符號，命名規則同變數），識別符號可以出現在任何地方

爭論：是否該有Goto語句
第一門高階語言Fortran大量使用goto語句，但著名教授E.W.Dijkstra1965年於IFIP中提出，goto語句應當取消。
1974年，Donald E.Knuth作出了全面公正的評述。（這裡我沒記，大概意思就是有的時候用很有幫助但用得太多對程式不好······）

4.2 分支結構

分支結構：if()
先對括號內表示式求解，括號內可以是任何資料型別，包括整型、實型、字元型、指標型，0按假，1按真處理

多分支語句：
switch(){
case 常量表達式1：語句1;
case 常量表達式2：語句2;
······
default：語句n+1;
}
如果表示式的值與某一個case後的常量表達式值相等，就執行此case之後的語句；全部不相等，執行default。
想執行單條語句，可以加break。
case可以共享語句，如果某條case之後沒有語句，則一直共享到有語句的那條為止。
default放在前面，可以不執行。也提供一個入口。如果仍舊全部不匹配，就執行default。

4.3 迴圈結構

for迴圈：
for (表示式1；表示式2；表示式3){
語句；
}
進入迴圈執行表示式1，只執行一遍；
表示式2為真，執行語句，再求表示式3。直到表示式2為假。

while迴圈：
while(條件語句){
語句；
}
條件語句為真即執行語句。
語句中必須改變條件語句，否則容易進入死迴圈。

do-while迴圈：
do{
執行語句
}while(條件語句)；
先執行，再判斷條件。至少會被執行一次。

break語句：跳出本層迴圈，執行下一條。注意只跳出一層。
continue語句：結束本次迴圈，判定迴圈表示式決定是否執行下一次迴圈。

謝謝各位看到這裡，以上就是c++全部基礎知識的總結，後續的三個部分分別涉及陣列+字串、函式+遞迴、指標，習題部分的筆記會另外寫的，敬請期待！