C语言 C语言基础

一、简述

       对于C语言基础相关方面的表面理解，简单介绍。

二、二进制

       生活中常用的是十进制，基数0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,。满10进1。

       时钟60进制。基数0,1,2...57,58,59。满60进1。60秒为1分钟，60分钟为1小时。

       计算机二进制，基数0,1。满2进1。高电平代表1，低电平代表0。计算机的指令和数据都是用0和1来表示的。

三、计算机部分组成

       CPU+内存+外存。                                        

       CPU执行指令，CPU包括运算器、控制器。（包括多个寄存器）运算器负责逻辑运算，控制器包括对数据和指令的存取操作。

       内存运行当前的程序(代码+数据)，（代码可以看做是一系列的指令）内存可以划分为很多个单元，每个单元一个字节并对应一个编号,这个编号称为地址。（断电了就数据没了）

       外存可以简单认为是硬盘。（存放数据、应用程序等，断电了数据还在）

       程序运行：程序test.exe放在硬盘，CPU将test.exe读取到内存，然后逐条执行指令。

       多任务：有多个程序在同时运行，但是只有一个CPU，采用时间片轮询方式，简单来说，假设A,B,C三个程序同时执行，CPU执行A程序的一条指令，然后再执行B程序的一条指令，再执行C程序的一条指令，再到A。CPU执行得很快，看起来是同时执行的。当然任务之间还有优先级。

      断电数据丢失：在内存中的数据都是用电来表示的，断电之后，这些数据就会丢失。

                                         

   虚拟内存：操作系统为了更好、更高效地使用内存，管理内存，将实际物理内存进行了映射，对应用程序屏蔽了物理内存的细节，有利简化程序的编写。假设物理内存只有1G，有三个应用程序同时在运行，系统会将物理内存的一部分映射为3个大小均为4G的虚拟内存，让每一个应用程序都以为自己拥有4G内存（实际并不是，虚拟内存经过一定的方式映射为物理内存），这样极大地方便了应用程序的数据和代码的组织。

   内存4区：栈区，堆区，全局区，代码区。

   总线：计算机各部分通过总线连接。包括地址总线，数据总线，控制总线。地址总线：比如有32根地址总线，每一根线有高电平1，低电平两种状态0，那么可以表示0x00000000~0xFFFFFFFF总共2的32次方这么多个地址，一个地址可以表示一个内存单元。一般来说，地址总线越多，可以表示的地址越多。指针变量就是存放地址的，比如：int i = 10; int *p = &i;若i的地址为0x00800400;那么p指针变量存放的值就是0x00800400，是一个有实际地址意义的整数。因为是32根地址总线，所以sizeof(p) = 4 (字节)。数据总线：比如有8根数据线，那么同时可以存取8位数据，一般来说数据总线越多，同时存取的数据越多，执行效率越高。控制总线：控制、协调计算机各部分工作，存取指令。一般来说总线还可以拓展。

四、变量

       内存分为一个一个单元，一个单元一个字节，并且一个单元对应一个地址编号。

       在汇编语言中，可以直接对内存地址进行操作，如：MOV AL,[2000H] ;将内存地址0x2000的内容送到AL寄存器中。

       汇编中，直接将数据存放到某个内存地址，如将学生学号放到某个地址，学生姓名放到某个地址。到时候读取的时候，直接读取某个地址。这样子固然程序执行效率高，但是如果数据一多，难免会记不住哪个数据对应哪个地址，看到一个地址，自己还得想一下之前这个地址(这一段内存)存放的是什么数据，写起代码也不方便。时间一长，就算是自己编写的代码都要花很多时间才能看懂，而且维护起来也比较麻烦。

      这样我们将数据对应的一段内存起一个名字，这个名字就代表着一片内存，到时候直接操作着个名字就相当于操作这一片内存，这个名字就是我们所说的变量。起一个与数据相关的有意义的名字，方便我们编程。如：C语言中，我们可以将存放学生学号的那一段内存叫做id,将存放学生姓名的那一段内存叫做name。这样我们就可以通过id，name这两个变量名类读取或存储学生的id信息和姓名信息，到时候我们一看变量名name，我们就能想到这是存放姓名信息的。

      变量：对应一片内存，内存可以存放不同的数据，变量，变化的量。变量的地址就是对应的那一片内存首地址。如果变量占据多个内存单元，首个内存单元的地址就是变量的地址。程序中定义一个变量就在内存中开辟一片内存空间（系统为程序分配一片内存空间，如int i  = 0；在32位系统中，系统会分配4字节的内存空间，在单片机中就可能是在RAM中分配2字节(16位) ）。

五、数据类型

      为了方便，或者是为了执行效率，计算机采用了二进制，通过低电平或断电状态表示0，通过 通电或高电平状态表示1。这样一来，计算机只认识0和1，也只能表示0和1。那么我需要表示其他数字：2，3，4....字符：a,b,c...怎么办？我们可以使用多个0和1来代表其他数字和字符，并统一为一个表。

.......	.......
00110000	数字0
00110001	数字1
00110010	数字2
........	.......
01000100	大写字母D
01000101	大写字母E
........	........

 

    在内存中，表达整数0我们可以用 00110000，表达整数4亿我们可以用 00111111100011000011110。

    

 

上面这样子表示，我们可以知道这一段的0和1表示这整数0，那一段0和1表示4亿，但是实际上我们“看”不到内存，我们不知道从这个位置开始，到哪里结束表示着一个数据。我们需要明确规定多少个0和1表示一个整数，假设我们约定8位0和1表示一个整数，这样我们知道了内存首地址，往后读取8个0和1然后就可以读取到一个数据（整数）。就像加密的电报一样，"滴滴"表示1，“滴”表示0。按照多少个0和1代表一个字，才能正确的解密。

所以我们需要指定多少个0和1来表示一个数据。8个0和1可以表示2的8次方==〉256个数。要是有正负值，表示范围为-128-127。比如在32位系统中，C语言的整型int用32位即4字节表示，可以表示2的32次方==〉4294967296个数，有符号的表示范围为-2147483648——2147483647。有一些数据范围不大，只需几十个，如果用32位表示一个数据就显得浪费内存。有一些数据范围很大，用32位表示又不够表示，于是就有16位的short类型，64位的long long类型（不同的系统有可能类型的位数不一样）。就像用盒子打包物品一样，有一些物品比较小，有一些物品比较大。要是统一用一种尺寸的盒子装，盒子过小，大的物品又装不下，盒子过大，用来装小的有显得有点浪费，于是多种尺寸的盒子就产生了-多种数据类型。还有一个原因：就是在表达小数，或者是非常大的数时就算是64位也有点无能为力，但是如果改变存储方式，同样是64位，却可以表示更大范围的数。于是有了新的数据存储方式，这是针对浮点数的。（如果将整数和浮点数采用同样的存储方式，计算机结构会更加复杂化，甚至会降低执行效率）

                                        

数据的大小范围不一，整数，浮点数的存储方式不一样（读取的时候解析的方式也不一样），为了合理利用内存，提高执行效率，方便开发等原因，我们需要不同的数据类型。

         不同的数据类型意味着数据的大小不同(多少位0和1表示一个数据，也就是这种数据类型占多少个字节)，数据的存储方式（数据的解析方式）不同。也就是说同一个内存首地址，按照不同的数据类型，即按照不同的位数解读内存数据，就会读取出不一样的数据，按照不同的解析方式，也会读取出不一样的数据。就像加密电报一样，按照不同的位数一样的译码表也会解读出不一样的译文，按照一样的位数不一样的译码表也会解读出不一样的数据。如果仅仅知道数据的地址，不知道数据类型（包含数据大小、数据的解析方式），是无法正确解读数据的。如有一数据的首地址是0x0F48000,从这个地址开始存储着：10100011010101110100010100001011101000111011010010000101010100000101001100001010010010010110101010011

不知道数据类型，那么到哪里结束才是整个数据？就算知道了到哪里结束，又该怎么解析？（要知道还有用户构造类型--结构体类型）。因此，用地址操作数据 需要配合数据类型。

        定义不同数据类型的变量，系统根据数据类型分配相应的内存大小，程序填充数据时根据相应的存储方式，读取数据时按照相应的方式解析，不然读取不到正确的数据。如float类型的数据，如果直接按照int类型数据读取，那么读取出来的不是正确的数据。如float类型的数据12.0，如果按照int类型数据解读，就得不到我们"期望"的12。

        int类型存放整数，char类型存放字符，float类型存放浮点数，那么有没有一种变量是存放地址的呢？当然有--指针。

在32位系统环境，一般来说指针变量大小就是32位（4字节），那么为什么还有指针的数据类型呢？因为我们知道一个内存首地址以及数据大小，还需要确定怎么解析数据，类型就是用来指示解析/存储数据的。

六、修改内存数据

       对于程序自己申请的内存，作为拥有者，可以对这一片内存进行读取或修改数据，其他程序一般没有权限读取或修改。但是可以通过一些方式可以进行修改。

                                                    

     

七、发展历史，应用场景，编译器

    对于发展历史，就有必要提及兼容性，和各种名词的由来。
    有时候我们会有这种疑惑，为什么这样子设计，为什么不能简单一点呢？
    有可能是为了兼容以前的版本，或者是预留拓展接口。
    
    有时候我们会有这种疑惑，为什这样子命名？一点都不形象。
    有可能是它原来就很形象的，只是它被改进了。就像刚接触电脑时，感慨电脑的功能真是强大，不愧"电脑"之称。
    为什么会被叫做计算机呢？因为它本来最初设计的时候，它就是一台只会计算的机器。(原理上，它的核心也只会计算)
    
    了解一样东西的发展过程，或者说了解一样东西的创造过程、改进过程。
    可以拓展我们的思维，可能在以后的创造和设计中不知不觉的就进行模仿，参照比较。
    
    
    关于应用场景，就有必要谈及优缺点，有优势才有"前途"。
    （也许是意外的"接触"到C语言，但是如果想要深入学习的话，就有必要了解它究竟能"做什么"）
    
    编译器：将我们编辑的代码翻译为计算机所"认识"的机器代码。
            (这个机器代码：或者说计算机指令，可以简单认为是我们预定义的动作代号)
            
    有时候编译器不会听话，不会按照我们的代码一成不变的"翻译"，它还会"做手脚"。
    比如有一些编译器会对代码进行优化，如:
  

    int i;int j;for(i=0; i<200; i++){for(j=0; j<102; j++);}

    编译器发现循环里面什么都没做，它就会将这一段代码，去掉，
    然后再发现，i,j都没有使用，又将定义i，j的语句去掉。
    
    有时候，我们就是想通过这样来实现一定的延时呢？
    别担心，一般的编译器不会默认优化，而且可以设置是否优化以及优化的级别。

    编译器会帮我们分析词法、语法。不同的版本有差异，或者说它支持的标准不同。
    如C99标准的支持如下格式：
  

 for(int i=0; i<200; i++){}

    C89就不支持了。
    
    编译器参照的标准不一样，写法就可能存在差异。
    平台的差异(Windows, Linux...)，写法就可能存在差异。
    

八、待整理待补充

1、码(ASCII码，原码，反码，补码。。。)字符、负数的存储方式。2、基本数据类型(char, int, float, double, long。。。)了解其大小，存储/解析方式，数值的表示范围。(数值溢出回绕)3、关键字，变量变量的命名方式4、运算符算术运算符(+-*/)，逻辑运算符(&&,||,!)、关系运算符(>,<,=)，运算符结合性、优先级。。。)5、表达式算数表达式，逻辑表达式，关系表达式, 逗号表达式。。。6、控制结构if-else、switch、for、while、do-while、goto；(break与continue)7、函数函数调用过程、递归、变参函数、内联函数8、数组数组特点、数组嵌套9、指针指针含义、指针操作、多级指针，指针与数组10、文件操作读写、增删改查、文本文件、二进制文件11、内存布局内存堆、栈、全局区、代码区12、组合数据类型结构体(内存对齐)、共用体、枚举13、字符串操作、编译过程、头文件、宏定义、条件编译、定义声明、变量的生命周期、作用域、可见域14、数据结构链表(单向链表，循环链表，双向链表)、堆、栈、树(二叉树、平衡二叉树、红黑树)15、线程、进程并发任务、线程锁16、网络编程TCP、UDP，网络字节序(字节序：大端序、小端序)

  内存对齐：为了提高CPU的访问效率(存取数据的速度)，编译器会对数据进行字节对齐。

（这种对齐设置可以简化 CPU 和内存 RAM 之间的接口和硬件设计。比如一个32位的机器，CPU 读取内存时，硬件设计上可能只支持4字节对齐的地址访问）

       地址线、数据线的条数决定CPU一次最大能够同时存取访问多少字节的数据。
在32位机器中，CPU一次最大能够同时存取访问32位(4字节)数据，一般数据都大于4字节，为了加快CPU存取效率，
CPU每次都取4字节（无论数据有没有4字节，CPU都会取出来4字节）。