C 程序设计(清华大学课件)

C程序设计什么是C语言通用编程语言C语言是一种广泛应用的通用编程语言，用于开发各种软件，包括操作系统、嵌入式系统和应用程序。结构化编程C语言以其结构化编程范式而闻名，它强调代码的组织、模块化和可读性。高效性C语言以其接近硬件的特性而著称，这使其在性能要求苛刻的应用中具有优势。C语言发展历史11972年由丹尼斯·里奇在贝尔实验室设计21970年代用于开发UNIX操作系统31980年代成为最流行的编程语言之一4至今广泛应用于系统编程、嵌入式系统、游戏开发等领域C语言特点1高效性C语言的执行效率非常高，因为它可以直接操作硬件，并且代码编译后生成的机器码非常紧凑。2可移植性C语言的标准化使得它可以在不同的操作系统和硬件平台上移植，这为开发者带来了很大的便利。3灵活性C语言的语法灵活，可以进行底层操作，适合开发各种类型的应用程序，包括操作系统、嵌入式系统等。4广泛应用C语言被广泛应用于各种领域，例如操作系统、数据库、网络编程、游戏开发等。C语言程序结构1预处理指令以#号开头的指令，在编译前由预处理器进行处理。2函数定义定义程序的功能模块，包含函数名、参数列表和函数体。3主函数程序执行的入口点，包含程序的执行逻辑。基本数据类型整型整数，例如1,2,-3,0。浮点型实数，例如3.14,2.718,-1.5。字符型单个字符，例如'A','b','!'。变量和常量变量在程序运行过程中可以改变值的存储单元。常量在程序运行过程中值始终保持不变的存储单元。表达式和运算符算术运算符用于执行基本的数学运算，例如加减乘除。关系运算符用于比较两个值，例如大于、小于、等于。逻辑运算符用于组合多个条件，例如与、或、非。位运算符用于对单个位进行操作，例如位与、位或、位异或。流程控制语句顺序结构程序按照代码的顺序逐行执行，这是最基本的结构。选择结构根据条件判断，选择不同的执行路径，包括if、elseif、else语句。循环结构重复执行一段代码，直到满足特定条件，包括for、while、do-while语句。函数1定义函数是一段可重复使用的代码块，它可以接收输入参数并返回输出值。2作用函数可以提高代码的可读性、可维护性和可重用性，并可以简化程序结构。3类型C语言提供了标准库函数和用户自定义函数两种类型的函数。数组连续内存数组元素存储在内存中相邻的位置。相同类型数组中的所有元素必须具有相同的数据类型。下标访问使用下标来访问数组中的特定元素。字符串处理字符数组字符串本质上是以null结尾的字符数组。标准库函数C语言提供丰富的字符串操作函数，例如strcpy、strcat、strlen等。指针操作指针可以高效地访问和修改字符串中的字符。指针内存地址指针是一个变量，它存储了另一个变量的内存地址。间接访问使用指针可以间接访问其他变量的值。动态内存分配指针是动态内存分配的关键，允许在程序运行时分配和释放内存。动态内存分配堆内存程序运行时，系统提供的一块内存区域。在程序开始执行之前，系统会分配一个固定大小的内存空间给程序。当程序运行时，程序员可以使用malloc()函数在堆内存中动态地分配内存空间。自由存储区在堆内存中，没有被分配的内存空间称为自由存储区。当程序员需要分配新的内存空间时，系统会从自由存储区中寻找合适的空间进行分配。内存泄漏在动态内存分配中，如果程序员忘记释放已分配的内存空间，会导致内存泄漏。这会导致程序占用越来越多的内存，最终可能导致程序崩溃。结构体自定义数据类型结构体允许您将不同类型的数据组合在一起，以创建更复杂的数据结构。成员访问您可以使用点运算符(.)访问结构体成员。内存分配结构体变量在内存中分配连续的内存空间以存储其成员。联合体内存共享联合体中的成员共享同一内存空间。数据类型转换联合体可以用于将不同数据类型的值存储在同一内存位置。节省内存当需要在不同数据类型之间进行转换，并且数据类型大小不同时，可以使用联合体来节省内存。枚举类型枚举类型定义使用`enum`关键字定义枚举类型，并用花括号括起来列出枚举常量。枚举常量枚举常量是整型常量，默认从0开始递增。使用枚举类型可以使用枚举常量来表示一组离散的值，使代码更易读和易于维护。位操作位操作是直接对内存中的位进行操作，能够有效提高程序效率，尤其适用于底层编程和数据压缩等领域。常见的位操作符包括按位与(&)、按位或(|)、按位异或(^)、按位取反(~)和位移操作符(<<,>>)等。例如，我们可以使用位掩码来设置或清除某个变量的特定位，实现对多个状态的控制。预处理宏定义定义常量和代码段。文件包含包含头文件。条件编译根据条件选择编译代码。文件操作文件打开使用fopen函数打开文件，指定文件路径和打开模式。文件写入使用fwrite函数将数据写入文件，指定数据指针、数据大小和写入数量。文件读取使用fread函数从文件读取数据，指定数据指针、数据大小和读取数量。文件关闭使用fclose函数关闭文件，释放文件资源。错误处理调试工具使用调试器来查找和解决代码中的错误。错误处理机制在程序中添加错误处理代码，以便在遇到错误时能够优雅地处理。错误日志记录错误信息以帮助分析和修复问题。标准库函数输入输出标准库提供了丰富的输入输出函数，例如scanf()和printf()，用于与用户交互。字符串处理字符串处理函数，例如strcpy()和strlen()，简化了字符串操作。内存管理内存管理函数，例如malloc()和free()，用于动态分配和释放内存。数学运算数学运算函数，例如sqrt()和pow()，提供常用的数学运算功能。C语言编程实例通过实际编程实例，加深对C语言知识的理解和应用。例如：编写一个简单的计算器程序实现一个学生成绩管理系统开发一个简单的游戏程序命令行参数1传递信息在程序运行时向程序传递额外的信息，例如文件名或配置参数。2灵活控制使程序能够根据不同的参数执行不同的操作或选择不同的行为。3交互性允许用户在运行时自定义程序的行为，提升用户体验。链接与编译1编译将源代码转换为可执行文件2链接将多个目标文件合并成一个可执行文件3库预编译好的函数集合，可供程序调用内存管理堆和栈C语言中，内存管理主要涉及堆和栈。栈用于存储局部变量，堆用于动态内存分配。指针和动态分配指针用于访问内存地址，动态内存分配允许在程序运行时分配和释放内存空间。内存泄漏忘记释放动态分配的内存会导致内存泄漏，最终导致系统崩溃。程序效率优化算法优化选择更高效的算法，降低时间复杂度，提高程序执行速度。数据结构优化使用合适的数据结构，例如哈希表、树等，减少数据访问时间。代码优化避免不必要的循环、条件判断、函数调用，提高代码执行效率。编译器优化使用编译器优化选项，例如代码优化、内存优化等，提高程序性能。系统编程操作系统内核交互网络编程进程管理内存管理面向对象编程1封装将数据和操作数据的方法封装在一起，提高代码的安全性、可维护性和可复用性。2继承允许创建新的类，继承现有类的属性和方法，减少代码重复，提高代码可扩展性。3多态同一操作可以作用于不同的对象，产生不同的结果，提高