C语言入门小册子
一个简单的C程序：计算球体的体积
以下是一个简单的C语言程序，用于计算球体的体积：
/* sphere.c */
#include <stdio.h> /* 包含用于printf的头文件。 */
#define PI 3.141592654f /* 定义一个常量。 */
static float sphere(float); /* 函数原型。sphere函数被定义为内部链接的(static)，
因为它仅在本翻译单元中使用。 */
int main(void) /* 主函数 */
{
float volume; /* 定义一个浮点变量。 */
float radius = 3; /* 定义并初始化变量。 */
volume = sphere(radius); /* 调用sphere函数，并将返回值赋值给volume。 */
printf( "Volume: %f\n", volume ); /* 打印结果。 */
return 0;
}
static float sphere(float rad) /* 定义用于计算体积的函数。 */
{
float result; /* 定义一个自动存储周期和块作用域的变量result。 */
result = rad * rad * rad;
result = 4 * PI * result / 3;
return result; /* 返回result给调用sphere函数的地方。 */
}
程序特性解析
-
注释：
程序中的注释以/*和*/括起来。注释几乎可以放在程序中的任何地方，因为编译器会忽略它们。 -
语句结束：
每条语句以分号;结尾。漏掉分号或多加一个分号是C语言编程中的常见错误。 -
代码块：
代码通过花括号{ }分组为块。 -
区分大小写：
C语言区分大小写，所有的C语言关键字都以小写书写。变量和函数名称可以使用任意大小写，但按惯例应使用小写。常量通常使用大写。 -
预处理指令：
并非C程序中的所有语句都是可执行的。一些语句是“预处理指令”。
C程序的编译过程
C语言的编译是一个多步过程，包括以下步骤：
-
预处理：
源文件会通过“C预处理器”处理。预处理器的任务是对源文件进行文本操作，如宏展开、常量替换、文件包含和条件编译。预处理的输出是二级源文件，用于后续编译。 -
编译：
编译器将二级源文件转化为二进制等效的目标文件（object file）。 -
链接：
目标文件不能直接运行。如果程序中使用了C库函数（如printf()），链接器会将库函数的二进制代码与目标文件合并。此外，还需要链接一些地址信息，以便程序能在目标系统上运行。链接器将一个或多个目标文件与库文件链接，生成可执行文件。
预处理指令
预处理指令以#开头，被称为“预处理指令”或“宏命令”。示例程序中包含两个预处理指令：
#include <stdio.h>
#define PI 3.141592654f
-
#include <stdio.h>：
将头文件stdio.h的内容合并到当前程序中。stdio.h包含了标准输入/输出库的声明，例如printf()函数的声明。 -
#define PI 3.141592654f：
定义了一个常量PI，表示圆周率。
头文件（如stdio.h）仅包含声明，实际的库代码存放在单独的库文件中，并在链接时添加。自定义头文件可通过如下方式包含：
#include "mydefs.h"
需要注意，标准头文件使用尖括号< >，而自定义头文件使用双引号" "。
C程序的结构
C程序由一个或多个函数组成。示例程序中包含两个用户自定义函数main()和sphere()，以及一个库函数printf()。
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main()函数：
主函数是编写自包含程序时的必备部分。它定义了程序运行时自动执行的函数，其他函数均由main()直接或间接调用。 -
函数调用：
调用C函数时，只需指定函数名，并在后续括号中提供参数，用逗号分隔参数。例如：printf( "Volume: %f\n", volume );这段代码传递了两个参数：
"Volume: %f\n"：提供文本和格式信息。volume：提供一个数值。
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函数返回值：
函数可以返回值，也可以不返回值。例如，sphere()函数返回一个值，因此调用方式如下：volume = sphere(radius);sphere()函数使用return关键字返回计算结果，具体语句为：return result;
C语言中的变量和函数声明
变量声明
在C程序中，所有变量都必须通过指定名称和类型进行“声明”。在示例程序中，main函数声明了两个变量：
float volume;
float radius = 3;
sphere函数中也声明了一个变量：
float result;
以上声明的变量类型为浮点型（float）。在声明变量时，可以同时为其赋值，例如在声明radius时直接赋值为3。
这三个变量的声明都定义了块作用域（block scope）。具有块作用域的变量仅在声明它们的代码块中有效。同名变量可以在不同的代码块中声明，而不会互相干扰。此外，可以声明文件作用域（file scope）的变量，使其在整个翻译单元内的所有函数中共享。这类变量在所有块外部声明，例如：
extern int a;
此声明标识a为整型变量，其存储在其他地方定义，通常在另一个翻译单元中。例如：
/* global.c */
#include <stdio.h>
void somefunc( void );
int globalvar;
void main()
{
extern int globalvar;
globalvar = 42;
somefunc();
printf( "%d\n", globalvar );
}
void somefunc( void )
{
extern int globalvar;
printf( "%d\n", globalvar );
globalvar = 13;
}
在这段代码中，globalvar是一个全局变量，在main和somefunc函数中都可以访问和修改。
函数声明（函数原型）
除了变量声明，示例程序还展示了函数声明（或称函数原型）的用法。例如：
float sphere(float);
函数原型声明了函数的返回值类型（若函数无返回值，则类型为void）以及调用该函数时需要提供的参数类型。这使得C编译器能够检查程序中对函数的调用是否正确，若调用不符合声明，将抛出错误。
输出文本的功能
printf()函数
C语言的printf()函数提供了强大的文本输出功能。例如，打印一条简单消息：
printf("Hello, world!");
输出结果为：
Hello, world!
需要注意的是，printf()不会自动在输出末尾添加换行符（\n）。例如：
printf("Twas bryllig ");
printf("and the slithy toves");
输出为：
Twas bryllig and the slithy toves
如果需要换行，可以显式添加换行符：
printf("Hello,\nworld!");
输出结果为：
Hello,
world!
格式化输出
printf()支持使用格式化代码打印变量的值。例如：
printf("Result = %f\n", result);
如果result的值为0.5，输出为：
Result = 0.5
这里%f是格式化代码，用于打印浮点数。再看一个例子：
printf("%d times %d = %d\n", a, b, a * b);
若a = 4，b = 10，输出为：
4 times 10 = 40
%d用于打印整数。参数列表中还可以包括数学表达式或字符串。
puts()函数
对于简单的字符串输出，可以使用puts()函数。它会自动在输出文本后添加换行符。例如：
puts("Hello, world!");
输出为：
Hello, world!
ANSI前的C语言示例
在ANSI标准出现之前，C语言中的函数声明和参数定义有所不同。例如：
/* oldspher.c */
#include <stdio.h>
#define PI 3.141592654
float sphere(); /* 函数原型中未定义参数类型 */
main()
{
float volume;
int radius = 3;
volume = sphere( radius );
printf( "Volume: %f\n", volume );
}
float sphere( rad )
int rad; /* 参数类型在函数头部未指定 */
{
float result;
result = rad * rad * rad;
result = 4 * PI * result / 3;
return result;
}
可以看到，早期的函数声明中，参数类型不需要在函数原型中指定，参数类型在函数定义的后续部分才被描述。ANSI C标准统一了这些规范，使C语言的代码更易读、易维护。
后续章节将详细阐述本节中提到的原理和概念。