C语言入门

基础

Hello World

老规矩我们还是先来看一下在C语言里是怎么写 Hello World 的：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

其中：

#include <stdio.h>：引入标准输入输出库，printf 就在这里面定义。

include的部分一般被叫做头文件。
int main()：程序的主函数，是程序执行的起点。
printf("Hello, World!\n");：向屏幕输出 Hello, World!，\n 表示换行。
return 0;：表示程序正常结束。

printf()

printf 是 C 标准库函数，用于格式化文本并将其输出到标准输出。

它的语法相比于其他的编程语言（比如说Python，C++之类的）会复杂很多。

printf的参数主要分成2部分：格式化字符串以及变量名。其中格式化字符串（ format string）可以参考以下定义（我个人觉得这个定义比较清楚）：

The format string is a character string which contains two types of objects: plain characters, which are simply copied to the output channel, and conversion specifications, each of which causes conversion and printing of arguments.

（来源：https://ocaml.org/manual/5.0/api/Printf.html）

我们来分情况看一下printf的具体语法：

1. 只有字符串的情况：

# include <stdio.h>
int main(void)
{
    printf("Hello World!\n");  // \n表示换行
    return 0;
}

这种情况下就非常简单，直接在引号里输入希望输出的内容即可。

2. 涉及变量的情况：

# include <stdio.h>
int main(void)
{
    int i = 10;
    printf("%d\n", i);  // %d是输出控制符，d 表示十进制，后面的 i 是输出参数*
    return 0;
}

我们需要在格式化字符串（ format string）里给定符合要求的格式化。

格式化占位符的语法如下：

1	%[parameter][flags][field width][.precision][length]type

- Parameter：指定用于格式化的参数位置（从1开始）

字符	说明
`n$`	其中`n`是参数位置

例子：

1 2	printf("%2$d %1$d", 11, 22); // 会输出 22 11

- Flags：

标志	说明
`-`	左对齐（默认是右对齐）
`+`	总是显示正号或负号（例如 +10）
(空格)	正数前加空格，负数前加负号
`0`	用0填充未占满的宽度
`#`	对于`%o`、`%x`、`%X`等，添加前缀（如`0x`）；对于`%f`等，始终包含小数点

- Field Width：指定最小输出字符数，不足时用空格（或0）填充，如果要使用变量指定宽度，可以用 *。

例子：

printf("%d", 42);
// 会输出 "   42" （前面有3个空格）

printf("%*d", 5, 42);
// 会输出 "   42" （前面有3个空格）

- Precision：指定数字小数点后的位数或字符串的最大输出长度：

对于浮点数（如 %f）：表示小数点后保留的位数，如 %.2f
对于字符串（如 %s）：表示最大输出字符数，如 %.5s
可以使用 * 表示由参数动态提供

- Length：指出浮点型参数或整型参数的长度

修饰符	说明
`hh`	`signed char` 或 `unsigned char`
`h`	`short` 或 `unsigned short`
`l`	`long` 或 `unsigned long`
`ll`	`long long` 或 `unsigned long long`
`L`	`long double`（用于`%Lf`）
`z`	`size_t`
`t`	`ptrdiff_t`
`j`	`intmax_t` 或 `uintmax_t`

例子：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>

int main() {
    signed char a = -5;
    printf("%hhd\n", a);
    // 会输出 "-5"

    short s = 32000;
    printf("%hd\n", s);
    // 会输出 "32000"

    long l = 123456789L;
    printf("%ld\n", l);
    // 会输出 "123456789"

    long long ll = 9223372036854775807LL;
    printf("%lld\n", ll);
    // 会输出 "9223372036854775807"

    long double ld = 3.141592653589793238L;
    printf("%Lf\n", ld);
    // 会输出 "3.141593"（默认保留6位小数）

    size_t sz = 100;
    printf("%zu\n", sz);
    // 会输出 "100"

    ptrdiff_t diff = -8;
    printf("%td\n", diff);
    // 会输出 "-8"

    intmax_t im = 9223372036854775807;
    printf("%jd\n", im);
    // 会输出 "9223372036854775807"

    return 0;
}

- Type：也称转换说明（conversion specification/specifier），指定具体的数据类型，有以下选择

字符	说明
`%d`	打印十进制整数（int）
%f	打印浮点数（float/double）
%.2f	打印浮点数，保留小数点后2位
%s	打印字符串（char*）
%c	打印单个字符（char）
%x	打印十六进制（小写）
%%	输出一个百分号 %

其中只有Type是必须要给的，其他均可以省略。

例子：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 123;
    float pi = 3.14159;
    char letter = 'A';
    char name[] = "hello";
    int hex = 255;

    printf("整数：%d\n", i);
    printf("浮点数（默认）：%f\n", pi);
    printf("浮点数（保留两位）：%.2f\n", pi);
    printf("字符串：%s\n", name);
    printf("字符：%c\n", letter);
    printf("十六进制：%x\n", hex);
    printf("百分号：%%\n");

    return 0;
}

注意：在第二部分一定要给定变量，如果没有给，则会从错误的内存地址读取数据，导致不可预期的行为。

此外还有一个比较特殊的格式符：%n 。这个格式符会让 printf 把当前已经打印的字符数量写入 n 所在的地址。

比如说下面这个例子

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
	printf("hello%n", &n);

    return 0;
}

n的值会被存储为5。

由于它的特殊性以及危险性，很多现代系统在 libc 中禁用了 %n，或者在格式化函数上增加了保护（如 glibc 中对 %n 的格式检查）。