C语言（20250711）

C语言

内容提要

• 运算符
  • 位运算
• 流程控制
  • 算法
  • 程序的三种结构
  • C语句
  • 数据的输入与输出

运算符

位运算

<<:左移，按位左移

说明：原操作数所有的二进制位数向左整体移动指定位。（小端模式下：高舍低补）

无符号左移

• 语法：

  操作数 << 移动位数
  

• 举例：

  unsigned char a = 3 << 3; // 24 将3左移3位，可以套用公式： 3 * 2 ^ 3
  unsigned int b = 5 << 4; // 80 将5左移4位，可以套用公式： 5 * 2 ^ 4
  

有符号左移

• 语法：

  操作数 << 移动位数
  

• 举例：

   char a = -3 << 3 //-24 将-3左移3位，可以套用公式： -3 * 2 ^ 3
   int b = 240 << 2; //960,将240左移2位，可以套用公式： 240 * 2 ^ 2
  

• 注意：

  • 如果符号位被覆盖或者移除高位全是1时溢出或者极端溢出时，公式不适用，其他使用都可以使用公式：$a\ast 2^n$

>>:右移，按位右移

说明：原操作数所以二进制位数据整体向右移动指定位，移除的数据舍弃（高补低舍）

如果操作数时无符号数：左边用0补齐

如果操作数是有符号数：左边用什么补全，取决于计算机系统

• 逻辑右移：用0补全
• 算数右移：由符号位决定补什么，符号位是1，就用1来补全，如果符号位是0，就用0来补全

大部分情况下，系统都遵循==“算数右移”==；

无符号右移

• 语法：

操作数 >> 移动位数

• 举例：

 unsigned char a = 3 >> 3; //0

有符号右移

• 语法：

操作数 >> 移动位数

• 举例：

 unsigned char a = -3 >> 3; //-1

关于移位运算过程：

原数据 → 二进制原码 → 二进制反码 → 二进制补码 → 移位运算 → 二进制反码 → 二进制原码 → 特定进制数据

流程控制

算法

著名计算机科学家沃斯提出了一个公式：

程序 = 数据结构 + 算法

• 数据结构：对数据的描述
• 算法：对操作步骤的描述

算法的定义

广义的来说，为解决一个问题而采取的方法和有限的步骤，就称为“算法”

例如：

将大象放入冰箱的算法就可以如下描述：

打开冰箱门 → 把大象装进去 → 关闭冰箱门

算法特征

• 有穷性：包含有限的操作步骤，不能无限制的执行下去。
• 可行性：算法中每一天指令必须是切实可执行的。
• **确定性：**算法中每一条指令必须有确切的含义，不能产生歧义。

算法描述-流程图

案例

• 要求：对于计算 s=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10（累加求和）

• 用流程图表示：

程序的三种基本结构（重点）

程序的三种基本结构包括：顺序结构、分支结构（条件结构、选择结构）、循环结构（重复结构）

顺序结构

特点：各操作是按先后顺序执行的，是最简单的一种结构，这个结构是程序默认的。

其中A和B两个框是顺序执行的。也就是在A框所指定的操作后，必然接着执行B框所指定的操作。

分支结构

**特点：**根据是否满足给定的条件而从一组、两组、或者多组操作中选择一种进行执行。

• 如果P条件成立，就执行A操作，否则跳过这个结构
• 无论会不会执行A操作，分支都会结束

• 无论P条件是否成立，A操作或者B操作中总有一个会执行。
• 无论执行完哪一个分支，分支都会结束

分支结构又分为：

① 单分支

② 双分支

③ 多分支

循环结构

**特点：**在满足一定条件下，反复执行某一部分操作，有两种类型：

当型循环

图示：

执行过程：

当给定条件P成立时，执行S操作，然后再判断P条件是否成立，如果仍然成立，再执行S操作，然后再判断…，如此反复，直到某一次P条件不成立为止，此时不再执行S，结束循环。

特点：

先判断，后执行，循环体（S）有可能一次都不执行。

代表：

while、for

直到型循环

图示：

执行过程：

执行S操作，然后判断条件P是否成立，如果成立，再执行S操作，然后再判断，……，如此反复，直到某一次P条件不成立不再执行S，结束循环。

特点：先执行，后判断，循环体（S）最少执行一次。

代表：

do…while

C语句

定义

• C程序是以函数为基础单位的
• C语句必须依赖于函数存在
• 一个函数的执行部分是由若干条语句构成的。
• C语句都是用来完成一定的操作任务。

C程序结构

C语句分类

1、控制语句

作用：用来完成一定的控制功能

举例：

if…else…、for…、while…、do…while、continue、break、switch、return、goto

2、函数调用语句

由一个函数调用+分号组成，例如：

printf("这是一个函数调用语句");
test();

3、表达式语句

由一个表达式+分号组成，最典型的表达式语句就是赋值语句，例如：

a = 3 // 表达式
score >= 90 // 表达式
score = 90; // 表达式语句

4、空语句

只有一个分号，什么都不做，例如：

;
for(;;)

5、复合语句

用{…}括起来的若干个语句，例如：

{
    z = z +y;
    t = z / 100;
    printf("%f\n",t);
    // 超过1条语句就是复合语句
}

数据的输入与输出

数据的输入与输出是相对而言，其中：

• 从计算机向外部设备输送数据为输出（output）。通常的输出设备包括：显示器、打印机等。
• 从外部设备项计算机输送数据为输入（input）。通常的输入设备包括：键盘、鼠标、扫描仪等。

在C 语言中，输入与输出需要使用标准的输入输出库（stdio.h）中的输入函数（scanf（））、输出函数（printf（））实现，后期可以扩展其他输入输出函数。我们将这种跟硬件打交道的输入输出操作称作外设IO。

库函数已经被编译成了目标文件内置于编译系统，在链接时与编译源程序得到的目标文件相链接，生成可执行程序。

注意：在使用系统库函数的时候，需要用预处理指令 #include 将有关的头文件包含到用户资源文件中（一般放在程序的开头位置）头文件中包含了调用函数时需要的有关信息，具体的函数实现在编译的时候再去链接对应的系统库。

输入输出缓冲机制

缓冲区的概念

• 缓冲区（缓存）是内存空间的一部分，用于暂存输入或输出的数据。
• 在进行输入操作时，系统从外部设备（如键盘）读取数据，先放入缓冲区，程序再从缓冲区中读取数据。

输入时数据流向：外部设备 → 输入缓冲区 → 程序

• 在进行输出操作时，系统先将数据放入缓冲区，然后在特定条件下（如缓冲区满、遇到特定字符、手动刷新等）再将缓冲区中的数据输出到外部设备（如屏幕）

输出时数据流向：程序 → 输出缓冲区 → 外部设备

缓冲区的类型

C语言的缓冲区有三种类型：

**全缓冲：**当缓冲区填满后，才进行实际的输入输出操作。例如：对磁盘文件的读写。— window全缓冲区大小是4096字节， Linux全缓冲区大小是1024字节。

行缓冲：当在输入和输出中遇到换行符（\n或者回车）时，执行实际的输入输出操作。例如：标准输入（stdin）和标准输出（stdout）。

**无缓冲：**不进行缓冲，直接进行输入输出操作。例如：标准错误流（stderr）

缓冲区的刷新条件

缓冲区的刷新（如将缓冲区中的数据实际输出到外部设备）通常发生在以下情况：

• **缓冲区满：**当缓冲区写满时，会自动刷新。

• **遇到特定字符：**如换行符（\n）等。

• **手动刷新：**使用fflush(stdout)函数手动刷新输出缓冲区。

• **程序关闭时：**当程序结束时，缓冲区中的数据会被刷新。

缓冲区的实际应用

• **提高效率：**通过缓冲区，可以减少与外部设备的交互次数，提高数据传输的效率

• **处理输入输出：**例如：使用scanf和printf函数时，数据先被放入缓冲区，然后按照特定的规则从缓冲区读取或输出。

原理实现

简单的输入与输出

用printf函数输出数据

基础用法

语法：

printf("格式控制",输出列表);

引入文件：

#include <stdio.h>

举例：

printf("i=%d,x=%d,y=%d\n",i,34,i+1);

注意：格式控制中的格式化符号（%d）要和输出的数据一一对应。

参数：

• ==格式控制：==用一对英文双引号括起来，包括两种信息：
  • 格式说明：
  • 由 % 和 特定字符 组成，如：%d,%f,%c等，这是格式说明符，用于说明输出项目所采用的格式。
  • 普通字符：作为说明性文字、符号等，按照输入原样输出。
• ==输出列表：==输出列表中的各项目指出了所要输出的内容。可以是常量（字面量、符号常量、const修饰的变量）、变量、表达式。输出列表的个数，由格式控制中的格式化符号来决定。

基本的格式化符

%d 按有符号十进制整型（int）数据的实际长度输出。（十进制（0）、八进制

（00）、十六进制（0x00））

%u 按无符号十进制整型（int）数据的实际长度输出。

%c 仅输出一个字符（char）

%s 输出结果是字符串，举例：printf(“%s\n”,“CHINA”);,输出结果：CHINA

%f 以小数形式输出 float 类型实数；

%lf 以小数形式输出 double 类型（双精度）实数

%e 也可以写作%E，以指数形式输出一个实数（涵单双精度）。小数点前1位非0数字，并输出6位小数。

%hd 短整型(short int/short)

%hhd 字符型的ASCII码，char数据对应的ASCII码的值，举例：char a ‘A’;printf(“%hhd\n”,a);，输出结果：65

%ld 长整型（long int/long）

%lld 长长整型（long long int/long long）

%x 十六进制，但是十六进制的前缀0x不会打印出来，举例printf(“%x\n”,198);，输出结果：c6

%#x 十六进制，并且十六进制的前缀0x也会打印出来，举例printf(“%#x\n”,198);，输出结果：0xc6

%o 八进制，前缀0不会打印出来，举例：5

%#o 八进制，并且八进制的前缀0也会打印出来，举例：05

%p 打印内存的地址

%% 输出%本身

案例：

/*************************************************************************
  > File Name:    demo01.c
  > Author:       朱旭博
  > Description:  
  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 15时28分40秒
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("%x,%#x\n",255,255);//输出16进制整数
    printf("%o,%#o\n",255,255);//输出8进制
    printf("%d,%u,%c\n",5,5,'%');//正常输出
    printf("%%\n");//输出%
    printf("%f,%lf,%e\n",99.12345,99.12345,99.12345);//输出小数
    return 0;
}

运行结果：

用scanf输入数据

基础用法

语法：

scanf("格式控制", 地址列表);

注意：地址列表不能传变量、常量、表达式。只能传与之对应的内存地址（首地址），如果是普通变量，通过& + b变量名获取变量地址。

举例：

int a = 10; // 定义了一个变量a
scanf("%d",&a);// &在这里称作 取地址符，&a的意思是获取变量a对应的内存地址
（首地址）

作用：

将从键盘输入的数据存入内存中所占的存储单元里，存储单元有地址标识。

参数：

• 格式控制：含义等同于printf函数的格式控制，说明输入的数据应该使用的格式。
• 地址列表：
• ：是由若干个地址组成，可以是变量的地址或者字符串的地址。&是取地址符号，用于取出变量的地址。与格式化输出一样，在格式控制中，用于说明数据格式的格式说明符以%开头，后面紧跟具体的格式。

案例：

• 需求：从键盘输入整数给变量a,b,c赋值
• 代码：

/*************************************************************************
  > File Name:    demo02.c
  > Author:       朱旭博
  > Description:  
  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 15时48分53秒
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    //定义三个变量a，b，c，用来接收控制台的输入
    int a,b,c;//因为我们需要通过接收控制台输入进行赋值，所以无需初始化

    //每次在使用键盘录入前加上提示信息
    printf("请输入3个整数：\n");
    scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);

    //测试输出
    printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c);

    return 0;
}

运行结果：

总结：输入多个数据的时候可以用空格、 Tab键、回车键中的任意一种。

说明：

• scanf函数中的“格式控制”后面应当是变量的地址，由取地址符&和变量名共同组成，举例：

scanf("%f%d", &a, &b);

• 如果“格式控制”中除了格式说明以外还有其他字符，则在输入数据时必须在对应位置输入与之相同的字符，举例：

scanf("%d,%d",&a, &b);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的逗号分隔： 3,4

scanf("%d-%d-%d",&year, &month, &day);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的短横线分隔： 2025-7-11

scanf("%d年%d月%d日",&year, &month, &day);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的年月日分隔： 2025年7月11日

• 用 %c 格式输入字符时，转义符（如： \n , \t 等）都作为有效字符输入，应注意：

scanf("%c%c%c", &a, &b, &c);

注意：其实Tab 键、空格键、回车键的响应都是当做字符处理。

• 在输入数值型数据（整型+浮点型）时，遇到空格、回车、Tab键或遇到非法输入（A,?..），则认为该输入结束；

scanf("%d%d%d",&a, &b, &c);

• 对于 unsigned 型变量所需的数据，建议用%u 格式输入；若用 %d （ signed int ），需确保输入值在 int 范围内（否则可能溢出）

复杂的输入与输出

按指定格式输出数据的宽度、小数位数、上下行数据按小数点对齐、用八进制、十六进制输出等。

输出格式控制

整型格式说明符

• 十进制形式（0~9）

• 八进制形式（0~7）

• 十六进制形式（0~F）

说明：

m 表示输出整型数据所占的总宽度（列数，1个字符占1列），其中：

① 当实际数据的位数不到m位时，数据前面将用空格填满， 举例：原数据（ "12" ），列宽为m(4)的数据（" 12"）

② 若实际数据的位数大于等于m位时，则以数据的实际位数为标准进行输出，列宽无效，举例：

原数据（ "12345" ），列宽m(4)的数据（ "12345" ）

总结：

如果实际 数据列宽 < m，使用空格补齐m。

如果实际 数据列宽 >=m，输出实际数据，m失效。

一个int型整数也可以用%u输出，反之一个unsigned型整数也可以用%d、%o、%x格式输出。按相互赋值的规则处理

举例：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("%d\n",12); // "12" 输出后，实际列宽是2
    printf("%6d\n",12); // " 12" 输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用空格填充
    printf("%-6d\n",12); // "12 " 输出后，实际列宽是6，左对齐，右边使用空格填充
    printf("%6d\n",1234567); // "1234567" 输出后，实际列宽是7，一旦实际列宽超过指定列宽，就按实际列宽输出
    printf("%06d\n",12); // "000012" 输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用0填充
    printf("%+d,%+d\n",12,-12); // "+12,-12" 输出后，显示正负号
    printf("%#06x,%#06o\n",12,12);// "0x000c,000014" 输出后，实际列宽是6
    return 0;
}

字符型格式说明符

• 字符型

用法和整型的用法一致。

• 字符串型

在C语言中，支持字符串常量，不支持字符串变量。

案例：

• 需求：字符串输出
• 代码：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
    printf("%3s\n%7.2s\n%-5.3s\n%.4s\n","CHINA","CHINA","CHINA","CHINA");
        // %3s: "CHINA" 超出指定列宽，按实际列宽输出
        // %7.2s: " CH" 截取CH，实际列宽补足到7，右对齐
        // %-5.3s: "CHI " 截取 CHI，实际列宽补足到5，左对齐
        // %.4s: "CHIN" 截取CHIN，实际列宽就是默认列宽4
        return 0;
}

• 运行结果：

浮点型格式说明符

浮点型格式分为三种形式：

解释：

在输出浮点型数据时，格式说明符中的m表示整个数据所占的列宽，n表示小数点后面所占的位数（保留的小数位）

如果在小数点后取n位后，所规定的数据宽度m不够输出数据前面的整数部分（包括小数点），则按实际的位数进行输出。

案例：

• 需求：输出浮点型数时，指定小数位。
• 案例：

#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
    float f = 123.456f; // f是标识，不计入列宽的，实际列宽是7
    printf("%8.2f\n%-8.2f\n%8.6f\n%9.2e\n%g\n%G\n",f,f,f,f,f,f);
    // %8.2f: " 123.46" 小数位保存采取“四舍五入” 小数保留2位，实际列宽补足到8，右对齐
    // %-8.2f: "123.46 " 左对齐
    // %8.6f: "123.456001" 实际列宽超过指定列宽，以实际列宽为准
    // %9.2e: " 1.23e+02" 首先，小数转换为指数；接着，处理尾数，这里的.2是尾数位；最后补足列宽。
    return 0;
}

• 运行结果：

注意：这里的小数位的保留采用四舍五入