C语言第 4 天学习笔记：位运算、流程控制与输入输出

C语言：第04天笔记

内容摘要

• 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

演示：

注意：
如果符号位被覆盖或者移出高位全为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 * 2^n

>>:右移，按位右移

说明：原操作数所有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）

• 如果操作数是无符号数：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：数据位全部用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

演示：

有符号右移

语法：
操作数 >> 移动位数

举例：

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

演示：

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

算法（了解）

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。
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语句必须依赖于函数存在。

C程序结构

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称为输出（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称为输入（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，houq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：

#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;

}

运行效果：

377,0377 ff, xff
5,5,%
99.123450.99.123450,9.912345e+01

用scanf函数输入数据

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）==，如果是普通的变量，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：

#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。

输出数据格式控制

整型格式说明符

• 十进制形式（0~9）

  说明符	说明	数据类型
  %d和%md	用于基本整型	int
  %ld和%mld	用于长整型	long
  %u和%mu	用于无符号基本整型	unsigned int
  %lu和%mlu	用于无符号长整型	unsigned long

• 八进制形式（0~7）

  说明符	说明	数据类型
  %o和%mo	用于基本整型	int
  %lo和%mlo	用于长整型	long

• 十六进制形式（0~F）

  说明符	说明	数据类型
  %x和%mx	用于基本整型	int
  %lx和%mlx	用于长整型	long

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。

#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;
}

运行效果：

字符型格式说明符

• 字符型

  说明符	说明	举例
  %c或者%mc	输出的字符占m列	printf(“%3c\n”,‘a’);

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;
}

运行效果：

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

案例：

• 要求：求3个圆的周长，输出结果时要求按小数点对齐，取两位小数。

• 代码：

 #include <stdio.h>
 #define PI 3.14
 
 int main(int argc,char *argv[])
 {
     double r1 = 1.53, r2 = 21.83, r3 = 123.71, s1,s2,s3;
     s1 = 2.0 * PI * r1;
     s2 = 2.0 * PI * r2;
     s3 = 2.0 * PI * r3;
 
     printf("%6.2f\n%6.2f\n%6.2f\n",s1, s2, s3);
     return 0;
 }

运行结果

案例

• 需求：设有如下C程序

• 代码

    #include "stdio.h"
    main()
    { 
        double x=34.567;
        printf("x=％f\n",x);// 34.567000
        printf("x=％d\n",x);// 27263，这种写法错误，自动类型转换异常
        printf("x=％d\n",(int)x);// 34
    }
  

• 这个程序的实际运行结果为

  x=34.567000

  x=27263

  x=34

• 说明

  显然，这个程序中的第二个格式输出语句输出的结果是错误的，这是因为在第二个格式输出语句中，格式说明符％d是基本整型格式说明符，而输出项目是双精度型的数据，它们是不匹配的。

总结

本文系统涵盖了 C 语言中位运算、流程控制、语句及输入输出的关键知识，为 C 语言编程奠定了重要基础。

注: 后续笔记将围绕C语言流程控制，分支结构展开，建议每日实操时长不少于3小时。