第一部分：C语言基础概念详解

1. C语言的起源与特点

C语言诞生于20世纪70年代初，最初用于开发UNIX操作系统。它的设计目标是使得代码更高效且能够直接操作硬件，因此C语言也被称为“低级语言的高级化”。以下是C语言的几个主要特点：

• 高效性：C语言编写的程序运行速度非常快，尤其适合底层开发，如操作系统、驱动程序等。
• 可移植性：C语言代码具有良好的跨平台移植性，只需少量修改就可以在不同平台上编译运行。
• 灵活性：C语言允许直接访问内存，可以进行精细的内存操作（如指针操作）。
• 丰富的运算符：C语言提供了丰富的运算符集，能够进行各种类型的数据运算和逻辑运算。

2. 程序的基本结构

每个C语言程序都由以下几个主要部分组成：

• 预处理指令：使用 #include来引入标准库，如 stdio.h，为输入输出提供函数。
• 主函数 main()：每个C程序的入口点是 main()函数，程序的执行从 main()开始。其返回类型通常是 int，表示程序的执行状态（0通常表示成功）。

一个简单的C语言程序如下：

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#include <stdio.h>

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

3. 变量和数据类型

C语言是一种静态类型语言，这意味着在使用变量之前，必须声明变量的类型。主要的数据类型有：

• 整数类型 (int)：用于存储整型数值，通常占用4字节。
  • 例：int a = 10;
• 浮点类型 (float, double)：用于存储小数，float通常占用4字节，double占用8字节。
  • 例：float pi = 3.14;
• 字符类型 (char)：用于存储单个字符，占用1字节。
  • 例：char letter = 'A';

C语言允许使用修饰符来改变基本类型的特性，如：

• short：表示短整型，减少内存占用；
• long：表示长整型，增加数值范围；
• unsigned：表示无符号类型，仅存储非负数。

例如：

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unsigned int positive_num = 100; // 无符号整数
long long large_num = 1234567890; // 长整型

4. 常量

常量是指在程序运行期间其值不可改变的量。C语言通过 const关键字来声明常量。例如：

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const int days_in_week = 7; // 一周的天数不会改变

5. 基本输入输出

• 输出函数 printf()：用于向屏幕输出信息，常见的占位符有：
  • %d：输出整数；
  • %f：输出浮点数；
  • %c：输出字符；
  • %s：输出字符串。

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printf("Integer: %d, Float: %.2f\n", 10, 3.1415);

• 输入函数 scanf()：用于从键盘读取输入，常见的格式符号与 printf()相似，使用 &符号来获取变量的地址。

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int num;
scanf("%d", &num); // 读取整数

6. 运算符

C语言的运算符种类繁多，主要分为以下几类：

• 算术运算符：用于基本的数学运算，包括：
  • +：加法；
  • -：减法；
  • *：乘法；
  • /：除法（整数除法时，结果为整数）；
  • %：取模运算（只适用于整数）。

例如：

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int result = 10 % 3; // result = 1

• 关系运算符：用于比较两个值，返回布尔结果（1表示真，0表示假）。
  • ==：等于；
  • !=：不等于；
  • >：大于；
  • <：小于；
  • >=：大于等于；
  • <=：小于等于。

例如：

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if (a == b) {
    printf("a equals b");
}

• 逻辑运算符：用于处理逻辑关系。
  • &&：逻辑与，只有两个表达式都为真时，结果为真；
  • ||：逻辑或，任一表达式为真，结果为真；
  • !：逻辑非，将表达式的结果取反。

例如：

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if (a > 0 && b > 0) {
    printf("Both a and b are positive numbers.");
}

7. 条件控制结构

C语言中的条件控制结构用于控制程序执行的流程，主要包括：

• if语句：用于条件判断，当条件成立时执行特定代码块。
• else语句：在 if条件不成立时执行。
• else if语句：用于多条件判断。

例如：

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int num = 5;
if (num > 0) {
    printf("Positive number");
} else if (num == 0) {
    printf("Zero");
} else {
    printf("Negative number");
}

8. 循环控制结构

C语言提供了三种常用的循环结构：

• for循环：常用于已知循环次数的情况。

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for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", i);
}

• while循环：在条件成立时重复执行代码块，适用于未知循环次数的情况。

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int i = 0;
while (i < 5) {
    printf("%d\n", i);
    i++;
}

• do…while循环：先执行一次代码块，然后在条件成立时继续循环。

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int i = 0;
do {
    printf("%d\n", i);
    i++;
} while (i < 5);

9. 函数与作用域

• 函数是C语言中的重要组成部分，用于将代码逻辑封装成可重用的代码块。函数的声明和定义包括返回类型、函数名、参数列表和函数体。例如：

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int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

在调用函数时，参数会传递到函数内，函数执行完毕后将返回一个值。例如：

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int result = add(5, 3); // result为8

• 局部变量与全局变量：C语言中的变量分为局部变量和全局变量。局部变量是在函数或代码块内部声明的变量，只能在其定义的范围内使用；全局变量是在函数外部声明的，整个程序都可以访问。

第二部分：数组与字符串的详细介绍

在上一部分中，我们讲到了C语言的基本概念、控制结构和函数等内容。现在，我们将深入探讨C语言中的数组与字符串，它们是编程中用于处理多个数据的一些关键工具。

1. 数组概念

数组是存储相同数据类型元素的连续内存块。它使得我们可以用同一个变量名来处理一组值，而不是为每个值都声明一个独立的变量。数组的元素通过下标（索引）进行访问，索引从 0开始。

一维数组

• 一维数组可以看作是一个线性的数据集合。其语法为：

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data_type array_name[array_size];

例如，声明一个存储5个整数的数组：

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int numbers[5]; // 创建一个包含5个整数的数组

我们可以通过下标来给数组元素赋值和访问元素：

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numbers[0] = 10; // 给第一个元素赋值10
int first_value = numbers[0]; // 获取第一个元素的值

也可以使用循环来遍历数组：

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#include <stdio.h>

int main() {
    int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化数组
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", numbers[i]); // 依次输出每个元素
    }
    return 0;
}

数组初始化

数组可以在声明时直接初始化，也可以在运行时赋值：

• 静态初始化（在声明时指定初始值）：

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int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化5个值

• 部分初始化时，未指定的元素会自动被初始化为 0：

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int numbers[5] = {1, 2}; // 数组的剩余元素被初始化为0

多维数组

C语言支持多维数组，常用的有二维数组。二维数组可以看作是一个矩阵，即行列形式的数据结构。声明语法如下：

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data_type array_name[rows][cols];

例如：

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int matrix[3][3]; // 3行3列的二维数组

二维数组的元素可以通过两个下标进行访问：

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matrix[0][1] = 5; // 将第一行第二列的元素赋值为5

二维数组的遍历通常使用嵌套循环：

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#include <stdio.h>

int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

在上述例子中，matrix[2][3]是一个2行3列的数组，遍历时通过嵌套的 for循环访问每个元素。

2. 字符串

字符串在C语言中被视为字符数组。C语言中没有专门的字符串数据类型，因此字符串通常是一个以空字符 \0 结尾的字符数组。该空字符标志着字符串的结束，且不会被显示输出。

字符串的声明与初始化

字符串可以通过字符数组来声明，并且可以直接初始化为字符串常量：

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char str[6] = "Hello"; // 自动在末尾添加'\0'

注意，这里的 str数组长度为6，因为 "Hello"有5个字符，加上末尾的空字符 \0总共6个字节。我们也可以手动初始化字符串：

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char str[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'}; // 手动添加结束符

字符串输入输出

可以使用 printf()输出字符串，也可以使用 scanf()读取字符串。特别地，scanf()读取字符串时，不需要写 &符号，因为字符串本质上是指针（稍后我们会详细讨论指针）。

• 输出字符串：

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printf("%s", str); // 输出字符串

• 输入字符串：

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scanf("%s", str); // 从用户输入获取字符串

不过，使用 scanf()时有一个重要问题：它只能读取空格之前的内容，遇到空格会停止输入。如果需要读取包含空格的字符串，可以使用 gets()函数（已废弃，不推荐）或 fgets()函数：

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fgets(str, sizeof(str), stdin); // 读取带有空格的输入

常用字符串处理函数

C语言的 string.h库提供了一系列处理字符串的函数，如：

• strlen()：计算字符串长度。
• strcpy()：复制字符串。
• strcat()：拼接字符串。
• strcmp()：比较两个字符串。

示例：

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[20] = "World";
    strcat(str1, str2); // 将str2拼接到str1后
    printf("%s\n", str1); // 输出"HelloWorld"
    return 0;
}

3. 数组与字符串的常见操作

数组与指针

在C语言中，数组名实际上是一个指向数组第一个元素的指针。我们可以通过指针运算来访问数组元素：

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int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // p指向数组的第一个元素
printf("%d\n", *(p + 1)); // 输出第二个元素的值，结果为2

字符串的常见问题

• 数组越界：如果字符串数组的大小不足以容纳字符串和结束符 \0，可能会导致内存越界的问题。因此在声明字符串数组时要确保有足够的空间。
• 空字符问题：字符串末尾必须有一个 \0，否则可能导致程序在输出或操作字符串时出现错误或崩溃。

4. 字符串与数组的区别

尽管字符串是以字符数组的形式存在，但处理方式上仍有细微的区别：

• 字符数组可以包含任意字符，不必以 \0结尾；
• 字符串必须以 \0结尾，printf等函数遇到 \0时才会停止输出。

第三部分：指针详解

在前面的部分，我们讨论了数组和字符串，并简要提到了指针的概念。现在我们将深入讨论指针，这是C语言中最强大、但也最难掌握的概念之一。指针在C语言中的作用非常重要，尤其是在处理内存、数组、函数参数和动态分配内存时。

1. 指针的基本概念

指针是存储另一个变量的地址的变量。也就是说，指针指向存储在内存中的一个特定位置，而这个位置存储了某个值。通过指针，可以间接地访问和修改存储在该位置的值。

指针声明

在C语言中，指针通过类型名和一个星号（*）声明。它的基本语法为：

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data_type *pointer_name;

• data_type：指针所指向的变量的类型，例如 int, float等。
• pointer_name：指针变量的名称。

例如：

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int *p;  // 声明一个指向整数的指针p

指针的地址和解引用

• &运算符：取地址运算符，返回变量的内存地址。
• *运算符：解引用运算符，返回指针指向的变量的值。

例如：

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int a = 10;
int *p = &a;  // p存储变量a的地址
printf("Address of a: %p\n", p); // 输出变量a的地址
printf("Value of a: %d\n", *p);  // 通过指针访问变量a的值，结果为10

在这个例子中，p存储了 a的地址，而 *p则访问 a的值。

2. 指针与数组的关系

在C语言中，数组名实际上就是一个指向数组第一个元素的指针。因此，指针和数组之间有非常密切的关系。

例如：

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int arr[3] = {10, 20, 30};
int *p = arr; // p指向数组的第一个元素

printf("%d\n", *p);    // 输出10，相当于arr[0]
printf("%d\n", *(p+1)); // 输出20，相当于arr[1]

这里，p指向 arr[0]，p + 1指向 arr[1]，通过解引用 *(p+1)可以访问数组的第二个元素。

总结指针与数组的关系：

• arr实际上是一个指向 arr[0]的指针；
• arr[i]等价于 *(arr + i)；
• 指针可以通过指针运算遍历数组。

3. 指针与函数

在C语言中，指针与函数有着紧密的关系。通过指针，我们可以实现以下两种主要功能：

• 函数参数传递：通过传递指针，可以使得函数内部对传递参数的修改在函数外部生效。
• 指向函数的指针：通过指针来引用和调用函数。

通过指针传递参数

C语言中函数的参数传递是值传递，也就是说，函数接收到的是参数的副本。如果希望函数修改原始参数，可以通过指针来传递参数的地址。

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#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    swap(&x, &y);  // 传递x和y的地址
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);  // 输出：x = 10, y = 5
    return 0;
}

在这个例子中，swap函数通过指针修改了 x和 y的值，使得函数外的 x和 y被交换。

函数指针

指针不仅可以指向变量，还可以指向函数。一个函数指针可以存储某个函数的地址，并通过这个指针调用该函数。

函数指针的声明语法如下：

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return_type (*pointer_name)(parameter_types);

例如，声明一个指向返回 int类型、接受两个 int参数的函数指针：

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int (*func_ptr)(int, int);

我们可以将一个函数的地址赋给函数指针，并通过指针调用该函数：

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#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int (*func_ptr)(int, int) = add;  // 将函数add的地址赋给指针
    int result = func_ptr(3, 4);  // 通过指针调用函数
    printf("Result: %d\n", result);  // 输出：Result: 7
    return 0;
}

4. 指针的分类

指针在C语言中有多个分类，每种指针类型在不同的场景下使用。以下是几种常见的指针类型：

空指针（NULL指针）

空指针是指向**“无效"地址**的指针。通常将一个指针赋值为 NULL来表明它不指向任何有效的内存地址。在实际编程中，空指针常用于指针初始化或检查指针是否有效。

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int *p = NULL; // p不指向任何有效地址

使用空指针可以避免一些未初始化指针带来的错误。

悬空指针

悬空指针是指一个指针指向了被释放或不存在的内存地址。它是造成内存访问错误的常见原因。为了避免悬空指针，在释放动态分配的内存后，应该将指针设为 NULL。

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int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); // 动态分配内存
free(p);  // 释放内存
p = NULL;  // 避免悬空指针

野指针

野指针指的是指向未知地址或非法内存地址的指针。野指针的行为是不可预料的，可能导致程序崩溃或产生未定义的行为。在使用指针时，要确保指针指向合法的内存区域。

5. 指针与动态内存管理

C语言提供了一套标准库函数来进行动态内存分配，它们包括：

• malloc()：分配指定大小的内存块，返回指向该内存块的指针。如果分配失败，返回 NULL。
• calloc()：与 malloc()类似，但会初始化分配的内存为0。
• free()：释放之前用 malloc()或 calloc()分配的内存块。

例如：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *p = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配5个int大小的内存
    if (p == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }

    // 初始化数组
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        p[i] = i * 10;
    }

    // 输出数组内容
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", p[i]);
    }

    free(p);  // 释放内存
    return 0;
}

在这个例子中，malloc函数分配了足够存储5个整数的内存空间，并通过指针 p访问和操作这些内存。

6. 指针的常见错误

• 未初始化的指针：指针在使用前必须初始化。如果未初始化就使用指针，可能会导致程序崩溃或产生不确定的行为。
• 内存泄漏：使用 malloc或 calloc动态分配内存后，必须使用 free释放内存，否则会导致内存泄漏。
• 解引用空指针：解引用空指针会导致程序崩溃。在解引用指针之前，必须确保指针指向有效的内存区域。

第四部分：结构体、联合体与指针的结合使用

在上一部分中，我们深入讨论了C语言中的指针。现在我们继续探讨结构体和联合体，并进一步学习它们如何与指针结合使用。在C语言中，结构体和联合体是非常重要的数据类型，常用于定义复杂的数据结构，例如链表、树等。

1. 结构体（Struct）

结构体是一种用户自定义的数据类型，它允许将不同类型的变量组合成一个单一的实体。结构体特别适合用于描述复杂的对象或记录，例如描述一名学生的学号、姓名和成绩等信息。

结构体的声明

结构体的声明格式如下：

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struct structure_name {
    data_type1 member1;
    data_type2 member2;
    ...
};

例如，定义一个表示学生信息的结构体：

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struct Student {
    int id;        // 学号
    char name[50]; // 姓名
    float grade;   // 成绩
};

结构体变量的定义与访问

定义结构体变量时，可以使用结构体名称。例如：

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struct Student s1; // 定义结构体变量s1

访问结构体的成员时使用点运算符（.）：

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s1.id = 1001;
strcpy(s1.name, "Alice"); // 将字符串" Alice"复制到name成员
s1.grade = 95.5;

通过这种方式，我们可以操作和访问结构体中的各个成员。

结构体初始化

结构体变量可以在声明时初始化：

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struct Student s1 = {1001, "Alice", 95.5};

结构体数组

与基本类型数组类似，我们可以定义结构体数组来存储多个结构体变量。例如，定义一个存储多名学生信息的结构体数组：

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struct Student students[3] = {
    {1001, "Alice", 95.5},
    {1002, "Bob", 89.0},
    {1003, "Charlie", 92.3}
};

2. 结构体与指针

指针可以与结构体结合使用，以更高效地操作结构体，尤其是在函数参数传递和动态内存分配时。

结构体指针的声明

结构体指针的声明与普通指针相同，只是类型为结构体类型。例如，声明一个指向 Student结构体的指针：

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struct Student *p;

我们可以让指针 p指向某个结构体变量的地址：

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p = &s1; // p指向结构体变量s1的地址

通过指针访问结构体成员

通过指针访问结构体成员时，不能直接使用点运算符，而是使用箭头运算符（->）。例如：

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printf("ID: %d\n", p->id);       // 访问结构体成员id
printf("Name: %s\n", p->name);   // 访问结构体成员name
printf("Grade: %.2f\n", p->grade); // 访问结构体成员grade

这种方式避免了结构体的大量复制，特别是在传递结构体作为函数参数时，指针更加高效。

结构体指针与动态内存分配

结构体指针可以与 malloc()函数结合，动态分配结构体内存。例如：

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struct Student *p = (struct Student *)malloc(sizeof(struct Student)); // 动态分配结构体内存
if (p != NULL) {
    p->id = 1004;
    strcpy(p->name, "David");
    p->grade = 88.5;
}

分配完成后，可以像普通结构体指针一样操作和访问结构体成员，使用完成后需要记得释放内存：

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free(p); // 释放内存

3. 联合体（Union）

联合体与结构体类似，也是一种自定义的数据类型，但它允许多个成员共用同一块内存空间。联合体中的所有成员共享同一个内存地址，因此在某一时刻，联合体只能存储一个成员的值。

联合体的声明

联合体的声明格式与结构体类似：

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union UnionName {
    data_type1 member1;
    data_type2 member2;
    ...
};

例如：

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union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

联合体的使用

定义联合体变量时，可以像结构体一样操作。因为所有成员共享同一块内存，修改一个成员的值会覆盖其他成员的值：

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union Data d;
d.i = 10;
printf("d.i = %d\n", d.i); // 输出：d.i = 10

d.f = 3.14;
printf("d.f = %.2f\n", d.f); // 输出：d.f = 3.14
printf("d.i = %d\n", d.i);   // 输出的d.i值可能是未定义的，因为d.f覆盖了内存

联合体的大小

由于联合体的所有成员共享同一个内存，因此联合体的大小等于它所有成员中最大类型的大小。例如：

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union Data d;
printf("Size of union: %ld\n", sizeof(d)); // 输出联合体的大小，取决于成员中最大的类型

4. 结构体与联合体的比较

5. 嵌套结构体

在C语言中，结构体可以嵌套，即一个结构体的成员可以是另一个结构体。例如：

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struct Date {
    int day;
    int month;
    int year;
};

struct Student {
    int id;
    char name[50];
    struct Date birthdate; // 嵌套Date结构体
};

通过这种方式，可以创建更复杂的数据结构。例如：

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struct Student s1;
s1.id = 1001;
strcpy(s1.name, "Alice");
s1.birthdate.day = 15;
s1.birthdate.month = 6;
s1.birthdate.year = 2000;

6. 指向结构体数组的指针

指针不仅可以指向单个结构体变量，还可以指向结构体数组。例如：

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struct Student students[3];
struct Student *p = students; // p指向结构体数组的第一个元素

可以通过指针和下标一起操作结构体数组：

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for (int i = 0; i < 3; i++) {
    p[i].id = i + 1001; // 通过指针访问数组元素
}

7. 位域（Bit Fields）

位域是一种特殊的结构体成员，用于控制某个成员占用的比特位数。位域用于节省内存空间，通常在需要精确控制内存分配的情况下使用，例如嵌入式系统中。

位域的声明

位域声明时，需要指定成员占用的位数：

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struct {
    unsigned int a : 4; // a占用4位
    unsigned int b : 4; // b占用4位
} bitField;

在这个例子中，a和 b各占用4位，总共占用1个字节。

第五部分：文件操作与预处理器指令

在前面四部分的基础上，本部分将讨论文件操作和预处理器指令，它们是C语言编程中非常实用且重要的功能。文件操作使得程序可以读写外部文件，而预处理器指令则帮助程序员更灵活地管理代码和进行条件编译。

1. 文件操作

文件操作是指通过程序与外部文件进行交互，比如读取文件内容或向文件中写入数据。C语言中，文件操作主要通过标准库函数来实现，这些函数定义在 stdio.h头文件中。

文件指针

在C语言中，文件通过文件指针进行操作。FILE类型是一个结构体，表示文件流，而 FILE *则是文件指针，用来引用和操作文件。

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FILE *file_pointer;

打开和关闭文件

使用 fopen()函数来打开文件，并返回一个 FILE *指针。如果文件打开失败，fopen()会返回 NULL。其基本语法如下：

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FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

• filename：文件名。
• mode：文件打开模式，有以下几种常见模式：
  • "r"：以只读模式打开文件，文件必须存在。
  • "w"：以写入模式打开文件，若文件不存在则创建，若文件存在则清空文件内容。
  • "a"：以追加模式打开文件，文件必须存在。
  • "r+"：以读写模式打开文件，文件必须存在。
  • "w+"：以读写模式打开文件，若文件不存在则创建，若文件存在则清空文件内容。

例如：

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FILE *fp = fopen("data.txt", "r"); // 打开文件data.txt用于读取
if (fp == NULL) {
    printf("Error: Could not open file.\n");
}

当操作完文件后，必须使用 fclose()函数关闭文件，以释放系统资源：

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fclose(fp);

读写文件

C语言提供了多种函数用于文件的读写操作，包括单字符、字符串和格式化数据的读写。

字符读写

• fgetc()：从文件中读取一个字符。
• fputc()：将一个字符写入文件。

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char ch = fgetc(fp); // 从文件中读取一个字符
fputc('A', fp);      // 向文件写入字符'A'

字符串读写

• fgets()：从文件中读取一行字符串，最多读取 n-1个字符（n是指定的大小），并在末尾添加 '\0'。
• fputs()：向文件写入一个字符串。

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char buffer[100];
fgets(buffer, 100, fp);  // 从文件中读取一行，存储在buffer中
fputs("Hello, World!", fp); // 向文件写入字符串

格式化读写

• fprintf()：将格式化的数据写入文件。
• fscanf()：从文件中读取格式化的数据。

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fprintf(fp, "ID: %d, Name: %s\n", 1001, "Alice"); // 向文件写入格式化数据
fscanf(fp, "%d %s", &id, name); // 从文件中读取格式化数据

二进制文件操作

对于需要精确控制数据格式的场景，C语言提供了二进制文件的读写函数：

• fread()：从文件中读取二进制数据。
• fwrite()：向文件中写入二进制数据。

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int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
fwrite(arr, sizeof(int), 5, fp);  // 写入5个整数到文件中

fread(arr, sizeof(int), 5, fp);   // 从文件中读取5个整数

文件定位

文件定位函数用于在文件中移动读写指针：

• fseek()：将文件指针移动到指定位置。
• ftell()：返回文件指针的当前偏移量。
• rewind()：将文件指针重置到文件开头。

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fseek(fp, 0, SEEK_SET);  // 移动到文件开头
long position = ftell(fp);  // 获取当前指针位置
rewind(fp);  // 重置到文件开头

2. 预处理器指令

预处理器指令是由**#**号开头的指令，它们在编译器编译代码之前执行预处理工作。常见的预处理器指令包括文件包含、宏定义、条件编译等。

#include：文件包含

#include指令用于将外部文件的内容包含到当前文件中。常见的有两种包含形式：

• 尖括号形式：用于包含标准库文件。

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#include <stdio.h>

• 双引号形式：用于包含用户自定义的头文件。

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#include "myheader.h"

#define：宏定义

宏定义用于定义常量或简单的函数。在预处理阶段，所有宏的使用都会被替换为定义的内容。

• 定义常量：

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#define PI 3.14159

使用 PI时，编译器会将其替换为 3.14159。

• 宏函数：

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#define SQUARE(x) ((x) * (x))

使用 SQUARE(5)时，编译器会将其替换为 ((5) * (5))。

条件编译

条件编译指令用于控制代码的编译行为，允许编译器根据条件选择性地编译某些代码。

• #if、#elif、#else、#endif：根据条件选择性地编译代码。

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#define DEBUG 1

#if DEBUG
    printf("Debug mode is on.\n");
#else
    printf("Release mode is on.\n");
#endif

• #ifdef和 #ifndef：判断某个宏是否被定义。

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#ifdef PI
    printf("PI is defined.\n");
#endif

#ifndef PI
    printf("PI is not defined.\n");
#endif

#undef：取消宏定义

使用 #undef可以取消某个宏的定义：

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#undef PI

#pragma：特殊指令

#pragma指令是编译器特定的指令，用于设置编译器的特性。例如：

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#pragma pack(1)  // 设置结构体成员的对齐方式为1字节

3. 宏与内联函数的区别

• 宏在预处理阶段展开，不执行类型检查，可能会导致意外的错误。
• 内联函数在编译时替换成函数代码，执行类型检查，通常比宏更安全。

例如：

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#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) // 宏
inline int max(int a, int b) { return (a > b) ? a : b; } // 内联函数