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# 小柴带你学 AutoSar 系列一、基础知识篇（3）C 语言基础

# C 语言入门基本语法

C 语言是一种功能强大且高效的编程语言，被广泛应用于系统编程、嵌入式系统、游戏开发等领域。本文将介绍 C 语言的基本语法，并通过代码示例帮助你理解和掌握这些基础知识。

# 1. 程序结构

一个简单的 C 语言程序通常包含以下几个部分：

• 预处理指令
• 主函数
• 变量声明
• 语句和表达式

以下是一个简单的 C 语言程序示例：

#include <stdio.h>  // 预处理指令，包含标准输入输出库

int main() {  // 主函数

    printf("Hello, World!\n");  // 输出语句

    return 0;  // 返回值，0 表示程序成功结束

}

# 2. 变量和数据类型

C 语言支持多种数据类型，包括整型、浮点型、字符型等。常见的基本数据类型有：

• int ：整型
• float ：单精度浮点型
• double ：双精度浮点型
• char ：字符型

变量声明的示例如下：

int a;       // 整型变量

float b;     // 浮点型变量

double c;    // 双精度浮点型变量

char d;      // 字符型变量

a = 10;      // 赋值

b = 3.14f;   // 赋值

c = 2.718;   // 赋值

d = 'A';     // 赋值

# 3. 常量

常量是值在程序运行期间不可更改的数据。可以使用 const 关键字定义常量：

const int MAX_SIZE = 100;  // 整型常量

const float PI = 3.14159;  // 浮点型常量

# 4. 运算符

C 语言提供了多种运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等。

• 算术运算符： + , - , * , / , %
• 关系运算符： == , != , > , < , >= , <=
• 逻辑运算符： && , || , !

示例：

int x = 5, y = 3;

int sum = x + y;        // 算术运算

int diff = x - y;

int prod = x * y;

int quotient = x / y;

int remainder = x % y;

int isEqual = (x == y); // 关系运算

int isGreater = (x > y);

int andResult = (x > 0 && y > 0); // 逻辑运算

int orResult = (x > 0 || y < 0);

int notResult = !(x > 0);

# 5. 控制结构

# 条件语句

条件语句用于根据条件的真伪执行不同的代码块。

• if 语句：

int number = 10;

if (number > 0) {

    printf("Number is positive\n");

} else if (number < 0) {

    printf("Number is negative\n");

} else {

    printf("Number is zero\n");

}

• switch 语句：

char grade = 'B';

switch (grade) {

    case 'A':

        printf("Excellent\n");

        break;

    case 'B':

        printf("Good\n");

        break;

    case 'C':

        printf("Fair\n");

        break;

    case 'D':

        printf("Poor\n");

        break;

    default:

        printf("Invalid grade\n");

}

# 循环语句

循环语句用于重复执行某个代码块。

• for 循环：

for (int i = 0; i < 5; i++) {

    printf("i = %d\n", i);

}

• while 循环：

int count = 0;

while (count < 5) {

    printf("count = %d\n", count);

    count++;

}

• do-while 循环：

int n = 0;

do {

    printf("n = %d\n", n);

    n++;

} while (n < 5);

# 6. 函数

函数是组织代码的基本单元，用于实现特定功能。函数可以有参数和返回值。

函数定义和调用示例如下：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {  // 函数定义

    return a + b;

}

int main() {

    int result = add(5, 3);  // 函数调用

    printf("Result = %d\n", result);

    return 0;

}

# 7. 数组

数组是存储同类型数据的集合，可以通过下标访问数组元素。

数组声明和使用示例：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 数组声明和初始化

for (int i = 0; i < 5; i++) {

    printf("numbers[%d] = %d\n", i, numbers[i]);

}

# 8. 指针

指针是存储变量地址的变量，可以通过指针访问和操作变量的值。

指针示例：

int x = 10;

int *p = &x;  // 指针 p 指向 x 的地址

printf("Value of x = %d\n", x);

printf("Address of x = %p\n", p);

printf("Value at address p = %d\n", *p);  // 通过指针访问 x 的值

函数返回值类型 (* 指针变量名) (函数参数列表);

typedef 函数返回值类型 (* 指针变量名) (函数参数列表);

typedef void (*pFun)(int x);

void myFun(int x)

{

    printf("myFun: %d\n",x);

}

pFun = myFun;// 函数指针指向 myFun (); 调用：pFun ();

# 9. 结构体

结构体是用户自定义的数据类型，用于存储不同类型的数据。

结构体定义和使用示例：

struct Student {

    int id;

    char name[50];

    float score;

};

struct Student student1;

student1.id = 1;

strcpy(student1.name, "John Doe");  // 字符数组赋值需要使用 strcpy 函数

student1.score = 95.5;

printf("ID: %d\n", student1.id);

printf("Name: %s\n", student1.name);

printf("Score: %.2f\n", student1.score);

# 10. 共用体

共用体（Union）是 C 语言中一种特殊的数据类型，它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型。与结构体不同的是，共用体的所有成员共享同一块内存空间，因此共用体的大小等于其最大成员的大小。

# 共用体的定义

共用体通过关键字 union 来定义，其语法如下：

union UnionName {

    member1_type member1;

    member2_type member2;

    // 可以有多个成员

};

# 共用体的使用

共用体的成员可以像结构体的成员一样被访问。但是，共用体的每次赋值都会覆盖之前的值，并且只能同时使用一个成员。

union Data {

    int i;

    float f;

    char str[20];

} data;

data.i = 10;

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

data.f = 3.14;

printf("data.f = %.2f\n", data.f);  // 输出 3.14

strcpy(data.str, "Hello");

printf("data.str = %s\n", data.str);  // 输出 Hello

在上面的示例中，共用体 Data 有三个成员： i 、 f 和 str ，它们分别是整型、浮点型和字符数组类型。因为共用体的所有成员共享同一块内存空间，所以对一个成员的赋值会影响其他成员的值。

# 应用场景

• 节省内存：当某些数据共享同一块内存空间时，可以使用共用体来节省内存。
• 数据类型转换：在一些特定情况下，共用体可以用于进行不同类型之间的转换。

# 11. 宏定义

# 创建符号常量

宏定义可以用来创建符号常量，这些常量在程序中可以被多次引用，提高了代码的可读性和维护性。

#define PI 3.14159

#define MAX_SIZE 100

在上面的示例中， PI 和 MAX_SIZE 都被定义为符号常量，它们在程序中可以被多次使用而不用重复书写其值。

# 创建代码片段

宏定义还可以用来创建代码片段，这些片段在程序中被多次调用。

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

上面的宏定义创建了一个求平方的宏，可以通过传入参数 x 来实现平方操作。

# 示例

下面是一个使用宏定义的示例，演示了创建符号常量和代码片段的用法：

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159

#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

int main() {

    printf("PI = %.2f\n", PI);

    int x = 5, y = 10;

    int max_value = MAX(x, y);

    printf("Max value = %d\n", max_value);

    return 0;

}

在这个示例中， PI 被定义为符号常量， MAX 被定义为求最大值的宏。

# 12. 枚举

枚举是一种用户定义的数据类型，它允许为一组相关的常量赋予符号名称。这使得代码更易于阅读和维护。

enum Weekday {

    Monday,

    Tuesday,

    Wednesday,

    Thursday,

    Friday,

    Saturday,

    Sunday

};

在上面的示例中，我们定义了一个枚举类型 Weekday ，其中包含了一周中的每一天。默认情况下，枚举常量的值从 0 开始，依次递增。

# 13. 递归

递归是指函数调用自身的编程技术。它在解决问题时通常将问题分解为更小的、类似的子问题，直到达到基本情况。

#include <stdio.h>

int factorial(int n) {

    if (n <= 1) {

        return 1;

    } else {

        return n * factorial(n - 1);

    }

}

int main() {

    int result = factorial(5);

    printf("Factorial of 5 is %d\n", result);

    return 0;

}

在这个例子中， factorial 函数通过递归调用自身来计算给定数字的阶乘。

# 14. 内联函数

在 c/c++ 中，为了解决一些频繁调用的小函数大量消耗栈空间（栈内存）的问题，特别的引入了 inline 修饰符，表示为内联函数。

栈空间就是指放置程序的局部数据（也就是函数内数据）的内存空间。

inline 仅是一个对编译器的建议

#include <stdio.h>

inline const char *num_check(int v)

{

    return (v % 2 > 0) ? "奇" : "偶";

}

int main(void)

{

    int i;

    for (i = 0; i < 100; i++)

        printf("%02d   %s\n", i, num_check(i));

    return 0;

}

/*

上面的例子就是标准的内联函数的用法，使用 inline 修饰带来的好处我们表面看不出来，其实，在内部的工作就是在每个 for 循环的内部任何调用 dbtest (i) 的地方都换成了 (i%2>0)?"奇":"偶"，这样就避免了频繁调用函数对栈内存重复开辟所带来的消耗。

*/

内联是以 ** 代码膨胀（复制）** 为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。

如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。

# C 语言关键字

C 语言中的关键字可以根据其功能和用途进行分类。以下是对 C 语言关键字的分类：

# 1. 数据类型声明

• char：用于声明字符型变量或函数的返回类型。
• int：用于声明整型变量或函数的返回类型。
• float：用于声明单精度浮点型变量或函数的返回类型。
• double：用于声明双精度浮点型变量或函数的返回类型。
• void：用于指定函数无返回值或无参数，或者声明指向未知类型的指针。
• long：用于声明长整型变量或函数的返回类型。
• short：用于声明短整型变量或函数的返回类型。
• signed：用于声明有符号整型变量。
• unsigned：用于声明无符号整型变量。

# 2. 变量声明和存储类别

• auto：用于声明自动变量，其生命周期随着代码块的结束而结束。
• static：用于声明静态变量，其生命周期在整个程序执行期间保持不变。
• extern：用于声明变量或函数是在其他文件中定义的。
• register：用于声明寄存器变量，提示编译器将变量存储在 CPU 寄存器中。
• const：用于声明只读变量，其值在初始化后不能修改。
• volatile：用于告诉编译器变量的值可能会在外部被改变，从而防止编译器对该变量进行优化。

# 3. 流程控制

• if：用于创建条件语句。
• else：用于在 if 语句中指定条件为假时要执行的代码块。
• switch：用于创建 switch 语句。
• case：用于在 switch 语句中指定不同的情况。
• default：在 switch 语句中用于指定默认情况。
• while：用于创建 while 循环。
• do：用于创建 do-while 循环。
• for：用于创建 for 循环。
• break：用于跳出循环或 switch 语句。
• continue：用于跳过循环中的当前迭代，继续下一次迭代。
• goto：用于无条件地转移到程序中的标记位置。
• return：用于从函数中返回值。

# 4. 函数和返回值

• void：用于指定函数无返回值或无参数，或者声明指向未知类型的指针。
• return：用于从函数中返回值。

# 5. 结构和组织代码

• struct：用于定义结构体类型。
• union：用于定义共用体类型。
• typedef：用于定义新的数据类型名称。
• enum：用于定义枚举类型。

# 6. 内存大小和类型检查

• sizeof：用于获取数据类型或变量的大小（字节数）。

# 7. 标记和标签

• goto：用于无条件地转移到程序中的标记位置。
• label_name:：标签名称，通常与 goto 语句配合使用。

# 8. 条件编译

• #if：条件预处理指令，根据条件编译指定的代码。
• #ifdef：条件预处理指令，如果定义了指定的宏则编译后面的代码。
• #ifndef：条件预处理指令，如果未定义指定的宏则编译后面的代码。
• #elif：条件预处理指令，用于多个条件之间的选择。
• #else：条件预处理指令，用于条件不成立时执行的代码。
• #endif：条件预处理指令，结束条件编译块。
• #define：用于定义宏。
• #undef：用于取消已定义的宏。
• #include：用于包含其他文件的内容。

这些关键字和预处理指令在 C 语言中起着不同的作用，能够帮助程序员控制程序的流程、声明变量和类型、组织代码结构等。理解和熟悉这些关键字的用法是编写高效、可读性强的 C 代码的重要基础。

# C 语言运算符

C 语言中的运算符是用来执行各种数学和逻辑运算的特殊符号。它们可以用于操作各种类型的数据，包括整数、浮点数、字符等。以下是 C 语言中常用的运算符及其优先级：

# 1. 算术运算符

• +：加法运算
• -：减法运算
• *****：乘法运算
• /：除法运算
• %：取模运算（求余数）

# 2. 关系运算符

• ==：等于
• !=：不等于
• >：大于
• <：小于
• >=：大于等于
• <=：小于等于

# 3. 逻辑运算符

• &&：逻辑与
• ||：逻辑或
• !：逻辑非

# 4. 位运算符

• &：按位与
• |：按位或
• ^：按位异或
• ~：按位取反
• <<：左移位
• >>：右移位

# 5. 赋值运算符

• =：赋值运算符
• +=：加法赋值
• -=：减法赋值
• *=：乘法赋值
• /=：除法赋值
• %=：取模赋值
• &=：按位与赋值
• |=：按位或赋值
• ^=：按位异或赋值
• <<=：左移位赋值
• >>=：右移位赋值

# 6. 其他运算符

• sizeof()：返回数据类型或变量的大小（字节数）
• ?:：条件运算符（三目运算符）
• ,：逗号运算符（用于分隔多个表达式，返回最后一个表达式的值）

# 7. 优先级

运算符的优先级确定了它们在表达式中的执行顺序。以下是常见运算符的优先级，按照从高到低的顺序排列：

1. ()：圆括号（最高优先级）
2. [], ->, .：数组访问、结构体和共用体成员访问
3. ++, --：自增和自减
4. +, -：正负号
5. !, ~：逻辑非和按位取反
6. sizeof：大小运算符
7. *, /, %：乘法、除法和取模
8. +, -：加法和减法
9. <<, >>：左移位和右移位
10. <, <=, >, >=：关系运算符
11. ==, !=：等于和不等于
12. &：按位与
13. ^：按位异或
14. |：按位或
15. &&：逻辑与
16. ||：逻辑或
17. ?:：条件运算符
18. =, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=：赋值运算符（最低优先级）

了解运算符的优先级和结合性是编写正确和高效的表达式的关键。0