C basics
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C basics
C 语言基本知识要点
万丈高楼平地起。
基础不打牢，这座楼必然不稳当。
C 语言有所有语言的共性，有数据类型，有运算符，有控制结构，还有更加灵活的指针。
C 的灵魂所在 -- 指针。
C 语言是面向过程语言，但依然可以有效的组织代码，实现大的系统。
C 语言标准还在发展。从没有标准到 ANSI C，再到 C89， C99，C11，C17 等。
hello world
C 语言程序的基本结构。
主函数 main() {}。
可选的头文件的引入 #include <stdio.h> 或 #include "other.h"。
可选的函数返回值。
程序示例：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello World\n"); // printf 函数在 stdio.h 标准库中的定义，因为需要引入头文件 stdio.h
return 0;
}要点：函数必须先声明才能调用。函数库提供了许多函数，所有需要引入头文件，从而得到函数和其他的常量定义，必要的时候还需要在编译的时候指定函数库的名称，如：数学函数库。
程序如何编译和调试：
# 默认输出 a.out
$ cc helloworld.c
# -o 指定输出的文件名，而不是 a.out
$ cc helloworld.c -o helloworld
# -S 编译输出汇编代码，默认是 at&t 语法的汇编
$ cc -S helloworld.c -o helloworld.s
# -masm=intel 输出 intel 语法的汇编
$ cc -S -o helloworld.s helloworld.c -masm=intel -fverbose-asm
# 带调试信息的编译，可用于 gdb 调试
$ cc -g -o helloworld helloworld.c
# 编译数学函数库的头文件时, -lxx xx 是具体的库名称，如数学函数库名是 m
$ cc -o helloworld helloworld.c -lm
# 查看一个二进制程序链接使用的库 ldd 工具
$ ldd /usr/bin/cc
linux-vdso.so.1 (0x00007ffc349fd000)
libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007fa4a6a49000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fa4a6888000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fa4a6bf0000)
# learn more: nm, ar类型，操作符，表达式
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变量名
问：为什么需要变量及变量名？
答：变量是编程语言不可缺少的元素。当一个变量在稍后要使用，或需要重复使用，因此需要一个名称来标记变量，谓之变量名。问：变量名的命名规则是什么？
答：数字不可以做变量名，数字5就是我们认识的数字5，不可能将它再当做变量名来用；数字也不能做变量的开头，5d这是不可以做变量名的，但是d5这样是可以做变量名的；下划线开头也是可以的，如_d5，下划线当然也可以出现在中间，如member_age。 -
数据类型和大小
说到数据类型，先说一下数据是如何存储的。计算机是一堆电子元器件的组合，它只能存 0 和 1 ，也就是两个状态，我们称为位。一个位只有一个状态，要么是 0 要么是 1 ，就像一个 Switch 开关一样，要么是打开状态要么是关闭状态。为了存储和表示更多数据，我们发明了字节，一个字节等于 8 位。随着计算机的发展，又发明了 Word，谓之为 “字” 。字的大小通常代表了我们所说的计算机系统的位数。如 32 位操作系统，说明是 32 个位是一个字，即 4 个字节；64 位系统，说明是 64 位是一个字，即 8 个字节。字，展现的是计算机可以一次性处理数据的宽度，是寄存器的位数，是一次内存寻址的地址宽度，是指令的操作数的位数如加载数据和存入数据。Intel 4004 芯片是 4 位的字，Intel 8086 是 16 位的字，到目前 Intel 有 32 位和 64 位的字。并且 64 位已经成为主流。
讲到了字，再说数据类型就简单了。常见的是数据类型是整型 Integer 。整型到底有多长，跟系统的位数有关系，请看下表：
Type 32 bit 64 bit short int 16 bit 16 bit int 32 bit 32 bit long int 32 bit 64 bit long long int 64 bit 64 bit size_t 32 bit 64 bit void* 32 bit 64 bit 整型的长度，完全是跟硬件架构有关，更跟编译器的实现有关。C 标准并没有严格规定。简单可以看到，在 32 位和 64 位的系统中，
int型一般 32 位，long long int一般为 64 位，short int一般为 16 位。但是在 16 位的系统上，short int和int可能均为 16 位了。以程序员的角度来思考，我们可以通过 C 运算符
sizeof来检测类型的长度。用法如下：sizeof(Type) sizeof Type
See intlength.c.
Learn more about int:
stdint.h说完整型，再说最接近的
char型，实际是 1 字节的整型，用于存储ASCII。See charlength.c.
再说说浮点型。浮点型分为单精度和双精度，分别是
float和double，同时还有long double。同样，我们可以使用sizeof来检测这些类型的长度。See floatlength.c.
在生活中，在科学计算中，既有正数也会有负数。在 C 语言中称有符号号和无符号数，分别是用
signed和unsigned表示。有符号的数意思是将最高位置1表示负责，0表示正数；无符号的数则最高位也计作数字。以上所有类型，都可以加上符号前辍，若不加，默认是有符号数。See signed.c.
请看下表：
Type 32 bit 64 bit float --- 32 bit double --- 64 bit long double --- 128 bit Learn more about float point number: IEEE-754.
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常量
有变量，就可能会有不变的量，谓之常量。
假如需要定义一个常量
PI：#define PI 3.14
所有用到
PI的地方都会被替换成3.14。这种方式，我叫它符号常量，它只是被拿过来替换一下。还有另一种方式，使用
const：const double PI = 3.14;
const的方式，我叫它只读变量，生活中可称之为常量，是不变的变量。两者还是有区别的。浮点运算，有专门的指令和寄存器，如
movsd，xxm0~7，addsd。 -
声明
C 语言要求变量和函数，都要先声明再使用。
int age; char captital = 'G'; double price = 2.3;
变量声明时，可以同时进行赋初值。
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数学运算符
在耳濡目染下，我们常见的加、减、乘、除四则运算。
另外还有取余运算，又叫取模。运算符 C 语言表示 加 + 减 - 乘 * 除 / 取余 % -
关系和逻辑运算符
关系运算符，常见的有：大于、小于、等于、小于或等于、大于或等于。在汇编层面，利用
CMP比较指令 和Jcc条件转移指令实现关系运算。条件转移指令如：JNE、JLE等。比较指令CMP做了两件事，其一让两个操作数相减，其二根据相减的结果设置EFLAGS状态寄存器的各个状态位。而其后使用的条件转移指令则是读取EFLAGS中的各状态位来工作的。See more x86-jumps.
逻辑运算符，常见的有：与、或、非。
请看下表：逻辑运算符 表示 与 && 或 || 非 ! C 语言中的逻辑运算符到了汇编层面以后，则完全是基本的
CMP和Jcc指令的组合。CPU 电路当中集成了大量的门电路，如：与门、非门、或门。变换交错使用这些基本的门电路可以实现复杂的电路。
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类型转换
在必要的情况下，我们会进行类型转换。有些是 C 语言编译器的自动转换，还有就是程序员可以进行强制类型转换。
强制转换的语法就是在要进行类型转换的操作数之前加上类型定义，如：int a = 100; (long int) a; (double) a;
无论是哪一种转换，说到底层，自然是有汇编指令支持的。比如单精度和双精度浮点数之间的转换指令：
CVTSD2SS和CVTSS2SD。再如整型和双精度浮点型之间的转换指令：CVTSI2SD和CVTSD2SI。CVT: convert
SS: Scalar Single-precision
SD: Scalar Double-precision
SI: Signed Integer类型转换，自然会有副作用。比如精度丢失
double => float，比如数据丢失int => char。 -
自增与自减运算符
在循环处理中，一般会进行自增或自减处理。汇编指令中有
INC和DEC。在 C 语言中提供了运算符++和--。它相比于加法和减法效率更多。 -
位运算符
位运算就是说每一个二进制的位都参与运算。
位运算分为：
位运算 C 语言表示 按位与 & 按位或 | 按位取反 ~ 按位异或 ^ 按位左移 << 按位右移 >> -
赋值运算符与表达式
变量赋值，使用
=。还有些运算符可以和它一起用。如下：int a = 0; a += 2; a -= 3; a *= 4; a /= 5; a %= 6; a >>= 1; a <<= 2;
表达式，有：赋值表达式，数学运算表达式。
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条件表达式
普通赋值表达式，涉及一个变量，和一个操作数。
普通数学运算表达式，涉及一个运算符和两个操作数，并且运算符会出现在两个操作数的中间位置。
那么，还有一种是三目运算符。形如：a ? b : c。意思是当a为真，结果取b，否则结果取c。涉及三个操作数，所以称为三目运算。 -
运算符优先和计算顺序
生活中都知道，先算乘除再算加减法。
C 语言中也定义了许多的优先级，规则当然是高优先级的先运算，有括号情况下先运算括号里的表达式。
控制结构
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statements and blocks
表达式已经提到过，表达式后面加上
；就是完整的语句。例如：int a; int b = 3; a = b + 3;
多条语句往往可以表达一串完整的逻辑运算过程，可以使用
{和}包括起来构成语句块。例如：{ int i, j; i = 1; j = 2; }语句块通常用于控制结构体和循环体。见下。
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if-else
如果要判断一个人是否是成年人，我们可以这样写程序：
int age; age = 17; if (age >= 18) { printf("age = %d, is a adult\n", age); } else { printf("age = %d, is not a adult\n", age); }
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else-if
如果给定一个数，如果大于 0 ，输出 1 ；如果小于 0 ，输出 -1 ；否则，输出 0 。
我们可以这样写程序：
int number; number = 22; if (number > 0) { printf("%d\n", 1); } else if (number < 0) { printf("%d\n", -1); } else { printf("%d\n", 0); }
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switch
如果要做一个简易的四则运算的计算器，使用
if-else-if我们当然可以做，但是我们还有一个选择。int a, b; char op; a = 3; b = 5; op = '+'; switch (op) { case '+': printf("%d + %d = %d\n", a, b, a+b); case '-': printf("%d - %d = %d\n", a, b, a-b); case '*': printf("%d * %d = %d\n", a, b, a*b); case '/': printf("%d / %d = %d\n", a, b, a/b); default: printf("Not supported!\n"); }
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loops -- while and for
计算机之所以强大，其一是可以按部就搬的执行程序员录入的程序；其二是可以做枯燥的重复性的计算任务，比如循环。
循环的要领是，其一是有初值，初值可不设；其二要有结束条件；其三是要有步进器，用于修改循环体中的某个变量。对于已知循环次数的条件，可以使用
while和for循环。注意：如果初值已满足结束条件，那么便不会进入循环体。
如果要计算一个数字的阶乘，可以这样做：
int number; int result = 1; number = 7; for (; number > 1; number--) { result *= number; }
或这样做：
int number; int result = 1; number = 7; while (number > 1) { result *= number; number--; }
这两种形式的循环，生成的汇编代码，完全一致。
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loops -- do-while
do-while循环，跟while不同。不同在于，首先会进行循环体执行一次，最后再进行循环条件的判断。形如：
do { ; // loop body } while (loop condition);
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break and continue
讲到循环，往往少不了的要跳出循环，使用
break。与之相对的就是continue。switch语法里也需要借助break跳出分支。像上面写的简单的四则运算的计算器是有问题的。 -
goto and labels
另外，可以在一段代码前加上
LABEL:，然后结合goto LABEL即可无条件跳转至由LABEL标记的代码处。goto尽量少用。
函数与程序结构
普通 C 语言应用程序，必须有一个 main 函数，它是入口函数，那么总不能把所有的功能代码都写进 main 函数吧。并且一块功能单一可被重复使用的代码如何复用呢？答案是函数。
函数让代码分块，函数可以让问题由大化小。函数让程序变得不再平凡，就像超链接让网页伟大一样。
函数可以让一部分人专注写函数，称之为库函数，让我们站在抽象层去编程。
函数像一个黑盒子，提供输入，我们调用函数，以得到执行结果，怎么执行的，我们不用管。
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函数基础
函数三要素：函数名称、函数参数、函数返回值。
函数名称与变量名称的规则并无两样。
函数参数，代表了函数的输入。包括有参数名称和参数的数据类型。
函数的返回值，代表了函数的输出。主是要讲它的返回值类型。可以是任一数据类型，再加上void类型表示无返回值。ASM on X64：
整型传参利用寄存器：rdi,rsi,rdx,rcx,r8,r9，返回值rax
浮点传参利用寄存器：xmm0~xmm7，返回值xmm0
更多的输入参数，则是通过堆栈。 -
外部变量
到目前为止，所有的变量都是在函数内定义的。包括 main 函数中的变量也是如此。这样的好处是什么：函数内的变量，别的函数是访问不到的，且一旦函数执行结束变量就会被销毁。
问题来了，如果函数执行结束后，仍然需要保留变量，怎么办？在函数外定义变量。 -
作用域规则
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头文件
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静态变量
静态变量，使用
static修饰。
函数外，使用static表示本文件内可用，私有变量。
函数内，使用static表示本函数内，永久变量。函数退出后，变量不会消失。 -
寄存器变量
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块结构
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初始化
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递归
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C 预处理器
所谓预处理，是在正式编译 C 语言之前，先处理宏定义，进行宏查找和宏替换。
很多宏指令，条件宏。
指针与数组
C 的灵活强大在于指针。
printf: %p 用于输出内存地址。
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指针与地址
指针，也是一个变量。
每一个变量，在程序运行时，系统会为其分配地址，而指针保存的就是变量的地址。如：int a = 100; int *p; p = &a; *p = 200;
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指针与函数参数
函数传参是值传递，即传递的是变量的值。
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指针与数组
指针，储存的是地址，是变量，可以保存其他地址。
数组名称，标记了数组的起始元素的地址，是不变的，不可以修改。假如有以下代码：
int a[] = {1, 1, 2, 3, 5, 7, 13}; int *p; p = &a[0]; // or p = a; int i = 0; a[i]; *(a+i); *(p+i); p[i];
在访问数组的元素时，可以把数组名称当成指针运算，如可以取值，方法有两种：
a[i]和*(a+i)；也可以使用指针来访问，方式也有两种：*(p+i)和p[i]，并且指针还可以移动，如p++指向下一个数组元素的地址。myFunc(char a[]); myFunc(char *a);
这样的用法是完全一致。
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字符指针与函数
char a[] = "hello world"; char *b = "hello world";
这两者是不同的。a 里每一个字符或许会变，可修改；b 的里面的字符不可修改，只能重新指向另一个字符串，即只能修改 b 的地址。
Learn more: string.h.
strcpy(char *, char *)
strcmp(char *, char *) -
指针的数组，指针的指针
指针是变量，因此可以将一批指针组合在一起形成数组。即数组的每一个元素都是指针变量。
举例：
char *charlines[100];
定义了一个数组，有 100 个元素，每个元素是指向字符的指针。
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多维数组
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指针与多维数组
int a[10][20]; int *a[10];
体会两者区别。
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命令行参数
int main(int argc, char *argv[]) { ; }
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函数指针
可以将函数作为参数传给另一个参数。传递的是函数的地址。是指向函数的指针。
如何调用这个函数呢？(* funcPonter)(arg1, arg2) -
复杂声明
结构
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basic sturcture
结构体，可以将多个数据放在一起，有类型有名称，是一块地址连续的空间。
如果要定义一个数轴上的点：struct point { double x; double y; }; struct point A = { 3.0, 4.0 }; struct point *p; p = &A; p->x; p->y;
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other