概述

  C语言是一种计算机编程语言，我们是利用代码来控制计算机的运行，从而达到某种目的，我们 就很有必要了解计算机的运行原理。

计算机组成

  OS + 应用程序

计算机硬件

基本组成：

输入设备：输入数据给计算机处理，举例如：键盘，鼠标

输出设备：结果数据展示 ，举例如：显示器，打印机

外存储器：永久存放数据，容量大，但访问速率慢，举例：磁盘

内存储器：临时存放待处理的数据及运行的程序代码，访问速度快，数据是临时存放，相对来说， 容量较小，举例：内存条

处理器：

        运算器：进行算术运算和逻辑判断

        控制器：管理和协调计算机的其它部件

计算机运行原理

1. 计算机通过输入设备将数据加载到内存

2. CPU从内存中获取数据进行处理，并将结果数据再次放回到内存。

3. 通过输出设备将结果数据进行输出展示。

4. 如果我们需要将结果数据进行长期存储，可借助于外存储器保存。

计算机语言

机器语言（0,1,指令码） 计算机唯一可以直接运行的代码

汇编语言（符号化指令）：汇编语言必须经过汇编程序转换为机器语言后计算机才能运行

高级语言：利用数学运算符及一些英文单词来描述程序指令。（C/C++/JAVA/Python）高级语言是 必须要通过编译器或者解释器转换为机器语言。

C语言版本

为了C语言健康发展下去，很多有识之士及美国国家标准协会（ANSI）于1982年成立了一个委员会以 确定C语言的标准。

C89：1989 ANSI 发布了第一个完整的C语言标准，即C89。

C90：不过人们习惯性的称为 “ANSI C”1990年ISO(国际标准化组织一字不改的采纳了 C89，官方给出的 名称为 ISO C90)

C99：1999年，C语言标准经过了一次修正和完善后，ISO发布了新版的C语言标准，简称” C99”。

C18：最新的C语言标准为 2018年6月份发布的 “C18”

C语言特点

C语言是一种强大而灵活的语言，可以用来编写任意复杂的程序。

C语言简洁、紧凑，使用方便。

C语言是可移植的。

C语言很适合结构化程序设计，因而要求用户以功能模块的方式来思考问题。

C语言可直接控制硬件 (位运算符,地址 )

生成目标代码质量高，程序执行效率高，运行速度快。

优点：

        功能强大，语言灵活

        C可移植性强

        C语言可以直接控制硬件

        C语言运行效率高

        C语言具有结构化的控制语句

        C语言具有丰富的数据类型和运算符

缺点：

        C语言的缺点主要表现为数据的封装性弱。这一点使得C在数据的安全性上有很大的缺陷，这也是C 和C++的一大区别。

        C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不做 检查等。从应用的角度，C语言笔其他高级语言较难掌握。也就是说，对用C语言的人，要求对程序 设计更熟练一些。

C语言开发过程

C语言的开发分为三步：①编辑-->②编译-->③运行

        1. 创建一个C语言源程序文件（.c）

         2. 在源文件中由程序员编写C语言程序代码

        3. 由编译器对源文件进行编译，生成可执行程序

        4. 机器运行可执行程序，确认功能的正确性

C语言的编译四步骤：①预处理-->②编译-->③汇编-->链接④

C语言中3类标识符：

1.关键字（32个）

1.auto：声明自动变量，用于函数内部的局部变量

2.break：跳出当前循环

3.case：开关语句的一个分支

4.char：声明字符型变量或函数

5.const：声明只读变量，其值不能被修改

6.continue：跳出当前循环的剩余部分，开始下一次循环

7.default：开关语句中的默认选项

8.double：声明双精度浮点型变量或函数

9.do：用在循环中，表示循环体重复执行的部分

10.else：条件语句中的“否则”部分

11.enum：声明枚举类型

12.extern：声明变量或者函数是在别处定义的

13.float：生命浮点型变量或函数

14.for：一种循环语句

15.goto：无条件跳出语句

16.if：条件语句，如果指定条件为真则执行if后面的代码

17.int：声明整型变量或函数

18.long：声明长整型变量或函数

19.register：声明寄存器变量，提示编译器，该变量可能被频繁使用

20.return：子程序返回值

21.short：声明短整型变量

22.signed：生命有符号类型变量或函数

23.sizeof：计算数据类型或变量的大小

24.static：生命静态变量，表示变量生命周期直到程序结束

25.struct：生命结构体类型

26.switch：用于开关语句，选择多个选项之一执行

27.typedef：用于给数据类型定义别名

28.union：声明共用体类型

29.unsigned：生命无符号类型或函数

30.void：声明函数无返回值或者无参数

31.volatile：说明变量在程序执行中可被隐藏的更改，提示编译器对访问该变量的代码不进行优化

32.while：用于循环语句

12个预处理命令

C语言的12个预处理命令包括：‌#if、‌#ifdef、‌#ifndef、‌#else、‌#elif、‌#endif、‌#define、‌#undef、‌#line、‌#error、‌#pragma、‌#include。‌ 这些命令都以符号#开头，‌每条预处理指令必须独占一行。‌这些命令在C语言编程中扮演着重要的角色，‌允许程序员在编译前对程序进行各种条件和宏定义的处理，‌从而影响编译过程和程序的最终行为。‌

#if、‌**#else**、‌**#elif** 和 #endif 用于条件编译，‌根据常数表达式的结果有选择地编译程序源代码的不同部分。‌

#define 用于定义一个标识符和一个串，‌在源程序中每次遇到该标识符时，‌都用定义的串替换它。‌

#undef 用于取消之前定义的宏。‌

#line 用于修改源文件的行号和文件名。‌

#error 用于强制编译程序停止编译，‌主要用于程序调试。‌

#pragma 用于为特定的编译器提供非标准的编译指令。‌

#include 用于读入另一个源文件，‌允许程序员将代码分割到多个文件中，‌并通过包含文件的方式将它们组合在一起。‌

用户标识符

C语言中的用户标识符（User Identifier）是用来命名变量、函数、标签等程序实体的名字。C语言的用户标识符必须遵循以下规则：

-只能包含字母（大写"A-Z"和小写"a-z"）、数字（"0-9"）和下划线（"_"）。

-必须以字母或下划线开头。

-是大小写敏感的，即"i"和"I"被视为不同的标识符。

-不能使用C语言的关键字作为用户标识符。

用户标识符示例：

int value;                  // 合法

int _value;                 // 合法

int 2value;                 // 不合法，不能以数字开头

int value@;                 // 不合法，只能包含字母、数字和下划线

int for;                    // 不合法，不能使用C语言的关键字

什么是原码、反码、补码：

1. 原码

原码就是符号位加上真值的绝对值，即用第一位表示符号，其余位表示值。

比如：

如果是8位二进制：

[+1]原= 0000 0001

[-1]原= 1000 0001

第一位是符号位，因为第一位是符号位，所以8位二进制数的取值范围就是：（即第一位不表示值，只表示正负。）

[1111 1111 , 0111 1111] 即 [-127 , 127]

原码是人脑最容易理解和计算的表示方式。

2. 反码

反码的表示方法是：

• 正数的反码是其本身；
• 负数的反码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位取反。

[+1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反

可见如果一个反码表示的是负数，人脑无法直观的看出来它的数值。通常要将其转换成原码再计算。

3. 补码

补码的表示方法是：

• 正数的补码就是其本身；
• 负数的补码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各位取反，最后+1。(也即在反码的基础上+1)

[+1] = [0000 0001]原= [0000 0001]反= [0000 0001]补

[-1] = [1000 0001]原= [1111 1110]反= [1111 1111]补

对于负数，补码表示方式也是人脑无法直观看出其数值的。通常也需要转换成原码再计算其数值。

为什么要有原码、反码、补码？

首先, 因为人脑可以知道第一位是符号位，在计算的时候我们会根据符号位，选择对真值区域的加减。但是对于计算机，加减乘数已经是最基础的运算，要设计的尽量简单，计算机辨别"符号位"显然会让计算机的基础电路设计变得十分复杂！

于是人们想出了将符号位也参与运算的方法。我们知道，根据运算法则减去一个正数等于加上一个负数，即：1-1 = 1 + (-1) = 0， 所以机器可以只有加法而没有减法，这样计算机运算的设计就更简单了。

于是补码的出现，解决了0的符号问题以及0的两个编码问题：

1-1 = 1 + (-1) = [0000 0001]原+ [1000 0001]原= [0000 0001]补+ [1111 1111]补= [1 0000 0000]补=[0000 0000]补=[0000 0000]原注意：进位1不在计算机字长里。

这样0用[0000 0000]表示，而以前出现问题的-0则不存在了。而且可以用[1000 0000]表示-128：-128的由来如下：

(-1) + (-127) = [1000 0001]原+ [1111 1111]原= [1111 1111]补+ [1000 0001]补= [1000 0000]补

-1-127的结果应该是-128，在用补码运算的结果中，[1000 0000]补就是-128，但是注意因为实际上是使用以前的-0的补码来表示-128，所以-128并没有原码和反码表示。(对-128的补码表示[1000 0000]补，算出来的原码是[0000 0000]原，这是不正确的)

使用补码，不仅仅修复了0的符号以及存在两个编码的问题，而且还能够多表示一个最低数。这就是为什么8位二进制，使用原码或反码表示的范围为[-127, +127]，而使用补码表示的范围为[-128, 127]。

因为机器使用补码，所以对于编程中常用到的有符号的32位int类型，可以表示范围是: [-231, 231-1] 因为第一位表示的是符号位，而使用补码表示时又可以多保存一个最小值。