2018-2019-1 20189221 《從問題到程式》第 4 周學習總結

第五章 C程式結構

實數類型和整數類型

• 實數類型共有三個，類型名分別是： float， double， long double
• 字元類型 ：C 語言還有signed char 和unsigned char 兩個字元類型，普通char 類型等價於這兩者之一，
• 整數類型：基本的整數類型有三個：int， short int， long int

類型選擇原則，這也是在大多數 C 程式里的 合理選擇：

• 如果沒有特殊需要，浮點數總採用 double 類型，因為它的精度和表示範圍能滿足一般要求（float的精度常常不夠，long double可能降低效率）。
• 如果沒有特殊需要，整數總採用int 類型，因為它是每個 C 系統里的 基本類型，必定能得到硬體的基本支持，其效率不會低於- 任何其他整數類型。
• 如果沒有特殊需要，字元總採用char類型。
• 儘量少用各種unsigned類型，除非服務於某些特殊目的。

函數的作用是使人可以把一段計算抽象出來，封裝（包裝）起來，使之成為程式中的一個獨立實體。

函數抽象的好處：

• 重覆出現的程式片段被一個唯一的函數定義和一些形式簡單的函數調用所取代，這樣有可能使程式變得更簡短而清晰。
• 由於整個程式里同樣的計算片段僅描述一次，需要改造這部分計算時，就只要修改一個地方：改變函數的定義。程式的其他地方可能完全不需要修改。
• 函數定義和使用形成對程式複雜性的一種分解，使人在程式設計中可以孤立地考慮函數本身的定義與函數的使用問題，有可能提高程式開發的效率。

• 把具有獨立邏輯意義的適當計算片段定義為函數後，函數可以看成是在更高層次上的程式基本操作。一層一層的函數定義可以使人可以站在一個個抽象層次上去看待和把握程式的意義，這對於開發大的軟體系統是非常重要的。

  C 標準庫函數完成一些 常用的基本功能，包括基本輸入和輸出、文件操作、存儲管理，以及其他一些常用功能函數，如數學函數、數據值的類型轉換函數等。

• 字元分類函數

• 隨機數生成函數

每個 C 程式里總有一個名為 main 的特殊函數，主函數是程式入口，定了整個程式執行的起點。程式里不能調用主函數，它將在程式開始執行時被自動調用。

• 函數調用
  

• 如果一段計算可以定義為函數，那麼就應該將它定義為函數。
  程式中可能有重覆出現的相同或相似的計算片段，程式中具有邏輯獨立性的片段（分解程式複雜性，使之更容易理解和把握）
• 從外部看，一個函數實現了某種功能。只需知道它的名字和類型特征等。調用函數時遵從這些規定，提供數目和類型適當的實參，正確接受返回值，就能得到預期的計算結果。
• 任何 return 語句的執行將導致本函數的本次執行結束。
• 函數調用的形式是函數名後跟圓括弧括起、逗號分隔的若幹表達式，這些表達式稱為實際參數，簡稱實參。調用函數時必須提供一組個數正確、類型合適的實參。
• 函數調用與參數值的傳遞 ：
  
• 函數原型說明：
  原型說明中參數表裡的參數名可缺（可以只寫類型）。即使在這裡寫參數名，所用名字也不必與函數定義用的名字一致。原型說明裡的參數名可以起提示作用，也提倡給出有意義的名字，這將有利於函數的正確使用。
  以函數原型作為媒介，保證函數定義和使用之間的一致性。
  寫原型時必須給出完整的類型特征描述
  不寫函數f的原型說明可能引起各種問題，如：
• 如果編譯程式後來遇到了 f 的定義，其返回值類型與它所做的假設不一致，編譯程式有可能給出“函數重新定義”的錯誤信息。
• 假設f 在其他源文件定義，或為庫函數，而且f 的類型返回類型與預設假設不符，那麼編譯不會發現錯誤，連接時也不檢查，產生的可執行程式在執行時則可能出錯。
• 如果函數調用的實參（個數或類型）與函數定義不一致，編譯時不會發現錯誤，也不會自動生成類型轉換，連接時也不檢查。 終形成可執行程式里的語義錯誤。
  我們應堅持的正確原則是：
• 如果使用庫函數，那麼就必須在源文件前部用#include 命令包含必要的頭文件（xxx.h 文件）。
• 對所有未能在使用前給出定義的函數（無論它是定義在本文件後面，還是在其他源文件里），都應給出正確完整的原型說明。

• 把原型說明寫在源文件前面（不要寫在函數內部），以使函數的定義點和所有使用點都能“看到” 同一個原型說明。

一個 C 語言源文件由一系列外部定義和外部說明構成：C 函數只能在外部定義（不允許在函數內定義函數），所有函數都定義在表層

• 以外部定義形式定義的變數稱為外部變數或全局變數，常把外部變數定義寫在源文件里所有函數定義之前
• 變數前給出有關的外部變數說明，下麵要使用在其他地方定義的整型外部變數member和length：

extern int number, length;

定義和說明這兩個術語的意義不同。定義要求建立被定義對象，而說明僅指明有這個東西存在，被說明的東西必須在其他地方建立（定義），否則這個說明就是無效的、沒有意義的。對於變數，定義與說明的差異表現得非常明顯。程式執行到變數定義處時將建立被定義的變數，為其分配存儲值的位置。而變數說明只是通告“有這樣一個變數存在，其性質是……”，這裡並不實際建立變數，也沒有存儲安排問題。

外部變數可以在整個程式里使用，這也就意味著在整個程式內不能有重名的外部變數。否則目標文件連接時就會出現問題。由於連接時還要用到 C 語言的程式庫，因此在編寫程式時還要註意，所定義程式對象的名字不要與程式庫里的名字衝突。

作用域與生存期

• 變數定義都有一個確定的作用範圍，這個範圍稱為該變數定義的作用域，變數的作用域由變數定義的位置確定
• 變數在程式執行中存在的那段時期稱為這個變數的存在期。

main也是普通函數，其內部定義也是局部的，同樣不能在函數體之外使用。

自動變數：自動建立和撤消。複合語句開始執行時建立定義的所有變數只存在到該複合語句結束。複合語句結束時，內部定義的所有變數都撤消。
C 語言規定：當內層複合語句出現同名變數定義時，外層同名定義將被內層定義遮蔽。
同樣的，外部定義的全局變數被函數裡面的同名局部變數定義所遮蔽。

C 語言程式的加工分為三步：預處理、編譯和連接

文件包含命令

• #include <文件名>： 預處理程式直接到某些指定目錄中查找所需文件，目錄指定方式由具體系統確定，通常指定幾個系統目錄。
• **#include "文件名" :預處理程式先在源文件所在目錄中查找，找不到時再到指定目錄查找。

文件包含命令的處理過程是：首先查找所需文件，找到後就用該文件的內容取代當前文件里這個包含命令行。替換進來的文件里仍可有預處理命令，它們也將被處理。

帶參巨集定義

帶參數巨集定義的形式是：
#define 巨集名字(參數列表) 替代正文
巨集定義和調用並不考慮類型問題
C 還提供了預處理命令#undef，取消已有的巨集定義
#undef 巨集名字
可以從這個命令出現的位置開始取消對巨集名字已有的定義。

條件編譯的預處理命令有四個：#if和#elif， #ifdef和 #ifndef

• 在可能的情況下，我們將儘量使用枚舉常量
• 需要非整數值的常量，那就應該考慮用const
• 在這兩種方式都不合適，而用巨集定義又能帶來特別的方便時，才應考慮用巨集定義

為面向複雜的系統程式設計，C 語言特別提供了對二進位位的操作。

字位“否定” ~ 字位“或” |
字位“與” & 字位“異或” ^

• “~”：字位“否定”
• “|”：字位“或”
• “&”：字位“與”
• “^”：字位“異或”