C 语言入门教程：从零开始，迈向编程世界

这份教程将带你系统地学习 C 语言，我们将从最基础的概念开始，逐步深入，最终让你能够独立编写 C 程序。

第一部分：准备工作与基础概念

第一章：C 语言简介与环境搭建

1 什么是 C 语言？ C 语言是一种通用的、过程式的编程语言，它由 Dennis Ritchie 于 1972 年在贝尔实验室创建，C 语言被誉为“现代编程语言的鼻祖”，因为它深刻影响了后来的 C++、Java、C#、Python 等众多语言，它高效、灵活、功能强大，广泛应用于操作系统（如 Windows、Linux 内核）、嵌入式系统、游戏引擎等领域。

2 为什么学习 C 语言？

• 打下坚实基础：学习 C 能让你深刻理解计算机内存管理、指针等核心概念,这是学习其他高级语言的基础。
• 高效性能：C 语言允许直接操作硬件,运行效率极高。
• 广泛应用：掌握 C 语言是进入系统编程、嵌入式开发等领域的关键。
• 锻炼思维：C 语言对语法要求严格,能培养严谨的逻辑思维能力。

3 开发环境搭建 要编写和运行 C 程序,你需要两样东西：

1. 编译器：将人类可读的 C 源代码翻译成机器可执行的文件。
2. 文本编辑器/集成开发环境：用来编写代码。

推荐工具组合：

• Windows 平台

  • 编译器：MinGW-w64 (GCC 的 Windows 移植版)
  • IDE (集成开发环境)：Visual Studio Code (VS Code) 或 Dev-C++
  • 安装步骤：
    1. 安装 VS Code。
    2. 安装 MinGW-w64，并将其 bin 目录添加到系统环境变量 PATH 中。
    3. 在 VS Code 中安装 "C/C++" 扩展。

• macOS 平台

  • 编译器：Xcode Command Line Tools (已包含 Clang 编译器)
  • IDE：Xcode (官方推荐，功能强大) 或 VS Code
  • 安装步骤：在终端中运行 xcode-select --install。

• Linux 平台

  • 编译器：GCC (GNU Compiler Collection)
  • IDE：VS Code, Geany, Code::Blocks 或使用 vim/nano + gcc 命令行。
  • 安装步骤 (以 Ubuntu 为例)：在终端运行 sudo apt update && sudo apt install build-essential。

第二章：你的第一个 C 程序 - "Hello, World!"

让我们从一个最简单的程序开始，感受一下 C 语言的结构。

// my_first_program.c
#include <stdio.h> // 1. 包含标准输入输出库
int main(void) {   // 2. 主函数，程序从这里开始执行
    printf("Hello, World!\n"); // 3. 调用 printf 函数在屏幕上打印文本
    return 0;      // 4. 返回 0，表示程序正常结束
}

代码详解：

1. #include <stdio.h>：这是一个预处理指令。stdio.h 是一个“头文件”，包含了 printf 函数的声明，没有它，编译器就不知道 printf 是什么。
2. int main(void)：这是程序的主函数。int 表示这个函数执行完毕后会返回一个整数（return 0）。void 表示 main 函数不接受任何参数，一个 C 程序必须有且只有一个 main 函数。
3. printf("Hello, World!\n");：printf 是一个标准库函数，用于格式化输出。"Hello, World!" 是要打印的字符串。\n 是一个转义字符，代表“换行”。
4. return 0;：向操作系统返回 0,表示程序成功执行完毕。

如何编译和运行？

1. 将上述代码保存为 my_first_program.c。
2. 打开终端（或命令提示符）,进入文件所在的目录。
3. 输入编译命令：

   gcc my_first_program.c -o my_first_program

   • gcc：编译器名称。
   • my_first_program.c：你的源文件。
   • -o my_first_program：指定输出的可执行文件名。
4. 运行生成的程序：
   • Windows: my_first_program.exe
   • macOS/Linux: ./my_first_program

你应该会在终端看到 Hello, World! 的输出。

第二部分：C 语言核心语法

第三章：变量与数据类型

1 变量 变量是内存中一个命名的存储位置，用于存储数据,使用变量前必须先声明。

int age;      // 声明一个整型变量 age
float price;  // 声明一个单精度浮点型变量 price
char grade;   // 声明一个字符型变量 grade
age = 25;     // 赋值
price = 19.99;
grade = 'A';  // 字符用单引号括起来

2 基本数据类型 | 类型 | 关键字 | 描述 | 大小（ | 示例 | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | 整型 | int | 存储整数 | 4 字节 | 10, -100 | | 字符型 | char | 存储单个字符 | 1 字节 | 'a', '0' | | 浮点型 | float | 存储单精度浮点数（小数） | 4 字节 | 14, -0.5 | | 双精度浮点型 | double | 存储双精度浮点数（更高精度） | 8 字节 | 14159265 | | 无类型 | void | 表示“无类型” | - | 用于函数返回值 |

3 常量 常量是其值在程序运行期间不能改变的量。

const int MAX_AGE = 120; // 使用 const 关键字定义整型常量
#define PI 3.14159       // 使用预处理指令定义宏常量

第四章：运算符

C 语言提供了丰富的运算符来执行各种操作。

1 算术运算符

• (加), (减), (乘), (除), (取模，求余数)

  int a = 10, b = 3;
  printf("%d\n", a / b); // 输出 3 (整数除法会截断小数部分)
  printf("%d\n", a % b); // 输出 1 (10 除以 3 的余数是 1)

2 赋值运算符

• , , , , , (复合赋值)

  int x = 5;
  x += 3; // 等价于 x = x + 3; x 的值变为 8

3 关系运算符

• (等于), (不等于), > (大于), < (小于), >= (大于等于), <= (小于等于)
  • 注意： 用于比较是否相等， 用于赋值，这是最常见的初学者错误。

    int age = 18;
    if (age == 18) {
    printf("You are 18.\n");
    }

4 逻辑运算符

• && (逻辑与), (逻辑或), (逻辑非)

  int age = 20;
  if (age > 18 && age < 60) {
      printf("You are an adult.\n");
  }

第五章：输入与输出

我们已经在 Hello, World 中使用了 printf，现在我们来学习 scanf 用于输入。

1 printf - 格式化输出 printf 的格式：printf("格式化字符串", 变量列表);

• %d：用于输出整数 (int)
• %f：用于输出浮点数 (float, double)
• %c：用于输出字符 (char)
• %s：用于输出字符串 (char[])

int number = 100;
float pi = 3.14159;
printf("The number is %d and pi is %.2f\n", number, pi); // %.2f 表示保留两位小数

2 scanf - 格式化输入 scanf 的格式：scanf("格式化字符串", &变量地址列表);

• 关键：& 是取地址运算符，你必须提供变量的地址，scanf 才能把输入的值存入该变量对应的内存位置。

int age;
printf("Please enter your age: ");
scanf("%d", &age); // 从键盘读取一个整数，存入 age 变量中
printf("You entered: %d\n", age);

第六章：控制流

1 条件语句

• if-else

  int score = 85;
  if (score >= 90) {
      printf("Grade: A\n");
  } else if (score >= 80) {
      printf("Grade: B\n");
  } else {
      printf("Grade: C or below\n");
  }

• switch

  char grade = 'B';
  switch (grade) {
      case 'A':
          printf("Excellent!\n");
          break; // 不要忘记 break！
      case 'B':
          printf("Good job!\n");
          break;
      default:
          printf("Keep trying!\n");
  }

2 循环语句

• for 循环 (适合已知循环次数的场景)

  for (int i = 0; i < 5; i++) { // 初始化; 条件; 更新
      printf("Iteration %d\n", i);
  }

• while 循环 (适合在循环开始前不确定次数的场景)

  int count = 0;
  while (count < 5) {
      printf("Count is %d\n", count);
      count++; // 别忘记更新循环变量！
  }

• do-while 循环 (至少执行一次)

  int number = 0;
  do {
      printf("Enter a positive number: ");
      scanf("%d", &number);
  } while (number <= 0);

第三部分：C 语言进阶特性

第七章：函数

函数是组织好的、可重复使用的、用来执行特定任务的代码块。

1 函数的定义与调用

// 函数声明 (可选，如果函数定义在 main 之后)
int add(int a, int b);
int main(void) {
    int result = add(5, 3); // 函数调用
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}
// 函数定义
int add(int a, int b) { // int 是返回类型，add 是函数名，(int a, int b) 是参数列表
    int sum = a + b;
    return sum; // 返回计算结果
}

2 函数参数传递 C 语言中，函数参数传递是“值传递” (Pass-by-Value)，这意味着函数内部操作的是原始值的一个副本,不会改变原始变量。

第八章：数组

数组是一组相同类型元素的集合,在内存中连续存放。

1 一维数组

int scores[5]; // 声明一个包含 5 个整数的数组
// 初始化
int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int more_numbers[] = {1, 2, 3}; // 编译器会自动确定数组大小为 3
// 访问元素
printf("First number: %d\n", numbers[0]); // 数组索引从 0 开始
numbers[0] = 100; // 修改第一个元素

2 字符串 在 C 语言中，字符串本质上是字符数组，以空字符 '\0'

char greeting[6] = "Hello"; // 'H','e','l','l','o','\0'
char name[] = "Alice"; // 编译器会自动分配空间，包括 '\0'
// 使用 %s 输出字符串
printf("%s\n", greeting);

int age = 25;
int *ptr_age = &age; // 声明一个整型指针 ptr_age，并初始化为 age 的地址
// * (解引用运算符)
printf("Value of age: %d\n", *ptr_age); // 通过指针访问 age 的值
*ptr_age = 30; // 通过指针修改 age 的值
printf("New value of age: %d\n", age); // age 的值现在变成了 30

int arr[3] = {10, 20, 30};
int *ptr = arr; // ptr 指向 arr 的第一个元素
printf("First element: %d\n", *ptr);
printf("Second element: %d\n", *(ptr + 1)); // 指针加 1，指向下一个元素

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
int main(void) {
    int x = 10, y = 20;
    printf("Before swap: x=%d, y=%d\n", x, y);
    swap(&x, &y); // 传递变量的地址
    printf("After swap: x=%d, y=%d\n", x, y);
    return 0;
}

struct Student {
    char name[50];
    int age;
    float gpa;
};
int main(void) {
    struct Student student1; // 声明一个 Student 类型的变量
    strcpy(student1.name, "Bob"); // 使用 strcpy 安全地复制字符串
    student1.age = 20;
    student1.gpa = 3.8;
    printf("Name: %s, Age: %d, GPA: %.2f\n", student1.name, student1.age, student1.gpa);
    return 0;
}

#include <stdlib.h> // 需要 stdlib.h
int main(void) {
    int *ptr;
    int n = 5;
    // 分配 5 个整数的内存空间
    ptr = (int*) malloc(n * sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        printf("Memory not allocated.\n");
        return 1;
    }
    // 使用分配的内存
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        ptr[i] = i + 1;
    }
    // 打印内存内容
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    // 释放内存
    free(ptr);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
int main(void) {
    FILE *fp;
    char filename[] = "my_file.txt";
    // 写入文件
    fp = fopen(filename, "w"); // "w" 表示写入模式（覆盖）
    if (fp == NULL) {
        printf("Could not open file for writing.\n");
        return 1;
    }
    fprintf(fp, "Hello, this is a test.\n");
    fprintf(fp, "This is the second line.\n");
    fclose(fp);
    // 读取文件
    fp = fopen(filename, "r"); // "r" 表示读取模式
    if (fp == NULL) {
        printf("Could not open file for reading.\n");
        return 1;
    }
    char buffer[100];
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) {
        printf("%s", buffer);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}