C語言基礎教程–從入門到精通（總體概括）

接下來會對每一個章節進行詳細的總結與整理，希望對大家有用！大家一起學習！

第一章：C 語言概述與環境搭建

1.1 C 語言簡介

C 語言由 Dennis Ritchie 于 1972 年在貝爾實驗室開發，是一種高效、靈活的通用編程語言。它結合了低級語言的高效性和高級語言的可讀性，被稱為"系統編程語言"的基石。

主要特點：

1.結構化編程
2.內存直接訪問
3.高效執行速度
4.豐富的運算符
5.可移植性強

1.2 開發環境搭建

Windows 環境：

1.安裝 MinGW（GCC for Windows）
2.安裝代碼編輯器（VS Code、Dev-C++）
3.配置環境變量

Linux/macOS 環境：

# 安裝 GCC
sudo apt-get install gcc   # Ubuntu/Debian
brew install gcc           # macOS# 驗證安裝
gcc --version

1.3 第一個 C 程序

#include <stdio.h>  // 標準輸入輸出頭文件int main() {         // 程序入口函數printf("Hello, World!\n");  // 輸出語句return 0;        // 程序正常結束
}

編譯與運行：

gcc hello.c -o hello  # 編譯
./hello               # 運行 (Linux/macOS)
hello.exe             # 運行 (Windows)

第二章：基本語法與數據類型

2.1 變量與常量`int age = 25; // 整型變量

float salary = 8500.50; // 浮點型變量
const double PI = 3.14159; // 常量
char grade = ‘A’; // 字符變量`

2.2 基本數據類型

類型	大小 (字節)	范圍	格式說明符
char	1	-128 到 127	%c
int	4	-2^31 到 2^31-1	%d
float	4	3.4E-38 到 3.4E+38	%f
double	8	1.7E-308 到 1.7E+308	%lf
void	–	無值	–

2.3 輸入輸出

#include <stdio.h>int main() {int num;printf("請輸入一個整數: ");scanf("%d", &num);  // 讀取輸入printf("你輸入的是: %d\n", num);printf("浮點數: %.2f\n", 3.14159); // 保留兩位小數return 0;
}

第三章：運算符與表達式

3.1 算術運算符

int a = 10, b = 3;
int sum = a + b;      // 13
int diff = a - b;     // 7
int product = a * b;  // 30
int quotient = a / b; // 3 (整數除法)
int remainder = a % b; // 1

3.2 關系運算符

int x = 5, y = 10;
printf("%d\n", x == y); // 0 (false)
printf("%d\n", x != y); // 1 (true)
printf("%d\n", x > y);  // 0
printf("%d\n", x < y);  // 1

3.3 邏輯運算符

int age = 25;
int hasLicense = 1; // trueif (age >= 18 && hasLicense) {printf("可以開車\n");
}if (age < 18 || !hasLicense) {printf("不能開車\n");
}

第四章：控制結構

4.1 條件語句

// if-else
int score = 85;
if (score >= 90) {printf("優秀\n");
} else if (score >= 60) {printf("及格\n");
} else {printf("不及格\n");
}// switch-case
char grade = 'B';
switch(grade) {case 'A': printf("優秀\n");break;case 'B': printf("良好\n");break;default:printf("其他\n");
}

4.2 循環結構

// for 循環
for(int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", i); // 0 1 2 3 4
}// while 循環
int count = 5;
while(count > 0) {printf("%d ", count--); // 5 4 3 2 1
}// do-while 循環
int num;
do {printf("請輸入正數: ");scanf("%d", &num);
} while(num <= 0);

第五章：函數

5.1 函數定義與調用

#include <stdio.h>// 函數聲明
int add(int a, int b);int main() {int result = add(5, 3);printf("5 + 3 = %d\n", result);return 0;
}// 函數定義
int add(int a, int b) {return a + b;
}

5.2 遞歸函數

// 計算階乘
int factorial(int n) {if (n == 0 || n == 1)return 1;elsereturn n * factorial(n - 1);
}int main() {printf("5! = %d\n", factorial(5)); // 120return 0;
}

第六章：數組與字符串

6.1 一維數組

// 聲明與初始化
int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};// 訪問元素
printf("第一個元素: %d\n", numbers[0]); // 1// 遍歷數組
for(int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", numbers[i]);
}

6.2 多維數組

// 二維數組（矩陣）
int matrix[2][3] = {{1, 2, 3},{4, 5, 6}
};// 訪問元素
printf("第二行第一列: %d\n", matrix[1][0]); // 4

6.3 字符串處理

注意：這段代碼在運行時可能會報錯，主要原因是緩沖區溢出問題。

#include <string.h>char str1[20] = "Hello";
char str2[] = "World";// 字符串連接
strcat(str1, " ");
strcat(str1, str2); // "Hello World"// 字符串長度
int len = strlen(str1); // 11// 字符串比較
if(strcmp(str1, "Hello World") == 0) {printf("字符串相等\n");
}

錯誤原因分析：

1.內存計算錯誤：

初始str1內容：“Hello”（5字符） + ‘\0’ = 6字節
添加空格后："Hello "（6字符） + ‘\0’ = 7字節
添加"World"后：“Hello World”（11字符） + ‘\0’ = 12字節
雖然12 < 20，但問題出在strcat的工作機制

2.strcat函數的工作方式：

strcat會從目標字符串的結束符’\0’處開始追加新內容
第一次strcat(str1, " “)后：str1變為"Hello \0”
第二次strcat(str1, str2)時：
從’ ‘后的’\0’開始覆蓋
追加"World"（5字符）和結束符’\0’
最終得到"Hello World\0"（12字節）

緩沖區溢出風險：

雖然本例最終長度12 < 20，但如果初始數組更小（如char str1[12]），會溢出
實際開發中這種寫法有隱患

解決方案
方法1：確保足夠緩沖區 + 安全初始化

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {// 增大緩沖區并初始化為全零char str1[20] = {0};char str2[] = "World";// 安全拷貝初始值strcpy(str1, "Hello");strcat(str1, " ");strcat(str1, str2);printf("連接結果: %s\n", str1); // Hello Worldprintf("長度: %zu\n", strlen(str1)); // 11if(strcmp(str1, "Hello World") == 0) {printf("字符串相等\n");}return 0;
}

方法2：使用更安全的 snprintf (推薦)

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str1[20];const char* str2 = "World";// 安全格式化拼接snprintf(str1, sizeof(str1), "%s %s", "Hello", str2);printf("結果: %s\n", str1);return 0;
}

方法3：手動控制拼接過程

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str1[20] = "Hello";char str2[] = "World";// 計算剩余空間size_t remain = sizeof(str1) - strlen(str1) - 1; // 安全追加strncat(str1, " ", remain);remain -= 1;  // 更新剩余空間strncat(str1, str2, remain);printf("%s\n", str1);return 0;
}

為什么原始代碼可能崩潰：

如果編譯器在內存中布局時，str1后面緊跟著受保護的內存區域，即使12<20，連續兩次strcat操作可能觸發內存保護機制（如Stack Canary）。使用安全函數可避免這類問題。

第七章：指針

7.1 指針基礎

int num = 10;
int *ptr = # // ptr指向num的地址printf("num的值: %d\n", num);     // 10
printf("num的地址: %p\n", &num);  // 內存地址
printf("ptr的值: %p\n", ptr);     // 與&num相同
printf("ptr指向的值: %d\n", *ptr); // 10

7.2 指針與數組

int arr[3] = {10, 20, 30};
int *ptr = arr; // 指向數組首元素printf("第一個元素: %d\n", *ptr);      // 10
printf("第二個元素: %d\n", *(ptr+1));  // 20

7.3 指針與函數

// 通過指針交換兩個變量的值
void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}int main() {int x = 5, y = 10;swap(&x, &y);printf("x=%d, y=%d", x, y); // x=10, y=5return 0;
}

第八章：結構體與聯合體

8.1 結構體定義與使用

// 定義結構體
struct Student {char name[50];int age;float gpa;
};int main() {// 聲明結構體變量struct Student stu1;// 訪問成員strcpy(stu1.name, "張三");stu1.age = 20;stu1.gpa = 3.8;// 結構體指針struct Student *ptr = &stu1;printf("姓名: %s\n", ptr->name); // 張三return 0;
}

8.2 聯合體

union Data {int i;float f;char str[20];
};int main() {union Data data;data.i = 10;printf("整數: %d\n", data.i);data.f = 3.14;printf("浮點數: %.2f\n", data.f); // 覆蓋之前的值return 0;
}

第九章：文件操作

9.1 文件讀寫基礎

#include <stdio.h>int main() {FILE *file;// 寫入文件file = fopen("test.txt", "w");if(file != NULL) {fprintf(file, "Hello, File!\n");fclose(file);}// 讀取文件char buffer[100];file = fopen("test.txt", "r");if(file != NULL) {while(fgets(buffer, 100, file) != NULL) {printf("%s", buffer);}fclose(file);}return 0;
}

9.2 二進制文件操作

struct Product {int id;char name[50];float price;
};int main() {// 寫入二進制數據struct Product p1 = {1, "Laptop", 999.99};FILE *file = fopen("products.dat", "wb");fwrite(&p1, sizeof(struct Product), 1, file);fclose(file);// 讀取二進制數據struct Product p2;file = fopen("products.dat", "rb");fread(&p2, sizeof(struct Product), 1, file);printf("產品: %s, 價格: %.2f\n", p2.name, p2.price);fclose(file);return 0;
}

第十章：動態內存管理

10.1 malloc 和 free

#include <stdlib.h>int main() {// 分配內存int *arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));if(arr == NULL) {printf("內存分配失敗\n");return 1;}// 使用內存for(int i = 0; i < 5; i++) {arr[i] = i * 10;}// 釋放內存free(arr);return 0;
}

10.2 calloc 和 realloc

int main() {// 分配并初始化內存int *arr = (int*)calloc(5, sizeof(int));// 重新分配內存arr = (int*)realloc(arr, 10 * sizeof(int));// 使用更大的數組for(int i = 5; i < 10; i++) {arr[i] = i * 10;}// 釋放內存free(arr);return 0;
}

第十一章：高級主題

11.1 函數指針

#include <stdio.h>// 加法函數
int add(int a, int b) {return a + b;
}// 減法函數
int subtract(int a, int b) {return a - b;
}int main() {// 聲明函數指針int (*operation)(int, int);// 指向加法函數operation = add;printf("5 + 3 = %d\n", operation(5, 3));// 指向減法函數operation = subtract;printf("5 - 3 = %d\n", operation(5, 3));return 0;
}

11.2 多文件編程

main.c:

#include <stdio.h>
#include "math_operations.h"int main() {printf("5 + 3 = %d\n", add(5, 3));printf("5 - 3 = %d\n", subtract(5, 3));return 0;
}

math_operations.h:

#ifndef MATH_OPERATIONS_H
#define MATH_OPERATIONS_Hint add(int a, int b);
int subtract(int a, int b);#endif

math_operations.c:

#include "math_operations.h"int add(int a, int b) {return a + b;
}int subtract(int a, int b) {return a - b;
}

編譯命令:

gcc main.c math_operations.c -o program

第十二章：最佳實踐與調試

12.1 代碼規范

1.使用有意義的變量名
2.添加必要的注釋
3.保持函數簡潔（不超過50行）
4.使用適當的縮進（推薦4空格）
5.避免使用全局變量

12.2 調試技巧

1.使用printf調試
2.編譯器警告選項：

gcc -Wall -Wextra -pedantic program.c -o program

3.使用GDB調試器：

gcc -g program.c -o program
gdb ./program

12.3 常見錯誤

// 1. 數組越界
int arr[5] = {1,2,3,4,5};
printf("%d", arr[5]); // 無效訪問// 2. 未初始化指針
int *ptr;
printf("%d", *ptr); // 未定義行為// 3. 內存泄漏
int *data = malloc(100 * sizeof(int));
// 忘記 free(data)// 4. 懸空指針
int *ptr = malloc(sizeof(int));
free(ptr);
printf("%d", *ptr); // 訪問已釋放內存

結語：C 語言學習路徑

基礎階段：掌握語法、數據類型、控制結構
進階階段：深入指針、內存管理、文件操作
高級階段：學習數據結構、算法、系統編程
精通階段：研究操作系統內核、編譯器開發