5.2 C 語言重點

C Language

  • 結構
    • xxx.c
    • header: 表頭
    • body: object code
  • Ex:
    # include <stdio.h> => stdio.h 為 linker, 外部函式庫之 header file

變數 vs 常數

Variable Constant
會隨著執行而更動的數值 不變
佔用 memory space 來存取 不需
int x; ex: ‘a’ or 100
  • Note: 常數變數 (constant variable)
    Define: const int x = 10;

變數宣告

格式： type (space) variable;
ex: int x;

Compare Static typed and Dynamic typed

Static typed Dynamic typed
宣告時, 即需決定 data 之型態 不需, runtime 才決定
int x; var x; x = 100;
java, C, C++ javascript, ruby

常見的 data type 介紹

  1. boolean (布林):
  • 只有兩種狀態:
    • true
    • false
  • Ex: bool flag;
  1. character (字元):
  • 利用 “ASCII” 來存放
  • 佔用 1 byte memory space
  • 常見字元編碼
    • ‘0’ => (48)10
    • ‘A’ => (65)10
    • ‘a’ => (97)10
  • Ex: char c1;
  • Note:
character string
由一字母或數字組成 由 1~多個組成
用單引號括住 用雙引號括住
‘a’, ‘B’(對), “B”(錯) “hello”(對), ‘hello’(錯)
  1. integer (整數):
  • 利用 4 bytes 表示
  • Ex: int x;
  • 除法:
    • “/” => 取商, x = 6/4
    • “%” => 取餘, y = 6%4
  • Ex2:
1
2
3
4
5
6
int x;
char a1 = 'a';
x = a1;
a1 = a1 + 3;
printf("%d", x); // x = 97
printf("%c", a1); // a1 = 100
  1. 浮點數:
float double
single precision double precision
32 bits, 佔用 4 bytes 使用 8 bytes
float f; double d;
  • ex:
    1. float f1 = 3.2/4; => 0.8
    2. float f2 = 5/4; => 1.0
    3. float f3 = 5.0/4; => 1.25
    4. float f4 = (float)5/4; => 1.25 => 強制將 5 視為浮點數, 強制轉型 casting
  • Note:
    1. 在 c, c++中, 運算是會以最大型別來求得結果
      • ex: int(隱含轉型 -> double) * double + float = ? => output double
    2. 浮點數, 預設為 double 之型態 (因為失真少, 結尾誤差少)
      • ex: 3.14 * 2.56 + 3.2 => double

NOTE: type range => byte < short < int < long < float < double

變數種類

local variable global variable
於 block 或 函式之中宣告 於 block 或 函式之外宣告
僅能在所屬的 block 之內使用 全部block都可用
於 block 一結束, 即清除 整個程式結束才清除
  • static variable

變數的存取順序

1
2
3
4
5
6
7
8
全域變數
3.{
    2.{
        1.{
            print(x)
        }
    }
}
  1. 先找自身區塊
  2. 若 1 無, 往外層找
  3. 若 2 無, 往 global 找
  • Note: dynamic scoping => 依程式執行時的呼叫順序 (runtime) 來決定找尋順序, main() -> A() -> B() => 找B找不到, 找A, 在找不到找 main
  • Ex1:
1
2
3
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13
int x = 10; //global
int main() 
{
    int y = 5;
    {
        int x = 20;
        int z = 8;
        printf("%d", x); // x=20, 用完即清除
    }
    printf("%d", x); // x=10
    printf("%d", z); // compile error
    return 0;
}
  • Ex2:
1
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5
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9
10
11
12
13
int x = 20;
int main()
{
    int y = 10;
    fun(y);
    return 0;
}
-------------------
void fun(int a)
{
    int y = 30;
    printf("%d, %d", x, y);
}

Ans: (20, 30)

  • Note: 在 C 語言裡, 只要不是指標, 就是 call by-value
  • local variable => 與 function 一樣, 用 stack 放 => 後進先出

Standard I/O library 標準輸出/輸入函式庫

程式欲使用須引入： #include <stdio.h>

常用函式：

  1. printf => 標準輸出
    格式： printf("格式字串", var1, var2...);
    Note:

    1. var 可省略
    2. 若有 var, 需在格式字串中, 有對應的 格式碼

    格式碼：
    %d 整數
    %f 浮點數
    %c 字元
    %s 字串

    EX:

    1
    2
    3
    4
    5
    printf("hello");
    int x;
    printf("x is %d", x);

    // x is 100

  2. scanf => 標準輸入
    從外界 key in 值, 接收到程式
    格式： scanf("格式字串", &var1, &var2...); // &位址
    Note: 格式碼與 printf 相同
    EX:

    1
    2
    int x;
    scanf("input: %d", &x);

    EX:
    Sum = 1+2+3+4...+N, N 為輸入值

    1
    2
    3
    4
    5
    6
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    10
    11
    12
    #include <stdio.h>
    int main() 
    {
        int N, sum = 0, i;
        scanf("input: %d", &N);
        for(i = 1; i ≤ N; i++)
        {
            sum = sum + i;
        }
        printf("total:%d", sum);
        return 0;
    }

運算子

Operator Priority Associative
(), [] 高 右結合
!, ~, -(負), ++, – 左結合
*, /, +, - (算數1) 左結合
<<, >> 左結合
<, >, ≤, ≥ (關係2) 左結合
位元 (3) 左結合
logical (4) 左結合
= (assign) 低 右結合
  • Note:

    1. 1>2>3>4

    2. 多個 operator 之運算, 先看 priority, 若相同在看 associate

    3. Associative 分為：

      • 左結合 ((3+5)+8)
      • 右結合 (3+(5+8))

    4. operator 分為：

      1. unary operator (單元)
        ex: -5, !flag
      2. binary operator (二元)
        ex: 3+5, 6-4, 7*8
      3. trinary operator (三元)
        條件式 ? x : y 
        1
        2
        3
        4
        5
        6
        7
        if (條件式)
        {
            x
        } else 
        {
            y
        }

    5. =: assign , ==: equals

++, –

前置式 後置式
先做++, --, 再取值 先取值, 再做++, –
++x, --x x++, x–
  • Ex1:
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6
7
int x = 5, y=5;
int A, B;
A = x++;
B = ++y;
print(A, B, x, y);

// 5, 6, 6, 6
  • Ex2:
    a = 3, b = 6, 則 39/-++a+-20%b--
    Sol:
    39/(-4)+(-29)%6 = -9 + (-5) = -14

位元運算

  • 概念：先將資料化成 2 進制, 再開始進行運算
  1. AND (&)
  2. OR (|)
  3. XOR (^)
  4. <<
  5. “>>”
  • EX1: int x = 8 & 6;, (0 0 0 0)2 = 0, 同時為 1 才成立, 像 (．)
  • EX2: int x = 8 | 6;, (1 1 1 0)2 = 14, 像 (+)
  • EX3: int x = 8 ^ 6;, (1 1 1 0 )2 = 14, 相同為 0, 相異為 1
  • EX4: << 左移, x << n => 將 x 左移 n 個 bits,
    作法：在右邊加上 n 個 0 (具備 乘法 效果)
    例如：int x = 8 << 2;, (100000)2 = 32
  • EX5: >> 右移, x >> n => 將 x 右移 n 個 bits,
    作法：
    • step1 => 將右邊砍掉 n 個 bits 維持 sign bit
    • step2 => 在左邊補上
      1. 正 => 0 (n 個)
      2. 負 => 1 (n 個)
        （具備 除法 效果)
        例如：int x = 8 >> 2;, (001000)2 = 2

Logical

NOT (!)

  • false -> true
  • true -> false
1
2
bool flag = true;
=> !flag => false

AND (&&) and OR (||)

  • 布林運算式最佳化 => 短路現象 => shortcut 捷徑運算
  • A, B 均為 conditional (條件式)
    if(A && B), A = false, B 不做, 結果必為 false
    if(A || B), A = true, B 不做, 結果必為 true

if - else

  • 格式一：
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5
if (cond 1) {
    true (2)
}else {
    false (3)
}

1 ? 2 : 3

  • 格式二：
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2
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if (cond) {
    true 1
}else {
    if (cond) {
        true 2
    }else{
        false 3
    }
}
------------
if (cond) {
    1
}else if (cond) {
    2
}else {
    3
}
  • Note: 當 if … else 沒有 block 時, 則只會影響到下一個 statement (敘述)
  • ex1:
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int x = 1;
if (x < 5) {
    x--;
} else {
    x++;
}
x++;
printf("%d", x);
  • ex2:
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int x = 10;
/*
    說明, 此程式在判別 x 是否大於 5 後, 再行動行
*/
if (x > 5) 
    x = x + 5;
else 
    x = x - 5;
printf("%d", x);

Note: 註解可分, // => 單行, /…/ => 多行註解

  • ex3:
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int i = 3, j = 5;
if (cond) {
    printf("%d", i);
    printf("%d", j);
}else {
    printf("false");
    printf("%d, %d", i, j);
}

Q: cond 為：
1. (i = 0) && (j = 4), false, 0, 5 => Ans
2. i == 2 && j == 4, false, 3, 5
3. (i = 0) & (j = 4), false, 0, 4
4. (i = 2) || (j = 4), 2, 5

switch…case

  • 思考：
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5
if(c1)
else if (c2)
else if (c3)
else
// 當 else if 太多時，採用 switch...case 較清楚
  • 格式：
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switch(變數 or 運算式)
{
    case 符合文 or 數字：
        statement;
    case ...:
        statement;
    case ...:
        ...;
    default: //當所有 case 皆不成立, 則於此
        statement;
}
  • 執行方式：
    • step1: 從 switch 的變數去比對哪個 case 符合條件
    • step2: 從符合的 case 之 statement 往下做, 直到 break 或 block 結束才停止
  • Ex:
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switch(x) {
    default:
        printf("No match");
    case 1:
        printf("1");
    case 2:
        printf("2");
}
// 1. x = 2 => 印出 2
// 2. x = 5 => 印出 No match 1 2

重複 => loop in C 常用 loop 語法

for

  • 格式：
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for ( exp1(1); exp2(2); exp3(4)) 
{
    statement(3);
}
// 1. initial: 只做一次，於進入時做
// 2. conditional: 成立，做 3, 接著 4, 再回到 2。不成立，跳出 for loop
----------------------------------
// special case:
for ( ; (true); ;)
[
    // 無窮迴圈
]
=>
while (true)
{
    ...
}
  • Ex: 1+2+3…+10, 用 for 寫
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int sum = 0, i;
for(i = 1; i ≤ 10; i++) {
    sum = sum + i;
}
printf("sum=%d", sum);

// 55, i = 11 最終跑到 11 不成立

while

  • 格式：
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// 承上題
int sum = 0, i;
i = 1;
while (i ≤ 10)
{
    sum = sum + i;
    i++;
}
printf("sum=%d", sum);

do…while

  • 格式：
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do(1)
{
(3)
(4)
}while(2);

Compare 前測式 VS 後測式

前測式 後測式
先做測試，成立才做 statement => 最少做 0 次 先做，再做測試 => 最少做 1 次
while, for loop do-while
  • Note: C語言和 C++ 中, 所有關鍵字都是小寫

Compare counted loop VS conditional loop

counted loop (計數式) conditional loop(條件式)
執行次數明確 執行次數不明確，在一特定的條件，成立或不成立才終止
ex: 1+2+…+100 linked list 長度
for loop while loop

continue & break

continue break
遇到時，則之後的敘述不做，直接進入 loop 的下一回合 遇到時，直接跳出所屬的 loop
  • ex:
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int sum = 0;
for (int i = 2; i ≤ 10; i+=2)
{
    if (i == 6) continue;
    sum += i;
}
printf("%d", sum);

// i  2 4 6 8  10 12
//sum 2 6 X 14 24 stop
//sum = 24
  • ex2: 承上題 若 continue 改為 break
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int sum = 0;
for (int i = 2; i ≤ 10; i+=2)
{
    if (i == 6) break;
    sum += i;
}
printf("%d", sum);

// i  2 4 6 
//sum 2 6 X 
//sum = 6
  • ex3: 呈例 2, 將 == 改為 =
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int sum = 0;
for (int i = 2; i ≤ 10; i+=2)
{
    if (i = 6) break;
    sum += i;
}
printf("%d", sum);

//sum = 0

Pointer (指標)

  • 說明：
一般變數 指標變數
int x; int *p;
  • Ex:
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int x = 5;
// 下面兩行為 int *p = &x
int *p;
p = &x;
*p = *p + 1; // 利用指標間接操作指向的內容
printf("%d", x)
  • Ex: 一學生採 C language coding 如下：
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int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    swap(a, b);
    printf("%d, %d", a, b);
    return 0;
}
void swap(int x, int y)
{
    int temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

Q:
1. 為何呼叫 swap 後, a, b 沒變動？
由於此時 swap 的參數傳遞是採用 call by value, 而非 call by address, 故沒有 side effect, 因此 x, y 的變動, a, b 不受影響
2. How to modify the program?
in C => 用 pointer 以改成 call by address
in C++ => 用 pointer or 用 call by reference

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int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    swap(&a, &b);
    printf("%d, %d", a, b);
    return 0;
}
void swap(int *x, int *y)
{
    int temp;
    temp = *x;
    *x = *y;
    *y = temp;
}

陣列(Array)

  • 宣告方式：
    type 變數 [size];
    int A [5];

  • Note: 在 C, C++ 中, 陣列名稱本身為 一固定(其內容不可更動)指標, 永遠指向第 [0]格

  • Ex:

    1. A[0] = 10
    2. A = 1000
    3. *A = 10
    4. &A[0] = 1000
    5. A[2] = 30
    6. &A[2] = 1008
    7. *(A+1) = 20 -> A(陣列指標)+1 => 往下一格
    8. *(A++) = compile error (因為試圖去更動A, 但A的內容不可更動) -> A++ => A=A+1

  • Ex1:

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int A[5];
int *p;
for ( i = 0; ≤ 4; i++)
{
    A[i] = 5 - i;
}
p = A; // A為何不用&, 因為A已經是 address 所以不須加

Q:
1. printf(*p); 5
2. printf(p++); 5 // 先取值再往下一格
3. printf(++p); 3
4. printf(++*p); 4
5. printf((p++)); 4
6. printf(–p); 4

  • Note:
    p++ or ++p => p=p+1 往下一格
    p-- or --p => p=p-1 往上一格

(*p)++ or ++*p => *p=*p+1 將p指向的內容+1
(*p)-- or --*p => *p=*p-1 將p指向的內容-1

雙重指標

  • 宣告：
    type **變數名稱
    指標的指標
    => 需 “2次” 的 Mem. access 才可取得data
  • Ex:
1
2
3
int x = 5;
int *p = &x;
int **q = &p;

  • Q:
    1. q = ? 2000
    2. &q = ? 3000
    3. *q = ? 1000
    4. **q = ? 5

字串的處理方式

  • C 語言中無 string 之 data type => 拿 “字元陣列” 來存字串
  • ex: cahr a[10];
    a = “hello”;
  • ex1:
    char *S = “hello”;
    • Q:
      1. S[0] = ?
      2. *(S+4) = ?
      3. printf(“%s”, S+2);?
    • Sol:
      1. h
      2. o
      3. llo