本教程视频已同步到B站： 程序员的C——实用编程，不玩虚的！
进阶语法
指针与数组
#include <stdio.h>
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
// 依次打印数组每个元素的地址
for (int i = 0; i < 5; i++){
printf("p: %x\n",&arr[i]);
}
return 0;
}
打印结果
p: 22fe30
p: 22fe34
p: 22fe38
p: 22fe3c
p: 22fe40
由上例可验证，数组的内存空间是连在一起的，它的第一个元素地址是0x22fe30，第二个元素的地址是0x22fe34，紧随其后。因为是int数组，每个元素都需要占用4个字节空间，因此地址的间隔也是4。
指针的算术运算
#include <stdio.h>
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
// 声明指针p，指向数组的首元素
int *p = &arr[0];
// 将指针变量加1，表示偏移一个单位
printf("arr[0]=%d address=%x\n",*p, p);
printf("arr[1]=%d address=%x\n",*(p + 1), (p+1));
printf("arr[2]=%d address=%x\n",*(p + 2), (p+2));
return 0;
}
打印结果：
arr[0]=1 address=22fe30
arr[1]=2 address=22fe34
arr[2]=3 address=22fe38
同理，如果我们取数组最后一个元素的地址，然后对指向最后一个元素的指针执行减1运算，那么指针就会像前偏移，指向倒数第二个元素。
学会了指针的运算，再结合解引用，就可以使用指针遍历数组。但是千万要注意，指针偏移时不能越界，也就是说指针必须始终小于或等于数组的最后一个元素的地址，不能超过最后一个元素。
指针变量本质上就是一个32位的整型，内存地址本身也就是一个编号，因此对指针进行算术运算、比较运算都是合理的。
#include <stdio.h>
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
int *p = &arr[0];
// 使用指针遍历数组
for (; p <= &arr[4]; p++){
printf("%d\n",*p);
}
return 0;
}
打印结果：
1
2
3
4
5
当然，对于指向数组首元素的指针，我们仍然可以使用下标访问。但是一定要确认，该指针当前是否还指向数组首元素，如果你对指针做过偏移运算，那么它就不再指向首元素，这时使用下标访问，很可能导致访问越界。
#include <stdio.h>
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
int *p = &arr[0];
for (int i = 0; i < 5; i++){
printf("%d\n",p[i]);
}
return 0;
}
数组变量与指针
#include <stdio.h>
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
int *p = &arr[0];
printf("p=%x\n",p);
printf("arr=%x\n",arr);
return 0;
}
打印结果：
p=22fe30
arr=22fe30
可以看到，实际上数组名这个变量保存的就是数组的首元素地址。但是数组变量和指向它首元素的指针变量又是完全不同的两个概念。那么数组名和指针又有什么区别呢？
- 类型不同。如上，变量
p是指针类型，变量arr是数组类型 - 性质不同。
p是变量，可以修改值，重新指向其他地址。arr内部保存的指针是个常量，不能修改和运算 - 数组类型可以使用
sizeof运算，求得整个数组的内存大小，而对指针p进行sizeof运算，只能得到当前指针所占用的内存大小 - 数组本质上是静态的，这意味着一旦声明了数组的大小，就无法根据用户要求调整大小。指针本质上是动态的，这意味着可以稍后在任何时间点调整分配的内存大小
现在我们明白了，就算数组名和指针保存的值相同，它们也是两个完全不同的概念。但是我们知道了数组名保存的是首元素地址，那么以后就可以简化代码
int arr[5]={1,2,3,4,5};
// 直接使用数组名对指针变量进行初始化，省略&arr[0]的写法，效果是同等的
int *p = arr;
但是需要注意，&arr、&arr[0]、arr三者的值相等，但是表示的意义不同，区别主要体现在指针的类型不同上。其中，&arr[0]和arr差不多等价，但是&arr则不同，它表示的是一个数组类型指针，其类型为int (*)[5]。
另一个需要注意的地方是，数组的中括号下标索引[]操作实际上只是编译器提供的语法糖，它的本质仍然是指针操作。换句话说，编译器最终还是会将[]操作转换为指针操作，其转换公式如下：
*p = arr[0];
*(p+1) = arr[1];
现在，大家应该能明白上一章函数部分中，数组做函数的形式参数时，自动退化为指针是什么意思了吧。一旦将数组作为函数的参数，实际上都是将数组的首元素地址复制给了函数的形参，即使你声明的是数组类型的形参也一样。
// 形参声明为数组类型：char ch[] ，没用！
// 实际上仍然会退化为指针，编译器不允许在函数传参时，对数组内容进行复制操作，无法实现值传递
// 因此，ch实际上是一个char *类型的指针而已
void convstr(char ch[], int flags);
我们可以写个简单代码验证
#include <stdio.h>
void test(int a[]){
// 真正的数组类型，是不能进行指针运算的
// 因此a不是一个数组类型，它就是个指针类型
printf("a=%x\n",a++);
}
int main(){
int arr[5]={1,2,3,4,5};
test(arr);
return 0;
}
我们上面已经总结了，数组名内部的指针是个常量，不能进行运算，而test函数的形参数组a却可以++运算，说明数组做形参，自动退化为指针类型。
指针与字符串
弄清楚了指针与数组的关系，再看指针与字符串其实就水到渠成了。
#include <stdio.h>
int main(){
// 使用字符串指针表示字符串
char *greet = "hello, Alex";
printf("address=%x\n",greet);
printf("%s\n",greet);
return 0;
}
打印 结果：
address=404000
hello, Alex
需要注意，使用字符串指针时，指针本身就表示了字符串，而不要对其进行解引用。
使用字符串指针时，要注意指向字面常量和指向字符数组的区别
#include <stdio.h>
int main(){
char *str1 = "hello, Alex";
char str2[] = "hello, Alice";
str1[0] = 'f'; //报错，不可修改
str2[0] = 'f';
printf("%s\n",str1);
printf("%s\n",str2);
return 0;
}
可以看到，指针str1指向的是一个字面常量，这个字面常量和数组str2所在的内存区域是不同的，它是只读的，不能做修改。而str2是一个字符数组，里面的元素是可以修改的。
字符串的进阶
实现一个类似strlen的函数，计算字符串的长度。
#include <stdio.h>
int len(char *str){
int i = 0;
for (; *str !='\0'; str++,i++);
return i;
}
int main(){
char *str1 = "hello,Alex";
char str2[] = "hello,Alice";
printf("%d\n",len(str1));
printf("%d\n",len(str2));
return 0;
}
打印结果：
10
11
实现简单正则表达式匹配器
下面的实例来自经典图书《代码之美》，这段程序使用简单的30来行代码，实现了一个简单正则表达式匹配器，其代码之简洁优雅，可为楷模，也充分展示出了C程序的简洁高效特点。
| 字符 | 含义 |
|---|---|
| c | 匹配任意字母c |
. | 匹配任意单个字符 |
^ | 匹配字符串的开头 |
$ | 匹配字符串的结尾 |
* | 匹配前一个字符的0个或多个出现 |
#include <stdio.h>
int match(char *regexp, char *text);
int matchhere(char *regexp,char *text);
int matchstar(int c,char *regexp,char *text);
// 创建main函数，测试match函数的功能，其返回1表示匹配成功，0表示无匹配
int main(){
char *str1 = "+8613277880066";
// 检测字符串str1是否以"+86"开头
printf("%d\n",match("^+86",str1));
// 检测字符串str1尾部是否包含"66"子串
printf("%d\n",match("66$",str1));
// 字符串str1中是否包含子串"132"
printf("%d\n",match("132",str1));
// 是否包含3x2样式的子串，x是单个任意字符，这里不包含
printf("%d\n",match("3.2",str1));
return 0;
}
// 在text中查找正则表达式regexp
int match(char *regexp, char *text){
if (regexp[0] == '^'){
return matchhere(regexp+1,text);
}
do{ //即使字符串为空也必须检查
if (matchhere(regexp,text)) return 1;
} while (*text++ != '\0');
return 0;
}
// 在text开头查找regexp
int matchhere(char *regexp,char *text){
if (regexp[0]=='\0') return 1;
if (regexp[1]=='*') {
return matchstar(regexp[0],regexp+2,text);
}
if (regexp[0]=='$' && regexp[1] == '\0') {
return *text == '\0';
}
if (*text !='\0' && (regexp[0] == '.' || regexp[0]==*text)) {
return matchhere(regexp+1,text+1);
}
return 0;
}
int matchstar(int c,char *regexp,char *text){
do{ // 通配符* 匹配零个或多个实例
if (matchhere(regexp,text)) return 1;
} while (*text!='\0' && (*text++ == c || c == '.'));
return 0;
}
打印结果：
1
1
1
1
0
可以看到，只有最后一个不包含，我们的测试字符串是一个手机号码，其中没有"3x2"这样格式的子串，只有一个32子串。
本例非常经典，值得大家好好学习，如无法理清逻辑，建议使用调试功能，跟踪程序的执行流程，帮助理解程序的逻辑。我们可以在match函数中打上一个断点，vscode中使用【F5】快捷键开启调试
在左边窗口查看变量的值，配合使用快捷键【F10】执行下一行代码，遇到函数调用时，使用快捷键【F11】进入被调用的函数中继续单步调试
最后说明一下关于，*text++的用法，这里自增运算符++的优先级高于解引用运算符*，因此实际上的运算顺序是*(text++)，只是绝大多数时候都会省略括号。关于自增运算符，我们在前面的章节长篇大论的讲解了一番，并不是无的放矢，实际上++运算结合指针是很常用的用法，如仍不清楚这里*text++的值，请返回算术运算符章节复习。
指针常量与常量指针
指针常量
指针常量仅指向唯一的内存地址，一旦被初始化后，就不能再指向其他地址。简单说就是指针本身是常量。
声明格式：【指针类型】 const 【变量名】
int n = 7;
int l = 10;
//声明并初始化指针常量
int* const p1 = &n;
p1 = &l; // 错误，无法编译！指针常量不能再指向其他地址
// 普通指针，可以指向其他地址
int *p2 = &n;
p2 = &l;
声明指针常量时需要注意，星号是紧挨类型的，在之前的章节已经讲过，int* 普通类型加星号合起来才是表示指针类型，因此const关键字是修饰指针变量本身的。当我们对指针常量使用解引用符修改内容时不受影响。
int n = 7;
int* const p1 = &n;
//可使用解引用符，修改指针常量所指向的内存空间的值
*p1 = 1; //相当于n=1
当然，也有人喜欢使用另一种风格来声明指针常量，将星号与const紧挨
int n = 7;
int *const p1 = &n;
常量指针
常量指针的意思是说指针所指向的内容是个常量。既然内容是个常量，那就不能使用解引用符去修改指向的内容。但指针自己本身却是个变量，因此它仍然可以再次指向其他的内容。
声明格式：const【指针类型】 【变量名】
int n = 7;
int l = 10;
//声明常量指针
const int *p1 = &n;
*p1 = 0; // 错误，无法编译！不能修改所指向的内容
p1 = &l; //它可以再指向其他地址
指向常量的常量指针
指向常量的常量指针，即将上述两种结合到一起，简单说就是指针自己本身是一个常量，它指向的内容也是一个常量。因此它既不能修改指向的内容，也不能重新指向新地址。
声明格式：const【指针类型】const 【变量名】
int n = 7;
int l = 10;
//声明指向常量的常量指针
const int* const p1 = &n;
*p1 = 0; // 错误! 不能修改指向的内容
p1 = &l; //错误! 不能重新指向新地址
程序结构与作用域
过程式、模块化的C语言程序是由多个源文件（.c文件）构成的，在每一个源文件中，都形成一个文件作用域。所谓作用域，实际上就是指有效范围。一旦离开这个源文件的范围，就相当于离开了该源文件的文件作用域。在源文件中定义函数，那么在函数之外的地方，就属于全局作用域，即使是多个源文件，只要在函数之外，那它们就都属于全局作用域，全局作用域，全局都可访问。而在函数之内的空间声明变量，那它属于局部作用域。
局部变量
局部变量是指在某个函数内部声明的变量。它有两个含义
- 在某个函数内声明的局部变量，不能被其他的函数使用，意即只在声明它的函数内有效。
- 每次调用函数时，生成的局部变量的储存空间可能都是不同的，意即局部变量在函数调用结束后，就会释放，下次调用函数，生成的局部变量又是一个新的。
还要注意一点，在函数的形式参数中声明的变量，也都是局部变量。
全局变量
与局部变量相对的概念是全局变量，它声明在所有的函数体之外。全局变量在文件作用域内可见，即从变量被声明的下一行，一直到当前文件的末尾，它都可以被直接使用，因此全局变量可以被它之后定义的所有函数访问。
需要注意一点，编译器会自动将全局变量进行零值初始化。因此在使用时，只需要声明即可。如果需要手动指定其值进行初始化，则它只能被常量表达式初始化，使用其他的变量表达式初始化是不合法的。
//全局变量(正确)
int minute = 360 -10;
//错误!!! 全局变量必须使用常量表达式初始化
int hour = minute/60;
// 访问全局变量 minute
int f(int h){
//h 是局部变量
return h*minute;
}
int main(){
// 局部变量
int day=0;
return 0;
}
static关键字
除了局部变量和全局变量，C语言中还有静态局部变量和静态全局变量，声明时使用static关键字修饰即代表静态的意思。
#include <stdio.h>
// 静态全局变量
static int s_global;
int get_count(){
// 静态局部变量
static int count;
count++;
return count;
}
int main(){
printf("%d\n",get_count());
printf("%d\n",get_count());
printf("%d\n",get_count());
printf("%d\n",get_count());
return 0;
}
静态全局变量和普通全局变量的区别不是很大，主要体现在访问权限的区别上。在C语言中，全局变量是在整个程序的生命期中都有效的，换句话说，也就是一旦声明了一个全局变量，则整个程序中都可以访问，而静态全局变量，则只在声明它的那个源文件中可以访问。静态全局变量虽然也是在整个程序的生命期中都有效，但它在其他文件中不可见，无法被访问。关于这一点的细则，在下面的extern关键字的使用中做详细说明。
静态局部变量和普通局部变量的区别就比较大了，主要有三个区别
- 存储位置不同。静态局部变量被编译器放在全局存储区，虽是局部变量，但是在程序的整个生命期中都存在。而普通局部变量在函数调用结束后就会被释放。从这一点上看，静态局部变量和全局变量被放在了相同的储存位置。
- 静态局部变量会被编译器自动初始化为零值。我们都知道普通局部变量的原则是先初始化后使用，而静态局部变量则和全局变量一样，会被自动初始化，使用时只需声明，无需手动初始化。
- 静态局部变量只能被声明它的函数访问。静态局部变量与普通局部变量的访问权限相同，都只能被声明它的函数使用。如上例，静态局部变量
count只能被get_count函数使用，即使count变量在整个程序的生命期中都有效，其他函数也无法使用它。
说完了静态局部变量后，大家肯定疑惑，既然它只在声明它的函数中使用，那它还有什么意义呢？直接使用普通局部变量不就行了，干嘛要用它？我们知道，普通局部变量在函数每次被调用的时候都会生成一个新的，调用结束后又将它释放，如果一个函数被频繁调用，这样性能岂不是很低？因为需要不停的生成新的局部变量，然后又释放掉，然后又生成新的……但是给局部变量加上了static修饰后，函数无论被调用多少次，都不会再生成新的局部变量，始终都是复用的同一个变量，这就大大减少了对内存的操作，提升了性能。
举个生活中的例子，如果你在公司楼下有一个固定的私人停车位，那么你每天上班只需要把车停在固定的地方就好，如果你没有私人停车位，那你每天到公司楼下，都需要四处去找一个空位子停车，岂不是很麻烦，效率又低，弄不好因为找停车位导致打卡迟到。
既然静态局部变量这么好，那是不是可以滥用呢？还是回到上面的例子，如果你是公司特聘人员，一个月只需要上两天班，那么你有必要在公司楼下买一个固定的私人停车位吗？显然是没有必要的，因此当函数不会被频繁调用时，不应当考虑使用静态局部变量。
最后需要特别注意，静态局部变量会一直保存上次的值，因为它一直都存在。基于这个特性，我们通常可以使用静态局部变量做计数器，如上例，每次调用get_count函数时，对静态局部变量count自增1，打印结果如下：
1
2
3
4
静态函数
static关键字除了可以修饰变量，还可以用来修饰函数。在C++、Java等面向对象的编程语言中，都存在类似于private的权限访问控制，而C语言中的static关键字，就类似这种private，被它修饰的函数只能在当前源文件中使用，在其他源文件中无法被访问。通常来说，C语言编写的大型的模块化工程中，不需要共享的函数都应该使用static关键字来修饰。
需要特别注意，由于C语言没有命名空间的概念，它只有一个全局作用域，当你的C程序十分庞大时，存在几百上千个函数时，很难保证函数不会同名。当然，通过严格的代码规范，命名规范，可以人为的保证函数不会同名，但我们可以保证自己写的函数不会同名，却无法保证引入的外部库的函数不会和我们的函数同名。一旦函数同名了，就会形成命名冲突，这就是为什么我们看一些C语言编写的开源库时，变量名、函数命名非常的复杂，名字很长，多个单词大写或以下划线分隔，这样怪异的命名很大程度上就是为了避免命名冲突。基于此，我们编写非公开、非共享的函数时，都应当使用static修饰，以此来避免一部分命名冲突问题。static修饰的函数，只在当前源文件中可见，在另一个源文件中声明一个同名的函数，就不会产生命名冲突。
示例
编写f1.c源文件
int get_count(){
static int count;
count++;
return count;
}
编写main.c源文件
#include <stdio.h>
int get_count();
int main(){
printf("%d\n",get_count());
printf("%d\n",get_count());
return 0;
}
编译：gcc f1.c main.c -o main
编译、运行正常
修改f1.c，添加static修饰
static int get_count(){
static int count;
count++;
return count;
}
编译报错，在main.c源文件中无法使用静态函数get_count
extern关键字
在说明extern关键字前，先来看一个示例
编写t1.c
// 全局变量
int s_global=12;
编写main.c
#include <stdio.h>
int main(){
printf("s_global=%d\n",s_global);
return 0;
}
编译：gcc t1.c main.c -o main
这样会直接报错： error: 's_global' undeclared (first use in this function)
这好像和我们前面说的有些不符，全局变量是在整个程序的生命期都有效的，在全局可访问的，但是现在却报错了。大家要注意前面的措辞，全局变量在文件作用域内可见，即从变量被声明的下一行，一直到当前文件的末尾，它都可以被直接使用。这里的关键就是直接使用，在t1.c源文件中是可以直接使用的，但是main.c中就无法直接使用了。
当全局变量离开了它的文件作用域后，无法直接使用，这时候我们需要另一个关键字extern来帮助我们使用它。
修改main.c
#include <stdio.h>
// 写在函数外部，表示在当前文件中的任意地方都可以使用s_global
// extern int s_global;
int main(){
// 写在函数内部，仅在函数中使用
extern int s_global;
printf("s_global=%d\n",s_global);
return 0;
}
再次编译成功，运行结果
s_global=12
在这里，extern int s_global;并不是重新声明变量的意思，它表示的是引用全局变量s_global，一定要注意，如果不存在一个全局变量s_global，是无法编译的，也就是说，使用extern来引用全局变量时，全局变量一定要存在。
extern主要是用来修饰变量的，当然也可以用来修饰函数，通常C语言中的函数都使用头文件包含的方式引入声明，但我们也可以使用extern修饰。实际上C语言中的函数声明默认都是包含extern的，无需手动指定。
//以下两种是等价的，无需手动指定extern关键字
int get_count();
extern int get_count();
小拓展
有时候我们可能会看到extern "C"这样的声明，请注意，这不是C语言的语法，也不属于C语言。有些C程序员，经常把C语言和C++语言搞混，实际上这是两种不同的语言，C也并不是很多人说的那样，完全是C语言的超集，更准确的说法应该是，C是一种独立的语言，它兼容C语言的绝大多数语法，但并不是百分百完全兼容。C除了兼容的C语言的语法，另一部分就是它独立的内容。如果不能完全清楚这两种语言的边界，就会发生语法弄混的情况。
在C++中，当需要调用纯C语言编写的函数时，通常会使用extern "C"声明，表明这是纯C语言的内容。
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