第 2 章 C语言基本概念
某个人的常量可能是其他人的变量。
本章介绍了C语言的一些基本概念，包括预处理指令、函数、变量和语句。即使是编写最简单的C程序，也会用到这些基本概念。后续几章会更详细地描述这些概念。
首先，2.1节给出一个简单的C程序，并且描述了如何对这个程序进行编译和链接。接着，2.2节讨论如何使程序通用。2.3节介绍如何添加说明性解释，即通常所说的注释。2.4节介绍变量，变量用来存储程序执行过程中可能发生改变的数据。2.5节说明利用scanf函数把数据读入变量的方法。就如2.6节介绍的那样，常量是程序执行过程中不会发生改变的数据，用户可以对其进行命名。最后，2.7节解释C语言的命名（标识符）规则，2.8节给出C程序的布局规范。
2.1 编写一个简单的C程序
与用其他语言编写的程序相比，C程序较少要求“形式化的东西”。一个完整的C程序可以只有寥寥数行。
程序 显示双关语
在Kernighan和Ritchie编写的经典C语言著作《C程序设计语言》中，第一个程序是极其简短的。它仅仅输出了一条hello, world消息。与大多数C语言书的作者不同，我不打算用这个程序作为第一个C程序示例，而更愿意尊重C语言的另一个传统：显示双关语。下面是一条双关语：
To C, or not to C: that is the question.
下面这个名为pun.c的程序会在每次运行时显示上述消息。
pun.c
#include <stdio.h> int main(void) { printf("To C, or not to C: that is the question.\n"); return 0; }
2.2节会对这段程序中的一些格式进行详尽的说明，这里仅做简要介绍。对本程序所要完成的操作来说，它的第一行
#include <stdio.h>
是必不可少的，它“包含”了C语言标准输入/输出库的相关信息。程序的可执行代码都在main函数中，这个函数代表“主”程序。main函数中的第一行代码是用来显示期望信息的。printf函数来自标准输入/输出库，可以产生完美的格式化输出。代码\n告诉printf函数执行完消息显示后要进行换行操作。第二行代码
return 0;
表明程序终止时会向操作系统返回值0。
2.1.1 编译和链接
尽管pun.c程序十分简短，但是为运行这个程序而包含的内容可能比想象的要多。首先，需要生成一个含有上述程序代码的名为pun.c的文件（使用任何文本编辑器都可以创建该文件）。文件的名字无关紧要，但是编译器通常要求带上文件的扩展名.c。
接下来需要把程序转化为机器可以执行的形式。对于C程序来说，转化通常包含下列3个步骤。
- 预处理。首先程序会被交给预处理器（preprocessor）。预处理器执行以#开头的命令（通常称为指令）。预处理器有点类似于编辑器，它可以给程序添加内容，也可以修改程序。
- 编译。修改后的程序现在可以进入编译器（compiler）了。编译器会把程序翻译成机器指令（即目标代码）。然而，这样的程序还是不可以运行的。
- 链接。在最后一个步骤中，链接器（linker）把由编译器产生的目标代码和所需的其他附加代码整合在一起，这样才最终产生了完全可执行的程序。这些附加代码包括程序中用到的库函数（如printf函数）。
幸运的是，上述过程往往是自动实现的，因此人们会发现这项工作不是太艰巨。事实上，因为预处理器通常会和编译器集成在一起，所以人们甚至可能不会注意到它在工作。
根据不同的编译器和操作系统，编译和链接所需的命令也是多种多样的。在UNIX系统环境下，通常把C编译器命名为cc。为了编译和链接pun.c程序，需要在终端或命令行窗口输入如下命令：
% cc pun.c
（字符%是UNIX系统的提示符，不需要输入。）在使用编译器cc时，系统自动进行链接操作，无须单独的链接命令。
在编译和链接好程序后，编译器cc会把可执行程序放到默认名为a.out的文件中。编译器cc有许多选项，其中一个选项（-o）允许为含有可执行程序的文件选择名字。例如，假设要把文件pun.c生成的可执行文件命名为pun，那么只需输入下列命令：
% cc –o pun pun.c
GCC
GCC是最流行的C编译器之一，它随Linux发行，但也有面向其他很多平台的版本。这种编译器的使用与传统的UNIX cc编译器相似。例如，编译程序pun.c可以使用以下命令：
% gcc –o pun pun.c
本章最后的“问与答”部分将提供更多关于GCC的信息。
2.1.2 集成开发环境
到目前为止，我们一直通过在操作系统提供的特殊窗口中输入命令的方式来调用“命令行”编译器。事实上，还可以使用集成开发环境（integrated development environment, IDE）来编译。集成开发环境是一个软件包，我们可以在其中编辑、编译、链接、执行甚至调试程序。组成集成开发环境的各个部分可以协调工作。例如，当编译器发现程序中有错误时，它会让编辑器把包含出错代码的行突出显示。集成开发环境有很多种，本书不打算一一讨论它们，但我建议读者了解一下自己的平台上可以运行哪些集成开发环境。
2.2 简单程序的一般形式
下面一起来仔细研究一下pun.c程序，并且由此归纳出一些通用的程序格式。简单的C程序一般具有如下形式：
指令 int main(void) { 语句 }
在这个模板以及本书的其他类似模板中，所有以等宽（Courier）字体显示的语句都代表实际的C语言程序代码，所有以中文楷体 + 斜体显示的部分则表示需要由程序员提供的内容。
注意如何使用花括号来标出main函数的起始和结束。C语言使用{和}的方式非常类似于其他语言中begin和end的用法。 这也说明了有关C语言一个共识：C语言极其依赖缩写词和特殊符号，这是C程序非常简洁（或者不客气地说含义模糊）的一个原因。
即使是最简单的C程序也依赖3个关键的语言特性：指令（在编译前修改程序的编辑命令）、函数（被命名的可执行代码块，如main函数）和语句（程序运行时执行的命令）。下面将详细讨论这些特性。
2.2.1 指令
在编译C程序之前，预处理器会首先对其进行编辑。我们把预处理器执行的命令称为指令。第14章和第15章会详细讨论指令，这里只关注#include指令。
程序pun.c由下面这行指令开始：
#include <stdio.h>
这条指令说明，在编译前把<stdio.h>中的信息“包含”到程序中。<stdio.h>包含C标准输入/输出库的信息。C语言拥有大量类似于<stdio.h>的头（header，➤15.2节），每个头都包含一些标准库的内容。这段程序中包含<stdio.h>的原因是C语言不同于其他的编程语言，它没有内置的“读”和“写”命令。输入/输出功能由标准库中的函数实现。
所有指令都是以字符#开始的。这个字符可以把C程序中的指令和其他代码区分开来。指令默认只占一行，每条指令的结尾没有分号或其他特殊标记。
2.2.2 函数
函数类似于其他编程语言中的“过程”或“子例程”，它们是用来构建程序的构建块。事实上，C程序就是函数的集合。函数分为两大类：一类是程序员编写的函数，另一类则是作为C语言实现的一部分提供的函数。我们把后者称为库函数（library function），因为它们属于一个由编译器提供的函数“库”。
术语“函数”来源于数学。在数学中，函数是指根据一个或多个给定参数进行数值计算的规则：
C语言对“函数”这个术语的使用则更加宽松。在C语言中，函数仅仅是一系列组合在一起并且被赋予了名字的语句。某些函数计算数值，某些函数则不是这样。计算数值的函数用return语句来指定所“返回”的值。例如，对参数进行加1操作的函数可以执行语句
return x + 1;
而当函数要计算参数的平方差时，则可以执行语句
return y * y – z * z;
虽然一个C程序可以包含多个函数，但只有main函数是必须有的。main函数是非常特殊的：在执行程序时系统会自动调用main函数。在第9章，我们将学习如何编写其他函数，在此之前的所有程序都只包含一个main函数。
main函数的名字是至关重要的，绝对不能改写成begin或者start，甚至写成MAIN也不行。
如果main是一个函数，那么它会返回一个值吗？是的。它会在程序终止时向操作系统返回一个状态码。我们再来看看pun.c程序：
#include <stdio.h> int main(void) { printf("To C, or not to C： that is the question.\n"); return 0; }
main前面的int表明该函数将返回一个整数值。圆括号中的void表明main函数没有参数。语句
return 0;
有两个作用：一是使main函数终止（从而结束程序），二是指出main函数的返回值是0。后面还将详细论述main函数的返回值（➤9.5节）。 但是现在我们始终让main函数的返回值为0，这个值表明程序正常终止。
如果main函数的末尾没有return语句，程序仍然能终止。但是，许多编译器会产生一条警告信息（因为函数应该返回一个整数，却没有这么做）。
2.2.3 语句
语句是程序运行时执行的命令。本书后面的几章（主要集中在第5章和第6章）将进一步探讨语句。程序pun.c只用到两种语句：一种是返回（return）语句，另一种是函数调用（function call）语句。要求某个函数执行分派给它的任务称为调用这个函数。例如，程序pun.c为了在屏幕上显示一条字符串就调用了printf函数：
printf("To C, or not to C： that is the question.\n");
C语言规定每条语句都要以分号结尾。［就像任何好的规则一样，这条规则也有一个例外：后面会遇到的复合语句（➤5.2节）就不以分号结尾。］由于语句可以连续占用多行，有时很难确定它的结束位置，因此用分号来向编译器显示语句的结束位置。但指令通常只占一行，因此不需要用分号结尾。
2.2.4 显示字符串
printf是一个功能强大的函数，第3章会进一步介绍。到目前为止，我们只是用printf函数显示了一条字面串（string literal）——用一对双引号包围的一系列字符。当用printf函数显示字面串时，最外层的双引号不会出现。
当显示结束时，printf函数不会自动跳转到下一输出行。为了让printf跳转到下一行，必须在要显示的字符串中包含\n（换行符）。写换行符就意味着终止当前行，然后把后续的输出转到下一行。为了说明这一点，请思考把语句
printf("To C, or not to C： that is the question.\n");
替换成下面两个对printf函数的调用后所产生的效果：
printf("To C, or not to C： "); printf("that is the question.\n");
第一条printf函数的调用语句显示出To C, or not to C：，第二条调用语句显示出that is the question.并且跳转到下一行。最终的效果和前一个版本的printf语句完全一样，用户不会发现什么差异。
换行符可以在一个字面串中出现多次。为了显示下列信息：
Brevity is the soul of wit. --Shakespeare
可以这样写：
printf("Brevity is the soul of wit.\n --Shakespeare\n");
2.3 注释
我们的pun.c程序仍然缺乏某些重要内容：文档说明。每一个程序都应该包含识别信息，即程序名、编写日期、作者、程序的用途以及其他相关信息。C语言把这类信息放在注释（comment）中。符号/*标记注释的开始，符号*/标记注释的结束。例如：
/* This is a comment */
注释几乎可以出现在程序的任何位置上。它既可以独占一行，也可以和其他程序文本出现在同一行中。下面展示的程序pun.c就把注释加在了程序开始的地方：
/* Name: pun.c */ /* Purpose: Prints a bad pun. */ /* Author: K. N. King */ #include <stdio.h> int main(void) { printf("To C, or not to C: that is the question.\n"); return 0; }
注释还可以占用多行。如果遇到符号/*，那么编译器读入（并且忽略）随后的内容直到遇到符号*/为止。如果愿意，还可以把一串短注释合并成为一条长注释：
/* Name: pun.c Purpose: Prints a bad pun. Author: K. N. King */
但是，上面这样的注释可能难以阅读，因为人们阅读程序时可能不易发现注释的结束位置。因此，单独把*/符号放在一行会很有帮助：
/* Name: pun.c Purpose: Prints a bad pun. Author: K. N. King */
更好的方法是用一个“盒形”格式把注释单独标记出来：
/********************************************************** * Name: pun.c * * Purpose: Prints a bad pun. * * Author: K. N. King * **********************************************************/
有些程序员通过忽略3条边框的方法来简化盒形注释：
/* * Name: pun.c * Purpose: Prints a bad pun. * Author: K. N. King */
简短的注释还可以与程序中的其他代码放在同一行：
int main(void) /* Beginning of main program */
这类注释有时也称作“翼型注释”。
如果忘记终止注释，则可能会导致编译器忽略程序的一部分。请思考一下下面的示例：
printf("My "); /* forgot to close this comment... printf("car "); printf("has "); /* so it ends here */ printf("fleas");
因为在第一条注释中遗漏了结束标志，所以编译器忽略了中间的两条语句，因此程序最终只打印了My fleas。
C99提供了另一种类型的注释，以//（两个相邻的斜杠）开始：
// This is a comment
这种风格的注释会在行末自动终止。如果要创建多于一行的注释，既可以使用以前的注释风格（/* ... */），也可以在每一行的前面加上//：
// Name: pun.c // Purpose: Prints a bad pun. // Author: K. N. King
新的注释风格有两个主要优点：首先，因为注释会在行末自动终止，所以不会出现未终止的注释意外吞噬部分程序的情况；其次，因为每行注释前面都必须有//，所以多行注释看上去更加醒目。
2.4 变量和赋值
很少有程序会像2.1节中的示例那样简单。大多数程序在产生输出之前往往需要执行一系列的计算，因此需要在程序执行过程中有一种临时存储数据的方法。和大多数编程语言一样，C语言中的这类存储单元被称为变量（variable）。
2.4.1 类型
每一个变量都必须有一个类