C 語言核心筆記：從基礎語法到指標進階

第一章 C 語言特點與用途

• 關鍵字 32 個，控制語句 9 種，運算符 34 種，語法簡潔靈活。
• 資料結構豐富：整數、實數、字元、陣列、指標、結構、聯集。
• 結構化控制：if-else, switch, while, do-while, for。
• 可直接操作位元、記憶體位址、硬體埠，生成碼效率極高 (接近組語 80-90%)。
• 可移植性佳，廣泛用於作業系統、嵌入式、編譯器、資料庫核心開發。

第二章 資料型別、運算子與表示式

基本型別

常數表示

• 八進位：0123；十六進位：0x1F；字元：'a'、'\n'、'\x1B'。
• 字串常數："abc" 結尾隱含 \0，存於唯讀區；'a' 為單字元整數。

型別轉換規則 (隱式提升)

char, short → int → unsigned → long → long long
                                      → float → double → long double

常用運算子優先序 (高→低)

1. () [] -> . (後置/結構成員)
2. ++ -- + - ! ~ (type) * & sizeof (一元)
3. * / %
4. + -
5. << >>
6. < <= > >=
7. == !=
8. & (位元 AND)
9. ^ (位元 XOR)
10. | (位元 OR)
11. && (邏輯 AND)
12. || (邏輯 OR)
13. ?: (條件)
14. = += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>= (指派)
15. , (逗號)

第三章 簡單程式設計 (控制結構)

三大基本結構

• 循序
• 選擇：if-else, switch-case, ?:
• 迴圈：while, do-while, for

跳轉控制

• break：跳出最內層 switch/迴圈。
• continue：結束本次迴圈迭代，進入下一次判斷。
• goto：非結構化跳轉，慎用。
• return：離開函式並回傳值。

第四章 輸入輸出 (stdio.h)

printf 格式字元

scanf 注意事項

• 需傳變數位址 &var (陣列名/字串名本身即位址)。
• 格式字串中空白字元匹配任意空白；%*d 跳過讀取。
• 不支援精度指定 (如 %5.2f 非法)。

第五章 陣列與字串

靜態/動態宣告

int a[10] = {0};           // 靜態，未初始化為 0
int *p = malloc(n*sizeof(int)); // 動態，需 free

多維陣列記憶體佈局

Row-major：a[i][j] 位址 = base + (i*COLS + j)*sizeof(int)。
函式參數：void f(int a[][COLS]) 或 void f(int (*a)[COLS])，第二維必須給定。

常用字串函式 (string.h)

• strlen、strcpy、strncpy、strcat、strncat
• strcmp、strncmp、strchr、strstr
• strtok (破壞原字串、非執行緒安全，建議用 strtok_r)

警告： strcat(dest, src) 需確保 dest 空間足夠，否則緩衝區溢位。

第六章 函式

參數傳遞：呼叫傳值

形式參數為區域變數，實參值複製給形參。若需修改實參，傳遞指標：void swap(int *a, int *b)。

遞迴

函式直接/間接呼叫自身。需有基礎案例終止。例：階乘、費波那契、河內塔。

儲存類別與連結屬性

函式預設為 extern；static 函式僅本檔可見。

第七章 前置處理器

巨集定義

#define PI 3.14159
#define SQR(x) ((x)*(x))          // 括號防優先序錯誤
#define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
#define DEBUG_PRINT(fmt, ...) fprintf(stderr, fmt, ##__VA_ARGS__)

檔案包含

• #include <sys.h>：系統標準路徑搜尋。
• #include "my.h"：先當前目錄，再標準路徑。

條件編譯

#ifdef DEBUG
    #define LOG(...) DEBUG_PRINT(__VA_ARGS__)
#else
    #define LOG(...)
#endif

#ifndef GUARD_H
#define GUARD_H
// 頭檔內容
#endif

第八章 指標進階

指標宣告與基本操作

int *p;       // 指向 int 的指標
int **pp;     // 指向指標的指標
int (*pa)[10]; // 指向 10 元素 int 陣列的指標
int *pa[10];  // 10 個指向 int 的指標陣列 (陣列指標)

指標運算

• p + n：位址增加 n * sizeof(*p)。
• p - q：同陣列兩指標相減得元素個數差 (ptrdiff_t)。
• *p、p[i] 等價 *(p+i)。

指標與陣列/字串/函式

• 陣列名在大多數表達式中退化為首元素指標 (int *)，但 sizeof(arr) 為整個陣列大小，&arr 型別為 int (*)[N]。
• 字串字面常數型別 const char *，存唯讀區，不可修改。
• 函式指標：int (*cmp)(const void*, const void*)，用於 qsort、回呼機制。

動態記憶體管理 (stdlib.h)

void *malloc(size_t size);           // 未初始化
void *calloc(size_t n, size_t size); // 零初始化
void *realloc(void *ptr, size_t size); // 調整大小
void free(void *ptr);                // 釋放，ptr 需為 malloc 系回傳或 NULL

鐵律： 每個 malloc/calloc/realloc 必配對 free，釋放後指標置 NULL 避免野指標。

第九章 結構、聯集、位元欄

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};
union Data { int i; float f; char c; }; // 共用記憶體，大小取最大成員

struct Flags { unsigned int a:1; unsigned int b:3; unsigned int :0; }; // 位元欄，:0 強制對齊

第十章 輸入輸出進階 (檔案操作)

FILE *fp = fopen("data.bin", "wb"); // 二進位寫入
fwrite(buf, sizeof(Record), count, fp);
fclose(fp);

fp = fopen("data.bin", "rb");
fseek(fp, offset, SEEK_SET);
fread(&rec, sizeof(Record), 1, fp);

錯誤處理：檢查回傳值，ferror(fp), feof(fp), perror()。

總結

本筆記涵蓋 C 語言核心知識體系，建議配合《C Primer Plus》、《C 程式設計語言 (K&R)》、《C 專家程式設計》深入研讀，並大量實作專案 (如解譯器、資料庫、網路伺服器、嵌入式韌體) 內化為技能。