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C語言快速入門指南：從 Hello World 到進階特性

編輯：關於C

前言

C語言雖然規模精簡，但它是現代許多程式語言（如 Java、C#、Python）的基石。無論你是否有其他語言經驗，系統性地複習 C 的核心要素都能幫你建立扎實的系統程式設計能力。本文將帶你從最基本的 Hello World 開始，逐步涵蓋基本型別、運算式、函式、流程控制、字串操作、指標、動態記憶體、結構體與函式指標等關鍵主題。

1. 基本資料型別

C 語言的基本型別很少，常用的只有 char、int、float、double 等。其他如 short、long、signed/unsigned 只是修飾詞。建議：常用的記住，用不到的查文件即可。

2. 運算式與運算子

算術、關係、邏輯、位元、逗號運算子與 Java/C# 大同小異。重點在於理解運算子優先順序與副作用（如 i++ vs ++i），以及運算式最終都有「型別」與「值」。

3. 函式：最基本的抽象單元

所有非內建操作都應封裝成函式。若函式僅在本檔案使用，加上 static 限制連結範圍，避免命名衝突。

static void hello_world() {
    printf("hello, world\n");
}

printf 常用格式：%d(int)、%c(char)、%s(字串)、%p(指標)。記得換行符 \n 會刷新輸出緩衝區。

4. 流程控制：分支與迴圈

C89 標準要求變數宣告必須在區塊開頭。for 迴圈極其靈活，善用逗號運算子可在單行完成多變數更新。

static void n_hello_world(int n) {
    int i = 0;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("hello, world\n");
    }
}

5. 字串操作：字元陣列與 \0 結尾

C 沒有字串型別，字串是以 '\0' 結尾的字元陣列。標準庫 strlen 可計算長度，自己寫一個練習指標操作：

static int w_strlen(const char* str) {
    int i;
    for (i = 0; *str != '\0'; str++, i++) ;
    return i;
}

const 修飾參數防止意外修改。
指標遞增 str++ 會移動到下一個字元（位元組）。

6. 字串儲存區別：常數區 vs 堆疊

char* s1 = "hello";  // 指向唯讀常數區，修改會崩潰
char s2[10] = "hello"; // 在堆疊分配，可修改內容
*s2 = 'p'; // 正常運作，輸出 "pello"

7. 指標進階：反轉字串實戰

雙指標法：一個從頭、一個從尾，交換字元直到相遇。

static char* reverse(char* str) {
    char* ret = str;
    char* p = str + w_strlen(str) - 1;
    char c;
    for (; p > str; --p, ++str) {
        c = *p; *p = *str; *str = c;
    }
    return ret;
}

*p 取值，*p = *str 相當於 p[i] = str[i]。
指標運算會依指向型別大小移動（char* 移動 1 byte）。

8. 動態記憶體管理：malloc / free

C 沒有 GC，必須手動配對 malloc 與 free，否則會記憶體洩漏。兩大原則：

誰分配，誰釋放
誰使用，誰釋放

範例：動態串接兩字串

static void concat_test() {
    char* a = "hello";
    char* b = "world";
    int len = w_strlen(a) + w_strlen(b) + 1;
    char* p = (char*)malloc(sizeof(char) * len);
    if (p != NULL) {
        char* result = p; // 保存起始位址供 free 使用
        while (*a != '\0') *p++ = *a++;
        while (*b != '\0') *p++ = *b++;
        *p = '\0';
        printf("concat_test: %s\n", result);
        free(result); // 從起始位址釋放
    } else {
        printf("malloc error");
    }
}

9. 結構體：表達複雜資料

C 沒有類別，用 struct 組合異質資料。存取成員：變數用 .，指標用 ->。動態分配結構體陣列時注意指標邊界，若成員含動態記憶體也要逐一釋放。

struct customer { char* name; int age; };

static void customer_manager() {
    struct customer wawa;
    struct customer* p_wawa = &wawa;
    p_wawa->age = 31; // 透過指標修改

    struct customer* p_customers = (struct customer*)malloc(sizeof(struct customer) * 2);
    if (p_customers) {
        p_customers->name = "wawa"; p_customers->age = 10;
        p_customers++;
        p_customers->name = "tiancai"; p_customers->age = 30;
        p_customers++; // 移至陣列尾端
        int n = 2;
        while (n-- > 0) {
            p_customers--;
            printf("%s is %d years old\n", p_customers->name, p_customers->age);
        }
        free(p_customers); // 歸還起始位址
    }
}

10. 函式指標：實現回呼與多型

函式指標語法較繁瑣，建議用 typedef 簡化。經典應用：冒泡排序傳入比較函式，實現升序/降序切換。

typedef int (*cmp_func)(int, int);

static int cmp_default(int a, int b) { return a - b; }
static int cmp_reverse(int a, int b) { return b - a; }

static void sort(int* arr, int n, cmp_func cmp) {
    int i, j, t;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        for (j = i; j < n; j++) {
            if (cmp(arr[i], arr[j]) > 0) {
                t = arr[i]; arr[i] = arr[j]; arr[j] = t;
            }
        }
    }
}

static void sort_test() {
    int arr[] = {4, 5, 3, 1, 2};
    sort(arr, 5, cmp_default); // 升序
    sort(arr, 5, cmp_reverse); // 降序
}