C 語言核心知識體系全景筆記：從基礎語法到進階實作

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C 語言核心知識體系全景筆記

本文系統整理 C 語言從入門到進階的核心知識點，涵蓋資料型別、控制流程、函式、指標、記憶體管理、檔案處理等模組，適合作為快速查閱的技術手冊。

一、開發環境與程式建構流程

編輯 → 編譯 → 連結 → 執行：原始碼 .c 經 gcc 編譯成目的檔 .o，再連結生成可執行檔 a.out。
常用工具：vi/vim、VS Code、Xcode（macOS）、GDB 除錯。
終端機基本指令：ls、pwd、cd、mkdir、rm、相對/絕對路徑切換。

二、資料型別與變數

分類	關鍵字	大小 (Byte)	範圍/精度
字元	`char`	1	-128~127 / 0~255
短整數	`short`	2	-32,768~32,767
整數	`int`	4	-2³¹~2³¹-1
長整數	`long`	4/8	平台相關
單精度浮點	`float`	4	~7 位有效數字
雙精度浮點	`double`	8	~15 位有效數字

進制表示：八進制 0 前綴、十六進制 0x 前綴、二進制無原生支援（C23 新增 0b）。

三、運算子與表達式

算術：+ - * / %（整數除法截尾，取餘符號遵循被除數）。
自增/自減：前置 ++i 先運算後取值，後置 i++ 先取值後運算。
關係/邏輯：== != > < >= <=、&& || !（短路求值）。
位元：& | ^ ~ << >>，常用於旗標操作、快速乘除 2 的冪次。
條件運算子：cond ? expr1 : expr2，可巢狀實現多重分支。

四、控制流程

1. 選擇結構

if (score >= 90) puts("A");
else if (score >= 60) puts("B");
else puts("C");

switch 適用於整數/字元常數分支，記得加 break 避免貫穿。

2. 迴圈結構

類型	適用場景	特點
`for`	已知次數	初始化、條件、迭代集中
`while`	未知次數，先判斷	零次以上
`do-while`	至少執行一次	後判斷

跳轉控制：break 跳出迴圈/switch，continue 跳過本次迭代。

五、陣列與字串

一維陣列：int a[10]; 記憶體連續，下標 0 起算，長度不可變（C99 支援 VLA）。
二維陣列：int m[3][4]; 行優先儲存，巢狀迴圈遍歷。
字串：以 \0 結尾的字元陣列，標準庫 <string.h> 提供 strcpy、strcat、strlen、strcmp 等。

六、函式設計

// 宣告
int max(int a, int b);
// 定義
int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; }
// 呼叫
int m = max(3, 5);

參數傳遞：預設傳值；需修改實參時傳址（指標）。
遞迴：必須有基底條件，如階乘 fact(n) = n * fact(n-1)。
函式指標：int (*pf)(int, int) = max; 實現回呼、多型。

七、指標與記憶體管理

1. 指標進階

多層指標：int **pp 指向指標的指標，常用於修改指標本身、動態二維陣列。
指標運算：p + i 移動 i * sizeof(*p) 位元組。
const 修飾位置決定語意：const int *p（指向常數）、int *const p（常數指標）。

2. 動態記憶體

函式	用途	備註
`malloc(size)`	分配未初始化記憶體	失敗回傳 NULL
`calloc(n, size)`	分配並歸零	等同 malloc + memset
`realloc(ptr, new_size)`	調整大小	可能移動記憶體
`free(ptr)`	釋放	釋放後指標置 NULL 避免野指標

記憶體區段：程式碼區、全域/靜態區、堆疊、堆區。區域變數存堆疊，自動釋放；動態分配存堆區，手動管理。

八、結構體、聯合、列舉

typedef struct {
    int id;
    char name[20];
    float score;
} Student;

typedef union {
    int i;
    float f;
    char c[4];
} Data; // 共用 4 位元組

typedef enum { MON=1, TUE, WED } Weekday;