C语言知识点补充

发表于 2023-07-18 更新于 2023-07-19 分类于 C语言学习之路阅读次数：阅读次数：本文字数： 6.2k 阅读时长 ≈ 6 分钟

typedef 的用法

C 语言允许为一个数据类型起一个新的别名，就像给人起“绰号”一样。起别名的目的不是为了提高程序运行效率，而是为了编码方便。例如有一个结构体的名字是 stu，要想定义一个结构体变量就得这样写：

1	struct stu stu1;

struct 看起来就是多余的，但不写又会报错。如果为 struct stu 起了一个别名 STU，书写起来就简单了：

STU stu1;

这种写法更加简练，意义也非常明确，不管是在标准头文件中还是以后的编程实践中，都会大量使用这种别名。
使用关键字 typedef 可以为类型起一个新的别名。 typedef 的用法一般为：

1	typedef oldName newName;

ldName 是类型原来的名字， newName 是类型新的名字。例如

typedef int INTEGER;
INTEGER a, b;
a = 1;
b = 2;

INTEGER a, b;等效于 int a, b;。

typedef 还可以给数组、指针、结构体等类型定义别名。先来看一个给数组类型定义别名的例子：

1	typedef char ARRAY20[20]

表示 ARRAY20 是类型 char [20]的别名。它是一个长度为 20 的数组类型。接着可以用 ARRAY20 定义数组：

1	ARRAY20 a1, a2, s1, s2;

它等价于：

1	char a1[20], a2[20], s1[20], s2[20]

为结构体类型定义别名：

typedef struct stu{
    char name[20];
    int age;
    char sex;
} STU;

STU 是 struct stu 的别名，可以用 STU 定义结构体变量：

1	STU body1,body2;

它等价于：

1	struct stu body1, body2;

为指针类型定义别名：

1	typedef int (*PTR_TO_ARR)[4];

表示 PTR_TO_ARR 是类型 int * [4]的别名，它是一个二维数组指针类型。接着可以使用 PTR_TO_ARR 定义二维数组指针：

1	PTR_TO_ARR p1, p2;

按照类似的写法，还可以为函数指针类型定义别名：

1 2	typedef int (*PTR_TO_FUNC)(int, int); PTR_TO_FUNC pfunc;

typedef 和 #define 的区别

typedef 在表现上有时候类似于 #define，但它和宏替换之间存在一个关键性的区别。正确思考这个问题的方法就是把 typedef 看成一种彻底的“封装”类型，声明之后不能再往里面增加别的东西。

(1) 可以使用其他类型说明符对宏类型名进行扩展，但对 typedef 所定义的类型名却不能这样做。例如：

#define INTERGE int
unsigned INTERGE n; //没问题

typedef int INTERGE;
unsigned INTERGE n; //错误，不能在 INTERGE 前面添加 unsigned

(2) 在连续定义几个变量的时候， typedef 能够保证定义的所有变量均为同一类型，而 #define 则无法保证。例如：

1 2	#define PTR_INT int * PTR_INT p1, p2;

经过宏替换以后，第二行变为：

1	int *p1, p2;

这使得 p1、 p2 成为不同的类型： p1 是指向 int 类型的指针， p2 是 int 类型。
相反，在下面的代码中：

1 2	typedef int * PTR_INT PTR_INT p1, p2;

p1、 p2 类型相同，它们都是指向 int 类型的指针。

const 的用法

有时候我们希望定义这样一种变量，它的值不能被改变，在整个作用域中都保持固定。例如，用一个变量来表示班级的最大人数，或者表示缓冲区的大小。为了满足这一要求，可以使用 const 关键字对变量加以限定：

1	const int MaxNum = 100; //班级的最大人数

这样 MaxNum 的值就不能被修改了，任何对 MaxNum 赋值的行为都将引发错误：

1	MaxNum = 90; //错误，试图向 const 变量写入数据

我们经常将 const 变量称为常量（Constant）。创建常量的格式通常为：

1	const type name = value;

const 和 type 都是用来修饰变量的，它们的位置可以互换，也就是将 type 放在 const 前面：

1	type const name = value;

但我们通常采用第一种方式，不采用第二种方式。另外建议将常量名的首字母大写，以提醒程序员这是个常量。

由于常量一旦被创建后其值就不能再改变，所以常量必须在定义的同时赋值（初始化），后面的任何赋值行为都将引发错误。一如既往，初始化常量可以使用任意形式的表达式，如下所示：

#include <stdio.h>
int getNum(){
return 100;
}
int main(){
    int n = 90;
    const int MaxNum1 = getNum(); //运行时初始化
    const int MaxNum2 = n; //运行时初始化
    const int MaxNum3 = 80; //编译时初始化
    printf("%d, %d, %d\n", MaxNum1, MaxNum2, MaxNum3); 
    return 0;
}

运行结果：
100, 90, 80

const 和指针

const 也可以和指针变量一起使用，这样可以限制指针变量本身，也可以限制指针指向的数据。 const 和指针一起使用会有几种不同的顺序，如下所示：

1
2
3

const int *p1;
int const *p2;
int * const p3;

在最后一种情况下，指针是只读的，也就是 p3 本身的值不能被修改；在前面两种情况下，指针所指向的数据是只读的，也就是 p1、 p2 本身的值可以修改（指向不同的数据），但它们指向的数据不能被修改。
当然，指针本身和它指向的数据都有可能是只读的，下面的两种写法能够做到这一点：

1 2	const int * const p4; int const * const p5;

const 离变量名近就是用来修饰指针变量的，离变量名远就是用来修饰指针指向的数据，如果近的和远的都有，那么就同时修饰指针变量以及它指向的数据。

const 和函数形参

在 C 语言中，单独定义 const 变量没有明显的优势，完全可以使用#define 命令代替。 const 通常用在函数形参中，如果形参是一个指针，为了防止在函数内部修改指针指向的数据，就可以用 const 来限制。

在 C 语言标准库中，有很多函数的形参都被 const 限制了，下面是部分函数的原型：

size_t strlen ( const char * str );
int strcmp ( const char * str1, const char * str2 );
char * strcat ( char * destination, const char * source );
char * strcpy ( char * destination, const char * source );
int system (const char* command);
int puts ( const char * str );
int printf ( const char * format, ... );

我们自己在定义函数时也可以使用 const 对形参加以限制，例如查找字符串中某个字符出现的次数：

#include <stdio.h>
size_t strnchr(const char *str, char ch){
    int i, n = 0, len = strlen(str);
    for(i=0; i<len; i++){  
        if(str[i] == ch){
        n++;
        }
    }
    return n;
}
int main(){
    char *str = "http://c.biancheng.net";
    char ch = 't';
    int n = strnchr(str, ch);
    printf("%d\n", n);
    return 0;
}

运行结果：
3
根据 strnchr() 的功能可以推断，函数内部要对字符串 str 进行遍历，不应该有修改的动作，用 const 加以限制，不但可以防止由于程序员误操作引起的字符串修改，还可以给用户一个提示，函数不会修改你提供的字符串，请你放心。

const 和非 const 类型转换

当一个指针变量 str1 被 const 限制时，并且类似 const char *str1 这种形式，说明指针指向的数据不能被修改；如果将 str1 赋值给另外一个未被 const 修饰的指针变量 str2，就有可能发生危险。因为通过 str1 不能修改数据，

而赋值后通过 str2 能够修改数据了，意义发生了转变，所以编译器不提倡这种行为，会给出错误或警告。
也就是说， const char *和 char *是不同的类型，不能将 const char *类型的数据赋值给 char *类型的变量。但反过来是可以的，编译器允许将 char *类型的数据赋值给 const char *类型的变量。

这种限制很容易理解， char *指向的数据有读取和写入权限，而 const char *指向的数据只有读取权限，降低数据的权限不会带来任何问题，但提升数据的权限就有可能发生危险。

下面是一个将 const 类型赋值给非 const 类型的例子：

#include <stdio.h>
void func(char *str){ }
int main(){  
    const char *str1 = "c.biancheng.net";
    char *str2 = str1;
    func(str1);
    return 0;
}

第 7、 8 行代码分别通过赋值、传参（传参的本质也是赋值）将 const 类型的数据交给了非 const 类型的变量，编译器不会容忍这种行为，会给出警告，甚至直接报错。

随机数： rand()和 srand()函数

我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数，它的用法为：

1	int rand (void);

void 表示不需要传递参数。
C 语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数，但是 random() 不是标准函数，不能在 VC/VS 等编译器通过，
所以比较少用。

rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。

RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏，它用来指明 rand() 所能返回的随机数的最大值。 C 语言标准并没有规定 RAND_MAX 的具体数值，只是规定它的值至少为 32767。在实际编程中，我们也不需要知道 RAND_MAX的具体值，把它当做一个很大的数来对待即可。

例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

运行结果：
41

随机数的本质

多次运行，我们发现上面的代码产生的随机数都一样。因为， rand() 函数产生的随机数是伪随机数，是根据一个数值按照某个公式推算出来的，这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布，如下图所示：

种子在每次启动计算机时是随机的，但是一旦计算机启动以后它就不再变化了；也就是说，每次启动计算机以后，种子就是定值了，所以根据公式推算出来的结果（也就是生成的随机数）就是固定的。

重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”，这样种子就会发生改变。 srand() 的用法为：

1	void srand (unsigned int seed);

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同。
使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间（精确到秒），就像下面这样：

1	srand((unsigned)time(NULL));

对上面的代码进行修改，生成随机数之前先进行播种：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

多次运行程序，会发现每次生成的随机数都不一样了。但是，这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势，这是因为我们以时间为种子，时间是逐渐增大的，结合上面的正态分布图，很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。

生成一定范围内的随机数

我们可以利用取模的方法，产生一定范围的随机数，例如：

1	int a = rand() % 10; //产生 0~9 的随机数，注意 10 会被整除

如果要规定上下限：

1	int a = rand() % 51 + 13; //产生 13~63 的随机数

分析：取模即取余， rand()%51+13 我们可以看成两部分： rand()%51 是产生 0~50 的随机数，后面+13 保证 a 最小只能是 13，最大就是 50+13=63。