C语言知识点补充

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:

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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:

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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:

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typedef oldName newName;  

ldName 是类型原来的名字, newName 是类型新的名字。例如

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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:

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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:

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ARRAY20 a1, a2, s1, s2;

它等价于:

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

为结构体类型定义别名:

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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:

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STU body1,body2;

它等价于:

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struct stu body1, body2;  

为指针类型定义别名:

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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:

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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:

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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:

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#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:

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#define PTR_INT int *
PTR_INT p1, p2;

经过宏替换以后,第二行变为:

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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 :

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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#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:

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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:

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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:

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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:

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#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:
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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:

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#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:

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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:

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

运行结果:
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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:

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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:

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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:

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#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:

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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:

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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。