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只记录自认为不太熟悉的部分。

正文

工具概念

编译器

语法检查：编译器会在编译阶段检查语法和类型错误。

代码优化：

  • 常量折叠
  • 循环展开
  • 内联函数

多平台支持：不同编译器对目标操作系统和 CPU 架构支持不同。

链接库：

  • 静态库（.lib / .a）
  • 动态库（.dll / .so / .dylib）

标准兼容性：支持 C++11/14/17/20 等标准，或 C89/C99/C11 等。

编译器 特点 平台
GCC (GNU Compiler Collection) 免费开源、支持多种语言、优化能力强 Linux/Windows(MinGW)/macOS
Clang/LLVM 语法错误提示友好、快速、模块化 Linux/macOS/Windows
MSVC (Microsoft Visual C++) 与 Windows/Visual Studio 紧密结合 Windows
Intel C++ Compiler (ICC/oneAPI) 高性能优化，适合科学计算 Windows/Linux
TinyCC (TCC) 极小，编译速度快 Linux/Windows

gcc/g++

VSC 的终端（Powershell）使用 gcc 快速编译并执行（PowerShell 调用 cmd命令）：

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cmd /c "gcc main.c -o main.exe && main.exe"

webp

Linux 下：

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gcc main.c -o main && ./main

如果是 C++，则需要用 g++：

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cmd /c "g++ main.cpp -o main.exe && main.exe"

C/C++互相调用编译

项目结构如下：

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interop/
├── main.c       // C 文件，调用 C++ 函数
├── helper.cpp   // C++ 文件，调用 C 函数
├── helper.h     // C 函数头文件
└── cppfunc.h    // C++ 函数声明给 C 调用

helper.h（C 头文件，给 C++ 调用）

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#ifndef HELPER_H
#define HELPER_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {  // 避免 C++ 名字修饰
#endif

int c_add(int a, int b);
int c_subtract(int a, int b);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // HELPER_H

helper.cpp（C++ 文件，实现 C 函数，并定义 C++ 函数）

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#include "helper.h"
#include <iostream>

// C 函数实现（被 C++ 调用）
int c_add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int c_subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

// C++ 函数（准备被 C 调用）
extern "C" int cpp_multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

extern "C" void cpp_hello() {
    std::cout << "Hello from C++!" << std::endl;
}

cppfunc.h（给 C 调用 C++ 函数的头文件）

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#ifndef CPPFUNC_H
#define CPPFUNC_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int cpp_multiply(int a, int b);
void cpp_hello();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // CPPFUNC_H

main.c（C 文件，调用 C++ 函数，同时测试 C++ 调用 C 函数）

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#include <stdio.h>
#include "cppfunc.h"
#include "helper.h"

int main() {
    int a = 10, b = 5;

    // C 调用 C++ 函数
    int prod = cpp_multiply(a, b);
    printf("C calling C++ multiply: %d\n", prod);

    cpp_hello(); // 调用 C++ 输出

    // C++ 调用 C 函数
    int sum = c_add(a, b);
    int diff = c_subtract(a, b);
    printf("C++ calling C add: %d\n", sum);
    printf("C++ calling C subtract: %d\n", diff);

    return 0;
}

编译并运行：

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g++ -c helper.cpp       # 编译 C++ 文件
gcc -c main.c           # 编译 C 文件
g++ main.o helper.o -o interop_example   # 链接生成可执行文件
./interop_example
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C calling C++ multiply: 50
Hello from C++!
C++ calling C add: 15
C++ calling C subtract: 5

C++ 调用 C

  • C 头文件使用 extern "C" 包装，避免名字修饰。

C 调用 C++

  • C++ 函数也用 extern "C" 对外暴露，否则 C 编译器找不到符号。

编译顺序

  • 先单独编译 C++ 和 C 文件，再用 g++ 链接。
  • 使用 g++ 链接可以自动处理 C++ 标准库。

CMake

角色 功能
CMake 生成构建系统文件（Makefile / VS 工程）
编译器 将源码编译成目标文件和可执行文件
链接器 将目标文件与库链接成最终可执行程序

CMake 是 “指挥官”，编译器是 “工人”，链接器是 “装配工”。

快速开始

工程结构如下：

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MyProject/
├── CMakeLists.txt
├── src/
│   ├── foo.cpp
│   └── main.cpp
└── include/
    └── foo.h

main.cpp：

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#include <iostream>
#include "foo.h"

int main() {
    print_message("Hello from foo.cpp!");
    int result = add(3, 5);
    std::cout << "3 + 5 = " << result << std::endl;
    return 0;
}

foo.cpp：

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#include "foo.h"
#include <iostream>

void print_message(const std::string& msg) {
    std::cout << "[Message] " << msg << std::endl;
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

foo.h：

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#pragma once
#include <string>

void print_message(const std::string& msg);
int add(int a, int b);

CMakeLists.txt：

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# 1. 指定 CMake 最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

# 2. 定义项目名称和语言
project(MyProject VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)

# 3. 指定 C++ 标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED True)

# 4. 查找 src 目录下所有 cpp 文件
file(GLOB SOURCES "src/*.cpp")

# 5. 添加可执行文件
add_executable(${PROJECT_NAME} ${SOURCES})

# 6. 添加 include 目录
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE include)

# 7. 设置编译选项
if(MSVC)
    # 所有配置都开启警告等级 4
    target_compile_options(${PROJECT_NAME} PRIVATE /W4)

    # 仅 Release 配置开启优化
    target_compile_options(${PROJECT_NAME} PRIVATE
        $<$<CONFIG:Release>:/O2>
    )

    # 仅 Debug 配置开启运行时检查
    target_compile_options(${PROJECT_NAME} PRIVATE
        $<$<CONFIG:Debug>:/RTC1>
    )

elseif(CMAKE_CXX_COMPILER_ID STREQUAL "GNU" OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    # GCC / Clang
    target_compile_options(${PROJECT_NAME} PRIVATE -Wall -Wextra)
    target_compile_options(${PROJECT_NAME} PRIVATE
        $<$<CONFIG:Release>:-O2>
    )
endif()

编译并运行（VS2022）：

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mkdir build
cd build
cmake -G "Visual Studio 17 2022" ..
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-- The CXX compiler identification is MSVC 19.44.35213.0
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Check for working CXX compiler: D:/Program Files/Microsoft Visual Studio/2022/Community/VC/Tools/MSVC/14.44.35207/bin/Hostx64/x64/cl.exe - skipped
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- Configuring done (5.4s)
-- Generating done (0.1s)
-- Build files have been written to: D:/Users/Documents/Study/C/build
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cmake --build . --config Release
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适用于 .NET Framework MSBuild 版本 17.14.14+a129329f1

  1>Checking Build System
  Building Custom Rule D:/Users/Documents/Study/C/CMakeLists.txt
  foo.cpp
  main.cpp
  正在生成代码...
  MyProject.vcxproj -> D:\Users\Documents\Study\C\build\Release\MyProject.exe
  Building Custom Rule D:/Users/Documents/Study/C/CMakeLists.txt
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cd Release
MyProject.exe
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[Message] Hello from foo.cpp!
3 + 5 = 8

Makefile

特性 Makefile CMake
定位 编译脚本 构建系统生成器
复杂项目支持 较弱 非常强大
跨平台 不太行 出色
难度 写起来复杂 语法简单，且模块化
工程可维护性 较差 优秀

小项目可用 Makefile，大项目用 CMake。

功能 Bazel CMake Make Maven/Gradle
定位 完整构建系统 构建文件生成器 编译脚本 Java 构建/依赖管理
增量构建速度 ⭐⭐⭐⭐⭐ ⭐⭐ ⭐ ⭐⭐⭐
多语言支持 优秀 中等 弱 弱（Java 周边）
适合项目规模 超大型 中/大型 小型 中型
学习成本 高 中 低 中

快速开始

在上一个文件项目结构中，创建 Makefile：

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# ------------------------------
# Makefile for Windows + MinGW
# ------------------------------

# 编译器
CC = gcc
CXX = g++

# 编译选项
CFLAGS = -Wall -Iinclude
CXXFLAGS = -Wall -Iinclude

# 源文件目录
SRCDIR = src

# 所有源文件
C_SOURCES = $(wildcard $(SRCDIR)/*.c)
CPP_SOURCES = $(wildcard $(SRCDIR)/*.cpp)

# 对应的目标文件
C_OBJS = $(C_SOURCES:.c=.o)
CPP_OBJS = $(CPP_SOURCES:.cpp=.o)

# 最终可执行文件
TARGET = main.exe

# ------------------------------
# 默认目标
# ------------------------------
all: $(TARGET)

# ------------------------------
# 链接 C/C++ 对象文件
# ------------------------------
$(TARGET): $(C_OBJS) $(CPP_OBJS)
ifeq ($(CPP_OBJS),)
	$(CC) -o $@ $(C_OBJS)
else
	$(CXX) -o $@ $(C_OBJS) $(CPP_OBJS)
endif

# ------------------------------
# 编译 C 源文件
# ------------------------------
%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

# ------------------------------
# 编译 C++ 源文件
# ------------------------------
%.o: %.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@

# ------------------------------
# 清理
# ------------------------------
.PHONY: clean
clean:
	del /Q $(SRCDIR)\*.o $(TARGET)

编译：

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mingw32-make
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g++ -Wall -Iinclude -c src/main.cpp -o src/main.o
g++ -Wall -Iinclude -c src/foo.cpp -o src/foo.o
g++ -o main.exe  src/main.o src/foo.o

Keil

Keil = 针对嵌入式 MCU 的 C/C++ IDE + 编译器 + 调试工具。

  • Keil 是 IDE + 编译器 + 调试器，自带 ARMCC/ARMCLANG 编译器。

  • GCC / Clang / CMake 更通用，适合 PC 应用或跨平台项目。

在嵌入式开发中，有些团队会用 CMake + ARM GCC 替代 Keil 的 ARMCC，方便自动化和跨平台构建。

Keil uVision 工程主要由两个文件组成：

  1. .uvprojx
    • XML 格式，包含工程全局配置、源文件、宏定义、头文件路径等。
  2. .uvoptx
    • XML 格式，包含调试、仿真、优化设置。
文件类型 后缀 描述 格式 支持的 Keil 版本
.uvproj .uvproj 旧版 Keil 工程文件 文本格式，但结构较简单（类似 INI） Keil uVision4 及以前
.uvprojx .uvprojx 新版 Keil 工程文件 XML 格式，更规范、更可扩展 Keil uVision5 及以后

VSC IntelliSense

差别 VSCode Keil
编辑器类型 轻量、插件化 全功能 IDE
引用错误提示来源 IntelliSense 静态分析 真正编译器解析
宏和头文件解析 依赖配置（includePath, defines, compilerPath） 工程配置 + 编译器内置宏
错误提示准确性 可能和真实编译器不一致 精准一致
文件管理 通过文件夹 + Makefile/CMake 工程文件管理，依赖关系明确

  • VSCode 更灵活、轻量，但 IntelliSense 只是“模拟编译”，可能提示错误但编译成功，或者反之。

  • Keil 的错误提示就是“真实编译器反馈”，完全一致，更适合嵌入式开发和 ARM 工程。

c_cpp_properties.json

VSCode 默认不会自动创建这个文件。

只有当你在 C/C++ 项目中配置 IntelliSense 或者尝试 生成配置 时才会创建。

如果只是安装了 C/C++ 扩展，但没有明确配置 Include Path 或编译器，VSCode 会使用 默认 IntelliSense 模式，并不会生成文件。

若如此配置项目结构和 .vscode/c_cpp_properties.json：

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{
    "configurations": [
        {
            "name": "Win32",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/include",
                "C:/MinGW/include",
                "C:/MinGW/lib/gcc/mingw32/6.3.0/include",
            ],
            "defines": [
                "UNICODE",
                "_DEBUG"
            ],
            "compilerPath": "C:/MinGW/bin/gcc.exe",
            "cStandard": "c11",
            "cppStandard": "c++17",
            "intelliSenseMode": "gcc-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

其中的关键配置项：

配置项 作用 建议 / 说明
includePath 告诉 IntelliSense 去哪些路径查找头文件 将 Keil 工程中所有相关头文件路径加入，如 CMSIS、HAL、StdPeriph 和工程自定义头文件。这样 IntelliSense 才能正确解析类型、函数声明和宏。
defines 告诉 IntelliSense 工程中定义了哪些宏，类似 #define FOO 1 同步 Keil 工程里的宏定义，确保条件编译（#ifdef、#if）解析一致。
compilerPath 指向编译器的实际可执行文件，如 Keil 的 armcc.exe 或 armclang.exe IntelliSense 可以根据真实编译器解析宏、内置类型和关键字。
cStandard / cppStandard 指定 C/C++ 标准版本，例如 C99、C11、C++14、C++17 确保 IntelliSense 解析代码时遵循与实际编译器一致的标准。

webp

IntelliSense 将会找不到 foo.h 而出现报错提示：

webp

添加 includePath 即可消除这个报错提示，但是如果不正确地配置编译器，编译还是出现错误。

VSCode 也可以配合 CMake Tools 或 Makefile 插件来设置 IntelliSense。

webp

同步 Keil 与 VSC 的错误提示

思路如下：

  • 配置 VSC 的 IntelliSense 与 Keil 一致

修改 .vscode/c_cpp_properties.json，配置：

  • "includePath"：加入 Keil 工程里的所有头文件路径（CMSIS、HAL、StdPeriph、工程自定义头文件）。
  • "defines"：加入 Keil 工程里的宏定义。
  • "compilerPath"：指向 Keil 的编译器路径（如 armcc.exe 或 armclang.exe）。
  • "cStandard" / "cppStandard"：和 Keil 工程设置一致（C99/C11, C++14/C++17）。

因此可以写一个 python 脚本分析项目工程中的 .uvprojx以生成对应的 .vscode/c_cpp_properties.json 来实现同步错误提示的效果。

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import xml.etree.ElementTree as ET
import json
import os

# 配置部分
uvprojx_file = "${workspaceFolder}/Project/XXX.uvprojx"
workspace_folder = "${workspaceFolder}"  # VSCode 工作区变量
output_vscode_file = ".vscode/c_cpp_properties.json"

compiler_path = "arm-none-eabi-gcc"  # "C:/Keil_v5/ARM/ARMCC/bin/armcc.exe"
c_standard = "c11"
cpp_standard = "c++17"

# 解析 UVPROJX 文件
ws_abs_path = os.getcwd()
uvprojx_file_abs = uvprojx_file.replace("${workspaceFolder}", ws_abs_path)

tree = ET.parse(uvprojx_file_abs)
root = tree.getroot()

uvprojx_dir = os.path.dirname(uvprojx_file_abs)
include_paths = set()
defines = set()

for target in root.findall(".//Target"):
    # IncludePath
    for path in target.findall(".//IncludePath"):
        if path.text:
            for p in path.text.split(";"):
                if p.strip():
                    abs_path = os.path.normpath(os.path.join(uvprojx_dir, p.strip()))
                    rel_path = os.path.relpath(abs_path, start=ws_abs_path)
                    include_paths.add(os.path.join(workspace_folder, rel_path).replace("\\", "/"))

    # Define
    for define in target.findall(".//Define"):
        if define.text:
            for d in define.text.split(";"):
                if d.strip():
                    defines.add(d.strip())

# 拆分宏中逗号分隔的项
final_defines = []
for d in defines:
    for item in d.split(","):
        item = item.strip()
        if item:
            item = item.replace("\\\"", "\"")
            final_defines.append(item)

# 生成 VSCode 配置
vscode_config = {
    "configurations": [
        {
            "name": "Keil",
            "includePath": sorted(list(include_paths)),
            "defines": sorted(final_defines),
            "compilerPath": compiler_path,
            "cStandard": c_standard,
            "cppStandard": cpp_standard
        }
    ],
    "version": 4
}

os.makedirs(os.path.dirname(output_vscode_file), exist_ok=True)
with open(output_vscode_file, "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(vscode_config, f, indent=4)

print(f"已生成 VSCode 配置: {output_vscode_file}")

C

头文件

头文件（Header File）是 C/C++ 中 .h 或者没有扩展名的文件，用于声明程序中要使用的函数、类、宏、常量、数据类型等。它本身通常不包含具体的函数实现（C++ 中可以有模板实现或 inline 函数）。

主要作用：

  1. 函数声明：告诉编译器函数的名称、参数类型和返回类型，以便在调用时进行类型检查。
  2. 宏定义：定义常用的宏，例如 #define PI 3.14159。
  3. 结构体/类声明：让源文件知道某个类型的存在。
  4. 代码复用：将公共声明放在头文件中，多个源文件可以共享。
  5. 避免重复定义：通过 #ifndef/#define/#endif 防止头文件被多次包含。
特性 C/C++ Java/C#
文件组织 函数/类声明和定义可以分开 类声明和定义通常在同一文件
编译模型 分文件编译，需要先声明再调用 编译器可直接读取类文件或中间表示
是否需要头文件 是，用于声明接口 否，类文件本身就是接口和实现
分析依赖 头文件 + 源文件 类引用 + import/using

C/C++ 的头文件是历史遗留和编译模型的产物，而 Java/C# 的编译器更智能，能直接处理完整类信息，不需要额外的“声明文件”。

数据类型

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#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <float.h>

int main() {
    // Integer types
    printf("char: %zu bytes, range: %d to %d\n", sizeof(char), CHAR_MIN, CHAR_MAX);
    printf("unsigned char: %zu bytes, range: 0 to %u\n", sizeof(unsigned char), UCHAR_MAX);

    printf("short: %zu bytes, range: %d to %d\n", sizeof(short), SHRT_MIN, SHRT_MAX);
    printf("unsigned short: %zu bytes, range: 0 to %u\n", sizeof(unsigned short), USHRT_MAX);

    printf("int: %zu bytes, range: %d to %d\n", sizeof(int), INT_MIN, INT_MAX);
    printf("unsigned int: %zu bytes, range: 0 to %u\n", sizeof(unsigned int), UINT_MAX);

    printf("long: %zu bytes, range: %ld to %ld\n", sizeof(long), LONG_MIN, LONG_MAX);
    printf("unsigned long: %zu bytes, range: 0 to %lu\n", sizeof(unsigned long), ULONG_MAX);

    printf("long long: %zu bytes, range: %lld to %lld\n", sizeof(long long), LLONG_MIN, LLONG_MAX);
    printf("unsigned long long: %zu bytes, range: 0 to %llu\n", sizeof(unsigned long long), ULLONG_MAX);

    // Floating point types
    printf("float: %zu bytes, range: %e to %e\n", sizeof(float), FLT_MIN, FLT_MAX);
    printf("double: %zu bytes, range: %e to %e\n", sizeof(double), DBL_MIN, DBL_MAX);
    printf("long double: %zu bytes, range: %Le to %Le\n", sizeof(long double), LDBL_MIN, LDBL_MAX);

    // Boolean type
    printf("bool/_Bool: %zu bytes\n", sizeof(_Bool));

    // Pointer size
    printf("int*: %zu bytes\n", sizeof(int*));

    return 0;
}

当前的 C 环境 = Windows + MinGW (32-bit) + LLP64 + ILP32 类型模型：

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char: 1 bytes, range: -128 to 127
unsigned char: 1 bytes, range: 0 to 255
short: 2 bytes, range: -32768 to 32767
unsigned short: 2 bytes, range: 0 to 65535
int: 4 bytes, range: -2147483648 to 2147483647
unsigned int: 4 bytes, range: 0 to 4294967295
long: 4 bytes, range: -2147483648 to 2147483647
unsigned long: 4 bytes, range: 0 to 4294967295
long long: 8 bytes, range: -9223372036854775808 to 9223372036854775807
unsigned long long: 8 bytes, range: 0 to 18446744073709551615
float: 4 bytes, range: 1.175494e-038 to 3.402823e+038
double: 8 bytes, range: 2.225074e-308 to 1.797693e+308
long double: 12 bytes, range: -0.000000e+000 to -1.#QNAN0e+000
bool/_Bool: 1 bytes
int*: 4 bytes

当前的 C 环境 = 64 位 Linux / macOS（或 MinGW-w64 64 位）且符合 LP64 模型：

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char: 1 bytes, range: -128 to 127
unsigned char: 1 bytes, range: 0 to 255
short: 2 bytes, range: -32768 to 32767
unsigned short: 2 bytes, range: 0 to 65535
int: 4 bytes, range: -2147483648 to 2147483647
unsigned int: 4 bytes, range: 0 to 4294967295
long: 8 bytes, range: -9223372036854775808 to 9223372036854775807
unsigned long: 8 bytes, range: 0 to 18446744073709551615
long long: 8 bytes, range: -9223372036854775808 to 9223372036854775807
unsigned long long: 8 bytes, range: 0 to 18446744073709551615
float: 4 bytes, range: 1.175494e-38 to 3.402823e+38
double: 8 bytes, range: 2.225074e-308 to 1.797693e+308
long double: 16 bytes, range: 3.362103e-4932 to 1.189731e+4932
bool/_Bool: 1 bytes
int*: 8 bytes

变量定义与声明

定义会：

  • 分配内存
  • 创建变量本体
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int a;   // 这是定义——分配内存
int b = 10;  // 定义 + 初始化

声明只告诉编译器：

“这个变量在别处存在，我这里只是提前告诉你它的类型。”

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extern int a;   // 声明，不分配内存，告诉编译器 a 在别处定义

创建 addtwoumn.c：

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extern int x;
extern int y;
int addtwonum() {
    return x + y;
}

创建 test.c：

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#include <stdio.h>

int x = 1;
int y = 2;
int addtwonum();
int main(void)
{
    int result;
    result = addtwonum();
    printf("result is: %d\n", result);
    return 0;
}

编译并执行：

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2
gcc addtwonum.c test.c -o main
./main
1
result is: 3

变量存放区域

数据类型/变量类型 存放区域 说明
局部变量（非 static） 栈 Stack 函数内部定义的普通变量
函数参数 栈 Stack 参数也在栈里
静态局部变量 static Data/BSS 不在栈上，整个程序生命周期
全局变量（已初始化） Data 段 程序加载时就存在
全局变量（未初始化） BSS 段 程序加载时为 0
const 全局变量 Data / RO Data 只读区域或普通 data
字符串字面量 “abc” 只读段（text/rodata） 不可修改（修改会 crash）
malloc/new 分配 堆 Heap 运行时动态分配
函数代码本身 Text 段 存的是机器指令 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int g_init = 10; // data 段
int g_uninit;    // bss 段

static int s_init = 20; // data 段
static int s_uninit;    // bss 段

const int g_const = 30; // rodata 或 data

void test_function()
{
    int local = 1;                   // 栈
    static int local_static = 2;     // data/bss
    int *heap = malloc(sizeof(int)); // 堆
    *heap = 3;

    const char *str = "hello"; // 字符串常量 → rodata

    printf("【函数内变量】\n");
    printf(" local (stack)            = %p\n", (void *)&local);
    printf(" local_static (data/bss)  = %p\n", (void *)&local_static);
    printf(" heap (heap)              = %p\n", (void *)heap);
    printf(" str literal (rodata)     = %p\n", (void *)str);

    free(heap);
}

int main()
{
    printf("【全局变量】\n");
    printf(" g_init (data)            = %p\n", (void *)&g_init);
    printf(" g_uninit (bss)           = %p\n", (void *)&g_uninit);
    printf(" s_init (data)            = %p\n", (void *)&s_init);
    printf(" s_uninit (bss)           = %p\n", (void *)&s_uninit);
    printf(" g_const (rodata/data)    = %p\n", (void *)&g_const);

    printf("\n");
    test_function();

    return 0;
}
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【全局变量】
 g_init (data)            = 00404004
 g_uninit (bss)           = 00407074
 s_init (data)            = 00404008
 s_uninit (bss)           = 00407020
 g_const (rodata/data)    = 00405064

【函数内变量】
 local (stack)            = 0061FEF4
 local_static (data/bss)  = 0040400C
 heap (heap)              = 00B91468
 str literal (rodata)     = 00405068

  • 栈地址（local）通常最高（靠近顶部）

  • 堆地址（malloc）通常在中间

  • data/bss（全局、static）在低地址

  • rodata（字符串常量）比 data/bss 更低

  • text 段（代码）更低

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动对其初始化。

数组

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#include <stdio.h>

#define LENGTH(array) (sizeof(array) / sizeof(array[0]))

int main() {
    int array2[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int length = LENGTH(array2);

    printf("Array length: %d\n", length);

    return 0;
}
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Array length: 5

指针

指针就是 存储变量地址的变量。

  • 用 * 表示指针类型
  • 用 & 取变量地址
  • 用 * 解引用（访问指针指向的值）
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#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;       // normal integer variable
    int *p = &a;      // define pointer p pointing to a's address

    printf("Value of variable a: %d\n", a);          
    printf("Address of variable a: %p\n", (void*)&a); 
    printf("Address stored in pointer p: %p\n", (void*)p); 
    printf("Value accessed through pointer p: %d\n", *p);    

    // modify the value through pointer
    *p = 20;
    printf("Value of a after modification: %d\n", a); 

    // address of the pointer itself
    printf("Address of pointer p: %p\n", (void*)&p);

    return 0;
}
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Value of variable a: 10
Address of variable a: 0061FF1C
Address stored in pointer p: 0061FF1C
Value accessed through pointer p: 10
Value of a after modification: 20
Address of pointer p: 0061FF18

复杂用法：

类型 用途
指针数组 保存多个变量地址
指向指针 多级访问，修改指针本身
函数指针 动态调用函数，回调
动态二维数组 矩阵、多维动态数据
指针 + 结构体 链表、树、图等动态数据结构

指针数组（Array of Pointers）

指针数组是一个数组，每个元素都是一个指针。

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#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 1, b = 2, c = 3;
    int *arr[3] = {&a, &b, &c}; // array of pointers

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("arr[%d] points to value = %d\n", i, *arr[i]);
    }

    return 0;
}
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arr[0] points to value = 1
arr[1] points to value = 2
arr[2] points to value = 3

指向指针的指针（Pointer to Pointer）

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#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int *p = &a;
    int **pp = &p; // pointer to a pointer

    printf("a = %d\n", a);
    printf("*p = %d\n", *p);
    printf("**pp = %d\n", **pp);

    **pp = 20; // modify a through double pointer
    printf("a after modification = %d\n", a);

    return 0;
}
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a = 10
*p = 10
**pp = 10
a after modification = 20

指针和函数（函数指针）

函数指针可以存储函数地址，实现动态调用。

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#include <stdio.h>

int add(int a,int b){ return a+b; }
int sub(int a,int b){ return a-b; }

int main() {
    int (*func)(int,int); // 函数指针

    func = add;
    printf("add: %d\n", func(5,3));
    printf("add address: %p\n", (void*)func);  // 打印函数地址

    func = sub;
    printf("sub: %d\n", func(5,3));
    printf("sub address: %p\n", (void*)func);  // 打印函数地址

    return 0;
}
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add: 8
add address: 00401460
sub: 2
sub address: 0040146D
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#include <stdlib.h>  
#include <stdio.h>
 
void populate_array(int *array, size_t arraySize, int (*getNextValue)(void))
{
    for (size_t i=0; i<arraySize; i++)
        array[i] = getNextValue();
}
 
// 获取随机值
int getNextRandomValue(void)
{
    return rand();
}
 
int main(void)
{
    int myarray[10];
    /* getNextRandomValue 不能加括号，否则无法编译，因为加上括号之后相当于传入此参数时传入了 int , 而不是函数指针*/
    populate_array(myarray, 10, getNextRandomValue);
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ", myarray[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}
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41 18467 6334 26500 19169 15724 11478 29358 26962 24464

动态二维数组

用途：二维/多维动态数组、矩阵运算。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int rows = 2, cols = 3;
    int **matrix = malloc(rows * sizeof(int *)); // 行指针
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        matrix[i] = malloc(cols * sizeof(int)); // 每行分配列

    matrix[0][0] = 1;
    matrix[1][2] = 9;

    printf("%d %d\n", matrix[0][0], matrix[1][2]);

    // 释放内存
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        free(matrix[i]);
    free(matrix);

    return 0;
}
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指针和结构体（复杂数据结构）

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node
{
    int val;
    struct Node *next;
} Node;

int main()
{
    Node *head = malloc(sizeof(Node));
    head->val = 10;
    head->next = malloc(sizeof(Node));
    head->next->val = 20;
    head->next->next = NULL;

    Node *p = head;
    while (p)
    {
        printf("%d -> ", p->val);
        p = p->next;
    }
    printf("NULL\n");

    // 释放内存
    free(head->next);
    free(head);

    return 0;
}
1
10 -> 20 -> NULL

字符串

定义方式 内存位置 是否可修改 特点
char str[] = "Hello"; 栈 可修改 自动加 \0
char str[10] = "Hi"; 栈 可修改 数组大小固定，未用空间填 \0
char str[] = {'H','e','l','l','o','\0'}; 栈 可修改 手动控制每个字符
char *str = "Hello"; 只读数据段 不可修改 指针指向字面量，节省内存
char str[] = ""; 或 char *str = ""; 栈 / 只读数据段 可修改/不可修改 空字符串初始化 
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#include <stdio.h>

int main()
{
    // 1. 自动加 '\0'
    char str1[] = "Hello";
    str1[0] = 'h'; // 可修改
    printf("str1 = %s\n", str1);

    // 2. 指定大小初始化
    char str2[10] = "Hi";
    str2[2] = '!';
    str2[3] = '\0'; // 手动补 '\0'
    printf("str2 = %s\n", str2);

    // 3. 逐个字符初始化
    char str3[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};
    str3[0] = 'h'; // 可修改
    printf("str3 = %s\n", str3);

    // 4. 指针指向字面量
    char *str4 = "Hello";
    printf("str4 = %s\n", str4);
    // str4[0] = 'h'; // ⚠️ 不可修改，运行可能崩溃

    // 5. 空字符串
    char str5[1] = ""; // 栈上的空字符串
    char *str6 = "";   // 只读数据段的空字符串
    printf("str5 = '%s', str6 = '%s'\n", str5, str6);

    return 0;
}
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str1 = hello
str2 = Hi!
str3 = hello
str4 = Hello
str5 = '', str6 = ''

string.h 提供了操作字符串和内存块的常用函数，包括：

函数 功能 示例
strlen(s) 返回字符串长度（不包含 ‘\0’） int len = strlen(str1);
strcpy(dest, src) 字符串复制 strcpy(dest, src);
strncpy(dest, src, n) 指定长度复制 strncpy(dest, src, 3);
strcat(dest, src) 字符串拼接 strcat(dest, "World");
strcmp(s1, s2) 比较两个字符串 strcmp("a","b") < 0
strncmp(s1, s2, n) 比较前 n 个字符 strncmp("abc","abd",2)
strchr(s, c) 查找字符首次出现 strchr("abc",'b')
strrchr(s, c) 查找字符最后出现 strrchr("abcb",'b')
strstr(s1, s2) 查找子串 strstr("HelloWorld","World")
memset(ptr, val, n) 内存填充 memset(arr, 0, sizeof(arr))
memcpy(dest, src, n) 内存拷贝 memcpy(dest, src, 5) 
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#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str1[20] = "Hello";
    char str2[] = "World";
    char str3[20];

    // strlen
    printf("Length of str1: %lu\n", strlen(str1));

    // strcpy
    strcpy(str3, str1);
    printf("str3 = %s\n", str3);

    // strcat
    strcat(str3, str2);
    printf("After concatenation, str3 = %s\n", str3);

    // strcmp
    if(strcmp(str1, str2) < 0) {
        printf("str1 < str2\n");
    }

    // strchr
    char *p = strchr(str3, 'o');
    if(p) {
        printf("'o' appears at position: %ld\n", p - str3);
    }

    // memset
    memset(str3, '*', 5);
    str3[5] = '\0';
    printf("After memset, str3 = %s\n", str3);

    return 0;
}
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Length of str1: 5
str3 = Hello
After concatenation, str3 = HelloWorld
str1 < str2
'o' appears at position: 4
After memset, str3 = *****

结构体

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct
{
    char name[50];
    int age;
    float score;
} Student;

int main()
{
    // 初始化结构体
    Student s1 = {"Alice", 20, 95.5};

    // 访问成员
    printf("Name: %s\n", s1.name);
    printf("Age: %d\n", s1.age);
    printf("Score: %.2f\n", s1.score);

    // 修改成员
    s1.age = 21;
    strcpy(s1.name, "Alice Zhang");
    printf("Updated Name: %s, Age: %d\n", s1.name, s1.age);

    // 结构体数组
    Student class[2] = {{"Bob", 22, 88.0}, {"Charlie", 19, 92.5}};
    for (int i = 0; i < 2; i++)
    {
        printf("%s - %d - %.2f\n", class[i].name, class[i].age, class[i].score);
    }

    return 0;
}
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Name: Alice
Age: 20
Score: 95.50
Updated Name: Alice Zhang, Age: 21
Bob - 22 - 88.00
Charlie - 19 - 92.50

结构体指针

特性 说明
定义 Student *p = &s1;
访问成员 (*p).age 或 p->age
函数传递 用指针避免结构体拷贝
动态分配 malloc(sizeof(Student)) 分配结构体内存 
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct
{
    char name[50];
    int age;
    float score;
} Student;

void printStudent(Student *p)
{
    printf("%s - %d - %.2f\n", p->name, p->age, p->score);
}

int main()
{
    Student s1 = {"Alice", 20, 95.5};
    Student *p = &s1;

    // 通过指针访问
    printf("Name: %s, Age: %d\n", p->name, p->age);

    // 修改成员
    p->score = 100.0;
    printStudent(p);

    // 动态分配
    Student *p2 = (Student *)malloc(sizeof(Student));
    strcpy(p2->name, "Bob");
    p2->age = 22;
    p2->score = 88.0;
    printStudent(p2);

    free(p2);
    return 0;
}
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Name: Alice, Age: 20
Alice - 20 - 100.00
Bob - 22 - 88.00

共用体

共用体是一种特殊的数据类型，它允许多个成员 共享同一块内存。

同一时刻，union 只能存储其中一个成员的值。

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    union Data data;

    data.i = 10;
    printf("data.i = %d\n", data.i);

    data.f = 3.14;   // i 的值被覆盖
    printf("data.f = %.2f\n", data.f);
    printf("data.i = %d\n", data.i); // 输出不可预期

    strcpy(data.str, "Hello");
    printf("data.str = %s\n", data.str);
    printf("data.f = %.2f\n", data.f); // 输出不可预期

    printf("Size of union: %zu\n", sizeof(data));

    return 0;
}
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data.i = 10
data.f = 3.14
data.i = 1078523331
data.str = Hello
data.f = 1143139122437582500000000000.00
Size of union: 20

位域

  • 位域允许你在结构体中指定 成员占用的位数，而不是整个字节或类型的大小。
  • 用途：
    1. 节省内存（尤其是多个标志位、状态位等）
    2. 与硬件寄存器对应（嵌入式编程常用）
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#include <stdio.h>

struct Flags {
    unsigned int flag1 : 1;
    unsigned int flag2 : 3;
    unsigned int flag3 : 4;
};

int main() {
    struct Flags f;

    f.flag1 = 1;
    f.flag2 = 5;  // 3 位能存的最大值是 7
    f.flag3 = 10; // 4 位能存的最大值是 15

    printf("flag1 = %u\n", f.flag1);
    printf("flag2 = %u\n", f.flag2);
    printf("flag3 = %u\n", f.flag3);

    return 0;
}
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flag1 = 1
flag2 = 5
flag3 = 10

typedef

给已有类型 取一个新的名字（别名）

使代码更清晰，尤其是在使用复杂类型（如结构体、函数指针、数组类型）时

不会创建新类型，只是给现有类型起一个别名

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#include <stdio.h>
#include <string.h>

// 结构体 typedef
typedef struct
{
    char name[50];
    int age;
} Student;

// 数组 typedef
typedef int IntArray[5];

// 函数指针 typedef
typedef int (*Operation)(int, int);

int add(int a, int b) { return a + b; }
int multiply(int a, int b) { return a * b; }

int main()
{
    // 使用结构体别名
    Student s1;
    strcpy(s1.name, "Alice");
    s1.age = 20;
    printf("%s - %d\n", s1.name, s1.age);

    // 使用数组别名
    IntArray arr = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");

    // 使用函数指针别名
    Operation op = add;
    printf("2 + 3 = %d\n", op(2, 3));
    op = multiply;
    printf("2 * 3 = %d\n", op(2, 3));

    return 0;
}
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Alice - 20
1 2 3 4 5 
2 + 3 = 5
2 * 3 = 6

文件

模式 含义
"r" 只读，文件必须存在
"w" 只写，文件不存在则创建，存在则清空
"a" 追加写，文件不存在则创建
"r+" 读写，文件必须存在
"w+" 读写，文件不存在则创建，存在则清空
"a+" 读写，文件不存在则创建，写入追加到末尾 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define FILENAME "example.txt"
#define MAX_LINE 256

// 创建/写文件
void write_file() {
    FILE *fp = fopen(FILENAME, "w"); // 覆盖写
    if (!fp) { perror("Failed to open file"); return; }

    fprintf(fp, "Alice, 20, 95\n");
    fprintf(fp, "Bob, 22, 88\n");
    fprintf(fp, "Charlie, 21, 92\n");
    fclose(fp);
    printf("File written successfully.\n");
}

// 读取文件
void read_file() {
    FILE *fp = fopen(FILENAME, "r");
    if (!fp) { printf("File not found.\n"); return; }

    char line[MAX_LINE];
    printf("File content:\n");
    while (fgets(line, sizeof(line), fp)) {
        printf("%s", line);
    }
    fclose(fp);
}

// 追加写入
void append_file(const char *text) {
    FILE *fp = fopen(FILENAME, "a"); // 追加写
    if (!fp) { perror("Failed to open file"); return; }

    fprintf(fp, "%s\n", text);
    fclose(fp);
    printf("Appended: %s\n", text);
}

// 修改文件内容（替换包含关键字的行）
void modify_file(const char *keyword, const char *new_text) {
    FILE *fp = fopen(FILENAME, "r");
    if (!fp) return;

    FILE *tmp = fopen("tmp.txt", "w");
    char line[MAX_LINE];
    int found = 0;

    while (fgets(line, sizeof(line), fp)) {
        if (strstr(line, keyword)) {
            fputs(new_text, tmp);
            fputc('\n', tmp);
            found = 1;
        } else {
            fputs(line, tmp);
        }
    }

    fclose(fp);
    fclose(tmp);

    if (found) {
        remove(FILENAME);
        rename("tmp.txt", FILENAME);
        printf("Modified lines containing: %s\n", keyword);
    } else {
        remove("tmp.txt");
        printf("No line found containing: %s\n", keyword);
    }
}

// 删除文件
void delete_file() {
    if (remove(FILENAME) == 0) {
        printf("File deleted successfully.\n");
    } else {
        perror("Failed to delete file");
    }
}

// 查找包含关键字的行
void find_in_file(const char *keyword) {
    FILE *fp = fopen(FILENAME, "r");
    if (!fp) { printf("File not found.\n"); return; }

    char line[MAX_LINE];
    int found = 0;

    printf("Search results for \"%s\":\n", keyword);
    while (fgets(line, sizeof(line), fp)) {
        if (strstr(line, keyword)) {
            printf("%s", line);
            found = 1;
        }
    }

    if (!found) printf("No match found.\n");
    fclose(fp);
}

int main() {
    // 创建/写
    write_file();
    read_file();
    printf("\n");

    // 追加
    append_file("David, 23, 85");
    read_file();
    printf("\n");

    // 修改
    modify_file("Bob", "Bob, 22, 90");
    read_file();
    printf("\n");

    // 查找
    find_in_file("Charlie");
    printf("\n");

    // 删除
    delete_file();
    read_file();

    return 0;
}
操作 对应函数
创建/写 write_file() → fopen("w"), fprintf
读取 read_file() → fopen("r"), fgets
追加 append_file() → fopen("a"), fprintf
修改 modify_file() → 读入内存 → 修改 → 覆盖写
删除 delete_file() → remove()
查找 find_in_file() → fopen("r"), strstr

可变参数

可变参数指函数的参数个数 不固定，调用时可以传任意数量的参数。

C 语言通过 <stdarg.h> 提供支持。

宏 作用
va_list 定义一个变量，用于存放参数列表信息
va_start(ap, last_fixed) 初始化 ap，last_fixed 是最后一个固定参数
va_arg(ap, type) 获取参数列表中的下一个参数，指定类型 type
va_end(ap) 清理 ap，完成后必须调用 
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#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

// 可变参数函数：计算 sum
int sum(int count, ...)
{
    int total = 0;
    va_list args;          // 定义参数列表
    va_start(args, count); // 初始化

    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        int value = va_arg(args, int); // 获取下一个参数
        total += value;
    }

    va_end(args); // 清理
    return total;
}

int main()
{
    printf("sum(1, 2, 3) = %d\n", sum(3, 1, 2, 3));
    printf("sum(5, 1, 2, 3, 4, 5) = %d\n", sum(5, 1, 2, 3, 4, 5));
    return 0;
}
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sum(1, 2, 3) = 6
sum(5, 1, 2, 3, 4, 5) = 15

动态内存管理

函数 初始化 返回类型 是否可改变大小 说明
malloc 不初始化 void* 否 分配指定字节内存
calloc 初始化为 0 void* 否 分配 num*size 字节内存
realloc 保留原内容 void* 是 改变已分配内存大小
free - - - 释放动态内存 
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    // ---------------------------
    // 1. malloc: allocate uninitialized memory
    // ---------------------------
    int *arr1 = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
    if (!arr1)
    {
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }
    printf("Contents of memory allocated by malloc (uninitialized, may contain garbage values):\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", arr1[i]);
    printf("\n");

    // ---------------------------
    // 2. calloc: allocate and initialize memory to 0
    // ---------------------------
    int *arr2 = (int *)calloc(5, sizeof(int));
    if (!arr2)
    {
        perror("calloc failed");
        return 1;
    }
    printf("Contents of memory allocated by calloc (initialized to 0):\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", arr2[i]);
    printf("\n");

    // ---------------------------
    // 3. realloc: change memory size
    // ---------------------------
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        arr2[i] = i + 1;
    arr2 = (int *)realloc(arr2, 8 * sizeof(int)); // expand to 8 elements
    if (!arr2)
    {
        perror("realloc failed");
        return 1;
    }
    for (int i = 5; i < 8; i++)
        arr2[i] = i + 1; // initialize new elements
    printf("Contents of memory after realloc:\n");
    for (int i = 0; i < 8; i++)
        printf("%d ", arr2[i]);
    printf("\n");

    // ---------------------------
    // 4. free: release memory
    // ---------------------------
    free(arr1);
    free(arr2);
    arr1 = NULL;
    arr2 = NULL;
    printf("Memory has been freed.\n");

    return 0;
}
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Contents of memory allocated by malloc (uninitialized, may contain garbage values):
12398976 12393768 0 0 0 
Contents of memory allocated by calloc (initialized to 0):
0 0 0 0 0
Contents of memory after realloc:
1 2 3 4 5 6 7 8
Memory has been freed.

命令行参数

  • argc (argument count): 表示命令行参数的数量，包括程序名本身。因此，argc 至少为 1。
  • argv (argument vector): 是一个指向字符串数组的指针，其中每个字符串是一个命令行参数。数组的第一个元素（即 argv[0]）通常是程序的名称。接下来的元素是传递给程序的命令行参数。
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#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Number of arguments: %d\n", argc);
    for (int i = 0; i < argc; i++) {
        printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]);
    }
    return 0;
}

标准库

头文件 功能简介
<stdio.h> 标准输入输出库，包含 printf、scanf、fgets、fputs 等函数。
<stdlib.h> 标准库函数，包含内存分配、程序控制、转换函数等，如 malloc、free、exit、atoi、rand 等。
<string.h> 字符串操作函数，如 strlen、strcpy、strcat、strcmp 等。
<math.h> 数学函数库，包含各种数学运算函数，如 sin、cos、tan、exp、log、sqrt 等。
<time.h> 时间和日期函数，如 time、clock、difftime、strftime 等。
<ctype.h> 字符处理函数，如 isalpha、isdigit、isspace、toupper、tolower 等。
<limits.h> 定义各种类型的限制值，如 INT_MAX、CHAR_MIN、LONG_MAX 等。
<float.h> 定义浮点类型的限制值，如 FLT_MAX、DBL_MIN 等。
<assert.h> 包含宏 assert，用于在调试时进行断言检查。
<errno.h> 定义了错误码变量 errno 及相关宏，用于表示和处理错误。
<stddef.h> 定义了一些通用类型和宏，如 size_t、ptrdiff_t、NULL 等。
<signal.h> 定义了处理信号的函数和宏，如 signal、raise 等。
<setjmp.h> 提供非本地跳转功能的宏和函数，如 setjmp、longjmp 等。
<locale.h> 定义了与地域化相关的函数和宏，如 setlocale、localeconv 等。
<stdarg.h> 提供处理可变参数函数的宏，如 va_start、va_arg、va_end 等。
<stdbool.h> 定义布尔类型和值 true 和 false。
<stdint.h> 定义了精确宽度的整数类型，如 int8_t、uint16_t 等。
<inttypes.h> 提供与整数类型相关的格式化输出宏和函数。
<complex.h> 提供复数运算的函数和宏，如 cabs、carg 等。
<tgmath.h> 为泛型数学函数提供宏，以简化对不同类型数据的数学运算。
<fenv.h> 提供对浮点环境的控制，如舍入模式和异常状态。

C++

数据类型

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#include <iostream>
#include <limits> // std::numeric_limits

int main()
{
   std::cout << "bool: " << std::numeric_limits<bool>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<bool>::max() << "\n";

   std::cout << "char: " << int(std::numeric_limits<char>::min()) << " to "
             << int(std::numeric_limits<char>::max()) << "\n";

   std::cout << "unsigned char: " << int(std::numeric_limits<unsigned char>::min()) << " to "
             << int(std::numeric_limits<unsigned char>::max()) << "\n";

   std::cout << "short: " << std::numeric_limits<short>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<short>::max() << "\n";

   std::cout << "unsigned short: " << std::numeric_limits<unsigned short>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<unsigned short>::max() << "\n";

   std::cout << "int: " << std::numeric_limits<int>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<int>::max() << "\n";

   std::cout << "unsigned int: " << std::numeric_limits<unsigned int>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<unsigned int>::max() << "\n";

   std::cout << "long long: " << std::numeric_limits<long long>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<long long>::max() << "\n";

   std::cout << "unsigned long long: " << std::numeric_limits<unsigned long long>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<unsigned long long>::max() << "\n";

   std::cout << "float: " << std::numeric_limits<float>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<float>::max() << "\n";

   std::cout << "double: " << std::numeric_limits<double>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<double>::max() << "\n";
             
   std::cout << "wchar_t: "
             << std::numeric_limits<wchar_t>::min() << " to "
             << std::numeric_limits<wchar_t>::max() << "\n";
   return 0;
}

wchar_t 也是 C++ 的基本字符类型之一，用于表示宽字符，可以存储 Unicode 字符。常用于需要支持多语言字符的场景，比如中文、日文等。

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bool: 0 to 1
char: -128 to 127
unsigned char: 0 to 255
short: -32768 to 32767
unsigned short: 0 to 65535
int: -2147483648 to 2147483647
unsigned int: 0 to 4294967295
long long: -9223372036854775808 to 9223372036854775807
unsigned long long: 0 to 18446744073709551615
float: 1.17549e-038 to 3.40282e+038
double: 2.22507e-308 to 1.79769e+308
wchar_t: 0 to 65535

字符串

C++ 标准库提供了 std::string，是一个类，封装了字符数组和常用操作。

特性 C 字符串 C++ 字符串
类型 char[] 或 char* std::string
结尾标志 \0 内部管理，不依赖 \0
内存管理 手动 自动
拼接 strcat() + 操作符
长度获取 strlen() .length() 或 .size()
比较 strcmp() ==, != 等
安全性 易溢出 更安全，异常安全 
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#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str1 = "Hello";
    std::string str2 = "World";

    // Concatenate
    std::string str3 = str1 + " " + str2;
    
    // Length
    std::cout << "Length: " << str3.length() << std::endl;

    // Access characters
    for (size_t i = 0; i < str3.length(); i++) {
        std::cout << str3[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // Compare
    if (str1 != str2) {
        std::cout << str1 << " and " << str2 << " are different" << std::endl;
    }

    return 0;
}
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Length: 11
H e l l o   W o r l d
Hello and World are different

引用

引用是一种 别名机制，即给已有变量取一个别名。

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#include <iostream>

void addOne(int &x) { x += 1; }

int main()
{
   int a = 5;
   addOne(a);
   std::cout << a << std::endl;
}
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Vector

vector 是 C++ 标准模板库（STL）提供的 动态数组容器，属于 顺序容器。

它的特点是：

  1. 动态大小：可以根据需要自动增长或缩小，不需要像普通数组一样预先指定长度。
  2. 连续内存存储：和数组类似，支持通过下标访问元素，访问速度快。
  3. 提供丰富接口：支持插入、删除、查找、排序等操作。
  4. 类型安全：vector 是模板类，存储特定类型的元素。
功能 Python list C++ vector
动态大小 可以随时增加或删除元素 push_back()、pop_back() 等操作
下标访问 lst[i] v[i] 或 v.at(i)
遍历 for x in lst: for (auto x : v)
末尾添加 append() push_back()
删除元素 pop() / remove() pop_back() / erase()
支持任意类型 可以存对象 模板类型，例如 vector<int>、vector<string> 
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#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
   vector<int> v;   // 类似 Python list
   v.push_back(10); // append
   v.push_back(20);
   v.push_back(30);

   // 遍历
   for (auto x : v)
      cout << x << " ";
   cout << endl;

   // 删除末尾
   v.pop_back();

   // 插入
   v.insert(v.begin() + 1, 15); // 类似 Python list.insert(1, 15)

   // 输出最终内容
   for (auto x : v)
      cout << x << " ";
   cout << endl;

   return 0;
}
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面向对象

C++ 是多范式语言，支持 面向对象编程，OOP 的核心理念是将数据和操作封装在“对象”中。

特性 描述 示例
封装（Encapsulation） 将数据（成员变量）和操作（成员函数）封装在类里，并通过访问控制保护数据 private、public
继承（Inheritance） 新的类可以继承已有类的属性和方法，实现代码重用 class 子类 : public 父类
多态（Polymorphism） 同一个接口可以有不同实现（运行时多态通常通过虚函数实现） virtual + 覆盖函数

封装

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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 类定义
class Person {
private:
    string name;   // 私有成员，封装数据
    int age;

public:
    // 构造函数
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 公有成员函数
    void introduce() {
        cout << "我是 " << name << "，今年 " << age << " 岁。" << endl;
    }

    // 设置年龄（封装示例）
    void setAge(int a) {
        if (a >= 0) age = a;
    }

    int getAge() { return age; }
};

int main() {
    Person p1("Alice", 20); // 创建对象
    p1.introduce();

    p1.setAge(21);
    cout << "修改年龄后: " << p1.getAge() << endl;

    return 0;
}

继承

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class Student : public Person { // 公有继承
private:
    string school;

public:
    Student(string n, int a, string s) : Person(n, a), school(s) {}

    void showSchool() {
        cout << "学校: " << school << endl;
    }
};

int main() {
    Student s1("Bob", 18, "清华大学");
    s1.introduce();   // 继承父类方法
    s1.showSchool();  // 子类方法
}

多态

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class Animal {
public:
    virtual void sound() { // 虚函数
        cout << "动物叫声" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void sound() override { // 重写父类虚函数
        cout << "汪汪汪" << endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void sound() override {
        cout << "喵喵喵" << endl;
    }
};

void makeSound(Animal* a) {
    a->sound(); // 根据对象实际类型调用
}

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;

    makeSound(&dog); // 汪汪汪
    makeSound(&cat); // 喵喵喵
}

重载

函数重载

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#include <iostream>
using namespace std;

// 普通函数重载
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

int add(int a, int b, int c) {
    return a + b + c;
}

int main() {
    cout << add(1, 2) << endl;        // 调用 int add(int,int)
    cout << add(1.5, 2.3) << endl;    // 调用 double add(double,double)
    cout << add(1, 2, 3) << endl;     // 调用 int add(int,int,int)
}
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3.8
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运算符重载

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#include <iostream>
using namespace std;

class Point {
public:
    int x, y;
    Point(int a=0, int b=0) : x(a), y(b) {}

    // 重载 + 运算符
    Point operator+(const Point& p) {
        return Point(x + p.x, y + p.y);
    }

    void show() {
        cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;
    }
};

int main() {
    Point p1(1, 2);
    Point p2(3, 4);
    Point p3 = p1 + p2; // 使用重载的 +
    p3.show();           // 输出 (4,6)
}
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(4,6)

异常处理

C 语言 没有 try 和 catch，也就是说 C 语言没有内置的异常处理机制，这是 C++ 引入的一部分特性。

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#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

double divide(double a, double b)
{
   if (b == 0)
      throw runtime_error("Division by zero"); // throw exception
   return a / b;
}

int main()
{
   try
   {
      cout << divide(10, 2) << endl; // normal
      cout << divide(10, 0) << endl; // will throw exception
   }
   catch (const exception &e)
   {
      cout << "Caught exception: " << e.what() << endl;
   }

   cout << "Program continues execution" << endl;
   return 0;
}
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Caught exception: Division by zero
Program continues execution

动态内存

特性 malloc © new (C++)
类型安全 否，需要强制转换 是，不需要转换
构造函数/析构函数 不调用 调用
内存释放 free delete / delete[]
失败处理 返回 NULL 抛出异常 bad_alloc
可重载 否 是 
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#include <iostream>
#include <cstdlib> // malloc, free
using namespace std;

class MyClass
{
public:
   MyClass()
   {
      cout << "Constructor called" << endl;
   }
   ~MyClass()
   {
      cout << "Destructor called" << endl;
   }
   void sayHello()
   {
      cout << "Hello from MyClass" << endl;
   }
};

int main()
{
   cout << "=== Using malloc ===" << endl;
   // malloc 分配内存，但不会调用构造函数
   MyClass *obj1 = (MyClass *)malloc(sizeof(MyClass));
   // obj1->sayHello(); // 可能未初始化，调用可能异常
   free(obj1); // 不会调用析构函数

   cout << "\n=== Using new ===" << endl;
   // new 分配内存并调用构造函数
   MyClass *obj2 = new MyClass();
   obj2->sayHello();
   delete obj2; // 会调用析构函数

   return 0;
}
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=== Using malloc ===

=== Using new ===
Constructor called
Hello from MyClass
Destructor called

命名空间

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#include <iostream>

namespace A {
    int x = 5;
}

namespace B {
    int x = 10;
}

int main() {
    std::cout << A::x << std::endl;  // 输出 5
    std::cout << B::x << std::endl;  // 输出 10
}
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模板

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#include <iostream>
using namespace std;

// 函数模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    cout << add(10, 20) << endl;      // int
    cout << add(1.5, 2.3) << endl;    // double
    return 0;
}

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3.8

标准库

类别 头文件 简介
输入输出 <iostream> 标准输入输出流
<fstream> 文件输入输出流
<sstream> 字符串流
<iomanip> 输入输出流格式化
容器 <array> 定长数组容器
<vector> 动态数组容器
<deque> 双端队列容器
<list> 双向链表容器
<forward_list> 单向链表容器
<stack> 栈容器适配器
<queue> 队列容器适配器
<priority_queue> 优先队列容器适配器
<set> 集合容器（基于平衡二叉树）
<unordered_set> 无序集合容器（基于哈希表）
<map> 映射容器（键值对，基于平衡二叉树）
<unordered_map> 无序映射容器（基于哈希表）
<bitset> 二进制位容器
算法与迭代器 <algorithm> 常用算法（排序、查找等）
<iterator> 迭代器
函数对象与绑定 <functional> 定义函数对象及相关工具
数学与数值运算 <numeric> 数值操作（累计、乘积等）
<complex> 复数运算
<valarray> 数组类及相关操作
<cmath> 数学函数
字符串与正则 <string> 标准字符串类
<regex> 正则表达式
时间与日期 <ctime> 时间处理
<chrono> 时间库
多线程与并发 <thread> 多线程支持
<mutex> 互斥量
<condition_variable> 条件变量
<future> 异步编程支持
<atomic> 原子操作
内存管理 <memory> 智能指针及动态内存管理
<new> 动态内存分配
类型特性与 RTTI <type_traits> 类型特性
<typeinfo> 运行时类型识别
异常处理 <exception> 异常处理基类及相关工具
<stdexcept> 常用异常类（如 std::runtime_error）
C 风格输入输出 <cstdio> C 风格输入输出
其他工具 <cstdint> 定长整数类型
<utility> 通用工具（如 std::pair、std::move）
<random> 随机数生成
<locale> 本地化支持
<codecvt> 字符编码转换
<cassert> 断言
<cctype> 字符处理
<cstring> 字符串处理
<cwchar> 宽字符处理
<climits> 数值极限
<cfloat> 浮点极限
<cstdlib> 常用工具（如 std::rand、std::abs）
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