关键字 - 第一讲

关键字深度剖析

• 内容方面：这本书并不是一本好书，因为书中存在很多错误。

• 编写思路：从编写思路上来看，它是一本好书。它用最少的篇幅，能够明确地涵盖C语言中的大部分重点内容。

• 学习建议：要学完这本书，需要做到以下几点：

  1. 找到书中所有的错误。

  2. 补充大量的内容。

  3. 通过读书，系统地学习相关知识。

关键字 - 第一讲

目标

• 初步了解关键字的分类。

• 深刻理解变量的概念。

• 深刻理解定义与声明的区别。

• 理解auto关键字。

• 从存储结构角度理解register关键字。

关键字分类

C语言一共有32个关键字（C90/C89标准），C99新增了5个关键字，但目前主流编译器对C99支持不好，因此默认使用C90标准，即32个关键字。

第一个C程序 - 补充内容

//1. vs2022中建立项目
//2. 编写第一个C程序"hello world"
#include <stdio.h>
#include <windows.h> //windows.h系统头文件，仅仅是为了停屏
int main()
{
printf("hello world!\n");
system("pause"); //pause停屏，暂时不讲，会用就行
return 0;
}
//运行程序的方式，当然可以用vs直接启动
//当然，也可以在vs项目中，找到代码生成的二进制可执行程序，双击即可。
//所以：我们的角色是写代码，编译器的角色是把文本代码变成二进制可执行程序。
//双击？不就是windows下启动程序的做法吗？
//那么启动程序的本质是什么呢？将程序数据，加载到内存中，让计算机运行！
//那么为什么要加载到内存中呢？这个在Linux专题有详细的说明

我们将文本代码转化成为可执行程序，可执行程序就是二进制文件，在Windows当中我们是可以通过双击来启动程序的！其本质就是将程序加载到内存当中！任何程序在运行之前都要从硬盘加载到内存当中！

加载到内存中是由冯诺依曼体结构过决定的！ 

因为CPU访问内存超级快，所以程序/数据要加载到内存中！！！

• 局部变量：包含在代码块中的变量，具有临时性。进入代码块时自动形成，退出代码块时自动释放。

• 全局变量：在所有函数外定义的变量，具有全局性，整个程序运行期间都有效。

代码块：用{}括起来的区域称为代码块。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int g_x = 100; // 全局变量

int main()
{
    int x = 10; // 局部变量
    printf("x:%d\n", x);
    system("pause");
    return 0;
}

定义与声明 - 补充内容

什么是变量(是什么)

在内存中开辟特定大小的空间，用来保存数据

关键字：内存

如何定义变量(怎么用)

int x = 10;
char c = 'a';
double d = 3.14;

类型 变量名 = 默认值

为什么要定义变量(为什么)

计算机是为了解决人计算能力不足的问题而诞生的。即，计算机是为了进行计算的。而计算，就需要数据。而要计算，任何一个时刻，不是所有的数据都要立即被计算。如同：要吃饭，不是所有的饭菜都要立即被你吃掉。饭要一口一口吃，那么你还没有吃到的饭菜，就需要暂时放在盘子里。这里的盘子，就如同变量，饭菜如同变量里面的数据。

换句话说，为何需要变量？因为有数据需要暂时被保存起来，等待后续处理。

那么，为什么吃饭要盘子？我想吃一口菜了，直接去锅里找不行吗？当然行，但是效率低。因为我们吃饭的地方，和做饭的地方，是比较"远"的。

变量定义的本质

我们现在已知：

1. 程序运行，需要加载到内存中

2. 程序计算，需要使用变量

那么，定义变量的本质：在内存中开辟一块空间，用来保存数据。（为何一定是内存：因为定义变量，也是程序逻辑的一部分，程序已经被加载到内存）

变量声明的本质

声明就是一种告知，告知这个变量是在某个地方已经定义好了，等后期编译链接就可以用到了。代码我们暂时不写，等到后面讲extern的时候，在细谈。

定义只能定义一次！

声名是可以多次的！

1.1 最宽宏大量的关键字 - auto

变量的分类 - 补充内容

局部变量：包含在代码块中的变量叫做局部变量。局部变量具有临时性。进入代码块，自动形成局部变量，退出代码块自动释放。[网上很多说函数中的变量是局部变量，不能说错，但说法是不准确的]

全局变量：在所有函数外定义的变量，叫做全局变量。全局变量具有全局性。

代码块：用{}括起来的区域，就叫做代码块

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int g_x = 100; //全局变量

int main()
{
    int x = 10; //局部变量，main函数也是函数，也有代码块{}
    printf("x:%d\n", x);

    system("pause");
    return 0;
}

变量的作用域 - 补充内容

作用域概念：指的是该变量的可以被正常访问的代码区域

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main()
{
    int x = 10;
    if (x == 10){
        int y = 20;
        printf("局部: x: %d, y: %d\n", x, y);//只能在本代码块内有效
    }
    printf("局部: x: %d, y: %d\n", x, y);//报错，y不能被访问
    system("pause");
    return 0;
}

局部变量：只在本代码块内有效！！！

全局变量：整个程序运行期间，都有效！

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int g_x = 100; //全局变量

void show()
{
    printf("show: 全局: %d\n", g_x); //在任何代码块中都可以被访问
}
int main()
{
    show();
    printf("main: 全局: %d\n", g_x); //在任何代码块中都可以被访问，甚至被修改
    system("pause");
    return 0;
}
//

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int g_x = 100; //全局变量

int main()
{
    int g_x = 10; //局部变量，与全局同名
    printf("g_x:%d\n", g_x); //输出的是局部，也就是局部和全部同名的时候，优先局部。所以，强烈不建议这样干。
    system("pause");
    return 0;
}

变量的生命周期 - 补充内容

生命周期概念：指的是该变量从定义到被释放的时间范围，所谓的释放，指的是曾经开辟的空间"被释放"

局部变量：进入代码块，形成局部变量[开辟空间]，退出代码块，"释放"局部变量

全局变量：定义完成之后，程序运行的整个生命周期内，该变量一直都有效

通过上面的例子，我们能感知一二，不过真正说清楚，需要等函数讲完，在谈一下。尽管，上面理解也没问题。

作用域 vs 生命周期

深刻理解两者的区别：

作用域(Scope)指的是变量、函数或标识符在代码中的可见性和可访问性范围。

生命周期(Lifetime)指的是变量或对象从创建到销毁的整个存在时间。

auto 相关

如何使用：一般在代码块中定义的变量，即局部变量，默认都是auto修饰的，不过一般省略

默认的所有变量都是auto吗？不是，一般用来修饰局部变量

中断一下：后面我们听到的，局部变量，自动变量，临时变量，都是一回事。我们称局部变量

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main()
{
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("i=%d\n", i);
        if(1)
        {
            auto int j = 0; //自动变量
            printf("before: j=%d\n", j);
            j += 1;
            printf("after : j=%d\n", j);
        }
    }
    system("pause");
    return 0;
}

思考：用auto修饰可以吗？去掉j的auto可以吗？

结论：完全可以，已经很多基本永不使用。

C语言中的auto关键字

含义：

• 表示"自动存储期"的变量（默认的存储类别）

• 是C语言四种存储类别说明符之一（auto, register, static, extern）

特点：

• 默认情况下，函数内定义的变量都是auto的

• 极少显式使用，因为不加存储类别说明符的局部变量默认就是auto

• 变量生命周期限于其所在的作用域（函数/块执行期间）

void func() {
    auto int x = 5;  // 显式使用auto（完全等同于不加auto）
    int y = 10;      // 隐式auto
}

这个和我们的C++11的auto不同哦：C++11的auto

• 类型推导：让编译器根据初始化表达式自动推导变量类型

• 完全改变了原有auto关键字的含义

1.2 最快的关键字 - register

其实，CPU主要是负责进行计算的硬件单元，但是为了方便运算，一般第一步需要先把数据从内存读取到CPU内，那么也就需要CPU具有一定的数据临时存储能力。注意：CPU并不是当前要计算了，才把特定数据读到CPU里面，那样太慢了。

所以现代CPU内，都集成了一组叫做寄存器的硬件，用来做临时数据的保存。

存储金字塔

全部集成在现代CPU内部

距离CPU越近的存储硬件，速度越快。

寄存器的认识

当前，各位同志可以不关系硬件细节，只要知道CPU内集成了一组存储硬件即可，这组硬件叫做寄存器。

寄存器存在的本质

在硬件层面上，提高计算机的运算效率。因为不需要从内存里读取数据啦。

register 修饰变量

尽量将所修饰变量，放入CPU寄存区中，从而达到提高效率的目的

那么什么样的变量，可以采用register呢？

1. 局部的（全局会导致CPU寄存器被长时间占用）

2. 不会被写入的（写入就需要写回内存，后续还要读取检测的话，register的意义在哪呢？）

3. 高频被读取的（提高效率所在）

4. 如果要使用，请不要大量使用，因为寄存器数量有限

这里除了上面的，再有一点，就是register修饰的变量，不能取地址（因为已经放在寄存区中了嘛，地址是内存相关的概念）

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

int main()
{
    register int a = 0;
    //a = 200;//可以被写入，但是register的意义就没了！
    printf("%a = %p\n", &a);
    //编译器报错：错误 1 error C2103：寄存器变量上的"&"
    //注意，这里不是所有的编译器都报错，目前我们的vs2013是报错的。
    //鉴于有些同志刚开始学，不给大家增加负担，我们后面再慢慢引入另一个编译器。
    system("pause");
    return 0;
}

我的意见：该关键字，不用管，因为现在的编译器，已经很智能了，能够进行比人更好的代码优化。早期编译器需要人为指定register，来进行手动优化，现在不需要了。