C++基础语法和内存管理

# 1. C语言基础简介

## 1.1 C语言概述
C语言是一种通用的高级语言，由美国贝尔实验室的Dennis Ritchie在20世纪70年代初设计出来。C语言是一种广泛使用的计算机编程语言，它可以用于系统软件的编写，以及应用软件的开发。C语言具有高效、灵活、功能丰富等特点，被认为是程序员必备的基本功之一。

## 1.2 C语言的特点
- C语言具有源代码级的可移植性，一个用C语言编写的程序可以在不同的计算机上进行编译，而不需要修改任何代码。
- C语言提供了丰富的运算符和表达式，可以进行灵活的计算和逻辑操作。
- C语言支持低级内存访问，可以直接操作内存地址，实现底层细节的控制。

## 1.3 C语言的发展历史
C语言的发展历史可以分为以下几个阶段：
- 1972年，Dennis Ritchie设计出最初版本的C语言，并用于Unix操作系统的重写工作。
- 1978年，美国国家标准协会（ANSI）开始着手制定C语言的标准，最终于1989年发布了ANSI C标准，即C89。
- 1999年，ANSI C标准进行了修订，新的标准称为C99，增加了一些新特性和改进。

以上是C语言基础简介部分的内容，后续章节将深入探讨C语言的基础语法、函数与指针、内存管理、结构体与联合体、文件操作与输入输出等方面的知识。

# 2. C语言基础语法

### 2.1 数据类型和变量
C语言中的数据类型和变量是基础的概念，是我们编写程序的基础。数据类型决定了变量所占用的内存空间，以及变量能够存储的值的范围和类型。

#### 2.1.1 基本数据类型
在C语言中，基本数据类型包括整型、浮点型、字符型和布尔型。以下是常用的基本数据类型及其在内存中的大小。

- 整型：int、short、long、unsigned int、unsigned short、unsigned long
- 浮点型：float、double
- 字符型：char
- 布尔型：bool

#### 2.1.2 变量的声明和定义
在C语言中，我们需要先声明一个变量，然后才能使用它。变量的声明将变量的名称和数据类型告诉编译器，而变量的定义则为变量分配内存空间。

// 变量的声明
int num;
float pi;

// 变量的定义
int num = 10;
float pi = 3.14;

#### 2.1.3 变量的命名规则
在C语言中，变量的命名需要遵循一定的规则：

- 变量名由字母、数字和下划线组成，不能以数字开头。
- 变量名区分大小写。
- 变量名不能与C语言的关键字重复。
- 变量名要具有描述性，能够清楚地表示变量的用途。

### 2.2 运算符和表达式
C语言中的运算符和表达式是用来进行各种数学和逻辑运算的工具。

#### 2.2.1 数学运算符
C语言提供了常见的数学运算符，包括加法、减法、乘法、除法、取模等。

int a = 10;
int b = 5;

int sum = a + b;        // 加法
int diff = a - b;       // 减法
int product = a * b;    // 乘法
int quotient = a / b;   // 除法
int remainder = a % b;  // 取模

#### 2.2.2 关系运算符和逻辑运算符
在C语言中，我们可以使用关系运算符进行比较操作，使用逻辑运算符进行逻辑判断。

int a = 10;
int b = 5;

bool isEqual = (a == b);     // 相等
bool isNotEqual = (a != b);  // 不相等
bool isGreater = (a > b);    // 大于
bool isLess = (a < b);       // 小于
bool isGreaterOrEqual = (a >= b);   // 大于等于
bool isLessOrEqual = (a <= b);      // 小于等于

bool logicalAnd = (a > 0 && b > 0);      // 逻辑与
bool logicalOr = (a > 0 || b > 0);       // 逻辑或
bool logicalNot = !(a > 0);              // 逻辑非

### 2.3 控制语句（if、switch、while、for等）
控制语句是用来控制程序执行流程的工具，能够根据条件选择不同的路径执行。

#### 2.3.1 if语句
if语句用于根据条件选择执行不同的代码块。

int num = 5;

if (num > 0) {
    printf("num是正数");
} else if (num == 0) {
    printf("num是零");
} else {
    printf("num是负数");
}

#### 2.3.2 switch语句
switch语句用于根据表达式的值选择执行不同的代码块。

int dayOfWeek = 2;

switch (dayOfWeek) {
    case 1:
        printf("星期一");
        break;
    case 2:
        printf("星期二");
        break;
    case 3:
        printf("星期三");
        break;
    default:
        printf("其他");
        break;
}

#### 2.3.3 while循环和for循环
while循环和for循环用于重复执行一段代码，直到达到退出条件。

// while循环
int i = 0;
while (i < 5) {
    printf("%d\n", i);
    i++;
}

// for循环
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", i);
}

以上是C语言基础语法的概述，包括数据类型和变量、运算符和表达式，以及控制语句。掌握了这些基础知识，我们就可以开始编写简单的C语言程序了。

# 3. C语言函数与指针
## 3.1 函数的定义与调用
函数是C语言中最基本的程序单元，它可以执行一系列的操作，并且可以被其他代码多次调用。在C语言中，函数的定义由函数头和函数体组成，函数名、参数列表和返回值类型都需要在函数头中进行声明。

#include <stdio.h>

// 函数的定义
int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int num1 = 5;
    int num2 = 7;

    // 函数的调用
    int result = sum(num1, num2);
    printf("Sum: %d\n", result);

    return 0;
}

**代码解析：**
- 在上面的代码中，我们定义了一个求和函数`sum`，它接受两个整型参数`a`和`b`，并返回它们的和。
- 在`main`函数中，我们声明了两个整型变量`num1`和`num2`，并将它们的值分别设为5和7。
- 通过调用`sum`函数，将`num1`和`num2`作为参数传递进去，并将返回的结果保存到`result`变量中。
- 最后，使用`printf`函数打印出结果。

## 3.2 函数参数传递
函数参数的传递方式有两种：值传递和地址传递。值传递是指将参数的值复制一份给函数中的变量，地址传递是指将参数的地址传递给函数中的指针变量。

#include <stdio.h>

void swap(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void swapByPtr(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int num1 = 5;
    int num2 = 7;

    printf("Before swap: num1 = %d, num2 = %d\n", num1, num2);
    swap(num1, num2);
    printf("After swap (by value): num1 = %d, num2 = %d\n", num1, num2);

    printf("Before swap: num1 = %d, num2 = %d\n", num1, num2);
    swapByPtr(&num1, &num2);
    printf("After swap (by address): num1 = %d, num2 = %d\n", num1, num2);
    return 0;
}

**代码解析：**
- 在上面的代码中，我们定义了两个函数：`swap`和`swapByPtr`。
- `swap`函数根据传入的两个参数`a`和`b`