C 语言基础学习笔记（Ubuntu 64 位适配版）

前言本帖为嵌入式 Linux 方向 C 语言入门学习资料结合计算机底层硬件原理、进制换算、内存存储规则与 C 语言基础数据类型展开讲解适配 64 位 Ubuntu 虚拟机开发环境。内容从计算机硬件运行逻辑切入补齐进制转换、数据存储底层原理系统梳理整型、字符、浮点、void 等核心数据类型的字节占用、取值范围、内存编码规则附带原码 / 反码 / 补码、IEEE754 浮点数存储、溢出规则等嵌入式高频底层知识点修正原文笔误与逻辑漏洞配套实例计算辅助理解。适合零基础入门、嵌入式开发前期夯实 C 语言底层基础可作为课堂复习、上机实验速查手册。一、C 语言整体介绍1. C 语言优势执行效率极高可直接操作硬件广泛用于嵌入式、操作系统开发程序资源开销小对硬件配置要求低跨平台可移植只要平台支持 C 标准库即可运行是计算机、嵌入式行业底层开发通用基础语言。2. C 语言完整学习大纲基础数据类型、运算符、表达式IO标准输入输出函数 printf/scanf流程控制if-else 分支、for/while 循环函数、数组、指针构造类型结构体、联合体、枚举内存管理、位运算程序调试、工程编译GCC。二、学前必备底层储备知识1. 计算机硬件组成与程序运行流程计算机五大硬件运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备CPU 运算器 控制器GPU/NPU 为辅助运算处理器存储器分类寄存器CPU 内置读写速度最快容量极小Cache 高速缓存介于 CPU 与内存之间缓解速度差内存 (RAM)掉电丢失数据读写快、容量中等、价格高外存 (硬盘 / U 盘)断电永久保存容量大、读写速度慢。C 程序完整运行流程源代码经编译器编译生成二进制可执行文件保存在硬盘运行程序时操作系统将二进制程序加载至内存CPU 通过总线读取内存中的指令、数据完成运算处理。2. 计算机数据存储单位1 bit位最小存储单位仅存储 0 或 1 1 Byte字节 8 bit 换算标准计算机存储二进制标准 1KB 1024 Byte 1MB 1024 KB 1GB 1024 MB 1TB 1024 GB3. 进制规则与相互转换各进制基础符号二进制0、1八进制0~7十进制0~9十六进制0~9、a~f大小写通用1任意进制转十进制计算规则每一位数字 × 本位权值全部相加二进制权2ⁿ八进制权8ⁿ十六进制权16ⁿ示例 1二进制0011 0101 1×2⁰ 1×2² 1×2⁴ 1×2⁵ 141632 53示例 2八进制0123 3×8⁰ 2×8¹ 1×8² 31664 83示例 3十六进制0x123 3×16⁰ 2×16¹ 1×16² 332256 2912十进制转二 / 八 / 十六进制短除法目标数反复除以进制基数余数倒序排列转二进制除 以2转八进制除以 8转十六进制除 以16例十进制数123十进制→二进制0111 1011十进制→八进制173十进制→十六进制7B3二进制快速转八 / 十六进制二进制转十六进制4 位二进制分组一组对应 1 位十六进制8421 编码例0011 1100 0010 1000 → 0x3C282. 二进制转八进制3 位二进制分组一组对应 1 位八进制例0011110000101000 分组0 011 110 000 101 000 → 036050三、C 语言数据类型总览基础内置类型整型、char 字符型、float/double 浮点型、void 空类型拓展逻辑类型bool 布尔C99 标准需引入stdbool.hC 原生支持构造数据类型数组、结构体、联合体、枚举指针类型通用内存地址存储类型1. 整型64 位 Ubuntu 系统标准区分有符号 signed、无符号 unsigned有符号最高位为符号位0 正数、1 负数可存正负数字无符号全部位为数据位仅存储≥0 非负数。类型占用字节取值范围short2signed-32768 ~ 32767 unsigned0 ~ 65535int4signed-2³¹ ~ 2³¹-1 unsigned0 ~ 4294967295long8signed-2⁶³ ~ 2⁶³-1 unsigned0 ~ 2⁶⁴-1补充知识点sizeof类型运算符返回该类型占用字节数返回值为 long 类型printf 使用%ld打印printf 占位符%d输出 int%ld输出 long整型内存存储规则无符号数内存直接存放原码有符号正数内存存放原码有符号负数内存统一存放补码补码计算原码符号位不变数值位按位取反得到反码反码 1 补码逆推补码 - 1 得反码再取反得到原码示例short 型 -100原码1000 0000 0110 0100反码 1111 1111 1001 1011补码1111 1111 1001 1100内存真实存储值4. 整型溢出规则 无符号整型数值到达最大值后 1会循环变为最小值最小值 - 1 变为最大值。2. char 字符类型1 字节char 本质是小型整型存储 ASCII 码值分 signed char、unsigned charunsigned char0 ~ 255signed char-128 ~ 127ASCII 常用对照表0 48A 65a 97\0 0字符串结束符常用转义字符\n换行、\r回车、\t水平制表、\v垂直制表3. 浮点类型IEEE754 标准存储float 单精度浮点4 字节内存结构1 位符号位 8 位指数位 23 位尾数位 偏移量 127有效精度 6~8 位小数示例6.25 1.1001 × 2²符号位 0指数 2127129 (10000001)尾数补零至 23 位内存二进制0100 0000 1100 1000 0000 0000 0000 0000 → 0x40c80000(十六进制)double 双精度浮点8 字节内存结构1 位符号位 11 位指数位 52 位尾数位 偏移量 1023有效精度 12~16 位小数注意浮点数二进制存储存在精度丢失不能直接用 判断相等4. void 空类型函数void 无返回值、void () 无传入参数void* 万能指针可接收任意类型指针使用时强制转换。5. bool 布尔类型C占用 1 字节true1false0使用必须引入头文件#includestdbool.h总结本帖从计算机硬件底层出发打通硬件运行逻辑、进制换算、内存存储三大前置知识点完整覆盖 64 位 Ubuntu 环境下 C 语言全部基础数据类型。重点讲解原码、反码、补码、IEEE754 浮点数存储等嵌入式开发核心底层原理搭配完整计算实例便于理解。清晰区分有 / 无符号整型取值范围、溢出特性、ASCII 字符映射规则同时补充 sizeof、printf 输出占位符、void 万能指针等实操用法。夯实本篇内容后可顺利过渡到运算符、流程控制、指针等进阶 C 语言知识为嵌入式 Linux 程序开发、底层硬件驱动编写奠定理论基础。