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id: 语法
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title: 语法
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sidebar_position: 2
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data: 2022年3月30日
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## 语句
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C 语言的代码由一行行语句（statement）组成。语句就是程序执行的一个操作命令。C 语言规定，语句必须使用分号结尾，除非有明确规定可以不写分号。
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```c
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int x = 1;
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```
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上面就是一个变量声明语句，声明整数变量`x`，并且将值设为`1`。
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多个语句可以写在一行。
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```c
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int x; x = 1;
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```
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上面示例是两个语句写在一行。所以，语句之间的换行符并不是必需的，只是为了方便阅读代码。
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一个语句也可以写成多行，这时就要依靠分号判断语句在哪一行结束。
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```c
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int x;
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x
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=
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1
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;
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```
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上面示例中，第二个语句`x = 1;`被拆成了四行。编译器会自动忽略代码里面的换行。
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单个分号也是有效语句，称为“空语句”，虽然毫无作用。
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```c
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;
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```
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## 表达式
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C 语言的各种计算，主要通过表达式完成。表达式（expression）是一个计算式，用来获取值。
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```c
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1 + 2
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```
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上面代码就是一个表达式，用来获取`1 + 2`这个算术计算的结果。
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表达式加上分号，也可以成为语句，但是没有实际的作用。
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```c
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8;
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3 + 4;
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```
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上面示例是两个表达式，加上分号以后成为语句。
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表达式与语句的区别主要是两点：
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- 语句可以包含表达式，但是表达式本身不构成语句。
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- 表达式都有返回值，语句不一定有。因为语句用来执行某个命令，很多时候不需要返回值，比如变量声明语句（`int x = 1`）就没有返回值。
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## 语句块
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C 语言允许多个语句使用一对大括号`{}`，组成一个块，也称为复合语句（compounded statement）。在语法上，语句块可以视为多个语句组成的一个复合语句。
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```c
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{
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int x;
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x = 1;
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}
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```
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上面示例中，大括号形成了一个语句块。
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大括号的结尾不需要添加分号。
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## 空格
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C 语言里面的空格，主要用来帮助编译器区分语法单位。如果语法单位不用空格就能区分，空格就不是必须的，只是为了增加代码的可读性。
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```c
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int x = 1;
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// 等同于
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int x=1;
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```
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上面示例中，赋值号（`=`）前后有没有空格都可以，因为编译器这里不借助空格，就能区分语法单位。
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语法单位之间的多个空格，等同于单个空格。
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```c
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int x = 1;
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```
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上面示例中，各个语法单位之间的多个空格，跟单个空格的效果是一样的。
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空格还用来表示缩进。多层级的代码有没有缩进，其实对于编译器来说并没有差别，没有缩进的代码也是完全可以运行的。强调代码缩进，只是为了增强代码可读性，便于区分代码块。
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大多数 C 语言的风格要求是，下一级代码比上一级缩进4个空格。为了书写的紧凑，本书采用缩写两个空格。
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```c
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// 缩进四个空格
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if (x > 0)
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printf("positive\n");
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// 缩进两个空格
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if (x > 0)
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printf("positive\n");
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```
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只包含空格的行被称为空白行，编译器会完全忽略该行。
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## 注释
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注释是对代码的说明，编译器会忽略注释，也就是说，注释对实际代码没有影响。
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C 语言的注释有两种表示方法。第一种方法是将注释放在`/*...*/`之间，内部可以分行。
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```c
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/* 注释 */
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/*
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这是一行注释
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*/
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```
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这种注释可以插在行内。
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```c
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int open(char* s /* file name */, int mode);
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```
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上面示例中，`/* file name */`用来对函数参数进行说明，跟在它后面的代码依然会有效执行。
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这种注释一定不能忘记写结束符号`*/`，否则很容易导致错误。
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```c
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printf("a "); /* 注释一
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printf("b ");
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printf("c "); /* 注释二 */
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printf("d ");
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```
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上面示例的原意是，第一行和第三行代码的尾部，有两个注释。但是，第一行注释忘记写结束符号，导致注释一延续到第三行结束。
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第二种写法是将注释放在双斜杠`//`后面，从双斜杠到行尾都属于注释。这种注释只能是单行，可以放在行首，也可以放在一行语句的结尾。这是 C99 标准新增的语法。
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```c
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// 这是一行注释
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int x = 1; // 这也是注释
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```
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不管是哪一种注释，都不能放在双引号里面。双引号里面的注释符号，会成为字符串的一部分，解释为普通符号，失去注释作用。
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```c
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printf("// hello /* world */ ");
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```
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上面示例中，双引号里面的注释符号，都会被视为普通字符，没有注释作用。
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编译时，注释会被替换成一个空格，所以`min/* space */Value`会变成`min Value`，而不是`minValue`。
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## printf()
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### 基本用法
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本书的示例会大量用到`printf()`函数，这里先介绍一下这个函数。
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`printf()`的作用是将参数文本输出到屏幕。它名字里面的`f`代表`format`（格式化），表示可以定制输出文本的格式。
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```c
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printf("Hello World");
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```
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上面命令会在屏幕上输出一行文字“Hello World”。
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`printf()`不会在行尾自动添加换行符，运行结束后，光标就停留在输出结束的地方，不会自动换行。为了让光标移到下一行的开头，可以在输出文本的结尾，添加一个换行符`\n`。
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```c
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printf("Hello World\n");
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```
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如果文本内部有换行，也是通过插入换行符来实现。
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```c
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printf("Hello\nWorld\n");
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```
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上面示例先输出一个`Hello`，然后换行，在下一行开头输出`World`，然后又是一个换行。
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上面示例也可以写成两个`printf()`，效果完全一样。
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```c
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printf("Hello\n");
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printf("World\n");
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```
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`printf()`是在标准库的头文件`stdio.h`定义的。使用这个函数之前，必须在源码文件头部引入这个头文件。
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```c
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#include <stdio.h>
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int main(void) {
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printf("Hello World\n");
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}
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```
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上面示例中，只有在源码头部加上`#include <stdio.h>`，才能使用`printf()`这个函数。`#include`指令的详细解释，请看《预处理器》一章。
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### 占位符
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`printf()`可以在输出文本中指定占位符。所谓“占位符”，就是这个位置可以用其他值代入。
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```c
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// 输出 There are 3 apples
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printf("There are %i apples\n", 3);
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```
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上面示例中，`There are %i apples\n`是输出文本，里面的`%i`就是占位符，表示这个位置要用其他值来替换。占位符的第一个字符一律为百分号`%`，第二个字符表示占位符的类型，`%i`表示这里代入的值必须是一个整数。
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`printf()`的第二个参数就是替换占位符的值，上面的例子是整数`3`替换`%i`。执行后的输出结果就是`There are 3 apples`。
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常用的占位符除了`%i`，还有`%s`表示代入的是字符串。
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```c
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printf("%s will come tonight\n", "Jane");
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```
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上面示例中，`%s`表示代入的是一个字符串，所以`printf()`的第二个参数就必须是字符串，这个例子是`Jane`。执行后的输出就是`Jane will come tonight`。
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输出文本里面可以使用多个占位符。
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```c
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printf("%s says it is %i o'clock\n", "Ben", 21);
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```
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上面示例中，输出文本`%s says it is %i o'clock`有两个占位符，第一个是字符串占位符`%s`，第二个是整数占位符`%i`，分别对应`printf()`的第二个参数（`Ben`）和第三个参数（`21`）。执行后的输出就是`Ben says it is 21 o'clock`。
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`printf()`参数与占位符是一一对应关系，如果有`n`个占位符，`printf()`的参数就应该有`n + 1`个。如果参数个数少于对应的占位符，`printf()`可能会输出内存中的任意值。
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`printf()`的占位符有许多种类，与 C 语言的数据类型相对应。下面按照字母顺序，列出常用的占位符，方便查找，具体含义在后面章节介绍。
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- `%a`：浮点数。
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- `%A`：浮点数。
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- `%c`：字符。
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- `%d`：十进制整数。
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- `%e`：使用科学计数法的浮点数，指数部分的`e`为小写。
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- `%E`：使用科学计数法的浮点数，指数部分的`E`为大写。
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- `%i`：整数，基本等同于`%d`。
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- `%f`：小数（包含`float`类型和`double`类型）。
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- `%g`：6个有效数字的浮点数。整数部分一旦超过6位，就会自动转为科学计数法，指数部分的`e`为小写。
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- `%G`：等同于`%g`，唯一的区别是指数部分的`E`为大写。
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- `%hd`：十进制 short int 类型。
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- `%ho`：八进制 short int 类型。
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- `%hx`：十六进制 short int 类型。
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- `%hu`：unsigned short int 类型。
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- `%ld`：十进制 long int 类型。
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- `%lo`：八进制 long int 类型。
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- `%lx`：十六进制 long int 类型。
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- `%lu`：unsigned long int 类型。
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- `%lld`：十进制 long long int 类型。
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- `%llo`：八进制 long long int 类型。
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- `%llx`：十六进制 long long int 类型。
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- `%llu`：unsigned long long int 类型。
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- `%Le`：科学计数法表示的 long double 类型浮点数。
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- `%Lf`：long double 类型浮点数。
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- `%n`：已输出的字符串数量。该占位符本身不输出，只将值存储在指定变量之中。
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- `%o`：八进制整数。
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- `%p`：指针。
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- `%s`：字符串。
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- `%u`：无符号整数（unsigned int）。
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- `%x`：十六进制整数。
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- `%zd`：`size_t`类型。
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- `%%`：输出一个百分号。
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### 输出格式
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`printf()`可以定制占位符的输出格式。
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（1）限定宽度
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`printf()`允许限定占位符的最小宽度。
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```c
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printf("%5d\n", 123); // 输出为 " 123"
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```
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上面示例中，`%5d`表示这个占位符的宽度至少为5位。如果不满5位，对应的值的前面会添加空格。
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输出的值默认是右对齐，即输出内容前面会有空格；如果希望改成左对齐，在输出内容后面添加空格，可以在占位符的`%`的后面插入一个`-`号。
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```c
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|
printf("%-5d\n", 123); // 输出为 "123 "
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```
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上面示例中，输出内容`123`的后面添加了空格。
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对于小数，这个限定符会限制所有数字的最小显示宽度。
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```c
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// 输出 " 123.450000"
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printf("%12f\n", 123.45);
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```
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上面示例中，`%12f`表示输出的浮点数最少要占据12位。由于小数的默认显示精度是小数点后6位，所以`123.45`输出结果的头部会添加2个空格。
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（2）总是显示正负号
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默认情况下，`printf()`不对正数显示`+`号，只对负数显示`-`号。如果想让正数也输出`+`号，可以在占位符的`%`后面加一个`+`。
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```c
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printf("%+d\n", 12); // 输出 +12
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printf("%+d\n", -12); // 输出 -12
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```
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上面示例中，`%+d`可以确保输出的数值，总是带有正负号。
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（3）限定小数位数
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输出小数时，有时希望限定小数的位数。举例来说，希望小数点后面只保留两位，占位符可以写成`%.2f`。
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```c
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// 输出 Number is 0.50
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printf("Number is %.2f\n", 0.5);
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```
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上面示例中，如果希望小数点后面输出3位（`0.500`），占位符就要写成`%.3f`。
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这种写法可以与限定宽度占位符，结合使用。
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```c
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|
// 输出为 " 0.50"
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printf("%6.2f\n", 0.5);
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```
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上面示例中，`%6.2f`表示输出字符串最小宽度为6，小数位数为2。所以，输出字符串的头部有两个空格。
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最小宽度和小数位数这两个限定值，都可以用`*`代替，通过`printf()`的参数传入。
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```c
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|
printf("%*.*f\n", 6, 2, 0.5);
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// 等同于
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printf("%6.2f\n", 0.5);
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```
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上面示例中，`%*.*f`的两个星号通过`printf()`的两个参数`6`和`2`传入。
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（4）输出部分字符串
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`%s`占位符用来输出字符串，默认是全部输出。如果只想输出开头的部分，可以用`%.[m]s`指定输出的长度，其中`[m]`代表一个数字，表示所要输出的长度。
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```c
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// 输出 hello
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printf("%.5s\n", "hello world");
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```
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上面示例中，占位符`%.5s`表示只输出字符串“hello world”的前5个字符，即“hello”。
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## 标准库，头文件
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程序需要用到的功能，不一定需要自己编写，C 语言可能已经自带了。程序员只要去调用这些自带的功能，就省得自己编写代码了。举例来说，`printf()`这个函数就是 C 语言自带的，只要去调用它，就能实现在屏幕上输出内容。
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C 语言自带的所有这些功能，统称为“标准库”（standard library），因为它们是写入标准的，到底包括哪些功能，应该怎么使用的，都是规定好的，这样才能保证代码的规范和可移植。
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不同的功能定义在不同的文件里面，这些文件统称为“头文件”（header file）。如果系统自带某一个功能，就一定还会自带描述这个功能的头文件，比如`printf()`的头文件就是系统自带的`stdio.h`。头文件的后缀通常是`.h`。
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如果要使用某个功能，就必须先加载对应的头文件，加载使用的是`#include`命令。这就是为什么使用`printf()`之前，必须先加载`stdio.h`的原因。
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```c
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#include <stdio.h>
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```
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注意，加载头文件的`#include`语句不需要分号结尾，详见《预处理器》一章。
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