物理 [栖岸计划]智英带你学C语言（第二章）
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第二章 第一个C语言程序
刚才的图片中展示了这样一个完整的C语言程序：
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello, world!\n");
return 0;
}
运行结果是在控制台打印了"Hello, world!"。与Python只用一句
print('Hello, world!')
即可实现相同功能不同，由于C语言写的程序有不少必要的组成部分，所以长度更长。下面我们来拆解这段代码。
2.1 预处理指令
我们看到第一行：
#include <stdio.h>
类似这种以#号开头的指令会在编译之前执行，作为编译的准备工作，因此被称为预处理指令。预处理指令主要分为以下几种：
2.1.1 头文件包含
即#include。后面跟着由<>或""包裹的文件名，表示导入在这些头文件中声明的函数、结构体，以及头文件中的宏定义等信息。在入门阶段，我们重点关注的是如何调用头文件中声明的函数。换句话说，如果我在某个头文件A.h中声称“你可以调用这个函数”，那么我在程序开头添加#include "A.h"这一语句，就可以调用上面这里提到的函数。
习惯上，在包含头文件时，标准库头文件用<>，自己写的头文件用""，这与头文件的搜索路径相关。前者有时也可以混用""，但后者绝大多数时候不能使用<>，后文会详细讲解。
（关于函数的声明、定义与调用，后文中会详细解释，这里先按下不表）
具体到上面这段代码，我们需要调用格式化输出函数printf。C语言没有内置的输入和输出，需要先包含头文件stdio.h（或者自己实现），才能从中调用scanf，printf等用于输入输出的函数。因此，上面程序的头文件包含指令是必要的。我们可以尝试，删除这一指令后，会发生什么：
报错信息显示，printf函数存在不兼容的隐式声明，建议包含stdio.h或者自行提供printf函数的声明。这也正是没有包含必要的头文件会带来的后果。由于输入和输出极为必要，绝大多数程序都会直接或间接包含stdio.h。
关于头文件与#include指令的更详细讲解，以及如何自己写头文件，远超本章的入门需求，将在后文中提到。
2.1.2 宏定义
即#define。原版代码中没有呈现，但我们稍作修改：
上面的#define STR "Hello, world!\n"指令告诉预编译器，需要将后面所有的STR替换为"Hello, world!\n"。于是后面的STR被替换为"Hello, world!\n"，此时代码已与原版没有任何区别。从而最终仍然打印"Hello, world!"。
看起来，既然宏定义仅仅是对后面代码的直接替换，完全可以在手写时就在后面的代码使用替换的结果。实际上，#define对于编写和阅读代码都有很重要的作用，后文会详细提到。
需要注意的是，这里的STR看起来像一个单独变量，实际不是。由于宏定义仅仅是单纯的文本替换，我们完全可以写一个这样的程序：
是的，它通过了编译，且完全能正常输出。当然，没有任何一个正常人会这么写代码，这一极端的例子，不过是更具体地体现了“文本替换”的含义。
2.1.3 条件编译和其他指令
条件编译语句有很多种，包括#if, #else, #elif, #endif, #ifndef, #ifdef等。除此之外，预处理指令还有#error等，有不同的用途。这些对于初学者而言，难度较大，此处略去，在后文中都会出现。
2.2 main函数
在预处理指令之后，我们看到整个程序由这些部分构成：
int main() {
//此处有一系列的代码
return 0;
}
这里的int main()（或写作int main(void)）被称为主函数（main函数），其作用是给运行程序提供入口。执行程序时，系统会调用main函数，完成main函数内部内容的运行。
一般在main函数的定义内部，最后需要以return 0;结尾。这里return后面跟的数表示函数的返回值，换句话说，就是函数运行的结果。main函数返回0表示程序正常运行，返回其他值表示程序异常。例如，我们对上面程序里main函数的返回值改为1：
看起来它还是正常输出了"Hello, world!"，实际上控制台的红叉告诉我们，程序异常退出了。这就是main函数返回值不为0的结果。有的时候，我们会刻意把某些情况下main函数的返回值设为非零数，其目的往往是为了在程序出现异常时，能通过不同的返回值设置，找到出问题的地方。例如下面的程序：
这个程序比较复杂，所以这里语言解释其含义：从键盘输入一系列内容，如果输入的是整数，那么把这个整数打印出来；如果输入的不是整数，那么就报错。下面控制台显示的内容：当输入1，114514，-11等整数时，程序把这个整数打印了一遍；但输入的是abc时，程序报错。此时，我们就可以通过查看返回值，找到程序出错的地方。如果我们把这个return 1;删掉，让它正常返回，那么结果会变成这样：
输入的是整数的时候，看起来一切正常；但输入的是字符串时，程序正常返回，并输出了一个奇怪的整数。此时，我们再要去排查问题，难度就会更大。更何况实际进行编程时，往往涉及到许多文件，每个文件都可能有上百行，如果不进行这些设置，debug会成为一件极度令人痛苦的事。（当然，即便有这些设置，debug也很令人痛苦，但至少比这种都不知道错在哪要好得多）
（上面为什么会输出一个奇怪的整数？因为声明n时，其会被初始化为一个“垃圾值”。详细内容后面会再提到。）
main函数还有一些不标准的写法。在讲解之前先强调一遍：尽量不要用以下两种方法写main函数！
一般情况下，如果main函数的返回值为0，那么return 0;语句可以省略。例如，下面的程序也是正确的：
或者，有些时候main函数的返回值类型会被设为void（返回一个无类型变量，简单理解，就是没有返回值），而非int：
不过，有些编译器不支持第一种操作；第二种操作严格来说属于未定义行为，更多的编译器不允许这种行为，风险比第一种操作还要高。所以绝大多数情况下，我们还是会完整书写。
这里顺带提一下编程习惯的问题。有的时候，有些代码是能通过某些编译器编译，能正常运行的，但对于另外一些编译器，这些代码就会出错，存在风险。所以，在编程过程中，要尽量避免这样的行为！