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C语言核心知识点整理：结构体对齐、预处理、文件操作与Makefile

news 来源：原创 2025/5/11 9:20:24

1. 结构体的字节对齐

字节对齐原理

内存对齐：CPU访问内存时，对齐的地址能提高效率。操作系统要求变量按类型大小对齐。
对齐规则：
1. 每个成员的起始地址必须是min(成员类型大小, #pragma pack(n))的整数倍。
2. 结构体总大小必须是最大成员对齐值的整数倍。
3. 嵌套结构体需遵循相同规则。

示例分析

示例1

struct Test {
    int a;    // 4字节
    char b;   // 1字节
};
// 默认对齐（假设为4字节）：
// 总大小 = 4（int） + 3字节填充 + 1（char） = 8字节

示例2（嵌套结构体）

struct A {
    double a;  // 8字节
    short b;   // 2字节
};

struct Test {
    char a[20]; // 20字节
    int c;      // 4字节
    struct A d; // 12字节（8+4填充）
    char b;     // 1字节
};
// 总大小：20 + 4 + 12 + 1 + 3填充 = 40字节

调整对齐方式

#pragma pack(n)：手动设置对齐粒度。

#pragma pack(1) // 紧凑存储
struct Test {
    char a; // 1字节
    int b;  // 4字节（无填充）
};
#pragma pack() // 恢复默认

2. 预处理指令详解

预处理阶段

作用：宏定义、头文件包含、条件编译等。
流程：预处理 → 编译 → 汇编 → 链接。

头文件包含

区别：
- #include <stdio.h>：系统头文件。
- #include "test.h"：当前目录或自定义路径。

头文件重复包含防护

#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_
// 头文件内容
#endif

宏定义与条件编译

无参宏

#define PI 3.14
#undef PI // 取消定义

有参宏

#define MUL(x,y) ((x)*(y)) // 避免运算优先级问题
#define ADD(x,y) (x + y)

条件编译

#ifdef DEBUG
    printf("Debug mode\n");
#else
    printf("Release mode\n");
#endif

3. 文件操作基础

文件操作模式

模式	描述	示例模式
`r`	只读文本文件	`fopen("file.txt", "r")`
`w`	只写文本文件（覆盖）	`fopen("file.txt", "w")`
`a`	追加文本文件	`fopen("file.txt", "a")`
`rb`	只读二进制文件	`fopen("file.dat", "rb")`
`wb`	只写二进制文件（覆盖）	`fopen("file.dat", "wb")`

字符与字符串读写

fgetc/fputc

FILE *fp = fopen("file.txt", "w");
fputc('A', fp); // 写入字符'A'
fclose(fp);

feof判断文件结束

char ch;
FILE *fp = fopen("file.txt", "r");
while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) { // EOF表示文件结束
    printf("%c", ch);
}
fclose(fp);

fgets/fputs按行读写

// 写入
fputs("Hello World\n", fp);
// 读取
char buf[256];
fgets(buf, sizeof(buf), fp); // 读取一行，自动添加'\0'

格式化读写（fprintf/fscanf）

// 写入
fprintf(fp, "a=%d,b=%.2f\n", 100, 3.14);
// 读取
int a;
float b;
fscanf(fp, "a=%d,b=%f", &a, &b);

二进制文件操作（fread/fwrite）

typedef struct {
    char name[20];
    int id;
} STU;

STU students[3] = { /* 初始化数据 */ };
// 写入
FILE *fp = fopen("data.dat", "wb");
fwrite(students, sizeof(STU), 3, fp);
fclose(fp);

// 读取
STU read_data[3];
fp = fopen("data.dat", "rb");
fread(read_data, sizeof(STU), 3, fp);
fclose(fp);

文件随机读写

定位文件指针：

fseek(fp, 50, SEEK_SET); // 从文件头移动50字节
fseek(fp, -50, SEEK_END); // 从文件尾回退50字节

获取当前位置：

long pos = ftell(fp); // 当前位置偏移量
rewind(fp); // 快速回到文件开头

4. Makefile自动化构建

Makefile基础规则

# 目标依赖规则
main: main.o add.o sub.o
    gcc main.o add.o sub.o -o main

main.o: main.c
    gcc -c main.c

变量与自动变量

普通变量：
```
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g
```
自动变量：
- $@：目标文件名
- $^：所有依赖文件
- $<：第一个依赖文件

模式规则与函数

# 通用编译规则
%.o: %.c
    $(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)

# 查找所有.c文件
SRCS = $(wildcard *.c)
OBJS = $(patsubst %.c, %.o, $(SRCS))

多文件项目示例

DIR_SRC = ./src
DIR_OBJ = ./obj
SRCS = $(wildcard $(DIR_SRC)/*.c)
OBJS = $(patsubst $(DIR_SRC)/%.c, $(DIR_OBJ)/%.o, $(SRCS))

main: $(OBJS)
    $(CC) $^ -o main

$(DIR_OBJ)/%.o: $(DIR_SRC)/%.c
    $(CC) -c $< -o $@ -I./include

.PHONY: clean
clean:
    rm -rf $(DIR_OBJ)/*.o main