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伊吖学C笔记（2、文件、启动、数学基础）

news 来源：原创 2025/4/30 0:05:03

C语言编程基础(文件、启动、数学基础)

一、文件是电脑软件管理的基本单元

1.定义。

文件是存储在计算机存储设备（如硬盘、U盘、SSD等）中的数据集合。

2.本质。

电脑（计算机）只认识二进制，所呈现的花花世界（文字、图片、声音、动画、程序、游戏等）均以二进制存储与处理。为便于操作和管理，对于特定功能的二进制块（或一段数据），我们把它打成一个包，并且取个名字，这个名字就是文件名。这个文件名所包含的内容就是一段二进制数据，这段二进制数据可能表示的是一篇文稿，一张图片，一节视频，一个可运行的程序（有序的指令集合），一个复杂一点的数据包（库），等等。

举个例子，在桌面上点击鼠标右键，新建一个文本文件，取名为1.txt，双击打开输入a，然后关闭保存，如下：

单击文件》右键》属性：

可以看到，我们建立了一个大小为1字节（Byte）的文件。因为在ASCII 标准下‌，小写字母 a 的二进制为 ‌01100001‌（十进制 97，十六进制 0x61），文件内容为8个二进制“01100001‌”‌。为了加深理解，换行增加字符b：

结果文件长度变成了4字节。不应该是2字节吗？算上换行符不应该3字节吗？

在 txt 文件中，Windows 系统‌使用 \r\n（回车+换行），占 ‌2 字节‌（Linux/macOS占1字节），虽然在文中看不出来，但实际是存在的。在ASCII码表中，\r回车排在13号，二进制为00001101，\n换行排在10号，二进制为00001010，b的二进制为01100010。整个文件的内容实为“a\r\nb”，二进制为“01100001‌000011010000101001100010”，即文件实质储存的为上面32个二进制，4字节。C语言源程序代码文件.c与.txt类同。

文件的内容实为二进制数据集合。

文件名本质上是二进制数据集合的标识符。硬盘对文件名的管理类似书的目录，比如NTFS（New Technology File System），首先将硬盘均匀分成若干个小块（扇区512字节），再将8个小块定义为一个存储单元（簇4K字节），紧接着从0开始分别为：①引导扇区（VBR，位于卷的第一个扇区512字节），包含启动代码和卷的基本信息（如簇大小、MFT位置等），相当于书的前言；‌②主文件表（MFT）区域‌（紧接引导扇区之后，记录了所有文件和目录的元数据，相当于书的目录；‌‌③用户数据区域‌：存储普通文件和目录的实际数据，相当于书的正文。

可以看出，哪怕只有4字节的文件，也占4K空间。

3.类型。

为了更直观的区分文件属于哪个类型，我们给文件名后面加个扩展名，中间用半角“.”连起来，这样就形成了“文件名.扩展名”完整形式。常见的扩展名有：

.txt‌：纯文本文件。

‌.doc/.docx‌：Microsoft Word文档。

.xls/.xlsx：表格文件

‌.jpg/.png‌：图片文件

‌.mp3‌：音频文件。

‌.mp4/.mpg‌：视频文件

‌.exe‌：可执行程序文件

‌.zip/.rar‌：压缩文件

.c ： C语言源程序文件

.py ：Python语言源程序文件

.......

不同类型的文件都有属于自己独特的存储数据的格式。

比如：JPEG文件由多个‌标记段（Marker Segments）‌和‌压缩数据‌组成，简单理解为：

FFD8+多个标记+数据+FFD9，文件头FFD8尾FFD9固定。

我们用C-Free打开一个文件111.jpg，可以看到：

PNG文件由‌文件头签名‌和一系列‌数据块（Chunks）‌组成，遵循严格顺序： [文件头签名] → [关键数据块] → [辅助数据块] → [结束块]

‌文件头签名‌：固定8字节，标识PNG文件（0x89 0x50 0x4E 0x47 0x0D 0x0A 0x1A 0x0A）

MP4文件采用‌盒子（Box）嵌套结构‌，每个盒子（又称原子，Atom）由头部和数据组成。

XLSX文件本质是一个‌ZIP压缩包‌，内部包含XML文件与目录。

4.目录。

当文件数量太多的时候，我们采取“目录”和“文件”结合的形式进行分类管理。目录下面可以放文件，也可以放子目录。目录让文件管理层次分明，整洁明了。

目录可以按类型分，相同类型放一块：

也可按功能分，完成某一功能的所有文件放一块：

windows为操作系统目录，文件数量达10万之众。

文件管理的“树状”结构：

我们学C编程,花费很多脑细胞完成的一个程序（比如：hello.c），也只不过是在文件海洋里多了一个“微不足道”的文件而已。在我们前面，有无数个软件工程师编写了无数个“微不足道”。

二、启动

我们按下电脑的电源开关，桌面出现后，双击C-Free图标，开始学习C语言编程，并且运行第一个程序，犹如梦幻，我们到底经历了什么，电脑又做了些什么。

1.硬件的启动。

Deepseek回答如下：

电脑是个严谨的人，通电后，先把各个部件自检一遍，看有没有败类？如果有，有时会蜂鸣，大多数情况无声无息没反映，比如内存条没插好。

自检的指令和程序固化在主板上的一块叫ROM的芯片中。当我们按下电源开关或reset复位按钮，硬件执行第一条指令的地址是0xFFFF0（1MB物理地址空间0xFFFFF的顶端），长度16字节，实质是一个跳转指令（JMP 0xF000:E05B）。这是硬件与软件的第一次打交道。这条指令将下一步的动作指向ROM芯片（范围0xF0000–0xFFFFF，64KB）中BIOS入口。BIOS接下来逐步初始化内存控制器、检测硬件。

为什么CPU可以直接访问ROM？

主板设计时，ROM芯片的物理引脚已连接到地址总线的特定范围（如 0xF0000–0xFFFFF）。电源启动后，硬件逻辑（如北桥芯片组）直接建立ROM到CPU地址空间的映射，此时CPU可直接访问ROM中的代码。此时主内存（RAM）尚未初始化，实际访问的是主板上的ROM芯片，而非RAM。

BIOS（"Basic Input Output System"）的作用：检测硬件设置参数（比如：设置硬盘模式（AHCI/RAID）、CPU频率、电源管理等），设置引导顺序：按预设顺序（如USB→硬盘→网络）寻找可启动设备。在开机时通常按Del或F2等可进入设置界面。其设置的参数，在主板上有一块专用的钮扣电池给它供电，防止断电后丢失。如果每次开机都进入BIOS,那可能是电池没电了。

2.操作系统的启动。

上面硬件的自检和配置都OK了，接下来就是操作系统的启动。操作系统（Operating System，缩写：OS）是一整套程序包，安装好后用来协作计算机的各种硬件，管理软件，与用户进行交互。其功能包括处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理等。常见有微软Windows，苹果macOS 和开源的 Linux、华为鸿蒙系统等。硬盘加载操作系统顺序如下：

一块物理硬盘可以分多个区（比如C、D、E盘），不同的区可以安装不同的操作系统，从哪启动，要看MBR（Master Boot Record）‌，即看哪个是激活分区。

Windows系统启动的第一个文件：

实操：win+R打开命令窗口，输入CMD回车，在出现的命令提示光标处输入cd\，再次输入dir/a，可以看到一个文件bootmgr（Windows Boot Manager）。它是Windows系统的引导管理器，负责从活动分区的根目录加载引导配置数据（BCD），并启动操作系统，直到桌面出现。也是从这个文件开始，硬件与软件打交道从固化代码形式转为文件形式。windows的第一个文件bootmgr。如果开机提示“BOOTMGR is missing”或“Press Ctrl+Alt+Del to restart”时，可能原因：‌①引导文件损坏或丢失‌：BOOTMGR文件被误删、病毒破坏或配置错误；‌②引导扇区故障‌：硬盘主引导记录（MBR）或分区引导扇区损坏；‌③启动顺序错误‌：BIOS中未将系统硬盘设为第一启动设备；‌④硬盘物理问题‌：硬盘连接线松动、存在坏道或完全损坏‌。

windows启动主要完成下列动作：

加载驱动以控制CPU、内存、存储等核心硬件；

初始化进程调度器（smss.exe）；

文件系统挂载：识别并挂载根文件系统（C:\）；

解析启动参数（kernel选项）；

启动服务控制管理器（SCM），加载winlogon.exe、网络服务等；

即插即用管理器（如Windows的PnP）检测并配置新硬件，加载额外驱动程序；

显示锁屏界面，加载explorer.exe（桌面外壳）和用户配置文件。等等，可通过任务管理器查看部分进程：

3.IDE的启动。

‌IDE‌（Integrated Development Environment，集成开发环境）是一种用于提供程序开发环境的应用程序，通常包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具，集成了代码编写、分析、编译和调试等功能‌。常见的有：Visual Studio、Eclipse‌、‌IntelliJ IDEA‌、‌PyCharm‌等。编写C语言程序常用C-Free和Ms Visual C++等。这些工具从网上下载后，首先还是要在操作系统里安装。安装时一般会在C盘Program Files (x86)目录下生成一个新的目录，安装完成后生成一个可执行文件（.exe），双击这个可执行文件或图标，就可以启动IDE。拿C-Free为例：

启动IDE后，可以通过进程查看：

可以看到操作系统给C-Free分配了40M的内存，这是物理内存（电脑实际内存8G），多少不是固定的，动态调节。

4.第一个C语言程序。

进入C-Free操作窗口，新建一个文件，在代码窗口输入第一个C语言程序代码（全为半角，注意与中文全角字符的区别）：

#include <stdio.h>

main(){

printf("Hello world !");

}

输入完成后键盘按F5或鼠标点击三角形的播放键运行，结果为：

恭喜！抄写C语言的第一个程序顺利完成。是不是很简单？

这是不是C语言最简单的程序呢？其实不是，下面才是：

只需要一行main(){}即可运行，程序没有任务输出，但还是顺序运行了。可以看出，这是C语言的最简骨架，不能再少了，真的不能再少了。C语言程序都是一个个函数，函数之间可以相互调用，这个main()就是主函数，是程序的入口，梦开始的地方。小括号“（）”是函数的标志，main()是函数头；大括号“｛｝”是函数体，象身体，合起来构成生命，孕育万象。（此时没有语句的程序更象个小蝌蚪）

main中文意思：总管道，主线路，主要的。我记住你了。

当加入printf("Hello world !");时不能通过，还要加上#include <stdio.h>这句。因为printf（）函数，print打印输出format格式，即格式化输入函数，必须要到文件stdio.h中找，std‌代表 ‌Standard‌（标准），‌io‌代表 ‌Input and Output‌（输入输出），‌.h‌表示 ‌Header File‌（头文件），这个文件在哪儿呢？