C语言面试题解析

引言

C语言是一门广泛应用于嵌入式系统和操作系统等领域的编程语言，也是许多公司面试的必考科目之一。本篇博客将会从变量、条件编译、指针、结构体、内存分配、宏定义等方面，为大家介绍一些常见的C语言面试题，并给出详细的解答。

目录

1. 变量的声明和定义有什么区别
2. 简述#ifdef、#else、#endif和#ifndef的作用
3. 写出int、bool、float、指针变量与“零值”比较的if语句
4. 结构体可以直接赋值吗
5. sizeof和strlen的区别
6. C语言的关键字static的作用
7. C语言的malloc的作用
8. 写一个“标准”宏MIN
9. i++和++i的区别
10. volatile有什么作用

1. 变量的声明和定义有什么区别

在C语言中，变量的声明和定义是两个不同的概念。它们最主要的区别在于：

1. 声明（Declaration）只是告诉编译器这个变量的类型和名称，而定义（Definition）除了类型和名称外，还为变量分配了内存空间；
2. 变量可以被多次声明，但只能被定义一次，否则会引发重定义错误。

例如：

int a;  // 定义并声明一个名为 a 的整型变量，并分配内存空间
extern int b;  // 只是声明一个名为 b 的整型变量，还没有进行定义

int main() {
    extern int b;  // 函数体中的声明和文件作用域时的声明等效
    int c;  // 在函数内部定义并声明一个名为 c 的整型变量，分配内存空间
    return 0;
}

int b = 10;  // 在全局范围进行变量的定义，同时进行初始化

在上面的代码中，变量 a 和 b 都被声明过，但 a 还被定义了一次，因此编译器分配了内存空间；b 只是被声明，需要另行定义以便使用。此外，变量 c 在函数内部被定义且进行了声明，也被分配了内存空间。

通常情况下，在源代码的头文件中进行变量的声明，在 C 源文件中进行变量的定义。这种方式可以避免多个文件之间对同一变量的重复定义。

2. 简述#ifdef、#else、#endif和#ifndef的作用

条件编译是C语言中的一种特殊语法，可以根据条件编译指令的真假来决定是否编译某段代码。其中，#ifdef和#ifndef用于判断某个宏是否已经被定义，#else用于指定当条件不成立时要执行的代码，#endif用于结束条件编译。

例如：

#ifndef PI
#define PI 3.1415926
#endif

在这个例子中，如果宏PI未被定义，则定义宏PI并赋值为3.1415926。

3. 写出int、bool、float、指针变量与“零值”比较的if语句

下面是四种基本类型变量和指针变量与“零值”比较时的 if 语句：

1. int 类型变量与零比较：

int num = 42;
if (num == 0) {
    printf("num equals zero\n");
} else {
    printf("num does not equal zero\n");
}

2. bool 类型变量与 false 比较：

bool flag = true;
if (flag == false) {
    printf("flag is false\n");
} else {
    printf("flag is true\n");
}

3. float 类型变量与零比较（要用浮点数相减，并判断其绝对值是否小于一个极小值）：

float f = 1.0;
float eps = 1e-6;
if (fabs(f - 0.0) < eps) {
    printf("f is close enough to zero\n");
} else {
    printf("f is not close enough to zero\n");
}

4. 指针类型变量与 NULL （即零指针）比较：

int *p = NULL;
if (p == NULL) {
    printf("p is a null pointer\n");
} else {
    printf("p is not a null pointer\n");
}

需要注意的是，虽然在大多数情况下，整型和指针类型变量与零比较时使用等于操作符 "==" 就可以了，但在一些特殊情况下，如浮点数与零比较，需要使用机器极小浮点数 eps 来控制精度误差，以避免四舍五入等问题引起的误判。

4. 结构体可以直接赋值吗

对于结构体变量的赋值，可以使用直接赋值（Assignment）方式或者复制初始化（Copy Initialization）方式进行。不过需要注意以下几点：

1. 如果结构体中不存在指针类型成员，则可以使用直接赋值（Assignment）方式或者复制初始化（Copy Initialization）方式直接进行结构体变量之间的赋值。
2. 如果结构体中包含指针类型的成员变量，那么直接进行赋值只是将指针地址进行了拷贝，并没有为指针指向的内存分配新的空间，在这种情况下，修改其中一个结构体变量的指针可能会影响另一个结构体变量中的指针的值。
3. 对于包含位字段成员的结构体，在某些编译器上可能无法进行直接赋值，因为在不同的CPU或者操作系统的位宽不同，导致不同的位段在存储时可能发生偏移，从而影响了精确的赋值重新计算字段位置，因此建议使用memcpy()等方式进行内存块拷贝。

当结构体中的成员变量都是基本类型时，可以使用赋值运算符直接将一个结构体赋值给另一个结构体。

例如：

struct Point {
    int x;
    int y;
};

struct Point p1 = {1, 2};
struct Point p2 = p1; // 直接将p1赋值给p2

在这个例子中，结构体Point中只包含了两个int类型的成员变量，因此可以直接将p1赋值给p2。

总之，对于结构体的赋值，需要根据具体的情况来选择最适合的赋值方式，并且要注意结构体中是否包含指针成员等情况，避免产生不必要的问题。

5. sizeof和strlen的区别

在C语言中，sizeof和strlen都是用来计算数据类型大小的函数。其中，sizeof用于计算数据类型的字节数，而strlen用于计算字符串的长度（不包括字符串末尾的空字符'\0'）。

例如：

int a = 10;
printf("sizeof(int) = %d\n", sizeof(int)); // 输出sizeof(int)的值

char str[] = "hello world";
printf("strlen(str) = %d\n", strlen(str)); // 输出字符串str的长度

在这个例子中，分别使用sizeof和strlen计算了int类型和字符串的大小。

6. C语言的关键字static的作用

在C语言中，关键字static用于修饰变量、函数和代码块（局部变量），具体作用如下：

1. 修饰全局变量：当static修饰全局变量时，该变量的作用域仅限于定义它的源文件内部，即使在其他源文件中使用相同名称的变量也不会发生冲突。
2. 修饰函数：当static修饰函数时，表示这个函数只能在定义该函数的源文件中使用，不能被其他源文件所调用。
3. 修饰局部变量：当static修饰局部变量时，该变量的生存期将与整个程序的运行周期一致，不会因为所在函数的结束而结束。同时，由于其作用域仅限于所处的代码块（函数）内部，可以有效避免函数重入问题，提高程序的可靠性。
4. static还可以用来修饰函数内部的变量，在每次函数调用时保持局部变量的值不变，从而实现静态保存数据的目的。

总之，通过使用关键字static，可以有效地控制变量或者函数的作用域和生命周期，并且避免了一些潜在的问题。

7. C语言的malloc的作用

在C语言中，malloc函数用于在堆内存中动态地分配指定大小的内存空间，并返回一个指向该内存块的指针。它的原型如下：

void* malloc(size_t size);

其中，size_t是一个无符号整数类型，表示要分配的内存块的大小（以字节为单位）。malloc函数会在堆内存中找到一块足够大的连续空闲区域，将其分配给程序，并返回指向该内存块起始位置的指针。

使用malloc函数可以灵活地管理内存空间，避免了在编译时就确定内存大小的静态数组的局限性。通常情况下，malloc函数用于动态创建数组、链表、树等数据结构，以及读取和处理文件等场景。

需要注意的是，使用malloc函数分配的内存空间在使用完后必须手动释放，否则会导致内存泄漏。释放内存空间的方法是调用free函数，将指向该内存块的指针作为参数传入即可。例如：

int* ptr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); // 分配10个整型变量的空间
// 使用ptr指向的内存空间进行操作
free(ptr); // 释放内存空间

需要注意的是，在使用malloc函数分配内存时，要保证分配的内存大小不超过系统的可用内存，否则会导致分配失败。同时，为了防止出现内存泄漏等问题，建议在程序设计时合理地使用malloc和free函数。

8. 写一个“标准”宏MIN

在C语言中，可以使用宏定义来定义一些常用的函数或操作。下面是一个“标准”宏MIN的定义，用于计算两个数中的最小值。

#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

在这个宏定义中，使用了三目运算符来判断a和b的大小关系，并返回较小的数。

9. i++和++i的区别

在C语言中，i++和++i都是用于自增的运算符。其中，++i表示先将i自增1，再返回自增后的值，而i++表示先返回i的值，再将i自增1。

例如：

int i = 0;
int a = ++i; // 先将i自增1，再将自增后的值赋值给a
int b = i++; // 先将i的值赋值给b，再将i自增1

在这个例子中，分别使用了i和i运算符。

10. volatile有什么作用

在C语言中，volatile是一个关键字，用于告诉编译器某个变量是易变的，即可能会被其他线程或外部设备修改。使用volatile修饰的变量，编译器不会对其进行优化，以保证程序的正确性,比如:

int flag = 1;

while(flag)
	do_something();

这里的目的是在flag变为0时执行do_something()函数。但是,编译器可能会直接使用flag的初始值1,而不会在后续代码中反复读取flag的值。所以,do_something()函数永远不会被执行,导致程序错误。使用volatile关键字后,以上代码变为:

volatile int flag = 1;

while(flag)
	do_something();

这时,编译器就不会对flag变量进行优化,会确保每次直接读取flag的值,这样一来,当flag变为0时,do_something()函数就会被正确执行。

所以,volatile关键字的两层作用是:

1. 防止编译器对变量进行优化,确保每次直接读取变量的值,而不是使用常量替代。
2. 强制编译器在变量值可能发生变化的代码前后都插入读取该变量的代码,避免因编译器优化导致的程序运行异常。

通常,volatile关键字对以下两种变量很有用:

1. 与外部硬件设备相关的寄存器对应的变量。因为这类变量的值变化与程序逻辑无关,而是突发的,需要读取其最新值。
2. 中断服务程序中与中断标志相关的变量。同样是因为该变量值的变化无关程序逻辑,需要读取实时值。所以,总结来说,volatile关键字的主要作用是通过禁止编译器优化来保证变量的值被准确读取,这在许多嵌入式系统与硬件交互的代码中尤为重要。