Cú pháp ngôn ngữ C

Cú pháp

Một hàm C phải bao gồm một kiểu trả về (kiểu đó trả về void nếu không có giá trị trả về), một tên xác định, một danh sách các tham số để trong ngoặc đơn (nếu danh sách này không có tham số nào thì ghi là void bên trong dấu ngoặc), sau đó là khối các câu lệnh (hay khối mã) và/hay các câu lệnh return. (Nếu kiểu trả về là void thì mệnh đề này không bắt buộc phải có. Ngược lại, cũng không bắt buộc chỉ có một câu lệnh return mà tùy theo kỹ thuật, người lập trình có thể dẫn dòng mã sao cho mọi hướng chẻ nhánh đều được trả về đúng kiểu.)
 <kiểu_trả_về> tên_hàm(<danh sách tham số>)
 {
  <các_câu_lệnh>
 
  return <biến (hay giá trị) có kiểu là kiểu_trả_về>;
 }
Trong đó, <danh sách tham số> của N biến thì được khai báo như là kiểu dữ liệu và tách rời nhau bởi dấu phẩy ,:
 <kiểu_dữ_liệu> var1, var2,..., varN;
Toàn bộ danh sách này được đặt trong ngoặc đơn ngay sau tên_hàm.

Thí dụ

Hàm add tính tổng hai số có kiểu integer, hàm abs tính trị tuyệt đối của số có kiểu integer, và chương trình (hàm main) hiển thị hai dòng 1 + 1 = 2 và absolute value of -2 is 2
 #include <stdio.h>; //Chú giải: dòng này khai báo thư viện là stdio.h

 int add(int x, int y)
 {
 return x + y;
 }

 int abs(int x)
 {
 if (x > 0) return x;
 if (x < 0) return -x;
 if (x == 0) return 0;
 /* đây chỉ là thí dụ cho thấy C có khả năng dùng nhiều hơn 1 câu lệnh <code>return</code>
 hoàn toàn có thể dùng các câu lệnh khác đơn giản hon. */
 }

 int main(void)
 {

 {
 int z;
 int y;
 printf("nhap z:");
 scanf("%d",&z);
 printf("nhap y:");
 scanf("%d",&y);
 printf("%d + %d = %d\n", z, y,add(z, y));
 printf ("gia tri tuyet doi cua %d la %d", y, abs(y));

 }
 }

Chú ý: phần mã trên đã được thử thành công dùng trình dịch GNU (cho ANSI C và C99)

Mô tả

Trong các câu lệnh tiền xử lý, ở cấp độ cao nhất, một chương trình ngôn ngữ C luôn có một chuỗi các khai báo cho các tập tin bao gồm.
Sau đó là các khai báo của phạm vi tập tin. Các khai báo này giới thiệu các hàm, các biến và các kiểu biến. Các hàm trong C nhìn tương tự với các chương trình con của Fortran hay các thủ tục của Pascal. Định nghĩa của hàm xuất hiện trong phần thân của nó (phần giữa bộ dấu ngoặc { và } theo sau nguyên dạng của hàm).
Các chương trình trong C để tạo các ứng dụng trực tiếp đều cần phải có một hàm đặc biệt tên là main, đây sẽ là hàm đầu tiên được gọi khi chương trình bắt đầu thực thi. Sau đây là một chương trình đầy đủ mặc dù không có mấy ứng đụng thiết thực.
int main (void)
{
return 0;
}
Hàm code>main thường gọi các hàm khác để giúp nó hoàn tất công việc (tuỳ theo sự lập trình của người dùng).
Trọng một số trường hợp C được dùng không phải để tạo ra các ứng dụng trực tiếp mà để dùng với hệ điều hành hay các nơi khác (như là phát triển các bộ điều vận, các phần sụn, hay các thư viện...). Những trường hợp như vậy thì người lập trình hoàn toàn tự do trong việc giải quyết làm sao để xử lý khởi động chương trình, đặc biệt nó sẽ không cần định nghĩa hàm main.
Các hàm có thể được viết ra bởi người lập trình hay được cung cấp sẵn bởi các thư viện. Các thư viện cần được khai báo (sử dụng) bằng cách nêu tên các tập tin tiêu dề trong câu lệnh dạng #include tập tin tiêu đề. Một số hàm thư viện như là printf đã được định nghĩa bởi chuẩn C, chúng được tham chiếu như là các hàm thư viện chuẩn.
Một hàm có thể trả về một giá trị cho môi trường gọi nó. Khi hàm main trả về giá trị 0 chỉ dấu cho rằng toàn bộ chương trình đã hoàn tất thành công và kết thúc. Hàm printf cùng có giá trị trả về, đó là số lượng ký tự đã hiển thị, nhưng giá trị này thường bị bỏ qua không dùng.

Truyền các biến

Các biến trong C được truyền qua các hàm bằng giá trị trong khi nhiều ngôn ngữ khác lại được truyền bằng tham chiếu (hay bằng địa chỉ). Điều này có nghĩa là hàm chỉ chép lại các giá trị và không thể thay đổi các giá trị đó của các biến (hay đối số) đưa vào. Để có thể thay đổi được giá trị của các biến truyền vào, người lập trình có thể truyền địa chỉ của nó vào hàm và tham chiếu ngược nó trong hàm được dùng (xem thêm kiểu tham chiếu)
 void incInt(int *y)
 {
  (*y)++; // tăng giá trị của x trong <code>main<code> 1 đơn vị
 }
 
 int main(void)
 {
  int x = 0;
  incInt(&x); // chuyển một tham chiếu vào incInt cho 'x'
  return 0;
 }
Để có thể chuyển một con trỏ (mà có thể cần đổi địa chỉ nó chỉ đến), có thể chuyển một tham chiếu cho con trỏ (tham chiếu này chỉ đến địa chỉ của con trỏ):
 void setInt(int **p, int n)
 {
  *p = (int *) malloc(sizeof(int)); // đăng ký một vùng nhớ
  *p = n;     // cài giá trị vào
 }
 
 int main(void)
 {
  int *p;   //khai báo một con trỏ kiểu integer
  setInt(&p, 42); // chuyển giá trị của 'p' vào.
  return 0;
 }
int **p sẽ định nghĩa một con trỏ chỉ đến con trỏ (thay vì chỉ đến các kiểu dữ liệu thông thường) tức là chỉ đến địa chỉ của con trỏ p.
Hàm scanf làm việc theo cùng một cách thức:
 int x;
 scanf("%d", &x);

Các cấu trúc dòng điều khiển

Một cách cơ bản thì C là ngôn ngữ dạng tự do. Trong phần này, tất cả các chữ "mệnh đề" có nghĩa tương đương với chữ "câu lệnh".

Các mệnh đề phức hợp

Câu lệnh phức hợp được bọc trong dấu ngoặc { và } còn được gọi là khối mã. Các câu lệnh phức hợp trong C có dạng.
{ <danh sách khai báo tùy chọn> <danh sách câu lệnh tùy chọn> }
Khối mã được dùng như là phần thân của một hàm hay đưọc đặt bất kì ở vị trí nào mà một câu lệnh đơn giản có thể đặt. Nghĩa là, về ý nghĩa văn phạm thì câu lệnh đơn giản và câu lệnh phức hợp là tương đương nhau.

Các mệnh đề biểu thức

Một câu lệnh (hay một mệnh đề) của C có dạng:
<biểu thức tùy chọn>;
là một mệnh đề biểu thức. Nếu biểu thức này không có nội dung (mà chỉ còn lại dấu ; thì biểu thức được gọi là mệnh đề null (hay mệnh dề rỗng). (Theo ngôn ngữ máy Assembler thì mệnh đề null sẽ tương đương với câu lệnh NOP; chiếm 1 byte chỉ làm nhiệm vụ tăng địa chỉ của chồng (stack) lên 1 đơn vị.)

Các mệnh đề lựa chọn (hay điều kiện)

Có ba loại mệnh đề lựa chọn: hai loại dùng từ khóa if và một loại dùng từ khóa switch. Đó là:

Dạng dùng từ khóa if

if (<biểu thức>)
<mệnh đề1>;
if (<biểu thức>)
<mệnh đề1>;
else
<mệnh đề2>;
Trong dạng này, nếu phần trong ngoặc đơn có giá trị khác 0 hay có giá trị "đúng" (true) thì dòng điều khiển sẽ chuyển vào để thực thi <mệnh đề1>. Nếu trong câu lệnh if có thêm từ khóa else thì <mệnh đề2> sẽ được thực thi một khi <biểu thức> có giá trị 0 hay giá trị "sai".
Nhắc lại: như trên thì vị trí mỗi mệnh đề đều có thể thay bằng một khối mã.
Trong cách viết mã lồng nhau phức tạp bao gồm nhiều mệnh đề if thì từ khóa else sẽ được gán vào mệnh đề if phía trên gần nhất nào chưa được ghép. Để tránh sự nhầm lẫn cách tốt nhất là lồng chúng vào trong các dấu { và }.

Các mệnh đề tái lặp (hay vòng lặp)

C có 3 dạng câu lệnh vòng lặp:

Vòng lặp do

do
<mệnh đề>
while (<biểu thức>);
Trong mệnh đề này thì mệnh đề được thực thi lặp lại cho tới khi nào <biểu thức> được đánh giá (hay có giá trị) là true. Một khi <biểu thức> không còn có giá trị true nữa thì vòng lặp sẽ bị kết thúc.

Vòng lặp while

while (<biểu thức>)
<mệnh đề>
<mệnh đề> chỉ được thực thi hay thực thi lặp lại khi <biểu thức> có giá trị là true. Nếu <biểu thức> có giá trị false thì câu lệnh sẽ bị kết thúc ngay lập tức.

Các mệnh đề nhảy (hay bước nhảy)

Các lệnh nhảy sẽ thay đổi dòng điều khiển một cách vô điều kiện. có 4 kiểu mệnh đề nhảy trong C là goto, continue, break, và return.

goto

câu lệnh goto sẽ có dạng:
goto <nhãn>;
nhãn phải có mặt trong hàm có chứa câu lệnh goto. Khi đọc đến lệnh này, dòng điều khiển sẽ chuyển đến mệnh đề nhãn.

continue

Mệnh đề continue chỉ có thể xuất hiện trong một vòng lặp và có tác dụng làm cho dòng điều khiển chuyển sang chu kì mới của vòng lặp trong cùng nhất (có chứa câu lệnh). Các dạng sử dụng bao gồm
while (expression) {
/*... */
cont:;
}
do {
/*... */
cont:;
} while (expression);
for (optional-expr; optexp2; optexp3) {
/*... */
cont:;
}

break

Mệnh đề break dùng để kết thúc một câu lệnh vòng lặp hay câu lệnh switch ngay lập tức và chuyển tiếp đến câu lệnh tiếp theo sau của vòng lặp đó.

return

Một hàm trả dòng điều khiển về nơi gọi nó bằng câu lệnh return. Khi lệnh return được theo sau bởi một biểu thức thì biểu thức đó sẽ được đánh giá và giá trị này sẽ được trả về cho nơi đã gọi hàm. Khi return được gọi mà không có biểu thức đi kèm thì giá trị trả về là không xác định.

Các kiểu dữ liệu cơ bản

Nhiều ngôn ngữ lập trình kể cả C, biểu thị các số trong hai dạng: nguyên và thực (hay không nguyên). Sự khác nhau này hình thành từ khía cạnh kỹ thuật của các cách thức xử lý và lưu trữ các giá trị trong bộ nhớ.
Kiểu nguyên viết dưới dạng int được dùng để biểu thị các số nguyên. Kiểu nguyên có trong nhiều kích cỡ khác nhau tùy theo phân lượng bộ nhớ được dùng và độ lớn cao nhất¹. Các từ khóa, có tên là các định tính, được dùng thêm vào để điều chỉnh lại kích cỡ là: short, long và long long². Kiểu ký tự mà từ khóa của nó là char, biểu thị đơn vị nhỏ nhất có thể địa chỉ hóa được (bởi kiến trúc máy tính) thường là một byte với 8 bit.
Dạng thực được dùng để biểu thị các số thập phân hay các bộ phận hữu tỉ. Mặc dù vậy chúng không hoàn toàn chính xác mà chỉ là các biểu thị gần đúng.
Có 3 kiểu giá trị thực bao gồm: loại có độ chính xác đơn (có đặc tả là float), loại có độ chính xác kép (có đặc tả là double), và loại có độ chính xác kép mở rộng (có đặc tả là long double). Mỗi loại dùng để biểu thị các giá trị không nguyên trong một dạng khác nhau.
Các kiểu nguyên có thể hoặc là có dấu (signed) hay không dấu (unsigned). Nếu không chỉ rõ khi khai báo thì mặc định (hiểu ngầm) sẽ là loại có dấu. Một ngoại lệ là các kiểu char, signed char và unsigned char đều khác nhau, và kiểu char có thể là loại có dấu hay không có dấu.
Đối với loại có dấu, thì bit có nghĩa cao nhất được dùng để biểu thị dấu (dương hay âm). Thí dụ một số nguyên 16-bit loại có dấu thì chỉ dùng 15 bit để biểu thị giá trị (tuyệt đối) của nó còn bit có nghĩa cao nhất lại được dùng để cho biết đó là số dương hay âm. Đối với loại không dấu thì bit này lại được dùng thêm vào để biểu thị giá trị.
¹ = Trong các kiểu nguyên, độ lớn cao nhất biểu thị giá trị lớn nhất (tùy theo có dấu hay không) mà nó biểu thị. (Xem thêm bản dưới đây)
² = Từ khóa long long được đưa thêm vào trong chuẩn C99.

Các kiểu tham chiếu

Tiền tố ký tự * được dùng để biểu thị kiểu tham chiếu, mà thường được biết đến như là một con trỏ. Nếu như đặc tả int biểu thị một kiểu nguyên cơ bản thì đặc tả int * lại biểu thị một tham chiếu kiểu nguyên, tức là một loại con trỏ. Các giá trị tham chiếu tương quan sẽ bao gồm hai phần thông tin: đó là địa chỉ của vùng nhớ và một kiểu dữ liệu. Câu lệnh sau đây khai báo một biến tham chiếu nguyên có tên là ptr:
int *ptr;

Sự tham chiếu

Khi một con trỏ địa phương được khai báo, thì chưa có một địa chỉ nào gán cho nó cả. Địa chỉ tương quan với một con trỏ có thể được thay đổi (hay hình thành) qua phép gán. Trong thí dụ sau, biến ptr sẽ cài cho nó chỉ tới cùng một dữ liệu như là biến nguyên cơ bản a:
int *ptr;
int a;

ptr = &a;
Để làm được việc này, toán tử tham chiếu (hay còn gọi là tham chiếu ngược) & đã được dùng tới. Nó trả về vị trí của biến trong bộ nhớ (tức là địa chỉ) hay là chỗ chứa thực thể theo sau (trong thí dụ thì thực thể đó là a). Toán tử này như là công việc nó làm thường được gọi là toán tử "địa chỉ".
Trong trường hợp tổng quát, cụm từ giá trị tham chiếu được dùng để nói về địa chỉ trong bộ nhớ của sự tham chiếu (hay tham chiếu ngược).

Sự tham chiếu ngược

Cùng một biểu hiện, giá trị có thể đọc về từ một giá trị tham chiếu. Trong thí dụ sau, biến nguyên cơ bản b sẽ được gán đến dữ liệu mà dữ liệu đó được tham chiếu bởi ptr:
int *ptr;
int a, b;

a = 10; //gán cho a giá trị là 10
ptr = &a; //phép gán địa chỉ của a (tức là &a) lên con trỏ 'ptr'
  //để ptr bây giờ chỉ đến địa chỉ có nội dung là 10
b = *ptr //phép gán này cho b một giá trị nằm ở địa chỉ mà 'ptr'
  //chỉ tới tức là giá trị của b sẽ là 10
Để hoàn tất được thao tác này, toán tử tham chiếu ngược (&) đã được dùng. Nó trả về dữ liệu cơ bản. Dữ liệu này có giá trị là một tham chiếu chỉ tới (tức là một địa chỉ). Biểu thức *ptr là một cách viết khác của giá trị 10 (gán cho b).
Việc quá tải của ký tự * có hai biểu hiện liên hệ mà có thể gây ra sự nhầm lẫn. Hiểu được sự khác nhau giữa việc dùng nó như là một tiền tố trong một khai báo (con trỏ) và việc xem nó là toán tử tham chiếu trong một biểu thức là rất quan trọng.

Khai báo mảng tĩnh

Trong C, mảng được dùng để biểu thị một cấu trúc của một dãy nhiều giá trị có cùng một kiểu được xếp thứ tự. Một mảng gọi là tĩnh nếu độ dài của dãy mảng này cố định. Sự khai báo của mảng tĩnh có cú pháp sau:
int array[n];
trong đó, tên của mảng là array sẽ có thể chứa được n giá trị của kiểu cơ bản int. Trong thực hành, phần bộ nhớ cho n giá trị nguyên này được để dành riêng và được gán cho mảng này (mặc dù giá trị của các phần tử trong mảng chưa được xác định). Biến array thực chất là một kiểu tham chiếu của kiểu nguyên; nó khởi thủy sẽ chỉ tới địa chỉ của giá trị đầu tiên trong mảng.

Các mảng động

C không cung cấp phương tiện để kiểm tra biên cho các mảng. Nghĩa là nó không thể bắt được các lỗi khi gán cho một mảng chỉ số âm hay chỉ số vượt quá độ đài của mảng đó. Và hơn thế nữa các chỉ số trong một mảng có thể vượt khỏi độ dài sẵn có của mảng đó.
Vì các mảng là thuần nhất, tức là nó chỉ chứa các dữ liệu có chung một kiểu nên hai thành phần thông tin cần nhớ là địa chỉ của phần tử đầu tiên và kiểu của dữ liệu.
Nhắc lại về cú pháp để khai báo một mảng tĩnh, tức là tạo ra một biến tham chiếu nguyên và cấp phát một vùng nhớ tương ứng cho nó:
int array[n];
Cách biểu hiện này có thể được tái lập với sự giúp đỡ của thư viện chuẩn C. Hàm calloc cung cấp một cách đơn giản để cấp phát một vùng nhớ. Hai tham số dùng đến sẽ là số lượng các phần tử và kích cỡ (độ lớn) của mỗi phần tử. Khi việc cấp phát bộ nhớ hoàn thành, calloc trả về một con trỏ chỉ tới phần tử đầu tiên và gán cho mọi phần tử giá trị khởi động là 0. Nếu sự cấp phát vùng nhớ không thành công (vì bộ nhớ không đủ chỗ trống hạn) thì calloc trả về con trỏ rỗng. Thí dụ: đoạn mã sau đây có chức năng tương đương với việc khai báo một mảng tĩnh của n phần tử có kiểu int:
int *array;
array = calloc(n, sizeof(int));
Tuy nhiên, điểm vượt trội của cách khai báo này là việc sử dụng cấp phát vùng nhớ động . Kích cỡ của mảng (tức là lượng không gian nhớ được cấp phát một cách an toàn cho mảng) lại có thể được thay đổi sau khi đã khai báo.
Một khi việc cấp phát vùng nhớ động không còn cần thiết nữa thì phần bộ nhớ đó nên được trả về cho hệ điều hành. Thao tác này có thể tiến hành bằng hàm free. Nó cần một tham số: tên của con trỏ mà trước đây đã xin cấp phát vùng nhớ. Một cách an toàn hơn là sau khi đã trả vùng nhớ về cho hệ điều hành, người lập trình cũng nên cài (hay gán) cho con trỏ liên đới giá trị NULL để hủy bỏ địa chỉ mà nó đang chỉ tới (nhằm tránh gây ra các hiệu ứng phụ do việc tham chiếu của con trỏ này có thể gây ra).
free(array);
array = NULL;

Các mảng đa chiều

C có hỗ trợ việc dùng mảng đa chiều. Việc định nghĩa chúng giống như là tạo ra mảng của các mảng , mặc dù vậy trong thực tế nó không hoàn toàn đúng. Cú pháp sau:
int array2D[số_hàng][số_cột];
sẽ định nghĩa một mảng hai chiều; chiều thứ nhất có số_hàng phần tử. Chiều thứ hai sẽ có số_hàng * số_cột các phần tử—một tập hợp của số_cột các phần tử mà mỗi phần tử là một chiều thứ nhất.
Các mảng đa chiều hoàn toàn có thể được xem như là dãy của các con trỏ. Trong thí dụ trên, array2D (nếu số_hàng là 1) sẽ là một tham chiếu giá trị nguyên mà nó chỉ tới một mảng của số_cột các phần tử.

Ứng xử không xác định

Một khía cạnh thú vị (mặc dù chắc không đơn nhất) của tiêu chuẩn C là ứng xử của một số dạng mã chắc chắn dẫn tới tình trạng không xác định. Trong thực tế, điều này có nghĩa là chương trình tạo ra từ mã này có thể làm bất kì gì từ việc thực thi đúng theo ý muốn cho đến việc hư hỏng mỗi lần nó chạy.
Thí dụ: mã sau đây gây ra ứng xử không xác định, vì biến b được dùng tới nhiều hơn một lần (đồng thời lại có sự biến đổi của chính b trong lúc tính toán) qua biểu thức a = b + b++;:
#include <stdio.h>

int main (void)
{
 int a, b = 1;
 a = b + b++;
 printf ("%d\n", a);
 return 0;
}
Vì không có dãy điểm giữa việc truy cập của b trong b + b++, nó tạo nên tình trạng là trình dịch có thể tự quyết định tăng b trước hay sau khi cộng (tùy theo trình dịch và trạng thái máy!) dẫn đến kết quả là 2 hay 3. Mặc dù vậy, vì để cho phép trình dịch thực hiện tốt các quá trình tối ưu, tiêu chuẩn này (của C) còn có thể tạo ra tình hình tệ hơn như trình bày trên. Một cách tổng quát, mọi sự diều chỉnh (hay thay đổi giá trị) và truy cập giữa các dãy điểm có thể gây ra tình huống bất định.