第二章 数据类型

2.1 常量与变量

2.1.1 关键字

C的关键字

2.1.2 数据类型

数据类型的作用：编译器预算对象（变量）分配的内存空间大小。

数据类型

2.1.3 常量

常量：

• 在程序运行过程中，其值不能被改变的量
• 常量一般出现在表达式或赋值语句中

2.1.4 变量

1.变量
变量：

• 在程序运行过程中，其值可以改变
• 变量在使用前必须先定义，定义变量前必须有相应的数据类型

标识符命名规则：

• 标识符不能是关键字
• 标识符只能由字母、数字、下划线组成
• 第一个字符必须为字母或下划线
• 标识符中字母区分大小写

变量特点：

• 变量在编译时为其分配相应的内存空间
• 可以通过其名字和地址访问相应内存
  
  在这里插入图片描述

2.声明和定义区别

• 声明变量不需要建立存储空间，如：extern int a;
• 定义变量需要建立存储空间，如：int b;

#include <stdio.h>

int main()
{
    //extern 关键字只做声明，不能做任何定义，后面还会学习，这里先了解
    //声明一个变量a，a在这里没有建立存储空间
    extern int a;
    a = 10; //err, 没有空间，就不可以赋值

    int b = 10; //定义一个变量b，b的类型为int，b赋值为10

    return 0;
}

从广义的角度来讲声明中包含着定义，即定义是声明的一个特例，所以并非所有的声明都是定义：

• int b 它既是声明，同时又是定义
• 对于 extern b来讲它只是声明不是定义

一般的情况下，把建立存储空间的声明称之为“定义”，而把不需要建立存储空间的声明称之为“声明”。

2.1.5 使用示例

#include <stdio.h>
#define MAX 10 //声明了一个常量，名字叫MAX，值是10，常量的值一旦初始化不可改

int main()
{
    int a;  //定义了一个变量，其类型为int，名字叫a

    const int b = 10; //定义一个const常量，名为叫b，值为10
    //b = 11; //err,常量的值不能改变

    //MAX = 100;    //err,常量的值不能改变

    a = MAX;//将abc的值设置为MAX的值
    a = 123;

    printf("%d\n", a); //打印变量a的值

    return 0;
}

2.2 进制

2.2.1 二进制

二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。

当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统，数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。

十进制转化二进制的方法： 用十进制数除以2，分别取余数和商数，商数为0的时候，将余数倒着数就是转化后的结果。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.2.2 八进制

八进制，Octal，缩写OCT或O，一种以8为基数的计数法，采用0，1，2，3，4，5，6，7八个数字，逢八进1。一些编程语言中常常以数字0开始表明该数字是八进制。

八进制的数和二进制数可以按位对应（八进制一位对应二进制三位），因此常应用在计算机语言中。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.2.3 十六进制

十六进制（英文名称：Hexadecimal），同我们日常生活中的表示法不一样，它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9，A-F对应10-15。

十六进制的数和二进制数可以按位对应（十六进制一位对应二进制四位），因此常应用在计算机语言中。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.2.4 C语言如何表示相应进制数

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 123;        //十进制方式赋值
    int b = 0123;       //八进制方式赋值， 以数字0开头
    int c = 0xABC;  //十六进制方式赋值

    //如果在printf中输出一个十进制数那么用%d，八进制用%o，十六进制是%x
    printf("十进制：%d\n",a );
    printf("八进制：%o\n", b);  //%o,为字母o,不是数字
    printf("十六进制：%x\n", c);

    return 0;
}

2.3 计算机内存数值存储方式

2.3.1 原码

一个数的原码(原始的二进制码)有如下特点：

• 最高位做为符号位，0表示正,为1表示负
• 其它数值部分就是数值本身绝对值的二进制数
• 负数的原码是在其绝对值的基础上，最高位变为1

下面数值以1字节的大小描述：

原码表示法简单易懂，与带符号数本身转换方便，只要符号还原即可，但当两个正数相减或不同符号数相加时，必须比较两个数哪个绝对值大，才能决定谁减谁，才能确定结果是正还是负，所以原码不便于加减运算。

2.3.2 反码

• 对于正数，反码与原码相同
• 对于负数，符号位不变，其它部分取反(1变0,0变1)

反码运算也不方便，通常用来作为求补码的中间过渡。

2.3.3 补码

在计算机系统中，数值一律用补码来存储。

补码特点：

• 对于正数，原码、反码、补码相同
• 对于负数，其补码为它的反码加1
• 补码符号位不动，其他位求反，最后整个数加1，得到原码

#include <stdio.h>

int main()
{
    int  a = -15;

    printf("%x\n", a);
    //结果为 fffffff1
    //fffffff1对应的二进制：1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0001
    //符号位不变，其它取反：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110
    //上面加1：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111  最高位1代表负数，就是-15

    return 0;
}

2.3.4 补码的意义

示例1：用8位二进制数分别表示+0和-0

不管以原码方式存储，还是以反码方式存储，0也有两种表示形式。为什么同样一个0有两种不同的表示方法呢？

但是如果以补码方式存储，补码统一了零的编码：

示例2：计算9-6的结果
以原码方式相加：

在这里插入图片描述

结果为-15，不正确。

以补码方式相加：

在这里插入图片描述

最高位的1溢出,剩余8位二进制表示的是3，正确。

在计算机系统中，数值一律用补码来存储，主要原因是：

• 统一了零的编码
• 将符号位和其它位统一处理
• 将减法运算转变为加法运算
• 两个用补码表示的数相加时，如果最高位(符号位)有进位，则进位被舍弃

2.4 sizeof关键字

• sizeof不是函数，所以不需要包含任何头文件，它的功能是计算一个数据类型的大小，单位为字节
• sizeof的返回值为size_t
• size_t类型在32位操作系统下是unsigned int，是一个无符号的整数

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a;
    int b = sizeof(a);//sizeof得到指定值占用内存的大小，单位：字节
    printf("b = %d\n", b);

    size_t c = sizeof(a);
    printf("c = %u\n", c);//用无符号数的方式输出c的值

    return 0;
}

2.5整型：int

2.5.1 整型变量的定义和输出

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 123;    //定义变量a，以10进制方式赋值为123
    int b = 0567;   //定义变量b，以8进制方式赋值为0567
    int c = 0xabc;  //定义变量c，以16进制方式赋值为0xabc

    printf("a = %d\n", a);
    printf("8进制：b = %o\n", b);
    printf("10进制：b = %d\n", b);
    printf("16进制：c = %x\n", c);
    printf("16进制：c = %X\n", c);
    printf("10进制：c = %d\n", c);

    unsigned int d = 0xffffffff;            //定义无符号int变量d，以16进制方式赋值
    printf("有符号方式打印：d = %d\n", d);  // d=-1
    printf("无符号方式打印：d = %u\n", d);  // d=4294967295
    return 0;
}

2.5.2 整型变量的输入

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a;
    printf("请输入a的值：");

    //不要加“\n”
    scanf("%d", &a);

    printf("a = %d\n", a); //打印a的值

    return 0;
}

2.5.3 short、int、long、long long

注意：

• 需要注意的是，整型数据在内存中占的字节数与所选择的操作系统有关。虽然 C 语言标准中没有明确规定整型数据的长度，但 long 类型整数的长度不能短于 int 类型， short 类型整数的长度不能短于 int 类型。
• 当一个小的数据类型赋值给一个大的数据类型，不会出错，因为编译器会自动转化。但当一个大的类型赋值给一个小的数据类型，那么就可能丢失高位。

#include <stdio.h>

int main()
{
    short a = 10;
    int b = 10;
    long c = 10l; //或者10L
    long long d = 10ll; //或者10LL

    printf("sizeof(a) = %u\n", sizeof(a));
    printf("sizeof(b) = %u\n", sizeof(b));
    printf("sizeof(c) = %u\n", sizeof(c));
    printf("sizeof(c) = %u\n", sizeof(d));

    printf("short a = %hd\n", a);
    printf("int b = %d\n", b);
    printf("long c = %ld\n", c);
    printf("long long d = %lld\n", d);

    unsigned short a2 = 20u;
    unsigned int b2 = 20u;
    unsigned long c2= 20ul; 
    unsigned long long d2 = 20ull; 

    printf("unsigned short a = %hu\n", a2);
    printf("unsigned int b = %u\n", b2);
    printf("unsigned long c = %lu\n", c2);
    printf("unsigned long long d = %llu\n", d2);

    return 0;
}

2.5.4 有符号数和无符号数区别

1.有符号数
有符号数是最高位为符号位，0代表正数，1代表负数。

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>

int main()
{
    signed int a = -1089474374; //定义有符号整型变量a
    printf("%X\n", a); //结果为 BF0FF0BA

    //B       F      0        F       F     0        B        A
    //1011 1111 0000 1111 1111 0000 1011 1010

    return 0;
}

2.无符号数
无符号数最高位不是符号位，而就是数的一部分，无符号数不可能是负数。

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>

int main()
{
   unsigned int a = 3236958022; //定义无符号整型变量a
   printf("%X\n", a); //结果为 C0F00F46

   return 0;
}

当我们写程序要处理一个不可能出现负值的时候，一般用无符号数，这样可以增大数的表达最大值。

3.有符号和无符号整型取值范围

在这里插入图片描述

2.6字符型：char

2.6.1 字符变量的定义和输出

字符型变量用于存储一个单一字符，在 C 语言中用 char 表示，其中每个字符变量都会占用 1 个字节。在给字符型变量赋值时，需要用一对英文半角格式的单引号(' ')把字符括起来。

字符变量实际上并不是把该字符本身放到变量的内存单元中去，而是将该字符对应的 ASCII 编码放到变量的存储单元中。char的本质就是一个1字节大小的整型。

#include <stdio.h>

int main()
{
    char ch = 'a';
    printf("sizeof(ch) = %u\n", sizeof(ch));

    printf("ch[%%c] = %c\n", ch); //打印字符
    printf("ch[%%d] = %d\n", ch); //打印‘a’ ASCII的值

    char A = 'A';
    char a = 'a';
    printf("a = %d\n", a);      //97
    printf("A = %d\n", A);  //65

    printf("A = %c\n", 'a' - 32); //小写a转大写A
    printf("a = %c\n", 'A' + 32); //大写A转小写a

    ch = ' ';
    printf("空字符：%d\n", ch); //空字符ASCII的值为32
    printf("A = %c\n", 'a' - ' '); //小写a转大写A
    printf("a = %c\n", 'A' + ' '); //大写A转小写a

    return 0;
}

2.6.2 字符变量的输入

#include <stdio.h>

int main()
{
    char ch;
    printf("请输入ch的值：");

    //不要加“\n”
    scanf("%c", &ch);
    printf("ch = %c\n", ch); //打印ch的字符

    return 0;
}

2.6.2 ASCII对照表

ASCII 码大致由以下两部分组成：

• ASCII 非打印控制字符： ASCII 表上的数字 0-31 分配给了控制字符，用于控制像打印机等一些外围设备。
• ASCII 打印字符：数字 32-126 分配给了能在键盘上找到的字符，当查看或打印文档时就会出现。数字 127 代表 Del 命令。

2.6.3 转义字符

注意：红色字体标注的为不可打印字符。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("abc");
    printf("\refg\n"); //\r切换到句首， \n为换行键

    printf("abc");
    printf("\befg\n");//\b为退格键， \n为换行键

    printf("%d\n", '\123');// '\123'为8进制转义字符，0123对应10进制数为83
    printf("%d\n", '\x23');// '\x23'为16进制转义字符，0x23对应10进制数为35

    return 0;
}

2.6.4 数值溢出

当超过一个数据类型能够存放最大的范围时，数值会溢出。

有符号位最高位溢出的区别： 符号位溢出会导致数的正负发生改变，但最高位的溢出会导致最高位丢失。

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>

int main()
{
    char ch;

    //符号位溢出会导致数的正负发生改变
    ch = 0x7f + 2; //127+2
    printf("%d\n", ch);
    //  0111 1111
    //+2后 1000 0001，这是负数补码，其原码为 1111 1111，结果为-127

    //最高位的溢出会导致最高位丢失
    unsigned char ch2;
    ch2 = 0xff+1; //255+1
    printf("%u\n", ch2);
    //    1111 1111
    //+1后 10000 0000， char只有8位最高位的溢出，结果为0000 0000，十进制为0

    ch2 = 0xff + 2; //255+1
    printf("%u\n", ch2);
    //    1111 1111
    //+1后 10000 0001， char只有8位最高位的溢出，结果为0000 0001，十进制为1

    return 0;
}

2.7实型(浮点型)：float、double

实型变量也可以称为浮点型变量，浮点型变量是用来存储小数数值的。在C语言中， 浮点型变量分为两种： 单精度浮点数(float)、 双精度浮点数(double)， 但是double型变量所表示的浮点数比 float 型变量更精确。

由于浮点型变量是由有限的存储单元组成的，因此只能提供有限的有效数字。在有效位以外的数字将被舍去，这样可能会产生一些误差。

不以f结尾的常量是double类型，以f结尾的常量(如3.14f)是float类型。

#include <stdio.h>

int main()
{
    //传统方式赋值
    float a = 3.14f; //或3.14F
    double b = 3.14;

    printf("a = %f\n", a);
    printf("b = %lf\n", b);

    //科学法赋值
    a = 3.2e3f; //3.2*1000 = 32000，e可以写E
    printf("a1 = %f\n", a);

    a = 100e-3f; //100*0.001 = 0.1
    printf("a2 = %f\n", a);

    a = 3.1415926f;
    printf("a3 = %f\n", a); //结果为3.141593

    return 0;
}

2.8类型限定符

2.9字符串格式化输出和输入

2.9.1 字符串常量

• 字符串是内存中一段连续的char空间，以'\0'(数字0)结尾。
• 字符串常量是由双引号括起来的字符序列，如“china”、“C program”，“$12.5”等都是合法的字符串常量。

字符串常量与字符常量的不同：

在这里插入图片描述

2.9.2 printf函数和putchar函数

printf是输出一个字符串，putchar输出一个char。

printf格式字符：

printf附加格式：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 100;
    printf("a = %d\n", a);//格式化输出一个字符串
    printf("%p\n", &a);//输出变量a在内存中的地址编号
    printf("%%d\n");

    char c = 'a';
    putchar(c);//putchar只有一个参数，就是要输出的char
    long a2 = 100;
    printf("%ld, %lx, %lo\n", a2, a2, a2);

    long long a3 = 1000;
    printf("%lld, %llx, %llo\n", a3, a3, a3);

    int abc = 10;
    printf("abc = '%6d'\n", abc);
    printf("abc = '%-6d'\n", abc);
    printf("abc = '%06d'\n", abc);
    printf("abc = '%-06d'\n", abc);

    double d = 12.3;
    printf("d = \' %-10.3lf \'\n", d);

    return 0;
}

2.9.3 scanf函数与getchar函数

• getchar是从标准输入设备读取一个char。
• scanf通过%转义的方式可以得到用户通过标准输入设备输入的数据。

#include <stdio.h>

int main()
{
    char ch1;
    char ch2;
    char ch3;
    int a;
    int b;

    printf("请输入ch1的字符：");
    ch1 = getchar();
    printf("ch1 = %c\n", ch1);

    getchar(); //测试此处getchar()的作用

    printf("请输入ch2的字符：");
    ch2 = getchar();
    printf("\'ch2 = %ctest\'\n", ch2);

    getchar(); //测试此处getchar()的作用
    printf("请输入ch3的字符：");
    scanf("%c", &ch3);//这里第二个参数一定是变量的地址，而不是变量名
    printf("ch3 = %c\n", ch3);

    printf("请输入a的值：");
    scanf("%d", &a);
    printf("a = %d\n", a);

    printf("请输入b的值：");
    scanf("%d", &b);
    printf("b = %d\n", b);

    return 0;
}