黑马程序员——零基础学习iOS开发——05 C语言：进制、内存储存细节、类型说明符、位运算、数组

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一、进制

1.什么是进制？

进制是一种计数的表现方式。

我们日常生活中用十进制，即每满10个，前一位加1，当前位清零；

而计算机只能读懂0和1，所以计算机是二进制，每满2个，前一位加1，当前位清零；

内存地址用十六进制计数，每满16个，前一位加1，当前位清零，十六进制中数字10到15用ABCDEF这六个字母表示；

当然，还有八进制，如果你愿意，三进制、四进制、五进制你都可以用，鉴于大多数人都不用这些进制，我猜它们可能不太好用，这里就不研究了。

我们来感受一下二进制、八进制、十六进制是如何使用的，数一下下面有多少个笑脸，分别用各种进制计数。

     

    

    

十进制：12   

二进制：1100

八进制：14

十六进制：C

2.printf 进制输出格式

 %d、%i  十进制形式输出整数

 %f 输出小数

 %o 八进制形式输出整数

 %x 十六进制形式输出整数

 %c   输出字符

 %p  输出地址

 

 //以16进制整数的形式输出一个数值

  printf("%x\n", number);   

3.定义进制格式

    // 默认情况下，就是十进制

    int number = 12;

    

    // 二进制(0b或者0B开头)

    int number2 = 0B1100;

    

    // 八进制（0开头）

    int number3 = 014;

    

    // 十六进制（0x或者0X开头）

    int number4 = 0xc;

试着判断一下下面的数字写法是否合理？

00011   0x0011 0x7H4  10.98  0986  .089  -109 

+178    0b325  0b0010   0xFFdc  96f  96.0f   96.0F

-.003    15.4e6  10e8.7  7.6e-6

上面标黄的写法是不合理的。

.089的写法是正确的 .089 == 0.089

+178的写法是正确的 +178 == 178

-.003的写法是正确的 -.003 == -0.003

15.4e6的写法是正确的 15.4e6 == 15.4 * 10的6次方

7.6e-6的写法是正确的 7.6e-6 == 7.6 * 10的-6次方

二、内存储存细节

1.字节和地址 

不同类型的数据占用的字节是不一样的，一个整型变量占用4字节（Byte），1字节(Byte)=8比特位（bit）

2.变量的存储

1>所占用字节数跟类型有关，也跟编译器环境有关

2>变量实例

//一个int类型数据占用4个字节，即32bit
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100
int num1 = 12;
//0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101
int num2 = 13; 

为变量分配内存地址时是从大往小分配的，下图中得内存地址是我虚构的，但不影响举例。

首先，由于num1和num2都是int类型，所以他们都占用4个字节。

• 内存由大到小寻址

• 只存储二进制形式

• 每个变量都有地址：第一个字节的地址就是变量的地址

3>查看内存地址的两种方式：%x 和 %p

3.负数在内存中的存储

1>最高位（比特位）为1，表示负数，最高位为0，表示正数

2>负数的表示形式:反码、补码

4.取值范围

假设我们现在有1个字节的空间，这个空间内存储的数的取值范围是多少？

1字节等于8比特，1个比特储存的数有两种可能，0和1，8比特就有2的8次方种可能。

内存中第一位默认标识数组的正负，所以就只剩下2的7次方种可能。

所以1字节能存的数的取值范围为 负2的七次方~正2的七次方-1。

 5.练习题

写出下列变量在内存中的存储情况

int a = 134;

int b = 0;

int c = -10;

三、类型说明符

1.short和long

short和long可以提供不同长度的整数型数据

short == short int  

long == long int

下面是各种类型的占位符格式：

int         %d

short     %d

long      %ld

long long   %lld

char      %c

float / double  %f    %.nf(显示小数点后n位)

2.signed和unsigned

signed: 内存比特位中最高位作为符号位（0正1负）     取值范围  -2^31~2^31-

unsigned: 内存比特位中最高位不作为符号位    取值范围 0~2^32

unsigned输出   %u

unsigned long  %lu

四、位运算

1. 按位与 &  

1）功能：只有对应的两个二进制位均为1时，结果位才为1，否则为0。

2）举例：
            计算  9 & 5;
           9转换成二进制为： 1001
           5转换成二进制为： 0101
每一位按位与后的结果： 0001
0001转换为的十进制结果为：       1

3）规律： 二进制中，与1相&就保持原位，与0相&就为0。

2. 按位或 | 

1） 功能 
只要对应的二个二进位至少有一个为1时，结果位就为1，两个二进制位都不为1，结果位就为0。 
2）举例:
比如 9 | 5，其实就是1001 | 101 = 1101，因此 9 | 5 = 13 
       计算 9 | 5
       9转换成二进制  1001
       5转换成二进制  0101
  每一位按位与或的结果  1101
1101转换为的十进制结果为：13

3）任何数和0按位或，结果还是它本身。

3. 按位异或 ^

1） 功能 
当对应的二进位相异（不相同）时，结果为1，否则为0。 
2）举例:
     比如9^5，其实就是1001^101=1100，因此9^5=12 
       计算 9 ^ 5;
       9转换成二进制  1001
       5转换成二进制  0101
每一位按位与或的结果  1100
1100转换为的十进制结果为：12
3）规律 
1>相同整数相^的结果是0。比如5^5=0 
2>任何数值跟0进行异或，结果还是原来的数值 9 ^ 0 == 9
3>多个整数相^的结果跟顺序无关。比如5^6^7=5^7^6 
4.>因此得出结论：a^b^a = b 

4. 按位取反 ~

1） 功能 
对整数a的各二进位进行取反，符号位也取反（0变1，1变0） 
2）举例:
     比如9按位取反  ~9
       计算   ~9 ;
       9转换成二进制  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001
    按位取反后的结果  1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0110
                        ~9 == -10 
             想了解负数的内存占用，需要复习原码、反码、补码

5. 左移 <<

1） 功能
a<2）举例：
            计算   9<<2 ;
        这一行0用来做参照物  0000 0000 0000 0000 

 0000 0000 0000 0000 

  

9转换成二进制后左移两位   00  00 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1001  00

   丢弃前两位，后两位补0，每次左移相当于每个位的1想高位移动，相当于每左移一次，数字变为原来的二倍。所以9<<2==36 

               

3）规律：
1.由于左移是丢弃最高位，0补最低位，所以符号位也会被丢弃，左移出来的结果值可能会改变正负性
2.当计算a*2的n次方时，可以用a<

6. 右移 >> 

1） 功能
把整数a的各二进位全部右移n位，保持符号位不变。右移n位其实就是除以2的n次方 
2） 举例
            计算   8>>2 ;
        这一行0用来做参照物  0000 0000 0000 0000   0000 0000 0000 0000 
      8符号位不动，右移两位   0000 00 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
            最高位补的值与符号位保持一致，所以补两次0，最后结果为2 
3） 规律
1>为正数时， 符号位为0，最高位补0 
2>为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1 取决于编译系统的规定 
3>当计算a/2的n次方时，可以用a>>n来代替，右移的运算效率比除法高。

7. 练习题 

1> 在不用引入其他变量的情况下，使用位异或^运算符实现两个变量值的互换 

#include 
int main()
{
    int a = 7, b = 8;
    a = a^b;
    b = a^b;    // 相当于b= a^b^b == a
    a = a^b;    // 相当于 a = a^b^a== b
    
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    
    return 0;
}

2> 使用位与&运算符变量的奇偶性 

#include 
int main()
{
    int a = -4;
    int b = a & 1; // 取出a的二进制的最后一位
    if(b ==1)
        printf("a是奇数\n");
    else
        printf("a是偶数\n");
    
    return 0;
}

3> 编写一个函数，用来输出整数在内存中的二进制形式 

#include 
void printBinary(int number);
int main()
{
    printBinary(9);
    return 0;
}
void printBinary(int number)
{
    //记录现在挪到第几位
    int temp = 31;  //4个字节*8再减去1
    while(temp>=0)
    {
        int value = number>>temp & 1; //右移，依次取出每一位的值
        printf("%d", value);
        
        if (temp%4==0) // 每四位输出一个空格
        printf(" ");
        
        temp-- ;
    }
}

五、char类型 

1. 存储细节

我们都知道，计算机中只能储存0和1，那么计算机是如何将字符转换成0和1储存并输出出来的呢？

计算机遵照ASCII码表来将各种字符转换成对应的数组存入内存，ASCII码表来判断数字所代表的字符。

char类型包括字母（大小写）、数字、符号、以及系统特殊符号(比如回车)

2. 常见错误 

// 下面4句的写法都是错误的
char a = A;
char b = "A";
char c = 'ABCD';
char d = '男';

// 正确的写法：
char a = 'A';
char b = 'z';
char c = '+';

3.当做整型使用

4.%c和%d（%i）的使用

输出字符对应的ASC码数值   printf(“%d”, ‘A’);

输出ASC码数值对应的字符   printf(“%c”, 68);

5.转义字符

系统默认单引号、双引号为字符和字符串的标志，当我们想要输出单引号、双引号或其他符号时，就要用到转义字符。

转义字符	意义	ASCII码值
\n	将当前位置移到下一行开头（回车换行）	10
\t	跳到下一个TAB位置	9
\\	代表一个反斜线字符	92
\'	代表一个单引号字符	39
\"	代表一个双引号字符	34
\0	空字符	0

六、数组

一个 int 类型的变量能保存一个人的年龄，如果想保存整个班的年龄呢？

1. 什么是数组  

数组，从字面上看，就是一组数据的意思，没错，数组就是用来存储一组数据的 

数组的特点：
1）只能存放一种类型的数据 ，比如 int 类型的数组、 float 类型的数组
2） 里面存放的数据称为“元素”

2、数组的定义

1>定义   
1）声明数组类型、名称
2）声明数组的元素个数

2>数组的定义格式：int ages[5];
        

3.数组的简单使用

• 简单初始化：int ages[5] = {19, 19, 20, 21, 25};

• 元素有顺序之分，每个元素都有一个唯一的下标（索引），从0开始

• 数组元素的访问：ages[i]

4.数组的初始化 

初始化方式 

• int a[3] = {10, 9, 6};

• int a[3] = {10,9};

• int a[] = {11, 7, 6};

• int a[4] = { [1]=11, [0] = 7 };

常见错误 

• int a[];

• int[4] a;

• int a[b];

• a = {10, 11};

• a[4] = {10,9,8,5}; 

5. 数组的内存分析 

• 数组存储空间的大小  元素大小*元素个数    int size = sizeof(array);

• 存储空间的划分（内存的分配是从高地址到低地址进行的，但一个数组内部的元素排序是从低到高进行的）

• 数组名的作用，查看元素地址  &ages[ ]相当于ages

• 数组越界的注意

6. 数组的其他使用

1）数组名即代表数组地址：ages相当于&ages
2）数组作为函数参数，可以省略元素个数：void( array[ ] ) {    }
3）数组作为函数参数，传递的是整个数组的内存地址。修改函数形参数组元素的值，会影响到外面实参函数数组元素的值
4）求数组的长度(数组的元素个数)：int length = sizeof(ages)/sizeof(int);
5）数组作为函数参数传递时，会被当做指针变量来使用，指针变量在64位编译器环境下，默认占8个字节。
       可以通过多定义一个形参作为数组长度

6）遍历数组

#include  
void printArray(int ages[])   //定义函数
{
    for(int i=0; i<5; i++)
    {
        printf("ages[%d]的值是%d\n", i, ages[i]);
    }
}
int main()
{
    int ages1[5] = {1,2,3,4,5};
    printArray(ages1);        //调用函数，将数组ages1[]的地址传给形参ages[]
    return 0;
}

7）设计一个函数，找出数组元素的最大值

#include  
int maxOfArray(int array[], int length)
{
    int max = array[0];
    for(int i=1; i max) max = array[i];
    }
    return max;
}
int main()
{
    int ages[] = {11, 90, 67, 100, 78, 60, 70, 89, 120};
    //引用函数，并将数组实参、数组长度实参传入函数maxOfArray
    int max = maxOfArray(ages, sizeof(ages)/sizeof(int));
    printf("%d\n", max);
    return 0;
}

六、二维数组

1.  什么是二维数组

一个数组能表示一个班人的年龄，如果想表示很多班呢？

什么是二维数组？int ages[3][10]; 三个班，每个班10个人，相当于3行10列，相当于装着3个一维数组

二维数组是一个特殊的一维数组：它的元素是一维数组。

例如int a[2][3]可以看作由一维数组a[0]和一维数组a[1]组成，这两个一维数组都包含了3个int类型的元素

2.  存储

存储大小 int ages[3][10];    ages[3][10]占用储存空间是 3*10*4=120字节

存储结构和顺序：二维数组内部的每个一维数组都是按从前往后的顺序排列地址的，一维数组内部个元素也是从前往后

存储地址问题：二维数组的地址是它首个一维数组的首元素的地址。 

3.  初始化

int a[3][4] = {1,2,3,4,5,6};

int a[3][4] = {{1,2,3,4},{1,2,3,4},{1,2,3,4}};

数组元素简单访问

int a[][5] = {3,21,31,2,32,1};

注意错误：

int a[3][4];

a[3] = {}; // 不能对二维数组中的某一个一维数组整体赋值，只能给每个元素单独赋值。

4.    遍历

遍历所有的元素：在一维数组遍历基础上嵌套一个for循环。

遍历地址：%p

小结：

1.注意不同进制的书写格式

    二进制 0b  八进制 0  十六进制 0x

2.假如有n个字节的内存，可储存数字的取值范围就是：

    -2的(n-1)次方 ~ +2的(n-1)次方-1

2.数组内部元素的地址分配是正序的，从前向后的。

3.二维数组中的一维数组排序也是正序的。

4.相位异或：两个二进制位  相异=1，相同=0

    a^b^a == b^0 == b

5.左移、右移n位，相当于与乘以或除以2的n次方

    左移、右移的计算效率比乘方高。

6.字符可以当做整型来使用（ASC码的值）0~128

7.数组作为函数参数时，相当于指针。会影响外面实参的值。

To be continue……