《C语言程序设计现代方法》----第七章 基本类型

第七章 基本类型

7.1 整数类型

说明符的顺序没有什么影响，所以unsigned short int 和short unsigned int是一样的。

标准要求int类型不能比short int类型短，long int类型不能比int类型段。但是short int 类型的取值范围有可能和int类型的范围是一样的，int类型的取值范围也可以和long int的一样。

注意：无论是哪一种类型，它们的取值范围都不是C标准强制的，会随着编译器的不同而不同。对于特定的实现，确定整数类型范围的一种方法是检查头。该头是标准库的一部分，其中定义了表示每种整数类型的最大值和最小值的宏。

7.1.2 整数常量

八进制常量只包含0~7中的数字，而且必须要以0开头。

十六进制常量包含0~9中的数字和a~f中的字母，而且总是以0x开头。

注意：十六进制常量中的字母既可以是大写字母，也可以是小写字母。

为了强制编译器把常量当作长整数来处理，只需要在后边加上一个字母L（或l），为了指明是无符号常量，可以在常量后边加上字母U（或u），U和L可以结合使用（字母U、L的顺序和大小写无所谓）。

7.1.4 整数溢出

有符号整数运算中发生溢出时，程序的行为是未定义的。

无符号整数运算过程中发生溢出时，结果是有定义的：正确答案是对2ⁿ取模，其中n是用于存储结果的位数。例如，如果无符号的16位数65535加1，其结果可以保证为0。

7.1.5 读/写整数

假设有一个程序因为其中一个int变量发生溢出而无法工作。我们的第一反应是把变量的类型从int变为long int。但仅仅这样是不够的，我们还必须检查数据类型的改变对程序其它部分的影响，尤其是需要检查该变量是否用在printf函数或者scanf函数的调用中。如果用了，需要改变调用的格式串，因为%d只适用于int类型。

• 读/写无符号整数时，使用字母u、o或x代替转换说明中的d。如果使用u说明符，该数将以十进制形式读写，o表示八进制形式，而x表示十六进制形式。

• 读写短整数时，在d、o、u或x前面加上字符h。

• 读写长整数时，在d、o、u或x前面加上字符l。

• （C99）读写长长整数时，在d、o、u或x前面加上字母ll。

7.2 浮点类型

long double支持极高精度的要求，很少会用到。

7.2.1 浮点常量

默认情况下，浮点常量都以双精度的形式进行存储。

为了表明只需要单精度，可以在常量的末尾处加上字母F或f；而为了说明常量必须以long double格式存储，可以在常量的末尾处加上字母L或l。

7.2.2 读/写浮点数

转换说明符%e、%f和%g用于读写单精度浮点数。

C99允许printf函数调用中使用%le、%lf和%lg，不过字母l不起作用。

7.3 字符类型

字符常量需要用单引号括起来，而不是双引号。

7.3.2 有符号字符和无符号字符

标准C允许使用单词signed和unsigned来修饰char类型：

unsigned char x;
signed char x;

可移植性技巧 不要假设char类型默认为signed或unsigned。如果有区别，用signed char或unsigned char代替char。

7.3.4 转移序列

名称	转义序列
警报（响铃）符	\a
回退符	\b
换页符	\f
换行符	\n
回车符	\r
水平制表符	\t
垂直制表符	\v
反斜杠	\\
问号	?
单引号	\’
双引号	\"

• 八进制转义序列由字符\和跟随其后的一个最多含有三位数字的八进制数组成。（此数必须表示为无符号字符，所以最大值通常是八进制的377。）例如，可以将转义字符写成\33或\033。跟八进制常量不同，转义序列中的八进制数不一定要用0开头。
• 十六进制转义序列由\x和跟随其后的一个十六进制数组成。虽然标准C对于十六进制数的位数没有限制，但必须表示成无符号字符（因此，如果字符长度是8位，那么16进制数的值不能超过FF）。若采用这种表示法，可以把转义字符写成\x1b或\x1B的形式。字符x必须小写，但是十六进制的数字（例如b）不限大小写。x不可省略。

7.3.5 字符处理函数

toupper()函数在被调用时检测参数是否为小写字母，如果是，他会把参数转换成相应的大写字母；否则，该函数会返回参数的值。

调用toupper函数的程序要添加预处理指令包含相应的头文件。

7.3.6 用scanf和printf读/写字符

scanf函数不会跳过空白字符。为了强制scanf函数在读入字符前跳过空白字符，需要在格式串中的转换说明%c前面加上一个 空格。

注意：scanf格式串中的空白意味着“跳过零个或多个空白字符”。

7.3.7 用getchar和putchar读/写字符

注意：getchar含糊返回的是一个int类型的值而不是char类型的值。和scanf函数一样，getchar函数也不会在读取时跳过空白字符。

在执行程序时，使用getchar函数和putchar函数可以节约不少时间（胜于scanf和printf）。原因有两个：

1. 这两个函数比scanf函数和printf函数简单的多，因为scanf函数和printf函数时设计用来按照不同的格式读/写多种不同类型的数据的。
2. 为了额外的速度提升，通常getchar函数和putchar函数是作为宏来实现的。

惯用法：

while(getchar()!='\n')
···
while((ch = getchar())==' ')
···

7.4 类型转换

隐式转换：

• 当算术表达式或者逻辑表达式中操作数的类型不相同时。（C语言执行所谓的常用算术转换）
• 当赋值运算符右侧表达式的类型和左侧变量的类型不匹配时。
• 当函数的调用中的实参类型与其对应的形参类型不匹配时。
• 当return语句中表达式的类型和函数返回值的类型不匹配时。

7.4.1 常用算术转换

整值提升：它把字符或短整型整数转换成int类型（或者某些情况下是unsigned int类型）。

整值提升有下列两种情况：

• 任一操作数的类型是浮点类型的情况。按照下图将类型较狭小的操作数进行提升：

  

注意：只要双目运算符左右的数据有一个的类型是某一个类型，那么另一个比其等级低的类型将会向上进行转换。也就是说，如果一个操作数的类型为long double，那么另一个操作数的类型转换成long double。

• 两个操作数的类型都不是浮点类型的情况。首先对其两个操作数进行整值提升（保证没有一个操作数的是字符类型或短整型）。然后按照下图对类型较狭小的操作数进行提升：

  

  有一种特殊情况，只有在long int类型和unsigned int类型长度（比如36位）相同时才会发生。在这种情况下，如果一个操作数的类型是long int，而另一个的类型是unsigned int，那么两个操作数都会转换成unsigned long int类型。

  注意：strlen()函数和sizeof()操作数的类型都是unsigned int类型。

7.4.2 赋值过程中的转换

常用算术转换不适用于赋值运算。C语言会遵循另一条简单的转换规则，那就是把赋值运算右边的表达式转换成左边变量的类型。如果变量的类型至少和表达式类型一样“宽”，那么这种转换都将没有任何障碍。当然，把某种类型的值赋给类型更狭小的变量，也将会得到无意义的结果。

下面是一个例子：

int a = 0;
unsigned x = 5;
int y = 5;
a = x + y;
//上面这个表达式将会发生两次类型转换，第一次，y将从有符号类型转换为有符号类型，第二次，x+y表达式的结果，将从无符号类型转换成有符号类型。

7.4.3 C99中的隐式转换

为了定义转换规则，C99中允许每个整数类型具有“整数转换等级”。下面按从最高级到最低级的顺序排列。

1. long long int、unsigned long long int
2. long int、unsigned long int
3. int、unsigned int
4. short int、unsigned short int
5. char、signed char、unsigned char
6. _Bool

C99用整数提升取代了C89中的整值提升，可以将任何等级低于int和unsigned int的类型转换为itn（只要该类型的所有值都可以用int类型表示）或unsigned int。

C99中执行常用算术替换的规则可以划分为两种情况：

• 任一操作数的类型是浮点类型的情况。只要两个操作数的都不是复数型，规则与前面一样。
• 两个操作数的类型都不是浮点类型的情况。首先对两个数进行整数提升，如果这时两个操作数的类型相同，过程结束。否则，依次尝试下面的规则，一旦遇到可应用的规则就不再考虑其它的规则：
  • 如果两个操作数都是有符号型或者都是无符号型，将整数转换等级较低的操作数转换为等级较高的操作数的类型。
  • 如果无符号数的等级高于或等于有符号操作数的等级，将有符号操作数转换为无符号操作数的类型。
  • 如果有符号操作数类型可以表示无符号操作数类型的所有值，将无符号操作数转换为有符号操作数的类型。
  • 否则，将两个操作数都转换为与有符号操作数的类型相对应的无符号类型。

另外，==所有算术类型都可以转换为_Bool类型。==如果原始值为0则转换结果为0，否则结果为1。

7.4.4 强制类型转换

1. C语言把（类型名）视为一元运算符。一元运算符的优先级高于二元运算符。所以编译器会把表达式

   (float)dividend / divisor
   

   解释为

   ((float)dividend)/divisor
   

2. 有时候，需要使用强制类型转换来避免溢出。

   long i;
   int j = 1000;
   i = j*j;
   

   当两个int类型值相乘时，结果也应该是int类型的，但是j*j的结果太大，以致在机器上无法表示成int型，从而导致溢出，此时就可以使用强制类型转换避免这种问题的发生：

   i = (long)j*j;
   

7.5 类型定义

类型定义可以设置一个新类型。

typedef int Bool;

==注意：所定义的类型的名字放在最后。（#define是把新的名字（我们使用的字符名）放在前面）==同时，我们常常将定义的类型名的首字母设置为大写。

7.5.1 类型定义的优点

1. 类型定义更加有利于理解，因为我们可以将类型名赋予实际的意义。

2. 类型定义使程序员更加便于理解。

3. 类型定义是产生新的数据类型，不像#define只是简单的替换。下面将给出例子：

   #define Pint int*;
   typedef int* Ptr_int;
   Pint a,b;//被替换后是这样的 int *a,b;
   Ptr_int c,d;
   

   此处a是指针类型，b是整型类型，c和d都是整型指针数据类型。

4. typedef命名的对象具有和变量相同的作用域规则：定义在函数体内的typedef名字在函数外是无法识别的。

7.5.2 类型定义和可移植性

类型定义能够使程序具有更好的可移植性。

在C99中，头使用typedef定义占用特定位数的整数类型名，例如，int 32_t是恰好占用32位的有符号类型。这是一种有效的定义方式，能使程序更易于移植。

7.6 sizeof运算符

sizeof(表达式);

注意：

1. sizeof()的值是一个无符号整数，代表存储属于类型名的值所需要的字节数。

2. sizeof后面当加某一种数据类型时，必须加括号，但是如果加一个变量名的时候，就可以不加括号。

3. sizeof()运算符是一种特殊的运算符，因为编译器本身通常就能够确定sizeof表达式的值。

4. 一般表达式的运算是在运行时执行的，而sizeof是一个编译阶段就执行的运算符，在其内的任何运算都不执行，只推测出其中表达式结果的类型求其大小。**所以sizeof里面的表达式并没有真正的进行执行，即使里面的表达式有副作用，也不会对变量带来任何的影响。下面是例子：

   

   虽然在sizeof()括号中变量a进行了++操作，但是a仍然没有改变。

   注意：在C89中，编译器本身通常就能确定sizeof表达式的值。但是编译器不能确定变长数组的大小，因为数组中的元素个数在程序执行期间是可变的。

问与答

1. 问：%o和%x分别用于以八进制和十六进制书写无符号整数，那么如何以八进制和十六进制书写普通的（有符号）整数呢？

   答：只要有符号整数的值不是负值，就可以用%o和%x显示。这些转换导致print函数会把有符号整数看成是无符号的；换句话说，printf函数将假设符号位是数的绝对值部分。只要符号位为0，就没有问题。如果符号位为1，那么print函数将显示出一个超出预取的大数。

2. 问：但是，如果数是负数怎么办呢？如何以八进制或十六进制形式书写它？

   答：我们可以判定这个数是否是负数，然后自己显示一个负号：

   if(i < 0)
   	printf("-%x",-i);
   else
   	printf("%x",i);
   

3. 问：为什么使用%lf读取double类型的值，而用%f进行显示呢？

   答：这是一个十分难回答的问题。首先，注意，scanf函数和printf函数都是不同寻常的函数，因为它们都没有将函数的参数限制为固定数量。scanf函数和prinf函数有可变长度的参数列表。当调用带有可变长度参数列表的函数时，编译器会安排float参数自动转换成为double类型，其结果是printf函数无法区分float类型和double类型的参数。这解释了在printf函数调用中为何可以用%f既表示float类型又表示double类型的参数。

   另一方面，scanf函数是通过指针指向变量的。%f告诉scanf函数在所传地址位置上存储一个float类型值，而%lf告诉scanf函数在该地址上存储一个double类型值。这里float和double的区别是非常重要的。如果给出了错误的转换说明，那么scanf函数将可能存储错误的字节数量（没有提到的是，float类型的位模式可能不同于double类型的位模式）。

4. 问：使用转义序列?的目的是什么？

   答：转义序列?与三字符序列有关，因为三字符序列以??开头。如果需要在字符串中加入??，那么编译器很可能会把它当作三字符序列的开始。用?代替第二个?可以解决这个问题。

5. 问：既然getchar函数的读取速度更快，为什么仍然需要使用scanf函数读取单个的字符呢？

   答：虽然scanf函数没有getchar速度快，但是它更加灵活。正如前面已经看到的，格式串"%c"，可以使scanf函数读入下一个输入字符；" %c"可以读入下一个非空白字符。而且，scanf很擅长读取混入了其它数据类型的字符。

6. 问：在什么情况下，整值提升会把字符或短整数转换为unsigned int类型？

   答：如果int型整数没有大到足以包含所有可能的原始类型值，整值提升会产生unsigned int类型。因为字符通常是8位的长度，几乎总会转化为int类型（可以保证int类型至少为16位长度）。有符号短整数也总可以转换为int类型，但无符号短整数却是有疑问的。如果短整数和普通整数的长度相同（例如在16位机上），那么无符号短整数必须转化为unsigned int类型，因为最大的无符号短整数（在16位机上为65535）要大于最大的int类型整数（32767）。

7. 问：如果把超出变量取值范围的值赋给变量，究竟会发生什么？

   答：如果是整值类型并且变量是无符号类型，那么会丢掉超出的位数：如果变量是有符号类型，那么结果是由实现定义的。把符号数赋值给整型或浮点型变量的话，如果变量太小而无法承受，会产生未定义的行为：任何事都有可能发生，包括程序终止。