数据与C

变量与常量

为了能够更加方便的使用数据，程序员会将在程序运行期间会改变或赋值的数据使用变量进行保存。常量则是预先定义好，在程序运行期间不会改变的固定值

变量和常量就好像是一个盒子，可以用来装东西(数据)。在计算机中，数据是存放在内存中的，存放数据的内存空间程序员为了方便以后的使用，都会起一个好记的名字。这个名称也由字母、数字和下划线组成，必须要以字母和下划线开头。由于C语言是对大小写敏感的，所以大写字母和小写字母是不同的，也就是变量名abc和Abc是两个不同的变量。

数据类型

不同的数据类型有不同的含义，有的数据类型表示整数，有的表示字符，有的表示浮点数。常量可以是任何的数据类型，通过常量的值识别(100是整数，123.45是浮点数)。而变量则需要指定数据类型。在C语言中有很多种数据类型，从最初的K&R给出的7个数据类型关键字，再到C90添加的2个新的关键字，到最后的C99添加的3个关键字

最初K&R给出的关键字	C90标准添加的关键字	C99标准添加的关键字
int	signed	_Bool
long	void	_Complex
short		_Imaginary
unsigned
char
float
double

int、long、short、unsigned和C90新添加的signed关键字用于表示整数类型，unsigned表示无符号数，signed则表示有符号数，整数类型的例子：unsigned short int 和 long long int

char关键字用于存放字母和其他字符(如：$、%等)，char也可以用来表示较小的整数

float、double和long double表示浮点数

_Bool表示布尔类型(true或false)

_Complex和_Imaginary分别表示复数和虚数

存储大小

不同的数据类型可以存放的数据大小是不同的，能够存放的数据越多，值越大。

数据类型	存储大小
char	1字节
int	2或4字节()
short	2字节
long	4字节
float	4字节
double	8字节
long double	16字节

在C语言中，可以通过sizeof运算符查看数据类型存储字节的大小

#include

int main()
{
    printf("char 的存储大小: %d\n", sizeof(char));
    printf("short 的存储大小: %d\n", sizeof(short));
    printf("int 的存储大小: %d\n", sizeof(int));
    printf("long 的存储大小: %d\n", sizeof(long));
    printf("float 的存储大小: %d\n", sizeof(float));
    printf("double 的存储大小: %d\n", sizeof(double));
    printf("long double 的存储大小: %d\n", sizeof(long double));

    return 0;
}

运行结果：

这里使用到的printf()函数，后面会进行讲解，目前只需要知道printf()是用来打印内容到屏幕上的就可以了。

变量的定义

C语言提供了很多种数据类型，在定义变量时需要指定变量的数据类型，如整数可以使用int类型，小数可以使用float类型等，下面将开始介绍如何定义变量。

定义变量

定义变量的语法：数据类型变量名;

举个例子，下面的程序用于计算两个整数的和

#include

int main()
{
    int num1;   //定义一个变量num1，用于存放第一个数
    int num2;   //定义一个变量num2，用于存放第二个数
    int sum;    //定义一个变量sum，用于存放两个数的和
    
    num1 = 100;        //将整数100赋值给变量num1
    num2 = 200;
    sum = num1 + num2;  //计算num1与num2相加，并将值赋值给sum变量

    printf("num1 + num2 = %d\n", sum);      // 将sum的值打印到屏幕

    return 0;
}

运行结果：

在声明num1和num2变量时，并没有给它们提供初始值。num1和num2是通过后面的 num1 = 100; 和 num2 = 200; 获取到值的，这种行为称为初始化。初始化就是给变量一个初始值。

定义变量时初始化

在上面的例子中，定义变量与给初始化变量是分成两步的，也可以将这两步合并在一起，将程序修改后如下：

#include

int main()
{
    int num1 = 100;   //定义变量num1并将100赋值给num1
    int num2 = 200;
    int sum = num1 + num2;   //num1与num2相加后的结果赋值给sum变量

    printf("num1 + num2 = %d\n", sum);      // 将sum的值打印到屏幕

    return 0;
}

连续定义多个变量

修改后的程序比之前的简洁了，接着我们发现num1和num2的数据类型是相同的，都是int类型，那么这两个变量就可以一起定义，还是上面的例子，修改后如下：

#include

int main()
{
    int num1 = 100, num2 = 200;     //同时声明num1和num2并赋值
    int sum = num1 + num2;   //num1与num2相加后的结果赋值给sum变量

    printf("num1 + num2 = %d\n", sum);      // 将sum的值打印到屏幕

    return 0;
}

需要注意的是，为了不让人误会在同时定义多个变量时，有的变量不需要初始化，而有的变量需要进行初始化。那么不建议写在一起，建议分开定义，如int num1, num2= 200; 这样写很容易让人误以为num1和num2的值都是200，所以不建议这么写，当然这么写是不会报错的。

常量的定义

通过一个例子开始讲解常量的使用，下面的程序的作用是计算圆的周长和面积：

#include

int main(void)
{
    float pi = 3.14159;     //圆周率
    int r = 5;              //圆的半径

    float area = pi * r * r;        //计算圆的面积
    float circum = 2 * pi * r;      //计算圆的周长

    printf("半径为 %d 的圆面积是: %.2f, 周长是: %.2f", r, area, circum);

    return 0;
}

通过上面的例子可以知道变量也可以当做常量来使用，但是在实际使用的时候不建议这么使用，因为在程序运行过程中有可能会将定义的变量改变，变量并非不可改变的。那有没有更好的定义常量的方法呢？有，这就需要使用预处理语句定义一个常量，这样定义的常量也被称为符号常量。语法是：#define NAME value

使用预处理语句，修改上面的例子：

#include
#define PI 3.14159     //使用预处理语句定义圆周率


int main(void)
{
    int r = 5;              //圆的半径

    float area = PI * r * r;        //计算圆的面积
    float circum = 2 * PI * r;      //计算圆的周长

    printf("半径为 %d 的圆面积是: %.2f, 周长是: %.2f", r, area, circum);

    return 0;
}

预处理语句的作用是在编译的时候将PI替换为3.14159，这样就达到了常量的作用了。预处理语句一定要写在顶部，并且PI和3.14159之间是没有等号和结束时也没有分号的。前面也说了预处理语句是在编译时替换掉值，如果有了等号和分号，那么等号和分号也会变成要替换的值了。

还有一种方法是使用限定符 const 将变量限定为只读，修改上面的例子如下：

#include

int main(void)
{
    const float pi = 3.14159;     //使用限定符const，定义常量圆周率
    int r = 5;                    //圆的半径

    float area = pi * r * r;        //计算圆的面积
    float circum = 2 * pi * r;      //计算圆的周长

    printf("半径为 %d 的圆面积是: %.2f, 周长是: %.2f", r, area, circum);

    return 0;
}

使用 const 限定符定义的变量pi可以使用，可以使用 printf() 打印值，但就是无法修改值。另外需要注意的是使用 const 限定符定义的是变量，不是常量。

输入输出

输出

在C语言中，通过printf()将内容输出到屏幕上，printf()也被称为格式化输出，可以让变量以某种格式输出到屏幕上，如 %d为以整数的形式显示，%f以浮点数的形式显示，下表列出了一些转换说明和各自对应的输出类型：

转换说明	输出
%a	浮点数、十六进制和p记数法
%A	浮点数、十六进制和p记数法
%c	单个字符
%d	有符号十进制整数
%e	浮点数，e记数法
%E	浮点数，e记数法
%f	浮点数，十进制记数法
%g	根据值的不同，自动选择%f或%e。%e格式用于指数小于-4或者大于或等于精度时
%G	根据值的不同，自动选择%f或%E。%E格式用于指数小于-4或者大于或等于精度时
%i	有符号十进制整数(与%d相同)
%o	无符号八进制整数
%p	指针
%s	字符串
%u	无符号十进制整数
%x	无符号十六进制整数,使用十六进制数0f
%X	无符号十六进制整数,使用十六进制数0F
%%	打印一个百分号

一开始不需要全部都记住，只需要记住几个常用的(如：%d，%f，%c)即可，其他的用到在看就可以了，用的多了就记住了。下面的例子是将一个整数以八进制和十六进制的形式显示：

#include

int main(void)
{
    int num = 100; 

    printf("100 的八进制为 %o\n", num);        //显示num的八进制
    printf("100 的八进制为 %#o\n", num);        //显示num的八进制时，并在前面加上前缀
    printf("100 的十六进制为 %x\n", num);        //显示num的十六进制
    printf("100 的十六进制为 %#x\n", num);    //显示num的十六进制，并在前面加上前缀
    return 0;
}

运行结果：

可以通过printf()函数配合%o和%x打印出数值的八进制形式和十六进制形式。#只是为了显示前缀，八进制以0开头，十六进制以0x开头

有的读者可能不太了解什么是八进制和十六进制，那就简单的介绍一下。我们日常说的10，100，123等数字，都是十进制，可以发现这些数字都是逢十进一，而八进制和十六进制同理，八进制就是逢八进一，十六进制是逢十六进一。有的读者就会问了，逢十六进一？那要怎么表示十以上的数呀？十六进制由1到9和a到f(也可以是A到F)组成，没错，a到f分别表示10到15。

参数与陷阱

在使用printf() 和 scanf() 时需要确保转换说明的数量、类型与后面的参数数量、类型匹配。由于 printf() 和 scanf() 的参数是可变的，所以无法检查出参数的个数和类型是否正确。

那如果参数个数不匹配会怎样呢？

#include

int main(void)
{
    int num1 = 1;
    float num2 = 1.23;

    printf("%d %d %d\n", num1, num1, num1, num1);   //参数太多
    printf("%d %d %d\n", num1);   //参数太少
    printf("%d\n", num2);           //类型不匹配


    return 0;
}

运行结果：

当使用%d打印一个浮点数时，不会将这个浮点数转换为int类型。在不同的平台下，缺少参数或参数类型不匹配导致的结果会不相同。

输入

在前面的两个数相加的例子中，两个相加的数是预先就设置好的，当要计算其他整数相加时，需要修改源文件并生成新的可执行文件，这就很麻烦，这是就可以让用户输入要进行计算的两个整数。

要想获取用户的输入可以使用scanf()进行接收，使用的方法与printf()相似，%d表示要接收整数，%f表示要接收一个浮点数。

修改程序：

#include

int main(void)
{
    int num1, num2;     //同时声明num1和num2
    scanf("%d %d", &num1, &num2);       //获取用户输入的num1和num2的值
    int sum = num1 + num2;   //num1与num2相加后的结果赋值给sum变量

    printf("num1 + num2 = %d\n", sum);      // 将sum的值打印到屏幕

    return 0;
}

运行结果：

运行完程序，应该可以发现如果这是给程序员自己使用，那当然没有任何问题，但是给其他人使用，会出现不知道要干嘛的情况。所以应该在程序接收用户输入之前，告诉用户要做什么，再次修改程序：

#include

int main(void)
{
    int num1, num2;     //同时声明num1和num2
    printf("请输入两个需要相加的整数(例：12 34)：");    //提示用户输入两个整数
    scanf("%d %d", &num1, &num2);       //获取用户输入的num1和num2的值
    int sum = num1 + num2;               //num1与num2相加后的结果赋值给sum变量

    printf("num1 + num2 = %d\n", sum);  // 将sum的值打印到屏幕

    return 0;
}

运行结果：

细心的读者会发现在num1和num2的前面有一个&符号，那这个&符号表示的是什么意思呢？&符号表示获取地址，整个语句就是将获取到的整数放入到num1和num2的地址中。

当读取的是基本的数据类型的值时需要使用&符号，而读取的是字符串时，不要使用&符号。

整数溢出

当一个整数类型超出了它能表示的最大值会出现溢出，通过一个例子观察溢出后的结果

#include

int main(void)
{
    int i = 2147483647;     //定义一个有符号整数类型的变量i并初始化为最大值
    unsigned int j = 4294967295;       //定义一个无符号整数类型的变量j并初始化为最大值

    printf("%d %d %d\n", i, i+1, i+2);
    printf("%u %u %u\n", j, j+1, j+2);
    return 0;
}

运行结果：

通过观察可以发现当一个数超过自身能够表示的最大值时，会从最小值开始。当发生溢出时系统没有告诉用户，所以在编程时需要注意。

char类型

char类型用于存放字符(如：字母或标点符号)，但char其实是整数类型，因为char实际上保存的是整数，而不是字符。有的读者就会有疑问了，存储整数，那要怎么知道是哪个字符呢？在计算机中使用数字编码处理字符，即使用整数表示字符，在ASCII编码中65表示大写字母"A"，标准的ASCII的范围是0~127，完全可以使用char类型进行存储

声明char类型变量

char类型的变量在赋值时，值需要使用单引号括起来，如：char ch = 'A'; ，而不能是 char ch = A; 。如果没有被单引号括起来，此时A表示一个变量名，而不是字符A。

char类型也可以直接保存整数，如 char ch = 65; ，但是不建议这样使用，这样使用需要系统支持ASCII码，最好还是使用 ‘A’ 替换 65。

举个例子

用户输入一个字符，将这个字符对应的ASCII码打印在屏幕上：

#include

int main(void)
{
    char ch;    //定义变量ch，用于接收用户输入

    printf("请输入一个字符(如：A)：");
    scanf("%c", &ch);       //接收用户输入的字符
    printf("%c 对应的整数为 %d\n", ch, ch);
    return 0;
}

运行结果：

转义字符

使用特殊的符号序列表示一些特殊的字符，这些符号序列就叫做转义序列，下表列出了转义序列及其含义

转义序列	含义
\a	警报(ANSI C)
\b	退格
\f	换页
\n	换行
\r	回车
\t	水平制表符(相当于tab键)
\v	垂直制表符
\\	反斜杠()
\'	单引号
\"	双引号
?	问号
\0oo	八进制值(oo必须是有效八进制数)
\xhh	十六进制值(hh必须是有效十六进制数)

通过一个例子更好的理解转义字符：

#include

int main(void)
{
    float salary;

    printf("\aEnter your desired monthly salary:");
    printf(" $_______\b\b\b\b\b\b\b");
    scanf("%f", &salary);
    printf("\n\t$%.2f a month is $%.2f a year.", salary, salary * 12.0);
    printf("\rGee!\n");
    return 0;
}

运行结果：