[C程序设计] 02 - 数据类型

一、常量与变量

1. 常量

1. 整形常量

2. 实型常量

   • 十进制小数形式
   • 指数形式：\(12.34e3\)(代表\(12.34\times 10^3\))

3. 字符常量

   • 普通字符：用单引号表示，单引号里只能有一个字符。字符变量以 ASCII 代码的形式储存

   • 转义字符

     转义字符	字符值	输出结果
     \\a	警告 alert	产生视觉或声音信号
     \\b	退格 backspace	将光标当前位置后退一个字符
     \\f	换页 form feed	将光标位置移到下一页开头
     \\n	换行	将光标位置移到下一行开头
     \\r	回车 carriage return	将光标位置移到本行开头
     \\t	水平制表符	将光标位置移到下一个 Tab 位置
     \\v	垂直制表符	将光标位置移到下一个垂直制表符对齐点
     \\o或 \\oo或 \\ooo(其中o代表一个八进制数字)	与该八进制码对应的 ASCII 字符
     \\xh[h...](其中 h代表一个十六进制数字)	与该十六进制码对应的 ASCII 字符

4. 字符串：用双引号表示

5. 符号变量：用 #define 指令，指定用一个符号代表一个常量

   #define PI 3.1416

符号常量不是变量！符号常量不占用内存，只是作为一个临时符号，代表一个值，在预编译后这个符号就不存在了，一次不能对符号变量重新赋值。为与变量名区别，习惯上符号常量用大写字母表示。

2. 变量

变量必须先定义后使用。变量名实际是以一个名字代表的存储地址。编译时，系统给每一个变量名分配对应的内存地址。从表变量中取值，实际上是通过变量名找到对应的内存地址，从该存储单元中读取数据。

3. 常变量

C99 标准允许使用常变量，方法是定义变量时在前面加一个 const，该变量存在期间其值不能改变。

常变量与常量：

• 常变量具有变量的基本属性：有类型，占存储单元，只是不允许改变值。
• 常变量是有名字的不变量，常量是无名字的不变量。

常变量与符号变量：

• 符号变量是预编译指令，它只是用符号常量代表一个字符串，在预编译时仅进行字符替换，编译后符号常量就不存在了(被值代替)，符号常量的名字不分配存储单元。
• 串并联占用存储单元，有变量值，只是不能改变。
• 从使用上看，常变量具有符号变量的优点，而且使用更方便，有常变量时可以不使用符号常量。但有些编译系统还未实现 C99 的功能，不能使用常变量。

4. 标识符

用来对常量名、函数、数组、类型等命名的有效字符序列统称为标识符(identifier)。标识符就是一个对象的名字。

C 语言规定标识符只能由字母、下划线、数字组成，且第一个字符必须为字母。大小写字母是两个不同的字符。习惯上变量名使用小写字母。

二、数据类型

类型是指对数据分配存储单元的安排，包括存储单元的长度(占多少字节)一级数据的存储方式。不同的类型分配不同的长度和储存形式。
计算机进行的计算不是抽象的理论值的计算，而是用工程的方法实现的计算，在许多情况下只能得到近似的结果。
C99 允许使用的类型包括：

基本类型和枚举类型的变量都是数值，统称为算术类型(arithmetic type)。算术类型和指针类型的变量都是用数字来表示的，统称为纯量类型(scalar type)。枚举类型是程序中用户自定义的整数类型。数组类型和结构体类型统称为组合类型(aggregate type)。共用体类型不属于组合类型，因为在同一时间内只有一个成员具有值。

1. 整形

C 标准没有规定各种类型数据占用的存储单元长度，这是由编译系统自行决定的。如 Turbo C 2.0 为每个 int 分配 2 个字节(16 个二进位)，而 Visual C++ 分配 4 个字节(32 个二进位)。C 标准只要求 long 型数据长度不短于 int 型，short 型不长于 int 型，long long 型最长。
可以使用 sizeof(int) 来查看类型或变量的长度。将一个程序移植到另一个系统时，要注意由于编译系统的不同引起的数据溢出。
存储单元存储整数的方法是：使用整数的补码(complement)。

• 一个正数的补码是其二进制形式。
• 求负数的补码，先将其绝对值写成二进制形式，让后对其二进制按位取反，再加 1

在储存整数的储存单元中，最左边的一位是用来表示符号的，如果为 0，表示数值为正；如果为 1，表示数值为负。由此可以得到整数型数据的范围(按 Visual C++)：

类型	字节数	取值范围
基本整型 int	4	\(-2^{31} \sim (2^{31}-1)\)
无符号基本整型 unsigned int	4	\(0\sim (2^{32}-1)\)
短整型 short	2	\(-2^{15}\sim (2^{15}-1)\)
无符号短整型 unsigned short	2	\(0\sim (2^{16}-1)\)
长整型 long	4	\(-2^{31} \sim (2^{31}-1)\)
无符号长整型 unsigned long	4	\(0\sim (2^{32}-1)\)
双长型 long long	8	\(-2^{63}\sim (2^{63}-1)\)
无符号双长型 unsigned long long	8	\(0\sim (2^{64}-1)\)

修饰符 unsigned 表示无符号类型，即只能取正值。使用 signed 表示有符号类型，通常省略 signed。有符号整形的最高位表示数值的符号，如果指定为无符号类型，则存储单元中所有的二进制位都用来存放数据本身，因此无符号整形可以存放的正数范围比有符号整型扩大一倍。
只有整型数据可以用 signed 和 unsigned 修饰，实型数据不能。无符号整型数据用 %u 格式输出。

2. 字符型

由于字符型是按照其代码形式存储的，因此 C99 把字符型数据作为整型数据的一种。
各种字符集(包括 ASCII 字符集)的基本集都包括 127 个字符：

• 大小写字母。
• 数字：0-9。
• 专门符号 29 个：! & < 等。
• 空格符：空格、制表符、换行符等。
• 不能显示的字符：空(null)字符 \0、警告、退格等。

以类型符 char 定义字符变量，可以将 0-127 之间的整数赋值给字符变量，输出时也可以选择以十进制整数形式或字符形式输出。

char c;
c = 64;
printf("%d %c\n", c, c);

// 64 @

字符类型属于整数类型，可以使用 signed 和 unsigned 修饰。127 个字符可以用 7 个二进位来表示，C 语言中指定用一个字节(8 位)储存一个字符(所有系统都不例外)，此时，字节中的第一位置为 0。有些系统提供的字符集拓展到了 255 个字符，此时需要把二进位中不用的那一位用起来，把 char 修改为 unsigned char。

3. 浮点型

浮点型数据表示具有小数点的实数。C 语言中实数是以指数的形式放在存储单元的，由于一个实数的的指数形式不止一种，即小数点是可以浮动的，因此称为浮点型。

编译系统位 float 型变量分配 4 个字节，将小数部分和指数部分分别存放，4 个字节(32 位)中小数部分和指数部分分别占多少位由编译系统自行决定。由于用二进制表示一个实数以及存储单元长度有限，因此不可能得到完全精确的值。小数部分位数越多，精度越高；指数部分位数越多，能表示的数据范围越大。float 型数据能得到 6 位有效数字，数值范围为 \(-3.4\times 10^{-38} \sim 3.4 \times 10^{38}\)。

为了扩大能表示的数据范围，用 8 个字节储存一个 double 型数据，可以得到 15 位有效数字，数值范围位\( -1.7\times 10^{-308} \sim 1.7 \times 10^{308} \)。为了提高计算精度，C 语言在进行浮点数的算术运算时，将 float 型数据都自动转为 double 型数据，然后进行运算。

不同的编译系统对 long double 的处理方式不同。Turbo C 对 long double 型分配 16 个字节，而 Visual C++对 long double 和 double 的处理方式一样，都分配 8 个字节。

三、运算符和表达式

C 语言提供以下运算符：

• 算术运算符：+ - * / % ++ --
• 关系运算符：> < == >= <= !=
• 逻辑运算符：! && ||
• 位运算符：<< >> ~ | ^ &
• 赋值运算符：=
• 条件运算符：?:
• 逗号运算符：,
• 指针运算符：* &
• 求字节运算符：sizeof
• 强制类型运算转换符：(type)
• 成员运算符：. ->
• 下标运算符：[]
• 其他：如函数调用运算符 ()

1. 基本算数运算符

运算符	含义
+	正号或加法
-	负号或减法
*	乘号
/	除号
%	取余

两个实数相除，结果为双精度实数。两个整数相除，结果位整数，舍去小数部分，但如果结果为负数，舍去的方向是不一定的，由编译系统决定。多数编译系统采取“向零取整”的方法，即取整后向零靠拢。

2. 自增自减运算符

自增和自减运算符的作用是使变量的值加 1 或减 1：

• ++i，--i：使用 i 之前，先使 i 的值加(减)1
• i++，i--：使用 i 之后，使 i 的值加(减)1

int i = 3;
printf("%d\t", i++);
printf("%d\n", ++i);

// 3    5

3. 算术表达式与运算符的优先级与结合性

C 语言规定运算符是优先级：如先乘除后加减。

如果一个运算对象两侧的运算符优先级相同，则按规定的“结合方向”处理：算术运算符的结合方向都是自左向右，赋值运算符的结合方向是自右向左。“结合性”是 C 语言独有的特性之一。

4. 不同数据类型的混合运算

• 运算的两个数中有 float 或 double 时，结果位 double。
• 字符型数据与整型或实型数据进行运算时，会先将字符型转换为整型或实型。

5. 强制类型转换符

使用 (类型)(表达式) 可以将一个表达式强制转换为所需的形式。

(float)(5%3)

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Reference：

谭浩强《C程序设计(第五版)》