C语言基础：概述、数据类型和常量

主要内容

• C语言概述
• 数据类型
• 常量与变量

C语言概述

预备知识

计算机的组成

计算机组成

• 计算机：能进行计算机和逻辑处理的设备

• 硬件：组成计算机的各种物理部件（内存条、CPU、鼠标、键盘…）

  硬件=电子设备+单片机编程（单片机、微控制器）+集成电路（原理图PCB设计）+嵌入式系统

• 软件：计算机中运行的程序和数据

  软件=系统软件（Linux系统）+应用软件+编程语言（C/C++）+算法和数据结构

计算机的六大部件

• 中央处理器（CPU）：控制+计算
• 内存：程序运行时，临时存储数据
• 输入设备：向计算机输入数据（键盘、扫码枪）
• 输出设备：将计算机数据进行输出（显示器、打印机）
• 外存储器：永久数据（文件）的存储（硬盘（键盘））
• 网络：提供存储

计算机的工作原理

• 存储程序
• 程序控制

计算机的语言

• 机器语言：最底层的语言，通常由0和1构成，直接作用于硬件
• 汇编语言：充当翻译
• 高级语言：C/C++,Java,Python,PHP,C#,GO

C语言简史与特点

C语言的起源

• 其前身是B语言：

• B语言是美国贝尔实验室的 Ken Thompson（肯·汤普森）于1969年开发出来的，并且用B语言编写了初版的UNIX系统

• 1972年美国贝尔实验室的Dennis M. Ritchie（丹尼斯·M·里奇）在B语言基础上开发的C语言。C语言提供了丰富的数据类型和标识符，使得程序的编写变得非常高效和方便。

• 1973年初，C语言的主体完成。汤普森和里奇迫不及待地开始用它完全重写了UNIX。

C语言的标准

为了C语言健康发展下去，很多有识之士及美国国家标准协会（ANSI）于1982年成立了一个委员会以确定C语言的标准。

• 1989 ANSI 发布了第一个完整的C语言标准，即C89。不过人们习惯性的称为 “ANSI C”。

• 1990年ISO(国际标准化组织一字不改的采纳了 C89，官方给出的名称为 ISO C90)。

• 1999年，C语言标准经过了一次修正和完善后，ISO发布了新版的C语言标准，简称“C99”。

• 2018年6月份发布的 “C18”GNU C 标准 (标准C的扩展) ，进一步增强了语言的稳定性和功能性。

• 在2011年12月8日，ISO又正式发布了新的标准，称为ISO/IEC9899:2011，简称为“C11”。

• “C23”是最新的标准，预计将进一步扩展C语言的功能和性能。

• 应用于Linux 系统，当然Linux也支持标准C，因为标准C是跨平台的。

嵌入式开发就是针对Linux系统的开发，而Linux系统是使用C语言开发的，所以从事嵌入式开发要使用C语言。

C语言特点

• C语言是一种强大而灵活的语言，可以用来编写任意复杂的程序。

• C语言简洁、紧凑，使用方便。

• C语言是可移植的。

• C语言很适合结构化程序设计，因而要求用户以功能模块的方式来思考问题。

• C语言可直接控制硬件 (位运算符,地址 )

• 生成目标代码质量高，程序执行效率高，运行速度快。

C语言程序的开发过程

开发的三个步骤

• 编辑：程序员向.c文件写入源文件（程序员）
• 编译：将源文件（.c）编译成可执行程序（二进制）（编译器）
• 运行：运行可执行程序（操作系统）

C语言程序的编译过程

编译过程分为四个步骤：

• 预处理 （#include拷贝代码 //注释删除） xxx.i
• 编译 （将预处理后的文本文件翻译成汇编语言程序） xxx.s
• 汇编 （将汇编语言程序翻译成机器语言指令，二进制） xxx.o
• 链接 （链接库（eg：#include<stdio.h>））

C语言的基本结构

一个简单的C语言程序

• 功能：要求在控制台输出"hello,world!"

• 代码：

  /*************************************************************************
  > File Name:  demo01.c
  > Author:  FPD
  > Description:  输出 hello,world
  > Created Time:  2025年01月20日 星期一 10时53分39秒
  ************************************************************************/
  
  #include <stdio.h>
  
  int main(int argc,char *argv[])
  {
  	printf("hello world!\n");
  	return 0;
  }
  
  // 格式化这里的代码：shift + tab
  

程序结构分析：

• 注释：
  • 代码中起到解释说明的文字（提高代码的可读性），或者对代码进行屏蔽，注释不会被执行，它在预处理阶段就被删除了。
• 预处理指令：
  • 程序中包含的某一文件内容（#include <stdio.h>）
• 主函数：
  • C程序的入口函数，一个C文件有且仅有一个主函数（main函数）
• 函数首部（函数头）/函数说明
  • 说明函数类型，函数头有函数名和函数参数。举例：int main (int argc,char *argv[])
• 函数体：
  • 包含变量说明和语句执行部分。举例：{..}
• 函数调用语句：
  • 比如格式输出函数：printf()，输出“hello world!”

C语言编码规范要求

C语言在编码的时候，需要遵循如下规范：

• 常见缩进书写格式（一般缩进2~4个字符，推荐4个字符，咱们使用的Linux默认就是4个）

• 要有足够的注释（添加必要的注释，使代码更好理解）

• 有合适的空行（一般预处理命令和函数之间、全局变量和函数、函数和函数之间…，使的代码结构更清晰）

• {}对齐（C和C++中{和}都需要独占一行，千万不要受到Java影响）

• 函数体内采用分层缩进和模块化的书写方式。

• 不把多条语句写在程序的同一行上。

• 命名：变量或者函数命名要尽可能包含更多含义，但不能太长。

  举例 ：学号：stu_id

  ​ 通过学号获取学生：get_stu_by_id()

C语言程序的设计特点

C语言程序在设计的时候，需要注意以下细节：

• C程序由一个或者多个函数组成，但有且仅有一个主函数（main函数）：main函数是程序的入口函数，可置于程序的任意位置，但是建议放在所有函数的最下面。

• 程序中可以有预处理指令（如：#include指令）预处理指令通常在程序的最前面。

• 每个语句以分号结尾：（预处理命令、函数头、函数、分支、循环后的花括号后面不能添加分号，否则报错。）

• 函数体由一对花括号{}括起来

• 包含在/…/内的文本为注释内容。

• 一行可以写多个语句，一个语句也可以写在多行上。

  /*************************************************************************
  > File Name:  demo01.c
  > Author:  FPD
  > Description:  输出 hello,world
  > Created Time:  2025年01月20日 星期一 10时53分39秒
  ************************************************************************/
  
  #include <stdio.h>
  
  int main(int argc,char *argv[])
  {
  	printf("hello world!\n");printf("hou feng\n"); // 不推荐
  	// 一行写多个语句
  	int a,b,c;// 推荐
  	int a = 3, b = 4, c = 5;// 推荐
      
  	// 一个语句写在多行上
  	while(1)
  	{
          
  	}
  	return 0;
  }
  // 格式化这里的代码：shift + tab
  

C语言中的注释

在C语言中，注释一般分为两类： 单行注释 和 多行注释

注释的作用：给代码添加解释说明性文字，提升代码的可读性，注释本身是不会被执行。同时也可以使用注释屏蔽代码。

单行注释

• 说明：单行注释使用双斜杠//..表示，我们一般用于常量、变量、函数调用等。

• 语法：

  // 注释的内容
  

• 范例：

  // 预处理指令，引入系统的标准的输入输出库（标准IO中的外设IO）
  #include <stdio.h>
  
  int main ()
  {
  	// 向控制台打印输出一句话
  	printf("hello,world!\n");
  	
  	return 0;
  }
  

多行注释

• 说明：多行注释使用斜杠星花 /*..*/ 表示。它可以占用多行，但不能嵌套。我们一般用于函数，文件头说明等。

• 语法：

  /*
  	要注释
  	的内容
  */
  

• 范例：

  // 预处理指令，引入系统的标准的输入输出库（标准IO中的外设IO）
  #include <stdio.h>
  
  /*
  主函数
  */
  int main()
  {
  	// 向控制台打印输出一句话
  	printf("hello world!\n");
      
  	return 0;
  }
  

  注意：由多行注释衍生出一种更为细致的注释，我们称之为文档注释

• 范例：

  /**
  * 主函数
  * @author 开发者
  * @param 参数
  * @return 返回值
  */
  int main()
  {
  	...
  }
  

数据类型

定义

数据类型其实是固定大小内存的别名，并且描述了一个变量存放什么类型的数据。简单来说，就是组织和操作数据。

数据：计算机要处理的数据（数字、字符串、文字、符号、图片、音频、视频等）

• 数据类型不仅帮助我们组织和操作数据，还决定了程序如何有效的利用内存。

• 了解数据类型的内存需求是理解计算机管理和操作数据的关键。

  小贴士：

  ​ 程序的运行需要用到内存。

内存存储容量单位

字节（byte）：计算机存储容量的一种单位（C语言中一般都是以字节为单位进行存储空间的计算），一般应用层最小存储单元的表示。

比特位（Bit）：二进制数（0,1）计算机是以二进制的方式进行存储的，我们应用层可以通过位运算进行位的操作。

1Byte = 8Bit

1KB = 1024Byte

1MB = 1024KB

1GB = 1024MB

1TB = 1024GB

…

数据类型分类和计算方法

数据类型分类

• 基本类型
  • 数值类型（C语言内置）：
    • 整数：
      • 短整型：short（short int）
      • 基本型：int
      • 长整型：long（long int）
      • 长长整型：long long（long long int）
    • 浮点型：
      • 单精度型：float
      • 双精度型：double
      • 长双精度型：long double
  • 字符类型：char
• 构造类型（用户自定义）：
  • 结构体：struct
  • 联合体/共用体：union
  • 枚举类型：enum
• 指针类型：*（解引用符）/&（取地址符）
• 空类型：void

数据类型在内存中的大小

序号	数据类型	中文说明	大小（字节）
1	short	短整型	2
2	int	基本整形	4
3	long（long int）	长整型	4（32位编译器）/8（64位编译器）
4	long long（long long int）	长长整型	8
5	float	单精度浮点型	4
6	double	双精度浮点型	8
7	char	字符型	1
8	bool（_Bool）	布尔型，真-true，假-false	bool：1；true：4；false：4

注意：

​ 1.因为C语言没有Byte这个单位，所以我们一般使用char来表示字节，因为1char = 1byte

​ 2.C语言本身并没有提供布尔类型，但是后期提供了一个bool的库，从而让我们可以向使用其他语言一样使用bool

小贴士：

获取某个数据类型或者变量所占的字节数： sizeof(某个数据类型或者变量名)

printf("true size:%d\n",sizeof(true));    // true size:4 解释：true占4个字节，bool的底层是int
类型的0和非0
printf("false size:%d\n",sizeof(false));  // true size:4 解释：true占4个字节
printf("bool size:%d\n",sizeof(bool));    // bool size:1 解释：占1个字节

总结：

​ ① 数据类型在内存中所占的字节数跟C语言的编译系统有关。

​ ② 计算某个数据类型所占的字节数可以用sizeof。

​ ③ 布尔类型要添加 #include <stdbool.h> ，大家也可以使用int类型的0表示假，非0表示真。

校验各个数据类型在内存中的大小

常量于变量

在C语言中，数据的基本表现形式是常量和变量。不管是常量还是变量， 都是需要在内存中申请一块空间，用于数据的存放。

常量

• 定义：在程序执行过程中其值不不能被改变的量。
• 分类：int、float、double、char和符号常量

整型常量

• 整型常量可以用十进制、八进制、十六进制三种形式表示。

  • 十进制常量：由0~9的数字组成，没有前缀，不能以0开头（举例：99,218，注意：0是可以的，但是09是不可以的）
  • 八进制常量：以0为前缀，其后由0~7数字组成，没有小数部分。（举例：023,077）
  • 十六进制常量：以0x或者0X为前缀，其后由数字0~9和字母A~F(大小写均可)，没有小数部分。（举例：0x00FF0000）

  整型常量中的长整型数据可用 L或者l 作为后缀，（举例：long num = 123L）

• 整型常量的分类

  • 有符号与无符号基本整型常量
  • 有符号与无符号长整型常量
  • 有符号与无符号短整型常量

• 整形

  • 十进制表示：可以使用10个数字符号0~9以及 +,- ，如：123，-90
  • 八进制表示：以0开头，可以使用7个数字符号0~7以及 +,- ，如：0123，-011
  • 十六进制制表示：以0x或者0X开头，可以使用 0~9 以及 A~F（a~f） ，如：0x12，-0x12

浮点型常量

C语言中浮点数就是平常所说的实数（实型数），有两种表现形式：

• 十进制小数形式：如：0.123，-17.8，0.123F
• 指数形式（科学计数法），如：1.96e-5可以写作 $1.96\ast 10^{-}5$，1230.0可以表示为 $1.23\ast 10^3$，也可以表示为：1.23e3

注意：

​ ①在符号e的前面必须要有数字。

​ ②在符号e的后面必须为整数，不能是带有小数点的实数型。实型常量的后缀用F(或f)表示单精度型。后缀用L(或l)表示双精度型。

字符常量

用单引号''括起来的一个字符，如：‘a’、‘A’、‘4’、'_'等，比如：'齐’就不是字符，一个汉字所占的字节数超过1个字符。中文符号当成汉字理解。英文输入法下输入的字母、数字、符号都是单字符

序号	字符形式	含义	ASCII码
1	\n	换行	10
2	\r	回车	13
3	\0	空字符	0
4	\t	水平制表符	9

字符串常量

说明：在C语言中，是支持字符串常量的，但是不支持字符串变量。字符串变量需要使用字符数组或者字符指针实现。

• 用一对双引号""括起来的一个字符序列，如："How do you do?

  yuyuan!"，“YueQian”，“12”，“true”，"12.25"等。

• 可以输出一个字符序列，如：printf(“%s”,“hello world\n”); | printf(“hello world\n”);

注意：

字符常量=='a’与字符串常量"a"==的区别：

​

系统自动为字符串常量加上结尾的 \0 ，使所占内存单元多一个，单字符常量的长度不变，可用sizeof()运算符来测量。

符号常量

定义一个表示符来代表一个常量。

如：用PI代表圆周率π，即：3.1415926

• 好处：

  • 增加可读性
  • 增强了可维护性

• 定义字符常量：

  • 用编译预处理指令 #define

  • 格式：

    #define 标识符 字符串
    

    • 标识符和字符串之间用空格隔开
    • 句末不用分号
    • 标识符的命名采用大写，如果有多个单词，使用下划线分隔，举例：MAX_VAL，MIN_VAL

  • 规范：

    /*************************************************************************
    > File Name: demo01.c
    > Author: FPF
    > Description: 输出 hello,world
    > Created Time: 2025年01月20日 星期一 10时53分39秒
    ************************************************************************/
    
    #include <stdio.h>
    
    // 定义一个符号常量PI
    #define PI 3.1415926
    #define R 20
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
    	// 计算圆周长 2×PI×R
    	printf("计算圆周长：%f\n",2*PI*R);
    	// 计算圆面积 PI*R*R
    	printf("计算圆面积：%f\n",PI*R*R);
    	return 0;
    }