第一章 一个入门实例 1.2 变量和算术表达式

1.2 变量和算术表达式

       下一个程序使用公式^oC=(5/9)(^oF-32)来打印以下华氏温度和它们对应的摄氏温度表格：

            1            -17

            20          -6

            40          4

            60          15

            80          26

            100        37

            120        48

            140        60

            160       71

            180       82

            200       93

            220       104

            240       115

            260       126

            280       137

            300       148

程序本身仍然由单个main函数定义组成，它比打印“hello, world”的程序要长，但是并不复杂。它引进了几个新的概念，包括注释、声明、变量、算术表达式、循环和格式化输出。

 

              #include <stdio.h>

 

            /* print Fahrenheit-Celsius table

             for fahr = 0, 20, ..., 300 */

            main()

            {

                 int fahr, celsius;

                 int lower, upper, step;

 

                  lower = 0;       /* lower limit of temperature scale */

                 upper = 300;    /* upper limit */

                 step = 20;      /* step size */

 

                 fahr = lower;

                 while (fahr <= upper) {

                     celsius = 5 * (fahr-32) / 9;

                     printf("%d/t%d/n", fahr, celsius);

                     fahr = fahr + step;

                 }

            }

 

       这两行：

 

              /* print Fahrenheit-Celsius table

                 for fahr = 0, 20, …, 300 */

 

是一个注释，用这种方式来简明的解释这段程序所完成的工作。“/*”和“*/”之间的任何字符会被编译器所忽略，它们可以随意的使用来使程序更容易理解。注释可以出现在空格、制表符和换行符可以出现的任何地方。

       C语言中，所有的变量必须在使用之前定义，通常是在函数的任何可执行语句之前的开头部分。声名说明了变量的特征，它由一个名字和一个变量列表组成，如：

 

              int fahr, celsius;

              int lower, upper, step;

 

类型int说明列出的变量是整数，相反，类型float说明是浮点数，也就是带有小数部分的数。int型和float型的范围依赖于你所使用的机器，位于-32768~32767之间16位整型比较常见，32位整型同样如此，典型的浮点数是32位，至少带有6位有效数字且大小范围通常在10^-38和10³⁸之间。

       除了int和float类型外，C语言还提供了一些其他的数据类型，包括：

 

char	字符 – 单字节
short	短整型
long	长整型
double	双精度浮点类型

 

这些类型的大小也是与机器有关的。C语言还有由这些基础类型构成的数组、结构体和共用体，指向它们的指针以及返回它们的函数，所有这些不久后我们都将遇到。

       温度转换程序的计算从如下的赋值语句开始：

 

              lower = 0;

              upper = 300;

              step = 20;

 

这些语句初始化了对应的变量，每条语句都以分号结束。

       表格中每行的计算方法相同，所以我们使用一个循环，它每输出一行就重复一次，这正是while循环的功能：

 

              while (fahr <= upper) {

                     …

              }

 

while循环按照如下方式进行操作：测试圆括号里的条件，如果为真（fahr小于等于upper），则执行循环体（大括号里面的三条语句）；然后再次测试条件，如果仍为真，则再次执行循环体；当条件测试为假（fahr大于upper）时循环结束，继续执行循环后面的那条语句。因为这个程序中没有更多的语句了，所以程序结束。

       while循环体可以是用大括号括起来的一条或多条语句，就像温度转换程序中的一样，或者是没有大括号的一条语句，像：

 

              while (i < j)

                     i = 2 * j;

 

无论何种情况下，我们总是将由while控制的语句缩进一个制表位（我们展示的是4个空格），这样你可以一眼就看得出在循环里面的语句了。这种缩进增强了程序的逻辑结构性。尽管C语言编译器并不关心程序的样式，但是适当的缩进和空格在使得程序更便于阅读来说是至关重要的。我们建议编写代码时，一行只写一条语句，并在操作符两边使用空格表示分组。大括号的位置其时并不是太重要，即使人们对此坚持着有些自作多情的信念。我们选择了几种比较流行的风格中的一种。选择一种适合你的风格，然后坚持使用它。

       大部分工作在循环体内完成，摄氏温度通过如下语句计算得来并赋值给变量“celsius”：

 

              celsius = 5 * (fahr - 32) / 9;

 

用先乘以5在除以9取代乘以5/9的原因是：在C语言中，和其他语言一样，采用整数除法截短，即任何小数部分将被忽略。因为5和9是整数，5/9将被截短为0，如果这样的话所有的摄氏温度都将返回为0。

       这个例子同时也显示了关于printf是怎样工作的更多内容。printf是一个多功能的格式化输出函数，我们将在第七章更详细的介绍。它的第一个参数是一个将要被打印的字符串，其中每个“%”都标记着另一个（两个、三个……）参数将要被替换，和以何种形式来打印。例如，“%d”指一个整型参数，所以这条语句：

 

              printf(“%d/t%d/n”, fahr, celsius);

 

导致两个整数fahr和celsius的值被打印出来，并且有一个制表符（/t）在它们之间。

       printf函数的第一个参数中的每一个“%”结构都对应着第二个参数、第三个参数等等，它们必须在个数和类型上正确的得以匹配，否则你将会得到错误的答案。

       顺便提一下，printf函数并不是C语言的一部分，C语言本身没有定义输入与输出。printf函数仅仅是来自标准函数库中的一个有用的函数，通常这个函数在C语言程序中能直接使用。然而，printf函数的行为动作是在ANSI标准中定义的，所以它的特征应该在任何遵循标准的编译器和库中都是一样的。

       为了把精力集中在Ｃ语言本身，我们在讲到第七章之前不会太多的介绍关于输入与输出方面的内容。特别的，我们直到那个时候才介绍格式化输入。如果你需要输入数据，请阅读7.4节中关于scanf函数的讨论部分。scanf和printf类似，但是是实现读取输入而不是写输出。

       温度转换程序中有几个问题。相对简单点的是输出并不是很美观，因为数字并不是右对齐的。这很容易修改，如果我们增加printf语句中的每一个“%d”的宽度，数字将在它们的空间内按照右对齐打印。例如，我们可以用：

 

              printf(“%3d %6d/n”, fahr, celsius);

 

每行按照三个数字宽度的空间打印第一个数字，六个数字宽度的空间打印第二个数，像这样：

 

           0      -17

         20       -6

         40        4

         60      15

         80      26

       100      37

      ...

 

       更严重的问题是因为我们使用了整数计算，摄氏温度并不是很精确，例如，0^oF事实上大约是-17.8^oC，而不是-17。为了得到更精确的答案，我们应该使用浮点计算来代替整型计算，这就要求对源程序做些改动。这里给出第二个版本：

 

              #include <stdio.h>

 

              /* print Fahrenheit-Celsius table

                for fahr = 0, 20, ..., 300; floating-point version */

              main()

            {

                 float fahr, celsius;

                 float lower, upper, step;

 

                 lower = 0;        /* lower limit of temperatuire scale */

                 upper = 300;    /* upper limit */

                 step = 20;        /* step size */

 

                 fahr = lower;

                 while (fahr <= upper) {

                     celsius = (5.0/9.0) * (fahr-32.0);

                     printf("%3.0f %6.1f/n", fahr, celsius);

                     fahr = fahr + step;

                 }

            }

 

       这跟之前的版本很相似，除了fahr和celsius被声明为float类型和那个转换公式以更自然的方式来表达。我们不能在前一个版本中使用“5/9”是因为整数除法将截短结果为零。然而，常量中的小数点标识它为浮点数，所以“5.0/9.0”不会被截短，因为它是两个浮点数的比值。

       如果一个算术操作符只有整型操作数，则整型操作是允许的；然而，如果一个算术操作符有一个浮点操作数和一个整型操作数，那么这个整型操作数将在完成该操作前被转换为浮点型。如果我们写成“（fahr - 32）”，则32将自动被转换为浮点型。尽管如此，即使当浮点数具有整数值时，也要明确写出浮点数的小数点来向读者强调它们的浮点类型。

       整型转换为浮点型的更详细的规则将在第二章介绍。现在，注意这条赋值语句：

 

              fahr = lower;

 

和这个条件测试语句：

 

              while (fahr <= upper)

 

也是以自然的方式来处理的——在操作完成之前整数被转换成浮点数。

       printf函数的转换说明“%3.0f”表示一个浮点数（这里是fahr）将在至少三个字符空间范围内打印，没有小数点和小数部分；“%6.1f”描述了另一个数据（celsius）将在至少6个字符空间范围内打印，小数点后有一个数字。输出像这样：

 

            0  -17.8

          20    -6.7

          40     4.4

         …

 

宽度和精度可以从说明部分中删除：“%6f”表示数字将在至少六个字符宽度范围内打印；“%.2f”指小数点后有两个字符，但是对宽度没有约束；“%f”仅仅表示把数字作为浮点数来打印。

 

%d	作为 十进制整数 打印
%6d	作为 十进制整数 打印, 至少6个字符宽度
%f	作为 浮点数     打印
%6f	作为 浮点数     打印, 至少6个字符宽度
%.2f	作为 浮点数     打印, 小数点后有2个字符
%6.2f	作为 浮点数     打印, 至少6个字符宽度和小数点后有2个字符

 

       除此以外，printf同样识别“%o”为八进制，“%x”为十六进制，“%c”为字符，“%s”为字符串和“%%”为“%”。

 

练习 1-3：修改温度转换程序以在表格顶部打印一个标题。

 

练习 1-4：编写一个程序打印将摄氏温度转换为华氏温度的表格。