（C/C++）数据结构所需的程序语言基础（一）数据类型、运算符及表达式

语言基础之数据类型、运算符及表达式

（一）数据及数据的表现形式

1. 数据

        是描述客观事物的符号，是计算机可以操作的对象，是能被计算机识别，并输入给计算机处理的符号集合，数据不仅仅指我们通常所说的数值类型，还包括字符及声音，图像，视频等非数值类型。

2. 数据的表现形式

1. 常量        -----其值在运行过程不能改变的量
2. 变量        -----用来存放变量，即变量的值
3. 常变量     -----其值不能改变的变量
4. 标识符     -----给对象取名字

2.1 常量

在程序运行过程中，其值不能被改变的量。

常量一般出现在表达式或赋值语句中。

常量的分类

整形常量	100,123,-3等
实型常量	123.4,3.14,0.345等
字符常量	‘1’,‘a’,'\n’等
字符串常量	“123” ," abc"等
符号常量	如#define PI 3.14
常量的几点注意事项

        ①字符常量有且仅包括一个字符，且用单引号’ '表示。

        ②字符串常量可以包括全部字符，用双引号" "表示。

        ③转义字符是以’\ '开头的特殊的字符序列，常用的总结如下：

\\	表示反斜杠
\n	表示换行符
\r	表示回车
\t	表示制表符

2.2 标识符

1.定义

用来给变量、符号常量、函数、数组、类型等命名的有效字符序列。

2.命名规范

        ①只能由字母、数字、下划线三种符号组成。

        ②必须以字母或者下划线开头。

        ③不能使用关键字。（如int是整形变量的关键字）

2.3 变量

1. 在运行过程中其值可以被改变。

2. 变量必须先定义后使用。

int b =2;	//变量的初始化
b=2;	//报错，变量a没有定义

//
3. 变量定义的格式。

        数据类型 变量名 = 变量值

        例如定义一个整型变量sum, int sum = 0;

4. 变量的实质。

以int b=2 为例，

5.变量的特点

        ①变量在编译时系统会给其分配相应的内存空间。

        ②可以通过变量名或者地址访问内存空间。

2.4 常变量

1. 定义

        运行期间其值不会改变的变量。

2. 格式

        const 数据类型 变量名 = 变量值

        如const int a = 3;

注意事项：

1. 符号常量和变量的区别

        ①符号常量是不占内存的，只是一个临时符号，预编译完成后就消失了。

        ②符号常量用大写表示。

2. 常变量与常量的异同

        ①常变量具有变量的基本属性，即有类型、占存储单元。

        ②不允许改变其值。

2.5 进制（补充）

1. 定义

        进制就是一种进位方法，对于任意X进制就表示某一位置上进行运算时是逢X进一。十进制是逢10进一，十六进制是逢16进一，二进制就是逢二进一，简而言之，X进制就是逢X进一。

2. 其他进制转10进制。

两点注意项: 左边是高位，右边是低位。按权展开即可。

举例:

二进制1010转化为10进制是多少?

0*$2^0$+1*$2^1$+0*$2^2$+1*$2^3$ = 10

八进制1010转化为10进制是多少?

0*$8^0$+1*$8^1$+0*$2^2$+1*$8^3$ = 520

十六进制1010转化为10进制是多少?

0*$16^0$+1*$16^1$+0*$16^2$+1*$16^3$ = 4112

3. 10进制转其他进制。

        方法：用10进制数除以X(X进制)，分别取余数和商，商为0时，将余数倒着数就是转化以后的结果。

        举例:将10进制数17，转化为二进制数、八进制数和16进制数分别是多少?

        二进制10001

         17÷2=8余1 取商8÷2=4余0 取商4÷2=2余0 取商2÷2=1余0 取商1÷2=0余1

        结果为倒着取余数，所以结果是10001

        八进制21

        17÷8=2余1 取商2÷8=0余2
        结果为倒着取余数，所以结果是21

        十六进制11

        17÷16=1余1 取商1÷16=0余1

        结果为倒着取余数，所以结果是11

4. 二进制、八进制、十六进制的相互转化

        二进制转八进制 (从右往左分,八进制一位对应二进制3位)

        1010101111011

        101 010 111 011 //52173

5. 八进制转二进制

        1234 //001 010 011 100

        即001010011100

6. 二进制转16进制 (从右往左分，十六进制一位对应二进制4位）

        1010111010010000
        1010 1110 1001 0000 //AE90

        （十六进制0-9后用A（10）BCDEF（15）表示）

7. 16进制转二进制

        A87 //1010 1000 0111

        即101010000111

相应的进制在C语言中的表示

十进制	以正常数字1-9开头，如15
八进制	以数字0开头，如015
十六进制	以数字0开头，如015
二进制	C语言不能直接书写二进制数

2.6 计算机数值存储方式（补充）

1. 原码

        ①一个数的原码是原始的二进制码。

        ②最高位是符号位，0表示正，1表示负。

        ③数值位就是数值本身的绝对值的二进制数。

        ④负数的原码是在绝对值的基础上，最高位为1.

下面以1个字节进行说明:

十进制数	原码
+13	0000 1101
-13	1000 1101
+0	0000 0000
-0	1000 0000

不难发现：使用原码存储数据会产生两个问题：

        ①数值0有两种表示方法。.

        ②正数和负数相加，结果不正确(计算机只会加法，减法的实质就是加法)。

例如使用原码计算1-1，结果如下:

        1      0000 0001

        -1     1000 0001

        1-1=1+(-1)=00000010000001=-2 //结果不正确

2. 反码

        ①对于正数，反码和原码相同。

        ②对于负数，符号位不变，其他部分按位取反。

下面以1个字节进行说明:

十进制数	反码
+13	0000 1101
-13	1111 0010
+0	0000 0000
-0	1111 1111

注意:使用反码存储数据会产生1个问题：

②数值0有两种表示方法。

反码解决了正数和负数相加的问题:

如1-1，使用反码

1      0000 0001
-1     1111 1110
1-1=1+（-1）=00000001+11111110= 11111111=-0=0

3. 补码

        ①计算机中存储数据都是补码形式，为了解决负数存储问题。

        ②对于正数，原码、补码、反码都相同。

        ③对于负数，其补码为其反码加1。

        ④补码符号位不变，其他位求反，最后整个数加1,得到原码。

        有符号整数的范围是 -128 ~ +127；另外（有符号整数）1000 0000被人为规定为 -128的补码。

对负数求补码：就是将该数的绝对值的二进制形式，按位取反再+1

十进制数	补码
+13	0000 1101
-13	1111 0011
+0	0000 0000
-0	0000 0000

计算机使用补码存储的意义;

        ①统一了0的编码。

        ②将减法运算变为加法运算。

        ③两个用补码表示的数相加时，如果最高位有进位，则进位被舍弃。

计算机补码的使用实践

#include <stdio.h>
int main()
{
//如果使用二进制、八进制、十六进制，即为补码表示。
	char a = 0x85;
	printf(" a=%d\n ",a); //补码转原码
//如果用10进制表示，即站在用户的角度，原码表示。
	char b = -15;
	printf("b=%x\n", b); //原码转补码
	return 0;
}

//char型一个字节，0x85在计算机中以补码表示即1000 0101(转原码)–>1111 1010–>（加1）1111 1011（即-123）

//-15即1000 1111–>1111 0000–>1111 0001

a=-123
b=fffffff1

sizeof运算符的使用

sizeof不是函数，所以不需要包括任何头文件,它的功能是计算一个数据类型的大小，单位为字节。

sizeof的返回值为size_t。

size_t类型在32位操作系统下是unsigned int,是一个无符号整数。

#include <stdio.h>
int main()
{
//这里数据类型的作用，其实就是告诉编译器定义
//此类型的变量需要多大的内存空间。
	int a = sizeof(int);
	printf("sizeof (char) = %u\n",sizeof (char));
	printf("sizeof(int) = %u\n",sizeof(int));
	printf("sizeof(int) = %u\n",a);
	return 0;
}

sizeof(char) = 1
sizeof(int) = 4
sizeof(int) = 4

（二）数据类型

1. C语言数据类型分类

1. 基本数据类型

        ①整型类型

        ②浮点类型

2. 枚举类型

3. 空类型

4. 派生类型

        ①指针类型

        ②数组类型

        ③结构体类型

        ④共用体类型

        ⑤函数类型

1.1 整型类型的分类

1. 基本整型（int型）

        ①占2个或者4个字节，由编译系统决定。

        ②以整数的补码形式存放。

2. 短整型(short int)

        以VisualC++为例，占2个字节。

3. 长整型(long int)

        以VisualC++为例，占4个字节。

4. 双长整型(long long int)

        以VisualC++为例，占8个字节。

1.2 整型类型的基本用法

常用的打印格式

打印格式	含义
%hd	输出short 类型
%d	输出int类型
%l	输出long类型
%ll	输出long long类型
%hu	输出unsigned short类型
%u	输出unsigned int类型
%lu	输出unsigned long类型
%llu	输出unsigned long long类型
C语言程序示例

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a =12;
	short int b = 2;
	long int c =3451;
	printf("a=%d\n",a);
	printf("b=%hd\n",b);
	printf("c=%ld\n",c);
}

a=12
b=2
c=3451

注意:

类型长度long > int > short

小的数据类型赋值给大的数据类型，系统会自动转换。大的数据类型赋值给小的数据类型会损失高位。

有符号与无符号的区别

有符号数最高位表示符号位，0为正数，1为负数。

无符号数最高位是数值位，只能表示正数。

具体应用如下:

#include <stdio.h>
int main()
{
//定义一个有符号数0x80000001
	printf("%d\n", 0x800000f4); 
	printf("%u\n",0x800000f4);
	signed int a= -12; //等价于int a=-12;
	unsigned int b = 12; //只能表示正数
	unsigned int c = 0x800000f4;
	printf("c=%d\n",c); //输出结果以%d为准
	printf("c=%u\n",c); //输出结果以%u为准
	return 0;
}

输出结果：
-2147483404
2147483892
c=-2147483404
c=2147483892

有符号整教与无符号整教的取值范围

数据类型	占用空间	取值范围
short	2字节	-32768到32767 (- 2^15 ~ 2^15 -1)
int	4字节	-2147483648到2147483647 (-2^31 ~ 2^31-1)
long	4字节	-2147483648到2147483647 (-2^32 ~ 2^32-1)
unsigned short	2字节	0到65535(0 ~ 2^16 -1)
unsigned int	4字节	0到4294967295 (0 ~ 2^32 -1)
unsigned long	4字节型	0到4294967295 (0 ~ 2^32 -1)

1.3 字符型数据

1. 内存中没有字符，只有数字，存放字符实际上存放的是其ASCII码(即一个字符对应
   一个数字的一张表)。

2. 使用字符赋值和使用ASCII码赋值作用是一样的。

3. 字符类型的实质就是一个字节的整数。

4. 字符的使用示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	char ch = 'a';//定义字符a
	char b = 97;//和使用字符赋值是等效的
	printf("ch=%c\n",ch);//输出字符a
	printf("ch=%d\n",ch);//输出字符a对应得ascii码
	printf("b=%c\n",b);//输出字符a
	return 0;
}

ch=a
ch=97
b=a

练习:大小写字母转换

解题关键:小写字母与大写字母之差为32。

程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	char ch = 'a';//定义字符a
	char ch2 ='A';
	printf("ch=%c\n",ch-32);//小写转大写
	printf("ch=%c\n",ch2+32);//大写转小写
	
	return 0;
}

ch=A
ch=a

转义字符

1. 以 / 开头的特殊字符序列，原则上字符’ '里面只能有一个字符，但转义字符除外。

2. 常见的转文字符为 \t(制表符)，\n(换行符)

3. 程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char ch = '\t';
    char ch2 = '\n';
    printf("abedef\n");
    printf("abf%cdef\n",ch);
    printf("abc");//因为没有换行符\n所以打印结果与下一行打印结果在同一行
    printf("abc%c",ch2);
    printf("这有一个换行符");
}

abedef
abf def
abcabc
这有一个换行符

char类型的范围

1. 取值范围如下(从用户的角度分析)：

数据类型	占用空间	取值范围
char	1字节	-128 ~ 127 (- 2^7 ~ 2^7-1)
unsigned char	1字节	0到255（0 ~ 2^8 -1）

2. 赋值时一定要注意不要超过取值范围。
   代码示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	char ch = 127+1;
	unsigned char ch2 = 255+1;//0
	printf("ch=%d\n",ch); //-128
	printf("ch2=%d\n",ch2);
}

ch=-128
ch2=0
main.c: In function ‘main’:
main.c:4:21: warning: unsigned conversion from ‘int’ to ‘unsigned char’ changes value from ‘256’ to ‘0’ [-Woverflow]
赋值越界。
(菜鸟在线编译环境)
https://c.runoob.com/compile/11

1.4 浮点数类型数据

        浮点型的作用是用来存储小数的，常见的主要是两种,单精度浮点型float双精度浮点型double 其中，double所表示的浮点数比float要更准确。

数据类型	占用空闻	有效数字范围
float	4字节	6位有效数字
double	8字节	15位有效数字

程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	float a =100.9f; //带f表示是float型
	double b = 3.14; //不带f的是double型
	printf("a=%f\n",a);
	printf("b=%lf\n",b);
	return 0;
}

a=100.900002
b=3.140000

1.5 字符串常量

字符串是内存中一段连续的 char空间，以’\0’（数字0）结尾。

字符串常量是由双引号括起来的字符序列，如"abe" ," love"等。

字符常量与字符串常量的区别:

每个字符串的结尾，编译器会自动的添加一个结束标志位”\0’，即"a" 包含两个字符
‘a’和’\0’。

1.6 字符串输出之printf函数

定义格式。

printf(格式控制，输出表列)。

程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a =10;
	double b = 3.14;
	printf("country=%s\n","china");//输出字符串
	printf("%%\n");//输出一个百分号。
	//%3d表示输出共有3个字符，不足则用空格补，默认右对齐
	printf(" a=%3d\n",a);
	//-表示左对齐
	printf(" a=%-3d\n",a);
	printf(" b=%1f\n",b); 
	//m.n,m表示共有多少位，n表示保留多少个小数位
	printf("b=%6.21f\n",b);
}

country=china
%
a= 10
a=10
b=3.140000
b=3.140000000000000124345

1.7 字符串输入之scanf函数

定义格式。

scanf(格式控制,地址表列)。

程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	int age;
	printf("请输入年龄:");
	scanf ("%d",&age);
	printf("age=%d\n",age);
return 0;
}

请输入年龄:18
age=18

字符输入输出函数

定义格式。

putchar( c )

getchar( c )

程序示例:

#include <stdio.h>
int main()
{
	char ch;
	printf("请输入性别:");
	ch = getchar();
	putchar(ch);
	//putchar('\n');
	return 0;
}

（三）运算符与表达式

1. 运算符

常用运算符的分类

运算符类型	作用
算术运算符	用于处理四则运算
赋值运算符	用于将表达式的值赋给变量
比较运算符	用于表达式的比较,并返回一个真值或假值
逻辑运算符	用于根据表达式的值返回真值或假值
位运算符	用于处理数据的位运算
sizeof运算符	用于求字节数长度

1.1 算数运算符

1.基本运算符

+、-、*、/、%

5/2 //?如果要得到正确的值怎么做?

程序示例:

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 5;
	int b = 2;
	int c = a/b;
	printf("c=%d\n",c);
	return 0;
}

结果：2

2.自增或者自减运算符

++i、 i++、 --i、 i–

a=3

b= ++a //a=?b=?

b=a++ //a=?,b=?

思考: a++; b=a; a?,b?

#include<stdio.h>
int main()
{	
	int a =3;
	int b =0;
	//前置++(先将a的值加1，在使用)
	b = ++a;
	printf("a=%d,b=%d\n",a,b);
	//后置++(先使用a的值，在加1)
	a = 3;
	b = 0;
	b = a++;
	printf("a=%d,b=%d\n",a,b); 
	return 0;
}

结果：
a=4,b=4
a=4, b=3

1.2 赋值运算符

运算符	术语	示例	结果
=	赋值	a=2; b=1;	a=2; b=1;
+=	加等于	a=0; a+=1;	a=1;
-=	减等于	a=5; a-=2;	a=3;
*=	乘等于	a=3; a=2;*	a=6;
/=	除等于	a=6; a/=3;	a=2;
%=	模等于	a=3; a%2;	a=1;

1.3 比较运算符

1.在C语言比较运算符中，真用数字1表示假，用数字0表示。

运算符	术语	示例	结果
==	相等于	4==2	0
!=	不等于	4!=2	1
<	小于	4<2	0;

| 大于|4>2 | 1
<= | 小于等于|4<=2 |0
= | 大于等于|4>=2 |1
2.程序示例

#include<stdio.h>
int main(){
	printf("4==3的结果为:%d\n",4==3);
	printf("4!=3的结果为:%d\n",4!=3);
	return 0;
}

1.4 逻辑运算符

运算符	术语	示例	结果
!	非	!a	如果a为假，则a为真:如果a为真，则!a为假
&&	与	a&&b	如果a和b都为真，则结果为真，否则为假。
II	或	a II b	如果a和b有一个为真，则结果为真,二者都为假时，结果为假.

1.5 运算符优先级

同一优先级的运算符，结合次序由结合方向所决定。

简单记就是: ! > 算术运算符 > 关系运算符 > && > || > 赋值运算符

1.6 强制类型转换运算符

1. 一般形式

        (类型名)表达式

        float a=7.5，int b=3;

        int c =a/b //?是否正确

2. 缺点

        损失精度

3. 规则

        小类型到大类型的转换是自动的。

        大类型到小类型的转换需要强制转换。

练习

unsigned short a =65535;
short b = a;

执行上述程序段后，b 的值是

A. -1 B. -32767 C. -32768 D. -65535

自学自用，难免存在错误,如有错误，请给予指正。在这里将自己的心得和学习过程分享给大家，为大家提供一些思路，希望大家在学习的道路上少走一些弯路。

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