嵌入式从入门到入土 C语言：概述及数据类型

C语言：概述

预备知识

计算机的组成

计算机组成

• 计算机：能进行计算和逻辑的设备
• 硬件：组成计算机的各种物理部件。（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s

计算机的六大部件

• 中央处理器（CPU）
• 内存
• 输⼊设备
• 输出设备
• 外存储器
• ⽹络

计算机的工作原理

简单理解：“存储程序、程序控制”

计算机语言

存储在计算机中的一切内容都是二进制的数字形式

数据：数、字符、图片等

• 机器语言：二进制（0和1构成）
• 汇编语言：充当翻译
• 高级语言：C/C++，Java，Python，PHP，C#

C语言的简史与特点

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语言的开发过程

开发一般分为三个步骤：

• 编辑（程序员向.c文件写入程序）
• 编译（将.c文件编译为二进制文件）
• 运行（运行可执行程序）

C语言程序的编译过程(细节：后续预处理课程讲解)

编译过程分为四个步骤：

• 预处理（所有的.h文件复制到对应的.c文件中）

• 编译（将.c文件转换为字节码文件）

• 汇编（将字节码文件转换为二进制文件）

• 链接（与标准库的二进制文件一起打包）

  

注意：标准库也是以二进制形式存在

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：

// 引入系统库（系统的标准输入输出库，如：scanf(),printf()）
#include <stdio.h>

// 入口函数：每一个.c文件有且仅有一个入口函数
// C语言中入口函数的返回值和参数列表比较灵活，唯一的要求：函数名必须是main
int main(int argc,char *argv[])
{
    // 向控制台输出hello world!
    printf("hello world!\n");// 一行代码执行结束，使用“;”表示结束
    
    return 0; 
}

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，不会被执行

• 预处理命令：

  • 程序中包含的某一文件的内容

• 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，函数名和函数参数，举例：int main(...)

• 函数体：

  • 包括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()，输入"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：

• 常用缩进书写格式（一般缩进2~4个字符，推荐4个字符）
• 有足够的注释（添加必要的注释，使代码更好的理解）
• 有合适的空行（一般预处理的命令和函数，全局变量和函数、函数和函数之间要有空行，使得代码结构更清晰）
• {}的对齐（C和C++中 {和 }都需要独占一行）
• 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。

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：

• 以C语言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含是程序的执行入口，可置于程序的任意位置
• 程序中可以有预处理命令（如：#include命令）预处理命令通常在程序的最前面。
• 每个语句以分号结尾；预处理命令、函数头和==花括号 {}==之后不能加分号。
• 函数体由一对花括号 {} 括起来。
• 包含在/…/内的文本为注释。
• 一行可以写几个语句，一个语句也可以写在多行上。
• 程序区分大小写字母。一般变量、语句等用小写字母书写;符号常量、宏名等用大写字母书写。
• 标识符和保留字之间必须加空格分隔，如：int age。

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的，同时也可以使用注释屏蔽掉代码。

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、变量等的定义。

语法：

// 单行注释

示例：

//预处理指令，引入系统的标准输入输出库
#include <stdio.h>
int main()
{
	// 打印信息到控制台
    printf("hello world");
}

多行注释

说明：多行注释使用斜杠星号/*...*/表示。他可以占用多行代码，但不能嵌套。我们一般用于函数，文件头说明。
语法:

/*
要注释
的代码
*/

示例：

//预处理指令，引入系统的标准输入输出库
#include <stdio.h>
/*
主函数
*/
int main()
{
//打印信息到控制台
printf("hello world!");
}

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

示例：

 // 预处理指令，引入系统的标准输入输出库
#include <stdio.h>
 /**
 *  主函数
 *  @author 开发者
 *  @param 参数
 *  @return 返回值
 *  ..
 */
 int main()
 {
    // 打印信息到控制台
    printf("hello world!");
 }

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C语言：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：
简单来讲，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，一般应用层最小存储单元的表示。

比特位（bit）：二进制数（0和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。

1个字节（BYTE）= 8位（BIT）

1个千字节（KB）= 1024字节

1MB = 1024KB

1GB = 1024MB

1TB = 1024GB

数据类型的分类

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）
	short	短整型	2
	int	基本整型	4
	long（long int）	长整形	4（32位编译器）/8（64位编译器）
	long long （long long int）	长长整形	8
	fioat	单精度浮点型	4
	double	双精度浮点型	8
	char	字符型	1
	bool（Bool）	布尔型，真-ture，假-false	bool：1，true：4，false：4

注意：因为在C语言中没有Byte这个单位，所以我们一般使用char来表示字节，因为1个char == 1个byte

---

注意：

某个数据类型或者变量所占的字节数→sizeof（某个数据或者变量名）

printf("true size:%d\n",sizeof(ture));// ture size:4 占4个字节，boolean底层是0和非0
printf("false size:%d\n",sizeof(false));//false size：4 占4个字节
printf("bool size:%d\n",sizeof(bool));//bool size：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 #incldue <stdbool.h>，大家也可以使用int类型的0表示假，非0表示真。

课堂练习

校验各个数据类型在内存的大小？

常量与变量

在C语言中，数据的基本变形形式是常量和变量。不管是常量还是变量，都是需要在内存中开辟一块空间，用于数据的存放。

常量

定义：在程序执行过程中其值不能被改变的量。

分类：int、float、double、char和符号常量。

整形常量（int）

• 整形常量可用十进制、八进制、十六进制三种形式表示。

  • 十进制整形常量：由0~9的数字组成，没有前缀，不能以0开头（比如：0是可以的，但是09是不可以的）。

  • 八进制整形常量：以0为前缀，其中由0~7的数字组成，没有小数部分。（比如023）

  • 十六进行整形常量：以 0x或者 0X为前缀，其后由 0~9的数字和 A~F（大小写均可）字母组成，没有小数部分。（比如0x00FF0000）

    整型常量中的长整型数据可用 L作为后缀，（比如：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

• 整形常量的表示

  • 十进制表示：可以使用10个数字符号0~9以及+，-，如123、-456
  • 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
  • 十六进制表示：以0x开头，符号有0~9，A~F（a~f），如：0x12，-0x11

• 浮点型常量

  C语言中的浮点数就是平常所说的实数，有两种表现形式：

  • 十进制小数形式：如：0.123，-17.8

  • 指数形式（科学计数法），如：1230.0可以表示为1.23e3或者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（或者f）表示单精度型。后缀用L（或者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'、'_'等，比如：'或'就不是字符，一个汉字所占的字节数超过1个。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。

转义字符常量：

以反斜杠'\'开头的字符序列，表示控制及不可见的字符，如:

序号	字符形式	含义	ASCII码
	\n	换行	10
	\r	回车	13
	\0	空字符	0
	\t	水平制表	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？"，"China"，"12"，"true"，"12.25"等。

• 可以输出一个字符序列，如：printf(“hello world!”);

  注意：

  字符串常量"a"与字符常量’a’的区别

  

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

1个中文字符 = 2英文字符，中文字符在内存中的实际占用空间 = 2个数据字节 + 空位字节（\0）= 3个字节。

符号常量

定义一个标识符来代表一个常量。

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

定义符号常量：

• 用编译预处理命令 #define（宏定义）

  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，AVG

#include <stdio.h>

// 定义了一个符号常量n
#define PI 3.14
// 定义了一个符号常量r
#define R 5

int main()
{
inta=PI*R*R;//预处理后:inta=3.14;*5*5
}

案例：

在程序中使用符号常量。

#define PRICE 30		     /*定义符号常量PRICE*/
#include <stdio.h>
void main()
{
	int num,total;			/*定义整型变量*/
    num =10;				/*给变量赋值*/
	total = num* PRICE;		 /*符号常量参加运算*/
	printf("total=%d\n",total);
}

说明：

• 程序中⽤#define PRICE 30定义了符号常量PRICE的值为30，伺候程序中出现的PRICE都⽤30代替。

• 符号常量不占内存单元。

• 此后在本函数中不允许改变PRICE的值，也不允许再为其赋新的值。

• 使⽤符号常量的好处：

• 含义清楚

• ⼀改全改

nta=PIRR;//预处理后:inta=3.14;55
}

**案例：**

在程序中使用符号常量。

```c
#define PRICE 30		     /*定义符号常量PRICE*/
#include <stdio.h>
void main()
{
	int num,total;			/*定义整型变量*/
    num =10;				/*给变量赋值*/
	total = num* PRICE;		 /*符号常量参加运算*/
	printf("total=%d\n",total);
}

说明：

• 程序中⽤#define PRICE 30定义了符号常量PRICE的值为30，伺候程序中出现的PRICE都⽤30代替。

• 符号常量不占内存单元。

• 此后在本函数中不允许改变PRICE的值，也不允许再为其赋新的值。

• 使⽤符号常量的好处：

• 含义清楚

• ⼀改全改