嵌入式从入门到入土：C语言2（基本类型数据常量与变量，运算符）

嵌入式从入门到入土：C语言2

注意：不管是常量，还是变量其实都是存在内存之中，常量是存储在常量池的变量根据情况存储，基本类型是存放在栈内存的。

栈内存：栈是一种线性数据结构，其内存分配是静态的，由程序自动向操作系统申请分配以及回收，访问速度快，申请的内存单元的大小是固定值，使用方便，但程序员无法控制。如函数参数、局部变量、临时变量等等

堆内存：堆则是一种树形结构，其内存分配是动态的。堆内存的大小通常比栈大得多，由程序员自己申请、自己释放。否则发生内存泄露。典型为使用new申请的堆内容。

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常量与变量

变量

概念：

在程序执行过程中其中的值可以被改变的量，称之为变量。

• 变量代表内存中具有特定属性的一个存储单元，它是用来存储数据的，也就是存放变量的值。

• 变量应该有一个名字，以便于通过名字访问变量。

格式

数据类型 变量名类型;

举例：

#include <stdio.h>

int main()
{
    //①声明变量初始化
    int age = 21;  //注意：这里的 = 不是我们所认为的相等，在这里代表赋值操作，意思是将右边的值赋给左边的变量。
    
    //②先声明，再赋值
    int count;
    count = 10;
    
    //③初始化并修改变量的值
    int number = 12;
    printf("%d\n",number);//12，%d是十进制int的格式化符
    number = 22;
    printf("%d\n",number);//22，我们对同一个变量进行赋值的时候后面的值会覆盖掉前面赋的值
}

基本类型：我们创建变量的同时在内存上开辟对应的内存空间

命名规则：

• 变量名必须以字母(a~z)或者下划线(_)开头，后面可以跟若干个**字母、数字或下划线;**
• 变量名不能与C语言中已经存在的标识符(如:int,float,void,if,break等)重名;

​ 变量名、变量值、变量所占存储单元之间的关系：

​

标识符

• 标识符的定义：

  用来表示对象的名字的有效字符。对象包括变量、常量（宏定义）、数组、函数、类型（结构体、共用体、枚举）等。也就是标识符就是对象的名字。

• 标识符的构成：

  • C语言规定标识符只能由字母、数字和下划线3种字符构成，且第一个必须为字母或者下划线。举例：number，_int
  • 编译系统对大小写敏感。==变量名和函数名一般用小写字母+下划线，常量名和枚举名一般用大写字母+下划线。==举例：变量set_count 函数set_count()常量SET_COUNT

• C语言中有3类标识符

  • 关键字：

    有32个，系统有特定的含义和用途：如：float，int，if，else等，不能用作自定义表示符(变量和函数)

  • 系统预定义的标识符：

    如系统提供的库函数名sim，printf，main，scanf以及预处理命令define，include等。

  • 用户标识符：

    用户定义的标识符，用来给程序的变量、自定义函数、符号常量、数组、结构体、共用体、文件等命名。

注意：

在C语言中，要求对所用到的变量使用前必须先强制定义，即：先定义，后使用。

• C语言中有32个关键字，不允许用户用来定义标识符。

12个预处理命令：

说明：

一个类型说明语句可以同时定义多个类型的变量，各个变量之间使用逗号 ","分隔，多个同类型的变量也可以用多个类型说明语句定义：

//一个类型说明语句可以同时定义多个类型的变量
int a,b,c,d;//同类型
int a1=3,b1=4,c1=5,d1 = 6;
//多个同类型的变量也可以用多个类型说明语句
int a;
int b;
int c;
int d;
int a1 = 3;
int b1 = 4;
int c1 = 5;
int d1 = 6;

• 用类型说明语句定义的变量只是说明了为这些变量分了存储空间。以便于存放与之相同类型的数据，在未对这些变量赋值前，这些变量中的值是随机的；

• C语言允许在定义变量的同时为变量赋初始值；

• 在为长整型变量初始化初始化或者赋值时，如果被赋值的数据为基本整形常量，则C编译系统自动将被赋值数据转换成与相应变量类型一致。

  long a = 12; //左边是long类型变量，右边是int常量，当完成赋值操作后，右边的12的类型转换为long
  

• 由于各种整形变量所占的字节数有限，因此，我们所能存放的整数有一定范围。

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基本类型数据

基本类型数据都是运行在内存中，在内存中是以二进制补码的方式存储的。

整型数据

用来存放整型数据的变量

我们定义一个整型的变量，C编译系统实际是在内存中分配了能够存储一个整型数据的存储空间，并用变量名来标识这个空间，对该空间的使用也就可以通过变量名来访问。

若不知道你所用的C汇编系统对变量分配的存储空间的大小，可用sizeof运算符查询，如：

printf("%d,%d,%d\n"sizeof(int),sizeof(short),sizeof(long));// 4,2,8

案例

整型变量的定义和使用。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a,b,c,d;// 定义有符号整型变量，可以存储负数，也可以存储正数。

    unsigned int u;// 定义无符号整型变量，只能存储正数，正数的范围会变大。
    a = 12;
    b = -24;
    u = 10;
    c = a + u,d = b + u;
    printf("a+u=%d,b+u=%d\n",c,d)
}

整型数据在内存中的存放形式

• 数据在内存中是以二进制的形式存放的

  如果有以下语句：

  int i;		//定义i为存储整型的变量
  i = 10;		//给i赋整数为值
  

  则十进制数10的二进制形式为1010，则内存中实际的存放形式为

​

• 实际上，数据在内存中是以**补码**形式表示的。

  • 符号位是左边第一个（1表示负数，0表示正数）。
  • 正数的补码、反码和原码（该书的二进制形式）都相同。
  • 负数原码的补码是将该数绝对值的二进制形式，按位取反再加1（反码加1 = 补码）
    • 负数原码的反码除符号位之外都按位取反得到反码。
    • 负数的反码加1得到负数的补码。

  原码针对应用层，补码针对计算机

  

可见在存放整数的存储单元中，一般情况下，最左边的一位用来表示符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。

浮点型数据

概念：

用来表达实数（小数）的数据类型。

浮点型（实型）变量的分类

• 单精度浮点型（float）：在64为系统中典型尺寸是4字节，精确到小数点后6位，%f

• 双精度浮点型（double）：在64位系统中典型尺寸是8字节，精确到小数点后15~16位，%lf

• 长双精度浮点型（long double）：在64位系统中典型的尺寸是16字节

  **注意：**占用内存越多，能表达的精度越高

float f1;			// 单精度
double f2;			// 双精度
long double f3; 	 // 长双精度

浮点型数据在内存中的存放形式

浮点型数据在内存中按照指数形式存放。系统将一个浮点数分成 小数部分 和 指数部分，分别存放。

类别	符号位	指数位	小数部分	指数偏移量
单精度浮点数	1位[31]	8位[30~23]	23位[22~00]	127
双精度浮点数	1位[63]	11位[62~52]	52位[51~00]	1023

案例

• 要求：写出27.5在内存中的存放形式。

• 解析：

  • 27.5的二进制为11011.1
  • 指数表示法：$$1.10111\ast 2^4$$
  • 指数：4，加上127，就是131，二进制:1000 0011
  • 尾数（小数点后的数）：10111，补够23位：1011 1000 0000 0000 0000 000
  • 用二进制表示就是（符号位1位）0（指数位8位）1000 0011（尾数位23位）1011 1000 0000 0000 0000 000

  ※ 科学计数法(指数法)：

  C语⾔中⼀般浮点数有两种表⽰形式：

  • ⼗进制形式：指的是数字必须以整数形式+⼩数形式组成，⽐如 10.0 、3.14 …符合规则，以10为底 数，并且科学计数法要在范围值之内。

  • 指数形式：⼀般数学上对于⼩数可以以10为底进⾏表⽰ ⽐如3.14 * 10²，但是在使⽤英⽂半⻆输⼊法的 时候没办法输⼊上底或者下底，所以C语⾔规定以字⺟e或者E来表⽰指数，并且要求字⺟e或者E的前⾯ 必须有数字，字⺟e或者E的后⾯必须为整数。 -3.14E-2 2E-3 0.3E4

    printf("%e", 10000000.00);
    

  • 所以：E3 错误 因为E的前⾯有数据 ⽐如说 3.14E3 3.1e5.6 错误 因为 E的后⾯必须是整数

    3.1e-2 对的 相当于 $$3.1\ast 10^{-2}$$

    1.01e-5 等价于$$1.01\ast 10^{-5}$$

字符型数据

**概念：**字符型变量用来存放字符常量。

定义：

char 变量列表;

案例：

#include <stdio.h>

int main()
{
	char c1,c2;
	C1 ='A';
	C2 = 'B’
        
	printf("c1=%c\n",c1);//	c1=A,输出的是字符本身
	printf("c2=%c\n",c2);//	c2=B,输出的是字符本身
    printf("c1=%d\n",c1);//	c1=65(ASCII码表的编号)
	printf("c2=%d\n",c2);//	c2=66（ASCII码表的编号）
}

说明：一个字符变量只能存放一个字符。C编译系统都规定以一个字节的存储空间来存放一个字符，因此，一个字符型变量在内存中的大小是1字节（占1个字节）

字符数据在内存中的存储形式

将一个字符常量存入一个字符变量，实际上并不是把该字符本身存入内存单元中，而是将该字符对应的ASCII码存入内存单元。

例如：

char c1 = 'a',c2 = 'b';

'a'的ASCII码为97、'b'的ASCII码为98、他们在内存中的存放形式以对应ASCII码编号的二进制存放：

​

实际上按照二进制存放，形式为：

​

由此可见，在内存中字符数据的存储形式与整型数据类似，这就使得字符型数据和整型数据之间可以通用。也就是1个字符数据既可以字符形式输出，也可以以整数形式输出。

• 以字符形式输出时，编译系统将内存单元中的ASCII码转换成相应的字符，然后输出。
• 以整数形式输出时，直接将ASCII码作为整数输出。
• 因此，可以对字符数据进行算术运算，这时相当于对其ASCII码进行算术运算。

案例

要求：给字符变量赋整数值

#include <stdio.h>


main()	//此时默认返回值类型是int
{
	char c1,c2;
	c1 = 97;
	c2 = 98;
	printf("%c %c \n",c1,c2);// 以字符形式输出，a b
	printf("%d %d \n",c1,c2);//以整数形式输出，97 98
}

c1在内存的存储形式以及不同形式的输出，如下图所示：

​

小贴士：

字符数据只占1个字节，只能存放0~255范围内的整数。

注意：C语言中char变量不能存放汉字。

案例

要求：大小写字母转换

#include <stdio.h>

int main()
{
    char c1,c2;
    c1 ='a';// 97
    c2 ='b';// 98
    
    // 转大写
    c1 = c1 - 32;// 赋值运算，运算规则是，由右到左
    C2 = c2 - 32;
    printf("%c %c \n",c1,c2); //① A B	② 65 66	③ 'A' 'B'//选 ①
}

注意：C语言允许字符数据与整数直接进行算术运算，可以相互赋值。

运算符

各类数值型数据间的混合运算

• 整型、实型、字符型数据间可以进行混合运算，如:

  10 - 'a' * 1.5
  

  运算时，参加运算的两个数据如果类型不同，则首先将其类型转换成一致

  再运算，转换规则是：

  将优先级低的类型转换到优先级高的类型，被称作自动类型转换。（小转大）

注意：

​ 在混合运算过程中，系统所进行的类型转换并不改变原数据的类型，只是在运算过程中将其值变成同类型后在运算。

int a = 10;
double c = a + 22.5;// a只是在运算过程中临时将其值变成double，但是a本身并没有改变类型。

• C语言提供了==强制类型转换（大转小）==运算，可得到一个所需类型的数据，强制类型转换的形式为：

  (类型名)(表达式)
  --------------------------------------
  小类型类型 变量名 = (大类型类型)大类型变量;
  

  • (double)a 将a的值转换成double类型

  • (int)(x+y) 将x+y的结果转换为int类型

  • (int)x+y 将x的值转换成int类型后与y进行相加

  • (float)(5%3) 将5%3的值转换成float类型

    特别需要说明的是：在强制类型转换的过程中，并不改变原变量的类型，只是在运算过程中将其值转换类型后再运算。

案例

要求：强制类型转换

#include <stdio.h>

void main()
{
	float x;
	int i;
	x = 3.6F;
	i = (int)x;
	printf("x=%f,i=%d\n",x,i);// x=3.6,i=3  实数转换整数，会丢失小数部分。
}

说明：x仍然为float类型，可见强制类型转换并不改变变量的类型。

C语言运算符和C算术表达式

C运算符

序号	名称	符号	序号	名称	符号
1	算术运算符	+ - * / % ++ --	8	指针运算符	* &
2	关系运算符	> < >= <= == !=	9	字节数运算符	sizeof
3	逻辑运算符	！ && `		`	10
4	位运算符	<< >> ~(按位取反) `	(按位或) ^(按位异或)` `&(按位与)`	11	强制类型转换运算符
5	赋值运算符	= += -= *= /= %=	12	分量运算符	. ->
6	条件运算符	? :	13	其他	函数调用运算符()
7	逗号运算符	,

C表达式

所谓表达式就是将操作对象用运算符连接起来的符合C语法规则的式子。（运算数 + 运算符 = 表达式）

序号	名称	举例	说明
1	算术表达式	2 + 6.7 * 3.5 + sin(0.5)	计算结果是数值类型
2	关系表达式	x > 0, y <= z + 6	计算结果是布尔类型，或0和非0
3	逻辑表达式	x>0 && y>0	计算结果是布尔类型，或0和非0
4	赋值表达式	a = 5.6,sum += i	规则：从右往左
5	逗号表达式	x = 3,y += 4,z -= 8	分隔，并列，结果是最后一个表达式的值

C语言规定了运算符的优先级和结合性。在表达式求值时，按运算符的优先级别的高低次序执行。如果运算对象两侧的运算符优先级别相同，如a+b+c，则按照规定的“结合方向”处理。

C语言运算符优先级