[C++知识库]最最最详细的C语言教程笔记零起步（3）小白必备 同笔者一起学习

五.整型数据类型

1. 整型数据类型

在上一节当中，我们遇到了用int关键词（整数integer的缩写）来表示一个整数的数据类型。 这一节中，我们来详细讨论一下C语言里面的整数数据类型。

计算机通过晶体管的开关状态来记录数据。它们通常8个编为一组，我们称之为字节。而晶体管有 开 关 两种状态，一个字节有8个晶体管，因此一个字节可以拥有2的八次方个不同的状态。让每一种状态对应 一个数值，这样一个字节可以表示256个不同数值。

要表示更大的数据范围就需要更多晶体管。要知道在发明C语言的年代，计算机存储资源是非常珍贵而 稀缺的。对存储资源，程序员可能恨不得把一块掰成两块来用。如果只想表达0到100以内的数值，那么 一个字节就足够了，何必用两个字节来存储呢？

而如今，即使存储资源已经较为丰富了，但是大部分的强类型语言，都延续了这个传统。它们均提供了 丰富的类型以供选用。而程序员在编写代码时，通常能预想到需要使用到的数据范围的大小。这样在处 理一个数据时，可以从语言所提供的类型中选用最合适的类型来承载数据。

那么接下来，你可能想知道这些类型中，它们分别占用几个字节，具体的数据范围是多少？从而合适地 选择数据类型。很遗憾，我不能准确地告诉大家。因为C语言标准并未规定这些数据类型的大小范围， 具体的实现交由了编译器和平台决定。那我们怎样知道在visual studio 2019中，各种整型数据类型能够 表示的数据范围呢？
我们需要sizeof关键词来帮我们测量。

2. 用sizeof关键词来测量大小

和int一样，sizeof 是C语言中的一个关键词。它是英文 size of 连起来的合成词。翻译成中文就是什么东西的大小的意思。它能够测量C语言各种实体所占用的字节大小。

如果我们想看int所占用的字节大小，可以这样写sizeof(int)。执行后这段代码后，它的测量结果是一个 整型。我们可以借助printf函数将测量结果显示在控制台上。我们现在可以假设sizeof返回的结果是int类型的，在printf函数中使用占位符**%d**。而更准确地用法，应该用**%zu**。
测量int类型所占用的字节大小，并将结果打印在控制台上的代码如下：

printf("%d\n", sizeof(int))；

sizeof 后面既可以跟类型，也可以跟变量、常量。

1. 跟类型，测类型所占用字节的大小。
2. 跟变量，测变量的类型所占用字节大小。
3. 跟常量，测常量的类型所占用字节大小。 下面是以上三种情况的示例代码。

int a; 
printf("sizeof int = %d\n", sizeof(int));   //  1.测类型所占用字节的大小 
printf("sizeof a = %d\n", sizeof(a));       //  1.测变量的类型所占用字节大小 
printf("sizeof 123 = %d\n", sizeof(123));   //  1.测常量的类型所占用字节大小

现在可以在自己的电脑运行一下，看看C语言中提供的各种整型类型的大小。

printf("sizeof char=%d\n", sizeof(char)); 
printf("sizeof short=%d\n", sizeof(short)); 
printf("sizeof int=%d\n", sizeof(int)); 
printf("sizeof long=%d\n", sizeof(long)); 
printf("sizeof long long=%d\n", sizeof(long long));

运行一下，看到了结果

char，short，int，long，long long 分别占用了1，2，4，4，8个字节。至此，我们已经得知了它们所占 字节大小，并且验证了可以表示越大范围的数据类型所占用的字节越多。

值得注意的是在Visual Studio 2019中，int和long均占用4个字节。这并未违反C语言标准，C语言标准规定高级别的类型取值范围不得小于低级别的类型，但是它们可以是一致的。

3. 三位二进制表示的数值范围

TIPS:

如果暂时无法理解关于整型表达范围的原理分析，请先记住sizeof的使用和各种整型变量的表达范围的 结论即可。不理解整型表达范围的原理不影响对C语言的使用。

char，short，int，long，long long分别占用了1，2，4，4，8个字节。而每个字节由8个晶体管组成， 每个晶体管状态我们称之为位。那么char，short，int，long，long long分别占用了8，16，32，32，64 位。

太多的位不利于我们理解原理，我们暂时把问题简化一下，试试看位数减少到3。然后，分析3位的组 合，它能表示多大范围的数值呢？

三位二进制组成的数据类型，可以表达2的3次方也就是8个数值。如果从0开始，那么可以表达从0到7的 数据范围。那么可以得出以下结论：

如果不考虑负数，那么整型数据类型可以表达的数据范围是：

假设，位数为n，则数据范围从【0】开始，到【2的n次方-1】的数值范围。

负数怎么办？那就需要拿出一个位来作为符号位。用来表示这个数据是 正数 还是 负数 。在IEEE标准中，这个符号位存在于二进制的最高位。让我们用三位二进制来示范这种情况。

加上符号之后，现在取值范围变为负4到3了。红框中的为最高位，最高位为1的表示负数。你可能会觉 得有点奇怪，为什么3的二进制是011，而负3却是101呢？如果简单的加一个符号位，为什么不用111 呢？那我们看看如图中所示的3与负3相加的运算结果。

4. 数值补码表示法

补码表示法既通过最高位，区别了正数和负数。
并且，巧妙地应用了溢出，所得到的计算结果结果也是正确的。计算机的电路设计中，也只需要设计加法电路。极大地简化了计算机内部电路的复杂程度。

求一个正数对应的负数的补码的第二种办法：

1. 先写出这个正数的二进制。
2. 从二进制的右边开始，遇到第一个1之前，全都填0。
3. 遇到第一个1之后，把1填下来。
4. 1 之后的全部取反。

5. 各种整型类型的数值范围是多少(包括无符号整型)

六.浮点数据类型

1. 处理带小数的数值（float）

类似于1.234567，0.00001，这类非整数的数据。int能不能装这些数据呢？

#include <stdio.h> 
int main() 
{
    int a = 1.234567;
    int b = 0.00001;     
    int c = 365.12345;     
    printf("%d\n", a);     
    printf("%d\n", b);     
    printf("%d\n", c);     
    return 0; 
}

小数部分都丢失了

这时候就需要引入新的数据类型了——浮点类型。

把上面代码中的整型 int ，用单精度浮点型 float 替代。

之后，再将 printf("%d\n",a); 中的占位符是 %d ，所以我们用 %f 替换。（ %d 占位符用于整型， %f 占 位符用于浮点型）

替换完成之后，再来试试看

#include <stdio.h>
 int main() 
{  
    float a = 1.234567;     
    float b = 0.00001;     
    float c = 365.12345;   
      
    printf("%f\n", a);     
    printf("%f\n", b);     
    printf("%f\n", c);  
       
    return 0; 
}

将 int 替换成 float 之后，大部分的数据都是正确的。但是 365.12345 变成了 365.123444 ,很明显精度出 现了误差。

这是因为，浮点数并不能表示无限的精确，它会存在着一定的误差。
C标准规定，float类型必须至少能表示6位有效数字，并且取值范围至少是10^-37~10+37。
所以，使用float来装365.12345时，前面六位数值是准确的，但是后面的数值略有误差。

2. 浮点类型：double

有没有比float，精度更高的类型呢？有的，叫做双精度浮点型 double 。把上面代码中的 float 换 成 double 。

那么 printf函数 中使用的占位符需要修改吗？
答案是不需要，我们先记住float和double均可以使用 %f 来作为占位符。

#include <stdio.h>
 int main() 
{  
    double a = 1.234567;     
    double b = 0.00001;     
    double c = 365.12345;   
      
    printf("%f\n", a);     
    printf("%f\n", b);     
    printf("%f\n", c);  
       
    return 0; 
}

这次 365.12345 也是正确的了。
但是，请注意 double 类型也是有精度范围的。如果是更高精度的数据， double 也会出现误差。 我们日常的应用中，不会苛求一个精度完美的数值，是会允许存在一定误差范围的。但是，如果涉及高精度领域的计算时，需要额外使用特殊的方法进行数值计算，以尽量减少误差。

3. 浮点类型所占字节大小

按照之前对整型的经验，越大范围的整型类型所占的空间越大。 那么对于浮点类型来说，越高精度、越大范围的浮点类型，应该也会占用越大的空间。 用sizeof来测量一下float和double分别占用多大的空间。

#include <stdio.h> 
 int main() 
 {
      printf("sizeof float = %d\n",
      sizeof(float));     
      printf("sizeof double = %d\n", 
      sizeof(double));     
      
      return 0; 
 }

float ， double 分别为4，8个字节。验证了之前对于越大范围，越高精度的类型所占空间越大的设想。

七.C语言的变量与常量

1. 变量与常量

在整个程序的运行过程中，没有变化且不能变化的，我们称之为常量。

在程序运行期间，可以改变并且有可能会改变的，我们称之为变量。

2. 声明变量

在前几节中，已经接触过如何声明一个变量：

short s; 
int n; 
long l; 
float f; 
double d;

声明变量的公式：类型 + 标识符 + 分号

标识符：由我们自己命名的一个标识，用于表示一个变量、函数或其他实体的名称。 例如：上面的代码 中s，n，l，f，d是由我们自己命名的一个标识，用于表示一个变量。
关键词：在语言标准中规定词汇，并且在代码中有特殊意义和用途。 例如：short，int，long，float， double都是表明变量的类型，它们是由语言标准中提供的词汇。

标识符必须经过声明或定义才能正常被编译器识别，而关键词可以直接使用。 因此，要让标识符被编译器看做是一个变量，必须将标识符在使用前声明为一个变量。

接下来举几个例子：

正确， 变量使用前被声明:

//  正确 
#include <stdio.h> 

 int main() 
 {     
     int a;     
     printf("%d\n", a); //  正确， 变量使用前被声明了。     
    
     return 0; 
 }

错误， 变量a未声明:

//  错误 
#include <stdio.h> 
 
 int main() 
{     
    printf("%d\n", a); //  错误， 变量未声明。       
   
    return 0; 
}

错误， 变量不应该在声明前使用:

//  错误 
#include <stdio.h>

 int main() 
 {   
     printf("%d\n", a); //  错误， 变量在声明前使用。     
     int a;      
 
     return 0; 
 }

3. 变量名命名规则

声明变量的公式：类型 + 标识符 + 分号

既然变量名是一个标识符，因此变量名必须符合标识符的命名规则。
标识符命名规则：标识符由大小写字母，数字和下划线组成。标识符不能以数字开头，并且必须与现有 的关键词不同。

short apple; 正确 
int 88fruit; 错误，不能以数字开头 
long _pencil; 正确，可以以下换线或字母开头 
float love_you; 正确，字母开头，标识符可以使用下划线 
double int; 错误，不能与现有关键词相同

4. 变量初始化和赋值

4.1 初始化和赋值

下面的代码，它的打印出来的数值是多少呢？

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

突然发现，它居然报错了！

因为 变量a 没有被装入任何确定的值，它就被使用了。现在它的值是一个随机值，这样的随机值会导致程序产生错误的结果。 因此，在Visual Studio 2019中默认设置下，使用这种变量是无法通过编译的。 我们需要为变量a装入确定的值，可以通过两种方法实现：

1. 变量声明后立刻初始化。
2. 变量先声明，其后再为变量赋值。

写法1：变量声明后，立刻初始化。

#include <stdio.h> 
 
 int main() 
{     
     int a = 100; //  变量声明后，立即装入100。     
     printf("%d\n", a);     
 
     return 0; 
}

写法2：变量声明后，不初始化。后续使用赋值运算符赋值。

#include <stdio.h>
 
 int main() 
 {     
     int a; //  变量声明后，为一个随机值     
     a = 100; // 这里我们使用赋值运算符，将100给了a。     
     printf("%d\n", a);     
 
     return 0; 
 }

4.2 初始化和赋值的区别

赋值：
a = 100;
赋值运算符左边为已经声明过的变量，右边为数值。这种写法为给变量赋值。

初始化：
int a = 100;
赋值运算符左边为一个变量声明，右边为数值，这种写法为变量声明并初始化。

可以用赋值运算符左边的不同来区分赋值与初始化。
另外，变量可以多次赋值，但是不能被多次初始化。

多次初始化的写法相当于将变量a 声明了两次，在第二次声明变量a 时，编译器发现标识符a已经被使用过了，便会报告一个编译错误。

//  正确，将输出100，200。 
#include <stdio.h> 
 int main() 
{     
     int a;     
     a = 100;     
     printf("%d\n", a);     
     a = 200;     
     printf("%d\n", a);     
    
     return 0; 
}

//  错误，变量a被重复声明。 
#include <stdio.h> 
int main() 
{    
    int a;     
    a = 100;     
    printf("%d\n", a);     
    int a = 200;     
    printf("%d\n", a);     

    return 0; 
}

目前看来，初始化好像就是把变量声明和赋值写在一行了，对于整型和浮点变量确实如此。 但是，对于后面将见到的其他类型，会略有不同。请区别对待初始化和赋值，这两个概念。

5. 常量

常量是程序中，一开始就被写死在代码中，且不能被改变的量。

5.1 字面常量

例如：100，200，1.3344，“HelloWorld”，被称之为字面常量。 字面常量不需要声明，并且编译器通过它的写法可以立即判断出它的类型。

100 = 101; 

错误，常量不能被更改

100 = a; 

错误，常量不能被更改

被双引号包裹的称之为字符串字面常量。

"HelloWorld"

"HelloWorld" = "你好"；

错误，常量不能被更改

5.2 字面常量类型

一个变量的类型在声明的时候被确定。而一个常量的类型，在这个常量写在代码中时也能被确定。

整数字面常量通常是 int 类型的，除非这个整数字面常量数值过大，超过了 int 类型的范围，那么编译器会尝试将它看做 unsigned int 类型。如果更大，那么依次类推为更大范围的整型类型，例如 long ， unsigned long ， long long , unsigned long long 。

由于，Visual Studio 2019中，int与long的范围一致，因此会跳过long，而尝试使用long long 或 unsigned long long。

带小数的字面常量为 double 类型。

5.3 符号常量

#include <stdio.h> 
#define PRICE 3 
 int main() 
{     
   int num = 10;     
   int total;     
   total = num * PRICE;     
   printf("total:%d", total);     

   return 0; 
}

定义了一个符号常量 PRICE 。这样做有什么好处呢？

比如，这个程序很庞大，商品的价格不仅仅被用在 main 函数中，还被用在其他很多函数里面。
如果有一天，这个商品的价格改变了。那么我们就需要到每一个使用过的地方进行修改，这样修改起来会非常麻烦。
但是，我们把商品的价格定义为符号常量，这样只需要修改这个符号常量所代表的值即可。

定义符号常量的公式：

#define PRICE 3 

八.字符常量及字符变量

1. 字符常量

字符串是由什么组成的呢？ 字符 如果我单独用字符来打印 HelloWorld ，将代码按照如下方式修改：

#include <stdio.h>
 int main() 
 {     
     printf("H");
     printf("e");
     printf("l");     
     printf("l");     
     printf("o");     
     printf("W");     
     printf("o");     
     printf("r");     
     printf("l");     
     printf("d");     
     return 0; 
 }

这样看上去，的确是在一个个地输出字符。但是，要注意，字符串是用双引号包括的。也就是说， 这上面输出的仍然是字符串，只不过每一个字符串仅包含一个字符。

那怎样，用单个字符的形式来输出呢？

定义：字符常量由单引号包括。
类似于’a’ , ‘b’ , ‘c’ , ‘1’ , ‘2’。这样的都是字符常量。 字符常量通常只写一个字符，如果需要多个字符，请使用字符串"ab"。 既然单引号包括的是字符，这样打印行不行？

#include <stdio.h>
 int main() 
 {     
     printf('H');
     printf('e');
     printf('l');     
     printf('l');     
     printf('o');     
     printf('W');     
     printf('o');     
     printf('r');     
     printf('l');     
     printf('d');     
     return 0; 
 }

答案是不行的，这样会导致编译报错。因为， printf的第一个参数必须是字符串 。 既然如此，我们考虑是否能用 printf 函数的占位符来给字符占位呢？
整数int类型占位符为 %d
浮点double类型占位符为 %f
字符类型的占位符为 %c

#include <stdio.h> 
 int main() 
 {     
     printf("%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c%c", 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd', '\n');     
     
     return 0; 
 }

2. 探究字符类型占用空间

现在用 sizeof 来探究一下，字符类型在计算机内部所占用的空间大小。

2.1 字符常量的大小

#include <stdio.h> 
 int main() 
 {     
     printf("sizeof a= %d\n", sizeof('a'));
     printf("sizeof b= %d\n", sizeof('b'));     
     printf("sizeof c= %d\n", sizeof('c'));     
     printf("sizeof d= %d\n", sizeof('d'));     
     printf("sizeof e= %d\n", sizeof('e'));     

     return 0; 
 }

在Visual Studio中，如果你使用后缀名c为后缀名，将使用C编译器。而使用cpp为后缀名，将使用 C++编译器。

字符类型常量在C编译器将常量看成整型，因此占4个字节。而在C++编译器中只占1个字节。

2.2 字符变量的大小

#include <stdio.h> 
 int main() 
 {     
    char c = 'A';
    printf("sizeof char= %d\n", sizeof(char));     
    printf("sizeof c= %d\n", sizeof(c));     

    return 0; 
 }

字符类型的变量仅占用1个字节。

3. 错误导致的意外收获

在前面的代码中，使用 %c 作为字符类型的占位符。假如不小心用错了占位符，使用了整型占位符 %d ，会发生什么呢？

#include <stdio.h>
 int main() 
 {     
     printf("%d %d %d %d %d", 'a', 'b', 'c', 'd', 'e');     

     return 0; 
 }

观察结果，字符’a’，‘b’，‘c’，‘d’，‘e’，使用整型占位符进行打印，结果居然为一些整型数值，并且数值 居然是连续的。所以有理由推测，字符和数值，存在某种联系。

4. 整数与字符的对应关系——ASCII

计算机没必要直接存储字符，可以用某个数值来代表某个字符。 而这个映射关系，被称作美国信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange）。我们一般将其简称为 ASCII 。

ASCLL百度百科

ASCII 设计的时候，仅仅考虑了拉丁字符，0到127分别对应一个字符。而一个字节最多可以表示256个 数，所以，字符类型仅需要一个字节就能正常存储。刚刚用 sizeof 计算出字符类型占用一个字节 的大小也应验了这个设计。

5. 字符类型与字符变量

字符在计算机内部用整数表示，并且只需要用到0至127的整数范围。

若要显示成实际的字符，由printf函数根据占位符 %c 将其转换为真实的字符并打印在控制台上。
既然这样，没必要为字符专门新设计一种类型，字符类型与只占用一个字节的整数类型完全一致。
之前学习过仅占一个字节的整型类型— char 类型。为了表示这个类型也能用于字符，这种类型使用英语 character 的缩写 char 来表示。

定义一个字符变量

char c1 = 'a'; 
char c2 = '\n'; 
char c3 = '1';

用字符占位符，打印这三个变量。输出结果为三个字符。

#include <stdio.h> 
 int main() 
{
     char c1 = 'a';     
     char c2 = '\n';     
     char c3 = '1';     
     printf("c1=%c c2=%c c3=%c", c1, c2, c3);     
     
     return 0; 
}

**\n 为换行符，它能结束这一行的打印，从下一行开始新的打印。**它是一个字符，而不是两个，在下面的转义字符中，将讨论它。

用整型占位符，打印这三个变量。输出结果为这三个字符在ASCII中所对应的数值。

#include <stdio.h> 
 int main() 
{
     char c1 = 'a';     
     char c2 = '\n';     
     char c3 = '1';     
     printf("c1=%d c2=%d c3=%d", c1, c2, c3);     
     
     return 0; 
}

字符本身是一种整型，让printf打印出字符本身还是字符所对应的数值，就看使用哪一种占位符。

6. 探究字符串常量占用空间

接下来，我们来探究一下字符串所占用的字节空间的大小。

#include <stdio.h> 
 int main() 
 {   
     printf("sizeof HelloWorld = %d\n" , sizeof("HelloWorld"));     

     return 0; 
 }

字符串结尾处，为了标记这个字符串已经结束了，会在字符串会多占用一个字节，并在这个字节里面填数值0，用于标识字符串结束。

7. 字符零与数值零

既然零表示字符串结束，我们尝试在字符串里面故意添加零，强行让字符串结束。

#include <stdio.h>
 int main() 
 {
     printf("Hello0World");
     
     return 0; 
 }

零被当成字符正常输出了。其实，这也是可以遇见的一个结果。如果零不能被正常输出，那就 连"100"这种字符串都无法正常打印。

让我们再仔细观察一下ASCII表中的字符 0 ，它对应的数值其实是十进制的 48 。

我们需要的是数值 0 ，而不是字符 0 。

8. 转义字符

那怎样表示数值 0 呢，需要再次尝试代码。

#include <stdio.h>
 int main() 
 {
     printf("Hello\0World");
     
     return 0; 
 }

HelloWorld字符串被 \0 强行截断了，printf函数只打印出Hello就认为字符串已经结束了。

_\数值 被称作转义字符 。

转义字符虽然写法上有多个字符，实际上它对应ASCII表中的一个字符。
由于直接在字符串中写0会被认为是字符0，而 _\数值 这种写法，可以让我们输入数值0。但是，这个数值不是用十进制来表示的，而是用八进制。

那现在尝试直接使用数值来打印字符串Hello，注意哦，斜杠后面跟着的是八进制数值。




从上表中找到Hello所对应的十进制数，然后转成八进制数。分别为110，145，154，154，157。

#include <stdio.h>
 int main() 
 {     
     printf("\110\145\154\154\157");     

     return 0;
 }

接下来，来介绍一个特殊的数值，十进制10，八进制12。看看这个数值打印出来是什么效果

#include <stdio.h> 
int main() 
{
    printf("Hello\12World");     
    
    return 0; 
}

如你所见，它和 \n 的效果一致，没错它们是同一个东西。 \12 就是我们之前一直在用的换行 \n 。而为 什么换行会有两种写法呢？

由于记数值是比较麻烦的，为了方便使用一些常用到的数值可以用字母来替代。

例如：

转义字符表

有一些字符无法直接在键盘上输入，这一类字符被称为 _{不可见字符} 。就像上面的表中列出的字符，这些字符可以用斜杠加数值来表示，也可以使用斜杠加助记字母来表示。

但是不是所有的不可见都有助记字母，所以尽可能还是需要查表来获得这些字符所对应的数值。

在ASCLL表中，数值为十进制0到31所对应的字符为不可见字符。

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