C程序设计基础知识.ppt

现实生活中有自然数、整数、小数等概念，不同类型数的精度是不一样的。计算机也要区分所保存数据的类型，如整数、浮点数、字符数据等，不同类型数据所占用的内存空间（即占用的字节数）是不一样的。 本章从数据基本类型开始，介绍变量定义、基本运算符及表达式语法，是C语言编程中的基础知识。,1.1变量 C语言的数据类型比较丰富，整体上可划分为基本类型、构造类型以及空类型，基本类型包括整型、浮点型（进一步区分为单精度和双精度类型）、字符型、枚举类型和指针类型，构造类型有数组、结构体和共用体。本节将重点讨论最基本的整型数和实型数(即浮点型)以及定义整型和实型变量的定义方法。,1.1.1 有关内存的基础概念 内存由能存储信息的介质组成，它们划分为众多的存储单元，每个存储单元可以存储一个字节(8个二进制位)。内存包含众多的存储单元，为了识别它们，从0开始顺序为它们编号，编号称为某个存储单元的地址，表示这一存储单元在内存中的位置。存储单元的地址反映的是位置信息，存储单元的内容是8个二进制数。,1.1.2 变量的引入 程序运行过程中，经常需要保存用户输入的数据、计算的中间结果以及最终计算结果，因此在C语言中引入了变量的概念，用来存放值可以变化的数据。顾名思义，变量对应的数据可以被读出来参与计算，也可以将计算结果写入某个变量对应的存储空间。 C语言中每个变量要具备3个要素：变量的名称、变量的数据类型、变量的值。,1标识符命名规则 标识符只能由英文的字母、数字和下划线构成，标识符不能以数字打头，第一个字符只能是字母或下划线。 C语言的关键字不能作为标识符，C语言总共有32个关键字，见表1-1。需要注意的是，不同的C编译器，支持的关键字略有不同。 C语言中的标识符区分大小写，如Sum和sum是两个不同的标识符。,在C语言中，标识符长度可以不受限制，但旧的ANSI C规定，只有前6个字符有意义，也就是说编译器只看标识符的前6个字符，新的C和C+编译器打破了这一限制，但不同的编译器还是有一个长度限制。 标识符命名要养成良好的习惯和一致的风格，尽量做到“见名知义”，尤其当程序代码增多时，不好的标识符命名将使得代码难以阅读，也很难维护。这一条不是硬性规定，但应该从一开始就要养成良好的习惯。,2变量的名字 变量的名字可以根据需要由程序员指定，要遵循标识符的规定，而且一般约定俗成字母用小写，另外还应该注意以下规则。 在同一个函数体内，不要定义同名的两个变量。在Turbo C中，所有变量的定义语句必须放在函数体的最开始处，变量定义要遵循“先定义后使用”的原则，否则会出现编译错误。 尽量避免定义与库函数中函数名同名的变量，如printf、scanf等，虽然不会出现语法错误，但容易造成混乱。,3变量的定义方法 变量定义的基本语法格式为： 变量类型 变量名列表 其中变量类型确定了变量所要存储数据的类型，如整型、实型等，变量名列表列出多个需要定义的变量名称(也可以一次只定义一个)，变量名之间用逗号(一定不要使用中文逗号)分隔，末尾用分号。 【例1.1】变量的定义 int english_score; int math_score, total _score; double average_score; float _height; char _myChar; 变量定义的同时还可以为变量指定初始值，如int a=5;,4变量与存储单元的探讨 程序员在源代码中定义的变量，是程序设计语言中特有的概念，经编译器编译生成的可执行程序加载到内存中时，并没有变量的概念，变量名被编译器翻译为某个存储单元的“地址”，即它在内存中的位置。 变量是为了编程的方便而提出的概念，我们只需通过变量名即可引用变量将来所对应存储单元的值，作为编程人员，可以简单地将变量和其将来所对应的存储单元等同起来。,5变量类型与占用的存储空间 变量的类型决定了在加载可执行程序时，系统将要为它在内存中开辟多少个字节的存储空间，这一工作由编译器和操作系统联合完成。同样当需要访问变量所对应的数据时，系统将根据变量的类型从某个位置开始（变量编译后的地址），连续取若干个字节的内容并解释为该类型的数据。 不同的系统、不同的编译器中，某种数据类型占用的存储空间并不一样。表1-2以Turbo C和常见的x86为例，列出常用的整型、实型和字符型变量类型将占用的存储空间。,关于不同类型数据占用存储空间的几点说明： signed（带符号型）和unsigned只能修饰char和int型，因为double和float型必须为带符号型，不能再修饰。char和int型默认情况下就是signed类型，可以说signed关键词总是可以省略。 short只能修饰int型，在Turbo C中，short修饰符也总是可以省略的。 long可以用来修饰int和double，long int用来表示更多位数的整数(长整型,可省略为long)，long double表示精度更高的双精度实数。但很多编译器并没有实现long double数据类型。,int型占用存储空间在不同编译器之间变化是最为无常的，在实际编程时，虽然可以省略诸如short之类的修饰符，但最好加上，以增加程序的可移植性。 char型变量用于存储一个西文字符。但读者要注意，char变量中存储的是对应字符的ASCII码。 某种类型的数据所能表示的数值范围是一定的，如int型变量占两个字节（16位二进制），最高位为符号位，所能表示的整数范围为-3276832767，如果将大于32767或小于-32768的整数赋值给某个int整型变量，则会发生错误，称为溢出。 例1.2展现了整型变量的溢出。,1.2常量 程序还需要一些在运行过程中保持不变的数据，如一般常数0、128、-23以及圆周率3.1415926、税率、万有引力常数等等，常量也有数据类型，常量的类型也决定了该常数占用的存储空间。 常量可区分为字面常量、符号常量和const常量，字面常量是程序代码中直接书写的数值，经编译后被嵌入在代码中，称为立即数，程序运行时直接参与运算；符号常量与字面常量类似，但有一个易于理解的符号名称；const常量与变量类似，程序加载时，需要为const常量开辟存储空间，const常量有特定的数据类型，有符号化的名称，只是在程序运行过程中，常量的值不能被修改。,1.2.1字面常量 1整型常量 默认方式为十进制，可以包含09的数字以及表示负数的“-”号，不能以0开头。如0、128、-23等。 八进制整型常量，在正常数值前加上0作为前缀，数字由07构成，如012（相当于十进制的10）、-048（相当于十进制的-40）。 十六进制整型常量，在正常数值前加上0x或0X作为前缀，数字由09、AF、af构成，如0x12（表示十进制的18）、-0X7B（表示十进制的-123）。,整型常量默认的类型为int型，如果要表示长整型整数常量，可以在正常数字后加一大写或小写的L作后缀，如129L、139l、0x7AL等。 默认情况下，整型常量为带符号常量，如果要表示无符号整型常量，可以在数据后面加上大写或小写的U作为后缀。如123u、3456UL等。,2实型常量 小数方式，与正常书写的小数类似，如3.1415、-2.、.345、0.0等。 指数方式，由小数部分、代表指数的e或E、指数三部分构成，指数为带符号整数，E或e之前必须有数字。合法的科学表示小数有1.23456E4、12.3456e3，它们均表示十进制的12345.6。而1.2e2.3、.e2、E4均不是合法的常量。 默认情况下，实型常量为双精度类型，在实型常量之后加上F或f作为后缀表示数据类型为单精度类型，在实型常量之后加上L或l作为后缀表示数据类型为长双精度类型，但这一类型在很多编译器中并未实现。,3字符常量 C语言中的字符常量是由一对单引号括起来的一个字符，如a，A，#等。字符常量两侧的单引号是必须的，注意5和5两个不同的对象，5表示字符5，而5表示整数的数字5，请读者不要混淆。 大多数字符常量都可以通过加单引号的方式表示，但有些特殊字符，如单引号本身和有些不可见的特殊字符，就无法通过这种方式表示。为了解决这一问题，C语言引入“转义字符”，用“”加若干字符的形式来表示有些特殊的字符，常见的转义字符如表2-3所示。,4字符串常量 字符串常量是由一对双引号括起来的多个字符，如”hello”、”a”。同学们一定要区分字符串和字符的概念，在C语言中字符串常量除了包含双引号中的所有字符，末尾还隐含一个特殊字符0，如”a”实际包含a和0两个字符，其中0用来标识一个字符串的结束，输出时没有任何显示。请同学们思考以下，0、0、”0”的区别。,1.2.2 符号常量 字面常量可以在程序中直接书写，没有名称，如果要再次使用该常量必须重新书写一遍。对于经常引用的数值常量，可以将它们“定义”为符号常量，它们有名称(命名规则同样遵循标识符的命名规则，但一般约定俗成字母全用大写，以有别于变量)，可以在程序中引用。在多处重复使用某些常量数值的场合下，符号常量提高了程序的可维护性和可读性，比如该常量需要修改时，只需修改常量的定义，多处引用的地方不用修改。 “定义”符号常量使用编译预处理指令#define，如： # define PI 3.1415926。将提前在编译预处理时把PI后的内容替换掉程序中对应的PI符号。 【例1.3】 计算圆的面积,1.2.3 const常量 新的C语言规范中，允许在定义变量之前加上const修饰符，将定义一个具有特定数据类型、具有符号化名称的常量。将来加载运行程序时，系统在内存中为const常量分配存储空间。const常量的定义如下所示。 const float PI=3.1415926; const常量通过C语句来定义，只能在定义的时候赋初值，在程序运行过程中，不能修改该常量的值。,1.3 算术运算符与算术表达式 1.3.1 运算符概述 C语言中的运算符非常多，总体可以分为以下几类： 算术运算符：有加+、减-、乘*、除/、取余%、自增+、自减-。 关系运算符：大于、小于=、小于等于。,赋值运算符：简单赋值=、复合算术赋值+=、-=、*=、/=、%=、复合位运算赋值&=、|=、=、=、=。 条件运算符：? :。 逗号运算符：，。 指针运算符：取指针所指内容*、取地址&。 求字节数运算符：sizeof。 特殊运算符：括号()、下标、成员、.。,1.3.2算术运算符 1加法运算符：+ 加法运算符为双目运算符，也就是说要有两个运算对象参加运算。参加加法运算的对象可以是常数、常量、变量或其它运算的结果。 2减法运算符：- 减法运算符也是双目运算符，如8-3、a-3.4等。-也可以作为负号，此时是单目运算符。,3乘法运算符：* 乘法运算符也是双目运算符，如a*b,3.5*GetMax(1.5,-2)等。 4除法运算符：/ 除法运算符也是双目运算符，但和数学中的有区别，当参与运算的两个数据都是整型数据时，会产生整除，如30/7的结果为4。参与运算的数据只要有一个为实型数，则计算结果为双精度数，即保留若干位小数，如30/7.0和30.0/7的计算结果都是4.285714。,5取余运算符：% 取余运算符也是双目运算符，但参加计算的数据必须是整数，运算结果为整除后的余数。当被除数与除数的符号不同时，余数如何计算不同的编译器有不同的实现，多数编译器取余数的符号与被除数相同。如： 10%7=3，10%-7=3，-10%7=-3，-10/-7=-3,1.3.3算术表达式 用运算符（可以是多个运算符）将运算对象连接起来的运算式称为表达式，反映的是一个计算过程，每个表达式都有一个计算结果。 表达式处理时，必须要考虑运算符的优先级和结合性。优先级指一个运算对象的前后都有运算符时，应该优先运算哪个。结合性指一个运算对象的前后两个运算符优先级相等时，应该遵循的运算顺序。多数运算符的结合性为左结合，也就是从左向右计算，算术运算符都是左结合。可以通过括号()改变它们的优先级关系 已知三角形的三个边长为a、b、c，则计算三角形面积的公式为： 其中，s=(a+b+c)/2 运算符的简单示例 【运算符优先级和结合性】,1.4 赋值运算符与赋值表达式 赋值运算符将一个数据或运算结果赋给一个变量。由赋值运算符及操作数组成的表达式称为赋值表达式。 1.4.1 简单赋值运算符 简单赋值运算符=，其基本应用形式为： 变量名 = 表达式 =左侧必须为某个变量，而不能是表达式，因为=的目的是将数据写入存储单元。=的右侧可以是一个表达式，也可以是某个变量或常量。 赋值运算符的优先级低于算术运算符，因此会先计算=右侧的表达式，再将计算结果存入=左侧的变量中。赋值运算符结合性为右结合性，所以C语言中支持诸如a=b=c=5的多重赋值形式。,1.4.2复合算术赋值运算符 复合算术赋值运算符是算术运算符与赋值运算符的组合，共有5个，分别为+=、-=、*=、/=、%=，基本使用格式为： 变量 算术运算符= 表达式 它等价于： 变量 = 变量 算术运算符 (表达式) 例如，表达式a*=3+5，由于+的优先级比*=高，所以先计算3+5，得到结果8，再计算a*8，最后将计算结果存入a所对应的单元中，相当于计算a=a*(3+5)，而不是计算a=a*3+5。,非逗号表达式,1.4.3赋值运算时的数据类型转换 原则上，赋值运算符右侧表达式的类型和左侧变量的类型应该一致。当两侧的数据类型不一致时，需要进行数据类型转换。 1表达式的数据类型 在进行表达式计算时，相同类型的操作数运算结果类型与操作数类型相同。如果表达式中存在类型不同的运算数，要进行适当的转换。C语言中对数据类型的级别由高到低进行排序依次为：doublelongunsignedint。一般情况下会强行将char和short型转换为int型，将float型转换为double型。,混合运算中类型转换规则： 说明 1. 图中向下箭头表示必定进行的转换。 2. 横向箭头表示当参加运算的对象类型不同时转换的方向。 3.不同类型的数据转换是从低级向高级类型转换的。 4.多个数据运算时，转换是按照运算顺序一步一步进行的。,2赋值时的自动类型转换 如果赋值运算符左右两侧的数据类型不一致时，会发生自动类型转换，首先将右侧表达式的值转换为左侧的数据类型，再赋值给左侧的变量。 例如，有如下的变量定义： int a=2; float b=3.5f; double c=4.4; long d=100L;,3强制类型转换 为了解决自动类型转换所带来的“不确定性”，我们可以采用强制类型转换，将表达式的计算结果强制转换为某种类型，再参与运算或赋值给某个变量。强制类型转换的语法为： (类型) 表达式 例：比较下列表达式结果 5/2 (float)5/2 (float)(5/2),5/2 =? 会发生整除，结果为2。 (float)5/2 =? (float)优先和5结合，将5转换为5.000000，所以整个计算结果为2.500000。 (float)(5/2) =? 先整除，结果为2，将2转换为2.000000,1.5 自加、自减、逗号运算符 C语言中的自加+和自减-是独特而高效的运算符，也是容易混淆的运算符。逗号运算符是一个比较特殊的运算符，也是C语言中仅有的一个优先级比赋值运算符优先级低的运算符(最低)。 1.5.1自加和自减运算符：+、- C语言中特有的自增+和自减-运算符，它们是单目运算符，操作的对象只能是变量，不能是表达式或常量。自增和自减运算符可区分为前缀方式和后缀方式，它们的运算方式是不同的。自增、自减运算符常用于整型数据的运算，但也可以用于实型数运算。,1前缀方式 将+或-放在变量的前面，即是前缀方式。在此方式下，先执行变量与1相加或相减的运算，将运算结果写回变量，最后取该变量的值参与运算。 即 +变量(-变量) 变量先自加1(减1),后用 比如，有整型变量x，其值为8，有整型变量y，其值为3，则执行下面的语句时， x=+y; 先计算y+1，计算结果为4；然后将4写回y变量中，y变量值变为4；最后执行=运算符，将y中的4取出赋给x。最终x、y中的值均为4。通俗讲，前缀方式先对变量执行增1或减1运算，然后再取出其中的值参与其它运算。,2后缀方式 将+或-放在变量的后面，即是后缀方式。在此方式下，先取出变量的值参与运算，运算完成后，再执行变量与1相加或相减的运算，最后将运算结果写回变量中。 即 变量+(变量-) 变量先用,后自加1(减1) 比如，有整型变量x，其值为8，有整型变量y，其值为3，执行下面的语句时， x=y+; 先取出y中的值3，完成=运算，将3赋值给变量x，x变量值变为3，之后执行y+1，计算结果为4，最后将4写回y变量中。最终x变量值为3，y变量值为4。通俗地讲，后缀方式先取变量的值参加运算，然后再执行变量增1或减1的运算。,3自增自减运算符的结合性 自增自减运算符是单目运算符，结合性为右结合，实际上C语言中所有的单目运算符都是右结合。 假设x为整型变量，值为3，则执行以下语句后，x和y的值各为多少？ y=-x+; -和+的优先级相同，结后性都是右结合，所以“y=-x+;”等价于“y=-(x+);”，+为后缀方式，所以先取x的值3，与-结合，得到-3赋值给y，所以y最后的结果为-3，之后x自增1，x最后为4。 自增和自减运算符是一把双刃剑，它的执行效率比x=x+1或x=x-1要高，但在一个表达式中过多使用自增或自减运算符，会产生许多难以理解的错误。 【例1.5】自增自减运算符的造成的混乱,1.5.2 逗号运算符 逗号运算符用于连接多个表达式组合成一个表达式，整个表达式称为逗号表达式，逗号表达式的一般形式为： 表达式1， 表达式2， 表达式3 逗号表达式的优先级是所有运算符中最低的，是唯一一个比赋值运算符优先级还要低的运算符，结合性是左结合。逗号表达式从左至右，逐个计算每个表达式的值，直到完成最后一个表达式的计算，最后一个表达式的值作为整个逗号表达式的值。【例1.6】逗号运算符的应用,1.6 位运算 C语言特有的位运算符是C语言既具有高级语言特点，又具有低级语言的功能的具体体现。位运算是对某个字节内的二进制位进行操作，位运算的操作对象只能是int型和char型数据，而不能是float、double等类型。 1.6.1 位运算的基本规律 C语言共有6个位运算符，其中按位取反为单目运算符，其余的均为双目运算符，按优先级由高到低为：按位取反左移位按位与&按位异或按位或|。位运算是对存储单元中的二进制位进行逐位运算，运算规则遵循位运算的规则，基本规则如表1-3所示（假定a、b是两个二进制位）。,1.6.2 位运算符 下面逐个介绍几个位运算符计算方法及应用场合。 1按位与运算符：& 常用于将某些二进制位保留不变，而将其它二进制位清零。例如11&7的结果是保留11的最低3位不变，将其余各位清零，结果为3。 00001011 & 00000111 所以11&7结果为3 00000011,清零 xxxxxxxx & 00100101 00x00x0x,2按位或运算符：| 常用于将某些二进制位保留不变，而将其它二进制位置1。例如10|3的结果是将最低2位置1，保留10的高14位不变，结果为11。 00001010 | 00000011 所以10|3结果为11 00001011,置1 xxxxxxxx | 01001001 x1xx1xx1,3按位