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C语言程序设计 第2章C语言基本概念 本章主要内容 简单的C语言程序实例 字符集 关键字和标识符 数据类型 常量和变量 运算符 表达式 运算符的优先级和结合性 数据类型转换 第2章C语言基本概念 2 1简单的C语言程序2 2关键字和标识符2 3数据类型2 4常量与变量2 5运算符和表达式2 6数据类型转换 2 1简单的C语言程序 例2 1 编写一个C语言程序 输出 Hello World 这是一个经典C语言入门程序 includevoidmain void printf Hello world n 2 1简单的C语言程序 例2 2 编写程序 计算两个整数之和并且输出结果 计算两个整数之和 并输出 includevoidmain void intvalue1 value2 sum 定义变量 value1 30 为变量赋值 value2 45 sum value1 value2 求和并赋值给变量sum printf sum d n sum 输出变量sum的值 2 1简单的C语言程序 例2 3 编写程序 输出两个整数中的最大值 includeintmax intx inty 定义函数 求两个整数中的较大者 intz 说明变量 if x y z x 将x和y中的较大者赋值给z elsez y returnz 返回z的值 2 1简单的C语言程序 voidmain void inta b c 说明变量 printf a b 输出提示信息 scanf d d 输出结果 2 1简单的C语言程序 例2 4 最小的C语言程序 只有一个空的main 函数 main 虽然这是一个没有任何逻辑功能的程序 却是合法的C语言程序 它什么也不做 其他空函数的一般形式为 func C语言程序结构的特点 1 一个程序由一个或多个源程序文件组成2 一个源程序文件中可以包括三个部分预处理指令全局声明函数定义3 函数是C程序的主要组成部分一个C程序是由一个或多个函数组成 这些函数可以位于不同源程序文件中 一个C程序当且仅当可包含一个main函数 每个函数都用来实现一个特定功能 一个函数内可以调用另一个函数 被调用的函数可以是库函数 也可以是自己编制的函数 C语言程序结构的特点 4 一个函数包括两个部分 函数首部intmax intx inty 函数的第1行 函数类型 函数名 参数类型 参数名 若函数无参 在括弧中写void或空括弧 intmain void 或intmain C语言程序结构特点 4 一个函数包括两个部分 函数体声明部分 定义在本函数中所用到的变量 对本函数所调用函数进行声明 执行部分 由若干个语句组成 语句以 结束 一行内可以写几个语句 一个语句可以分写在多行上 函数体可以为空 但 不能省略 C语言结构的特点 5 程序总是从main函数开始执行 由main函数结束6 C程序对计算机的操作由C语句完成 7 C语言本身不提供输入输出语句 通过调用输入 输出函数完成数据的输入 输出 8 程序应当包含注释 增加可读性 注释不能嵌套 例 Thisisthemain ofexample1 1 C语言程序结构 格式特点 习惯用小写字母 大小写敏感不使用行号 无程序行概念可使用空行和空格常用锯齿形书写格式 main main inti j sum sum 0 for i 1 i 10 i for j 1 j 10 j sum i j printf d n sum 优秀程序员的素质之一 使用TAB缩进 对齐有足够的注释有合适的空行 C程序的开发过程 14 分析问题 编写程序 编译 连接 调试运行 完成 编译中发现错误 转回修改源程序 连接中发现错误 转回修改源程序 调试运行中发现问题 表明分析本身有错误 重新分析问题 对于比较复杂的问题 需要使用软件工程的方法来解决 C语言上机步骤 15 C语言函数库 编译 连接 源程序 是用户创建的文件 以 c 为文件扩展名保存 目标文件 是编译器的输出结果 这类文件的常见扩展名为 o 或 obj 头文件 含有函数的声明和预处理语句 用于帮助访问外部定义的函数 头文件的扩展名为 h 可执行文件 是连接器的输出结果 可执行文件的扩展名为 exe 2 2关键字和标识符 程序语言的最小单位是字符程序是由字符组成计算机语言包括若干语法元素 标识符 常量 运算符和关键字等等程序包含三个层次 语法元素 也称为单词 语句和程序 2 2关键字和标识符 基本概念 字符集 C语言程序只能使用字符集中给定的字符分隔符包括制表符 空格符 回车符 换行符 关键字标识符 2 2关键字和标识符 字符集 字母 大写字母A Z 小写字母a z 数字 数字0 9 下划线 标点符号 逗号 分号 双引号 单引号 等 特殊字符 加号 减号 乘号 除号 百分号 等于号 圆括号 方括号 花括号 大于号 小于号 感叹号 反斜杠 竖线 Tab 制表符 空格符 等等 2 2关键字和标识符 关键字 关键字又称保留字 是语言中被赋予特定含义的单词符号 ANSIC定义的关键字共32个 参见表2 1表2 2给出了ANSIC定义的关键字分类 其中选择语句 循环语句和控制转移关键字合起来又称为控制流关键字 2 2关键字和标识符 标识符 C语言程序中 通常需要对函数 变量 符号常量 数据类型和数组等进行命名 这些名称统称为标识符 标识符是一个具有特定规则的字符序列 用来作为这些对象的名称 需要注意 C语言中大小写字符是有区别的 例如 本章2 1节中的变量名value1 value2 sum和函数名printf max都是标识符 而max和Max不是同一个标识符 2 2关键字和标识符 标识符是符合以下语法规则的字符序列 首字符必须是字母或下划线 只能包含字符A Z a z 0 9及 下划线 标识符不能是关键字 标识符不能跨行书写 2 2关键字和标识符 标识符命名原则 选择具有一定意义的英文单词做标识符 例如 用day表示日期 sum表示和等 适当地使用下划线 例如用load num表示调入数据等 使用约定成俗的标识符 例如temp表示中间变量 x y和z表示需要计算的变量等 标识符的长度不要过长 用大小写区别命名 例如 loadnum和loadNum是两个不同的标识符 后者则相对易于阅读 C语言程序中 通常变量使用小写字符开头的标识符 而符号常量往往使用大写字符的标识符 2 3数据类型 数据类型定义了该类型数据的存储空间大小即字节数 数据的表示形式 以及取值范围C语言有丰富的数据类型 这有助于针对特定的问题需求 选用最适当的数据类型 达到节省存储和加快计算速度的目的 2 3数据类型 C语言的数据类型 基本数据类型构造数据类型指针类型空类型 void 2 3数据类型 2 3数据类型 C语言的整数类型 包括有符号和无符号两类从使用的空间字节数来看 又分为整型int 短整型shortint和长整型longint计算机的字长不同 整数类型使用的字节数也不一样整数类型数据之间的四则运算结果为整数 可能产生溢出 带符号整数类型的数据 在存储单元中是以补码形式存储的 参见p22 2 3数据类型 表2 416位机整数类型 2 3数据类型 表2 532位机整数类型 2 3数据类型 以下以16位机上C语言为例 简单介绍整数类型的存储形式 带符号整数类型数据在存储单元中是以补码形式存储的 整数类型的存储形式如下 87的存储形式为 87的存储形式为 1的存储形式为 87L的存储形式为 2 3数据类型 C语言的浮点类型 包括单精度浮点型 float 双精度浮点型 double 和长双精度浮点型 longdouble 小数点是浮动的表示形式为二进制 通常包括指数部分和尾数部分 2 3数据类型 表2 6浮点类型 2 3数据类型 C语言的字符类型 字符类型 char 主要用于文字或文本数据的处理最常用的字符集是ASCII 美国信息交换标准码 字符集 参见附录A 包含有符号字符类型char和无符号字符类型unsignedchar转义符 2 3数据类型 表2 7字符类型 2 3数据类型 表2 8C语言转义符 2 3数据类型 表2 8C语言转义符 续 2 4常量和变量 C语言中的数据有常量和变量两种形式常量是在程序运行过程中其值不能改变的量每个变量都有类型 变量代表特定类型的存储空间 或称为存储单元 当变量的存储空间的内容发生变化时 变量的值随之改变变量必须遵守 先声明 后使用 的原则 并且使用数据类型进行声明 一旦声明了变量就会为该变量分配相应的存储空间 2 4 1常量 整数常量浮点数常量字符常量字符串常量 2 4 1常量 预处理命令 define定义符号常量 程序举例 definePI3 14159doubleradius 10 circumference area circumference 2 PI radius 圆的周长 area PI radius radius 圆的面积 2 4 1常量 整数常量 十进制整数常量 由正负号 或 和数字0 9组成 首字符不能是0 例如 128 98 0 100 八进制整数常量 以 0 开头 由数字0 7组成 首字符必须是0 例如 0127表示八进制数127 即 127 8 等于十进制数87 再如 0144 等于十进制数100 十六进制整数常量 以 0 x 或 0X 开头 由0 9 a f或A F组成 例如 0 x1C表示十六进制数1C 即 1C 16 等于十进制数28 再如 0 x64 等于十进制数100 2 4 1常量 浮点数常量 单精度浮点数常量 后缀为f或F 例如123 f 987 123F 123 e 3f 123 987E 3f 12F 98f 双精度浮点数常量 没有后缀 例如123 987 123 123 e 3 123 987E 3 长双精度浮点数常量 后缀为l或L 例如123 l 987 123L 123 e 3l 123 987E 3L 2 4 1常量 字符常量 字符常量是用单引号括起来的单个字符设计 例如 A g 6 都是字符常量 转义符也是字符常量的一种特殊表示形式 参见表2 8 例如 101 或 x41 表示字符 A 010 或 x08 表示退格 0 或 x0 表示空字符 NULL 用8进制转义符或16进制转义符可以表示任何字符 2 4 1常量 字符串常量 字符串常量是用一对双引号引起来的零个或多个字符序列 例如 How are you 123 4 a 字符串是以字符 0 值为0 结束字符C语言中没有字符串类型可以使用字符数组存储字符串 2 4 2变量 C语言的变量代表的是存储空间 变量三要素 变量名变量空间变量值 图2 4变量三要素 2 4 2变量 变量的声明 变量声明语句一般形式 数据类型变量名列表 例如 intx 10 y 定义整型变量x y longz 定义长整型变量z charch 定义字符型变量ch 2 4 2变量 变量的初始化 声明变量的同时可以为变量指定一个初值 称为变量的初始化 例如 inta 10 定义a为整型变量 初值为10 floatb 10 23 定义b为实型变量 初值为10 23 charc A 定义c为字符型变量 初值为 A 2 4 2变量 例2 5 编写一个大小写字符转换程序 转换后输出结果字符及其十进制值 以字符 a 和 b 为例 includeintmain void charc1 a c2 b c1 c1 32 c2 c2 32 对应大小写字母的ASCII码的差为32 printf c c n c1 c2 按字符格式输出 printf d d n c1 c2 按整数格式输出 2 4 2变量 例2 6 计算一个字符的前驱字符和后继字符 要求 输入一个字符 找出它的前驱和后继字符 并按ASCII码值顺序输出这三个字符及其对应的ASCII码值 问题分析 个字符的前驱字符是指在ASCII码表中排列在该字符前面的一个字符 即比该字符的ASCII码值小1的字符 一个字符的后继字符是指在ASCII码表中排列在该字符后面的一个字符 即比该字符的ASCII码值大1的字符 2 4常量和变量 include 文件包含 voidmain void charc cl c2 printf Enteracharacter c getchar 从键盘上读取一个字符 c1 c 1 求前驱字符 c2 c 1 求后继字符 printf c c c n c1 c c2 输出三个字符 printf d d d n c1 c c2 输出三个字符对应的ASCII码 2 5运算符和表达式 C语言有丰富的运算符 有很强的表达计算的能力 是C语言的重要组成部分 C语言的表达式用来描述数值的计算公式 最简单的表达式是变量和常量等 2 5运算符和表达式 C语言运算符分类 功能上分类 算术运算符关系运算符逻辑运算符赋值运算符 操作数数量上分类 单目运算符双目运算符三目运算符 2 5 1算术运算符 2 5 1算术运算符 自增 自减运算符 自增运算符 对操作数进行加1运算自减运算符 对操作数进行减1运算自增 自减运算符的操作数必须是变量或存储单元自增 自减运算符有前缀式和后缀式两种若是前缀式则遵循 先加1 后使用 的原则 若是后缀式则遵循 先使用 后加1 的原则 2 5 1算术运算符 例如 程序段 inti 1 a 2 a a i 运行后 变量i的值为2 变量a的值为4 表达式中的 i是先加1后再做加法运算 再如 程序段 inti 1 a 2 a a i 运行后 变量i的值为2 a的值为3 表达式中的i 是加法运算后 再做i的加1运算 由此可知 表达式中的 i与i 的差异 自减运算符 也是一样的 2 5 1算术运算符 表达式 算术表达式由算术运算符 操作数和圆括号组成 含有算术运算符 符合C语言表达式语法的式子称为算术表达式 操作数指常量和变量等 C语言的表达式是中缀式 也允许用圆括号改变计算优先顺序 圆括号在表达式中是成对出现的 括号内的式子必须是中缀表示的式子 圆括号括起来的式子可以作为操作数 圆括号是允许嵌套的 表达式 a b c d e就是一个含有多重圆括号嵌套的表达式 2 5 1算术运算符 中缀式 运算符在中间的式子称为中缀式单目运算符时 运算符在左边双目运算符时 运算符在中间三目运算符时 操作数由运算符隔开 2 5 1算术运算符 例如 语句 a 1 x y 2 3 等价于下述的语句 a 1 x y 2 3 算术表达式的例子 2 5 1算术运算符 例2 7 编写程序计算圆锥的体积 假设圆锥底的半径为5 高度为3 include definePI3 1415926voidmain void doubleradius 5 0 height 3 0 volume volume PI radius radius height 3 0 printf volume f volume 输出计算结果 2 5 2赋值运算符 C语言的赋值运算符比较特殊 从语法上看是一个运算符 从语义上看是赋值 C语言中赋值运算符是 变量通过赋值得到值 如赋值表达式 height 8 由赋值运算符 构成的赋值表达式的一般形式是 v e其中 v是变量或存储单元 e是表达式 其语义是对赋值运算符右边的表达式e进行求值 将表达式e的结果值送到赋值运算符左边的变量或存储单元v中 赋值表达式也有值 赋值表达式的值就是赋值给变量的值 2 5 2赋值运算符 复合赋值运算符 算术运算符 和位运算符 与赋值运算符组合构成复合赋值运算符 复合赋值运算符有如下10个 由复合赋值运算符构成的表达式的一般形式是 vop e它相当于 v type vope 其中 type是v的类型 type 是强制类型转换 将表达式 vope 的值转换为v的类型的值 v是变量或存储单元 op是双目运算符 可以是算术运算符 和位运算符 e是表达式 其语义是对表达式 type vope 进行求值 将结果送到变量或存储单元v中 2 5 2赋值运算符 复合赋值运算符 例如 i 2等价于i i 2 i 3等价于i i 3 等等 再如 有以下程序段 doublePI 3 1415926 radius 5 0 height 3 0 intvolume 0 volume PI radius radius height 3 0 运行后 变量值volume为整数78 这里发生了类型变换 即将运算符 右边表达式的值转换为变量volume的类型 int型 2 5 2赋值运算符 结合性 赋值运算符是右结合的 即同级运算从右至左进行计算 例如 对于表达式a b c 0来说 等价于a b c 0 其语义是先将0赋值给变量c 表达式 c 0 的值为0 再把表达式 c 0 的值赋值给变量b 最后把表达式 b c 0 的值赋值给变量a 这样的表达式求值过程与人们对该表达式含义的理解是一致的 即把常量0赋值给变量a b和c 2 5 2赋值运算符 表达式 含有赋值运算符的表达式与一般表达式相比只是语义上略有不同 语法上并没有区别 表达式的求值过程也是相同的 含有赋值运算符的表达式有时会变得相对难以理解 例如 表达式c b a 2 要想理解它的含义还是稍微有些难度 需要注意的是 赋值运算符与自增 自减运算符一样 也是有副作用的 赋值运算符会改变赋值运算符左边变量或存储单元的值 同时也会改变所在表达式的值 2 5 2赋值运算符 表达式 例如 程序段 inti 3 j 2 k 1 i j k 1 运行后 变量k的值为1 不变 变量j的值为3 变量i的值为5 再如 程序段 inti 6 j 4 k 2 i j k 由于赋值运算符是右结合的 所以上述的表达式语句等价于以下的语句 i j k 运行后 变量k的值为2 不变 变量j的值为2 变量i的值为4 例如 程序段 inti 10 x 20 y y x i 运行后 变量i被改变了并且变成11 同时得到子表达x i 的值为30并且送变量y 变量y的值变成30 这里 在表达式求值的过程中 y和i同时被改变了 2 5 2赋值运算符 左值 C语言中左值是一个重要概念 赋值运算符要求它的左操作数必须是左值 而其他运算符允许它的操作数是变量 常量或表达式 左值表示计算机内存中的存储对象 即存储单元 而不是常量或计算结果 例如 有声明语句 inta p 那么a p和 p 1 都是左值 C语言允许赋值运算符的左操作数是一个表达式 但是该表达式的值必须是一个左值 以下是不合法的赋值表达式的例子 100 i i j 0 i j 编译器会检测出这种错误 并给出像 lvaluerequiredasleftoperandofassignment 这样的错误信息 2 5 3其他运算符 逗号运算符条件运算符求字节数运算符 sizeof 2 5 3逗号运算符 语法上 C语言中的逗号是一个运算符 本身没有语义 逗号运算符的功能是将两个或多个表达式连接起来 它的结合性是左结合的 所以从左至右计算各个表达式 整个表达式的值为最右边的子表达式的值 逗号运算符是所有运算符中运算级别最低的运算符 由逗号运算符构成的表达式 其一般形式为 表达式1 表达式2 表达式3 表达式n其中n最小为2 2 5 3逗号表达式 例如 程序段 inta 3 b 4 c 6 intw x y z w x a b y b c z c a 运行后 变量x值为7 变量y值为10 变量z值为9 变量w值为9 变量w值与最右边子表达式值相同 需要指出的是 如果上述语句写成如下的语句 则变量w值为7而不是9 w x a b y b c z c a 2 5 3逗号表达式 再如 以下程序段分别给变量a b和c赋值为1 2和3 inta b c a 1 b 2 c 3 与之相对应的一段程序如下 inta b c a 1 b 2 c 3 二者之间的差别在于 前一段程序使用逗号做运算符 只有一条语句 后者则是三条语句 因为每个表达式加上分号都是一个表达式语句 2 5 3条件运算符 条件运算符是C语言中唯一的三目运算符 由于条件运算符中有一个逻辑条件 使得它的功能有时能够相当于一段选择语句程序 由条件运算符构成的表达式的一般形式为 表达式1 表达式2 表达式3条件表达式的语义是 如果表达式1为真 则表达式2的值就是整个表达式的值 否则表达式3的值是整个表达式的值 条件运算符的运算优先级高于赋值运算符和逗号运算符 2 5 3条件表达式 例如 有以下的程序段 用来得到变量a和b中的最大值送给变量x inta 30 b 40 x if a b x a elsex b 以下是与之等价的程序段 inta 30 b 40 x x a b a b 从以上例子可以知道 有时使用条件运算符 程序可以变得更加简洁 2 5 3例子 例2 8 使用条件运算符定义两个宏 用来计算两个数的最大值和最小值 include defineMAX x y x y x y defineMIN x y x y x y voidmain void inta 30 b 40 printf max d n MAX a b printf min d n MIN a b 2 5 3求字节数运算符 sizeof 求字节数运算符sizeof是一个单目运算符 书写形式上有点像函数 该运算符的操作数是数据类型 变量名 数组名和结构体类型等 当操作数是数据类型时 通过使用该运算符可以得到数据类型的存储字节数 当操作数是变量名时 通过该运算符可以等到变量使用的存储单元字节数 求字节数运算符sizeof构成的表达式的一般形式为 sizeof 类型符或变量名 利用该运算符 可以方便地测试所使用C语言版本的各种数据类型的字节数 2 5 3例子 例2 9 编写程序 打印输出各种类型数据占用的字节数 includevoidmain void printf Thecharis dBytes n sizeof char printf Theshortis dBytes n sizeof short printf Theintis dBytes n sizeof int printf Thelongis dBytes n sizeof long printf Thefloatis dBytes n sizeof float printf Thedoubleis dBytes n sizeof double 2 5 4运算符的优先级和结合性 C语言的运算符具有优先级和结合性 其优先级有15个级别 参见附录B 由于运算符有优先级 书写表达式时可以省去一些圆括号 使得表达式更加简洁 算术运算是人们日常使用最多的运算 先乘除 后加减 括号里优先 这句话人人皆知 它指出的就是运算的优先顺序 程序员必须了解和掌握C语言运算符的优先级和结合性 才能正确地理解表达式的求值过程 编写逻辑正确的程序 C语言及其他计算机语言的运算符 既有优先级 又有结合性 优先级与结合性都会改变表达式的求值顺序 好的程序员编写程序时 都会遵循程序简洁易懂的原则 书写包含运算符的表达式时也不例外 2 5 4运算符的优先级和结合性 例如 程序段 inta 2 b 2 c 2 x x c b a 运行后 变量a的值为1 变量b的值为3 变量c的值为5 变量x的值为5 这个例子是一个运算符结合性的例子 上述语句中 运算符 和 的结合性是右结合的 表达式的求值顺序是从右至左 所以上述语句等价于以下的语句 x c b a 2 5 4运算符的优先级和结合性 再如 程序段 inta 2 b 2 c 2 x x a b c 2 运行后 变量a的值为5 变量b的值为2 变量c的值为2 变量x的值为5 这是一个运算符优先级的例子 上述语句中 运算符 和 是同级的并且是右结合的 运算符 的优先级低于运算符 运算符 的优先级低于 所以上述语句等价于以下的语句 x a b c 2 运算符有了优先级和结合性之后 书写表达式时就可以省略一些圆括号 使得表达式变得简洁易懂 2 6数据类型转换 C语言的数据类型转换方式有三种 自动类型转换 赋值类型转换 强制类型转换 前两种是隐式转换 后一种是显式转换 下列情况下会进行隐式转换 1 算术表达式或逻辑表达式中操作数的类型不同 C语言执行常用算术转换 2 赋值运算符右侧表达式的类型与左侧变量的类型不匹配 3 函数调用中的实参类型与其对应的形参类型不匹配 4 return语句 函数返回值语言 中表达式的类型与返回值的类型不匹配 2 6数据类型转换 无论哪一种类型转换都有可能发生以下4种情形 1 符号位扩展或零扩展将字节少的整数类