C语言程序设计课件第2章 2.1C程序设计基础

C语言程序设计

目

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C程序组成元素2.1

运算符和表达式2.4

常量2.2

变量2.3

数据类型转换2.5下面我们首先来看一个简单的C程序：#include<stdio.h> /*编译预处理指令*/intmain() /*主函数的函数头*/{ /*函数体的开始标记*/ inta,b,c; /*定义3个整型变量*/ scanf("%d%d",&a,&b); /*运行程序时，分别为a,b输入整数值*/ c=a+b; /*计算a+b的值，将结果赋值给c*/ printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c); /*依次输出a,b,c的值*/ return0; /*程序返回值0*/} /*函数的结束标记*/由该程序可以看出，C程序中主要包括了关键字、变量、常量、运算符、标识符、分隔符、其他符号等。下面我们就来介绍一下这些元素及其特点。关键字变量常量运算符

2.1

C程序组成元素2.1.1C语言程序的格式特点标识符C语言中规定具有特别意义的字符串称为关键字，亦称保留字，关键字不能用作它用。Ｃ语言的关键字共有37个，如表所示。chardoubleenumfloatintlongshortsignedstructunionunsignedvoidfordowhilebreakcontinueifelsegotoswitchcasedefaultreturnautoexternregisterstaticconstsizeoftypedefvolatileinlinerestrict_Bool_Complex_Imaginary

2.1

C程序组成元素2.1.2关键字总体而言，C语言中的关键字大致可以分为以下几类：数据类型说明符，如整型int，字符型char等。语句定义符，如选择结构中的if、else，循环结构中的for、while、do等。存储类型关键字，如声明自动变量的auto，声明静态变量的static等。其他关键字，如声明常量的const等。

2.1

C程序组成元素12342.1.2关键字所谓变量，是指程序运行过程中其值可以改变的量，如上例中的a,b,c。所谓常量，是指程序运行过程中其值不变的量，如上例中的0。我们在本章稍后会对C语言中的常量和变量进行更为详细的解释。

2.1

C程序组成元素2.1.3变量与常量所谓标识符，指的是编程人员在编写程序时自己规定的具有特定含义的词，用来标明设定的变量名、数组名、函数名等。在C语言中，标识符应遵循以下一些命名规则。标识符只能由字母、下划线、数字组成，且第一个字符必须是字母或下划线，不能是数字。如abc，_abc1，str_2都是合法的标识符，但2abc，2_abc，&123，%lsso，M.Jack，-L2都是错误的标识符。标识符区分英文字母大小写，如score和Score是两个不同的标识符。标识符不能是C语言中的关键字。

2.1

C程序组成元素2.1.4标识符123

提示1.虽然从语言标准来说，C语言并未对标识符的长度作出限制，但在实际使用中，其长度会受到具体编译系统和机器环境的制约。比如，某些编译器规定标识符的前8个字符为有效区分部分，若两个标识符的前8个字符完全相同，会被视作同一个标识符。2.在命名标识符时，应尽量让其名称能够体现出所代表的含义，做到“见名知义”。这样可以显著提升程序的可读性，例如表示学生姓名的变量，可命名为StuName。3.在C程序的标识符中，只能使用英文字母（包括大写和小写）、数字以及下划线（_）。需要注意的是，像！、#、&等其他英文特殊符号是不允许用于标识符的。不过，在程序的注释以及字符串常量中，则可以使用包括汉字和中文标点在内的任意字符。

2.1

C程序组成元素2.1.4标识符在C语言中，为了指明每个变量、函数可存储什么类型的数据，以及可以进行哪些运算或操作，系统提供了多种数据类型。数据类型不同，其在内存中占用的存储空间大小也有所不同。在C语言中，数据类型可分为四类，它们分别是基本类型、构造类型、指针类型和空类型，如图所示。其中，基本类型又可细分为整型、实型、字符型和枚举型；构造类型包括数组类型、结构体类型和共用体类型。在本章中，我们将主要介绍C语言的基本类型，对于其他数据类型，将在后面各章陆续介绍。

2.1

C程序组成元素2.1.5数据类型

知识拓展

2.1

C程序组成元素整型常量即整常数，C语言中整型数据可以有以下三种表示形式：十进制整数，由数字0-9组成，不能以0开头（数字0本身除外）。示例：0、123、-456、10086。八进制整数。以数字0开头，后面跟由0-7组成的数字序列。示例：012（对应十进制的10）、077（对应十进制的63）、-010（对应十进制的-8）。十六进制整数。以0x或0X开头，后面跟由0-9、A-F（或a-f）组成的数字序列（A-F表示10-15）。示例：0x1A（对应十进制的26）、0Xff（对应十进制的255）、-0x20（对应十进制的-32）。

提示这三种形式在程序中可以根据需求灵活使用，编译器会自动将它们转换为二进制形式存储。例如，10（十进制）、012（八进制）、0xa（十六进制）在内存中都表示同一个整数（十进制值为10）。

2.2

常

量2.2.1整型常量123实型数据指带小数的数值（实数），又称浮点数（因小数点是“浮动的”而得名）。C语言中实型常量只用十进制形式表示，但其表示方式也有两种：小数形式。由整数部分、小数点和小数部分组成，必须包含小数点。可以只有整数部分和小数点（此时小数部分默认为0），如3.、-100.，可以只有小数点和小数部分（此时整数部分默认为0），如.5、-.89，也可以同时包含整数部分、小数点和小数部分，如3.14、-0.618。指数形式，由十进制数、指数符号e或E以及指数部分组成，格式为：aEn（表示a×10ⁿ）。其中a是小数形式的实数（可以带正负号），n是十进制整数（可正可负）。示例：1.23e5（表示1.23×10⁵，即123000）、3.14E-2（表示3.14×10⁻²，即0.0314）、-5e3（表示-5×10³，即-5000）。

注意：指数形式中，e或E前后必须有数字，且指数部分必须是整数。例如e3、5e、3.2e1.5都是不

合法的表示。

2.2

常

量2.2.2实型常量12字符型常量包括字符常量、字符串常量和转义字符。字符常量1C语言中字符常量必须用单撇号（单引号）括起来，且单撇号中只能是单个字符。如'A'、'a'、'3'、'*'是正确的，'cd'、’12’、’!@’是错误的。字符型数据在C语言中是以ASCII码形式存储的，字符常量的值就是其对应的ASCII码的值。如字符'a'的ASCII码值为97，'A'的ASCII码值为65。因为ASCII码值为整型，所以C语言中字符型数据与整型数据可以互用，例如，'a'-32相当于97-32，等于65，对应的字符为'A'；同理，'A'+32为字符'a'。这也是字母大小写转换的一种方法。

提示字符'8'和整数8是不同的概念，字符'8'只是代表一个符号，在内存中以ASCII码形式存储，对应的ASCII码值为56，而整数8在内存中存储的就是数值8。

2.2

常

量2.2.3字符常量字符串常量2除单个字符外，C语言还可以处理多个字符组成的常量，称为字符串常量。字符串常量是一对双撇号（双引号）括起来的一个或多个字符，例如，"A"，"China"，"Howareyou!"等。C语言中存储字符串常量时，系统会在字符串的末尾自动加一个'\0'作为字符串的结束标志。例如，字符串常量"China"在内存中的存储形式如图所示。

提示字符串常量不能被修改（存放在常量区），例如不能直接给"hello"中的字符赋值。连续的字符串常量会被自动拼接，例如"ab""cd"等价于"abcd"。空字符串""仅包含结束符'\0'，占1字节内存。

2.2

常

量2.2.3字符常量转义字符3C语言中还有一类特殊字符，无法直接输入或有特殊含义的字符，需用转义字符表示（以反斜杠开头）称为转义字符。转义字符通常用来表示一些控制代码和功能定义，例如，例1-1中的语句“printf("欢迎您学习C语言!\n");”中，“\n”表示换行。C语言中常用的转义字符如表所示。转义字符说明转义字符说明\n回车换行\'单引号符'\b退格\"双引号符"\r回车\a鸣铃\t水平制表\f走纸换页\v垂直制表\ddd1～3位八进制数所代表的字符\\反斜线符\\xhh1～2位十六进制数所代表的字符实际上，任何一个字符都可以用转义字符\ddd或\xhh来表示，ddd和hh分别为八进制和十六进制的ASCII码，例如，'\101'表示字母'A'，'\134'表示右斜杠，'\X0A'表示换行等。

2.2

常

量2.2.3字符常量符号常量，即以一个标识符来代表某一个字面常量，它通常利用C语言的宏定义命令#define来声明，格式为：#define标识符

常量值。其中：#define是预处理命令（不是语句，末尾不需要分号）；标识符是符号常量的名称，通常使用大写字母（约定俗成，便于区分）；常量值可以是整数、实数、字符、字符串等；示例：特点与作用:①替代作用，编译预处理阶段，编译器会将代码中所有出现的符号常量标识符替换为对应的常量值（宏替换）；②提高可读性，用有意义的标识符（如PI、MAX_AGE）代替直接写数值，使代码更易理解；③便于修改，当需要修改常量值时，只需修改#define定义处，无需逐个修改代码中所有出现该值的地方。注意事项：①符号常量定义后不能被修改，也不能对其赋值（如PI=3.14;是错误的）；②定义时标识符与常量值之间是空格，不是等号；③通常在程序开头定义符号常量，以便整个程序都能使用。

2.2

常

量2.2.3符号常量【例2-1】已知圆的半径，求圆的周长和面积。【问题分析】在本例中，可以使用符号常量来表示圆周率，在运行时先显示文字，提示用户输入圆的半径值。用户输入值后，经过计算就可以得到圆的周长和面积，最后将计算结果显示出来。

2.2

常

量2.2.3符号常量【参考代码】#include<stdio.h>#definePI3.14159 /*使用符号常量表示圆周率*/intmain(){ doubler,l,s; /*定义双精度型变量半径r，周长l和面积s*/ printf("请输入圆的半径："); /*输出提示语*/ scanf("%lf",&r); /*输入半径r的值*/ l=2*PI*r; /*计算周长l*/ s=PI*r*r; /*计算面积s*/ printf("圆的周长为%f,圆的面积为%f\n",l,s); /*输出周长l和面积s*/ return0; /*程序返回值0*/}

2.2

常

量2.2.3符号常量【运行结果】程序运行结果如图所示。【程序说明】用格式输入函数scanf输入双精度型数据时，输入格式为%lf；用格式输出函数printf输出双精度型数据时，输出格式为%f，关于格式输入输出函数将在第后续章节中详细介绍。

2.2

常

量2.2.3符号常量变量的定义：变量在使用前必须先定义，变量定义的过程其实是为变量在内存中开辟储存单元的过程。变量定义的基本格式为：数据类型

变量名；数据类型决定变量存储的数据类型（如整数、浮点数、字符等），例如int、float、char等。变量名遵循标识符命名规则（由字母、数字、下划线组成，不能以数字开头，不能是关键字）。示例：intage;//定义一个整型变量agefloatscore;//定义一个单精度浮点型变量scorechargender;//定义一个字符型变量gender也可以在定义时同时初始化（赋值）：intnum=10;//定义整型变量num并初始化为10floatpi=3.14f;//定义浮点型变量pi并初始化为3.14charch='A';//定义字符变量ch并初始化为'A'变量的本质：变量本质上是内存中的一块存储空间，用于存放数据：定义变量时，编译器会根据数据类型分配相应大小的内存（例如int通常占4字节，char占1字节）。变量名相当于这块内存空间的“别名”，通过变量名可以访问或修改内存中的数据。变量的使用规则：先定义后使用：C语言要求变量必须先定义，后使用，否则会报错。

错误示例：使用未定义的变量intmain(){x=5;//错误，x未定义return0;}

2.3

变量整型变量是用来存储整数的变量。整型可分为两大类：有符号型和无符号型。有符号整数指的是数值可以带正负号，所以需要一个符号位；无符号整数指的是数值只有正数，所以可以去掉符号位。默认情况下，C语言中的整型变量都是有符号的，若要告诉编译器变量是无符号整数，需要把它声明成无符号类型（用关键字unsigned表示）。

拓展阅读我们知道，数据是以二进制形式存储在计算机中的。整数在存储单元中的存储方式是以补码形式存放的。一个正数的补码是此数的二进制形式，一个负数的补码是由该数绝对数的二进制数按位取反后加1得到。

2.3

变量2.3.1整型变量为了适应不同的应用场合，C语言提供了多种整数类型，其长度各不相同。其中，常用的有符号整型（用关键字int表示）长度为32位（4个字节）。此外，考虑到有些程序所需的数很大，C语言为此提供了长整型（用关键字long表示）；如果程序中整数的值都不大，为了节省空间，可使用C语言提供的短整型（用关键字short表示）。

提示不同的编译器，分配给整型变量的存储空间的大小是不一样的。如TurboC2.0为每个整型数据分配2个字节（16位），而VisualC++6.0为每个整型数据分配4个字节（32位）。在本书中，我们采用VisualC++6.0编译器中的规定。

2.3

变量2.3.1整型变量编写程序时，可以指明变量是长整型或短整型，有符号整型或无符号整型，还可以把说明符组合起来。因此，整型变量可以分为有符号基本整型、无符号基本整型、有符号短整型、无符号短整型、有符号长整型和无符号长整型这6种类型。具体的关键字表示和各类型的取值范围如表所示。类型名称关键字表示字节数最小值最大值有符号基本整型[signed]int4-2147483648（-231）2147483647（231-1）无符号基本整型unsigned[int]404294967295（232-1）有符号短整型[signed]short[int]2-32768（-215）32767（215-1）无符号短整型unsignedshort[int]2065535（216-1）有符号长整型[signed]long[int]4-2147483648（-231）2147483647（231-1）无符号长整型unsignedlong[int]404294967295（232-1）

2.3

变量2.3.1整型变量

知识库有符号整数将存储单元中最左侧的一位作为符号位，如果该位为0，表示数值为正；如果该位为1，表示数值为负。因此，最大的32位整数的二进制表示形式是01111111111111111111111111111111，对应的数值是2147483647（即231-1）。无符号整数，即不带符号位的整数（最左侧的位是数值的一部分）。所以最大的32位整数的二进制表示形式就是11111111111111111111111111111111，对应的数值是4294967295（即232-1）。

2.3

变量2.3.1整型变量例如，定义一个整型变量a，并为其赋值0的方法如下：inta; /*定义一个整型变量a*/a=5; /*为a赋值5*/用户也可定义变量的同时为变量赋初值，这种形式称为变量的初始化。例如：inta=10; /*定义一个整型变量a并初始化为10*/

提示表格中的[]为可选部分。例如[signed]int，在编写程序的时候可以用signedint表示有符号基本整型，也可以省略关键字signed，直接用int表示。

2.3

变量2.3.1整型变量

易错点拨编写程序时，定义变量的所有语句应放在程序的最前面，即在其他所有语句之前，否则会产生错误，例如：intc; /*定义一个整型变量c*/a=0; /*错误！！！因为赋值语句前没有定义变量a*/intb; /*定义变量b*/b=2; /*为变量b赋值*/

2.3

变量2.3.1整型变量【例2-2】#include<stdio.h>intmain(){ shorta,b; /*定义两个短整型变量a和b*/ a=32767; /*将值32767赋给变量a*/ b=a+1; /*将a的值加1后赋给变量b*/ printf("a=%d,b=%d\n",a,b); /*输出a和b的值*/ return0; /*函数返回值*/}有符号短整型数据的溢出。

2.3

变量2.3.1整型变量【运行结果】程序运行结果如图所示。

2.3

变量2.3.1整型变量【程序说明】我们定义的变量a和b都是有符号的短整型，其取值范围为-32768～32767，所以无法表示大于32767或者小于-32768的数，所以当a的值加1变成了32768后就发生了“溢出”。但运行时并不报错，它好像汽车里程表一样，达到最大值以后，又从最小值开始计数。所以32767加1后得到的结果不是32768，而是-32768。从这里可以看到：C语言的用法比较灵活，即使程序存在潜在问题，系统也不会给出“出错信息”，此时只能依靠程序员的经验来保证结果的正确。在这里，我们只需把变量b改成int型或者long型，就可以得到预期的结果了（32768）。

拓展阅读在使用整型常量时，可以在常量的后面加上字符L（l）或者U（u）进行修饰。L表示该常量为长整型，U表示该常量为无符号整型，例如：a=1256L; /*L表示长整型*/b=500U; /*U表示无符号整型*/

2.3

变量2.3.1整型变量整数类型并不适用于所有应用。有时需要变量能够存储带小数点的数，或者能够存储极大数或极小数。这类数可以用实型变量进行存储，实型变量也称为浮点型变量。实型变量根据精度可以分为单精度类型、双精度类型和长双精度类型等3种类型。具体的关键字表示和各类型的取值范围如表所示。类型名称关键字字节数精度取值范围（绝对值）单精度float46个数字0以及1.2×10-38～2.4×1038双精度double815个数字0以及2.3×10-308～1.7×10308长双精度longdouble815个数字0以及2.3×10-308～1.7×10308

2.3

变量2.3.2实型变量

拓展阅读C标准没有说明float、double和longdouble类型提供的数据精度到底是多少，因为不同的计算机可以用不同方法存储浮点数。大多数现代计算机都遵循IEEE754标准规范。数值以科学计数法的形式存储，每个数都由三部分组成：符号、指数和小数。其中，指数部分的位数决定了实数的大小，小数部分的位数决定了实数的精度。

2.3

变量2.3.2实型变量单精度类型1单精度类型使用关键字float来进行定义变量，它在内存中占4个字节，提供6位有效数字，取值范围为-2.4×1038～-1.2×10-38、0以及1.2×10-38～2.4×1038。例如，定义一个单精度型变量fx，并为其赋值为5.78的方法如下：floatfx; /*定义单精度变量fx*/fx=5.78F; /*为fx赋值5.78*/

2.3

变量2.3.2实型变量由于实型变量由有限的存储单元组成，能提供的有效数字总是有限的，在有效位以外的数字将无法正确处理，由此可能会产生一些误差，称为实型数据的舍入误差。上面提到了单精度有效数字为6位，超过6位将有可能无法正确显示。

提示默认状态下，实型常量为double双精度类型，如果要赋值给单精度类型的变量，可在常量后面加上符号F或者f。

2.3

变量2.3.2实型变量【例2-3】#include<stdio.h>intmain(){ floatf; /*定义单精度型变量f*/ f=1234567.90123; /*将值1234567.90123赋给变量f*/ printf("f=%f\n",f); /*输出变量f的值*/ return0; /*函数返回值0*/}单精度型数据的有效位。

2.3

变量2.3.2实型变量【运行结果】程序运行结果如图所示。【程序说明】由于float型只接受6-7位有效数字，因此显示的数据中只有前7位是保证正确的，后面的数据将无法正确处理，显示的是编译器随机给出的数。为了扩展有效数字范围，可使用double类型或longdouble类型。

2.3

变量2.3.2实型变量双精度类型2在C语言中，双精度型（double）是用于存储高精度浮点数的数据类型，相比float（单精度）具有更高的精度和更大的数值范围，其特点和使用规则如下：存储特性：通常占用8字节（64位）内存空间；遵循IEEE754标准，由1位符号位、11位指数位和52位尾数位组成；精度约为15-17位有效数字，数值范围约为

±1.7×10³⁰⁸。

2.3

变量2.3.2实型变量【例2-4】#include<stdio.h>intmain(){ doublef; /*定义双精度型变量f*/

f=1234567.90123; /*将值1234567.90123赋给变量f*/ printf("f=%f\n",f); /*输出变量f的值*/ return0; /*函数返回值0*/}将例2-3中的变量定义为double类型。

2.3

变量2.3.2实型变量【运行结果】运行结果如图所示。

2.3

变量2.3.2实型变量【程序说明】由于double型提供15-17位有效数字，所以输出的数据数值是正确的。

提示用格式输出函数printf输出实型时，输出格式采用%f，默认输出6位小数，不足6位补0，多于6位只保留6位，多余位数四舍五入，我们将在第4章中详细介绍。

2.3

变量2.3.2实型变量长双精度类型