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2.1
程序设计概述
一个程序应包括对数据的描述和对数据处理的描述。
1．对数据的描述，即数据结构。数据结构是计算机学科的核心课程之一，有许多专门著作论述，本课程就不再赘述。
在C语言中，系统提供的数据结构，是以数据类型的形式出现的。
2．对数据处理的描述，即计算机算法。算法是为解决一个问题而采取的方法和步骤，是程序的灵魂。为此，著名计算机科学家沃思（Nikiklaus Wirth）提出一个公式：
数据结构 + 算法 = 程序
实际上，一个程序除了数据结构和算法外，还必须使用一种计算机语言，并采用结构化方法来表示。
2.2
C语言的数据类型
C语言提供的数据结构，是以数据类型形式出现的。具体分类如下：
1.基本类型
分为整型、实型（又称浮点型）、字符型和枚举型四种。
2.构造类型
分为数组类型、结构类型和共用类型三种。
3.指针类型。在第9章中介绍。
4.空类型
C语言中的数据，有常量和变量之分，它们分别属于上述这些类型。
本章将介绍基本类型中的整型、实型和字符型三种数据。
2.3
常量和变量
2.3.1
常量
1.常量的概念
在程序运行过程中，其值不能被改变的量称为常量。
2.常量的分类
（1）整型常量
（2）实型常量
（3）字符常量。
（4）符号常量。
常量的类型，可通过书写形式来判别。
2.3.2
变量
1.变量的概念
在程序运行过程中，其值可以被改变的量称为变量。
2.变量的两个要素
（1）变量名。每个变量都必须有一个名字──变量名，变量命名遵循标识符命名规则。
（2）变量值。在程序运行过程中，变量值存储在内存中。在程序中，通过变量名来引用变量的值。
３.标识符命名规则
（1）有效字符：只能由字母、数字和下划线组成，且以字母或下划线开头。
（2）有效长度：随系统而异，但至少前８个字符有效。如果超长，则超长部分被舍弃。
例如，由于student_name和student_number的前８个字符相同，有的系统认为这两个变量，是一回事而不加区别。
在TC V2.0中，变量名（标识符）的有效长度为１～３２个字符，缺省值为３２。
（3）C语言的关键字不能用作变量名。
注意：C语言对英文字母的大小敏感，即同一字母的大小写，被认为是两个不同的字符。
习惯上，变量名和函数名中的英文字母用小写，以增加可读性。
思考题：在C语言中，变量名total与变量名TOTAL、ToTaL、tOtAl等是同一个变量吗？
标识符命名的良好习惯──见名知意：
所谓“见名知意”是指，通过变量名就知道变量值的含义。通常应选择能表示数据含义的英文单词（或缩写）作变量名，或汉语拼音字头作变量名。
例如，name/xm（姓名）、sex/xb（性别）、age/nl（年龄）、salary/gz（工资）。
4.变量的定义与初始化
在Ｃ语言中，要求对所有用到的变量，必须先定义、后使用；且称在定义变量的同时进行赋初值的操作为变量初始化。
（1）变量定义的一般格式
[存储类型]
数据类型
变量名[, 变量名2……];
例如，float
radius, length, area;
（2）变量初始化的一般格式
[存储类型] 数据类型
变量名[=初值][, 变量名2[=初值2]……];
例如，floatradius=2.5,
length, area;
2.4
整型数据
2.4.1
整型变量
1.分类
根据占用内存字节数的不同，整型变量又分为４类：
（1）基本整型（类型关键字为int）。
（2）短整型（类型关键字为short
[int]）。
（3）长整型（类型关键字为long
[int]）。
（4）无符号整型。无符号型又分为无符号基本整型（unsigned
[int]）、无符号短整型（unsigned
short）和无符号长整型（unsigned
long）三种，只能用来存储无符号整数。
2.占用内存字节数与值域
上述各类型整型变量占用的内存字节数，随系统而异。在16位操作系统中，一般用２字节表示一个int型变量，且long型（４字节）≥int型（２字节）≥short型（２字节）。
显然，不同类型的整型变量，其值域不同。占用内存字节数为n的（有符号）整型变量，其值域为：-2n*8-1~（2n*8-1-1）；无符号整型变量的值域为：0~（2n*8-1）。
例如，PC机中的一个int型变量，其值域为-22*8-1~（22*8-1-1），即-32768~32767；一个unsigned型变量的值域为：0~（22*8-1），即0~65535。
2.4.2
整型常量
１.三种表示形式
整型常量即整常数，在Ｃ语言中可用三种形式表示：
（1）十进制。例如10、36。
（2）八进制（以数字０开头）。例如012。
（3）十六进制（以数字０+小写字母x开头）。例如0x36。
２.分类
（1）基本整型。在16位机中，用2字节存储，其数据范围与int型变量一样。
（2）长整型（在数值后面加“L（l）”）。对超出基本整型值域的整型常量，可使用长整型常量表示，其取值范围可达-２３１-（２３１-１）。例如，123l、315Ｌ等。
３.类型匹配规则
类型匹配规则为：一个整型常量，可以赋给能容纳下其值的整型变量。
例如，其值在-２１５--（２１５-１）的整型常量，可以赋给int型变量和long int型变量；其值在-２３１--（２３１-１）的整型常量，就只能赋给long int型变量。
注意：常量无unsigned型。但一个非负整型常量，只要它的值不超过相应变量的值域（即取值范围），也可以赋给unsigned型变量。
2.5
实型数据
2.5.1
实型变量
Ｃ语言的实型变量，分为两种：
（1）单精度型。类型关键字为float，一般占４字节（３２位）、提供７位有效数字。
（2）双精度型。类型关键字为double，一般占８个字节、提供15~16位有效数字。
2.5.2
实型常量
１.表示形式
实型常量即实数，在Ｃ语言中又称浮点数，其值有两种表达形式：
（1）十进制形式。例如3.14、9.8。
（2）指数形式：<尾数>E（e）<整型指数>。例如3.0Ｅ+5等。
２.关于类型
实型常量不分float型和double型。一个实型常量，可以赋给一个实型变量（float型或double型）。
2.6
字符型数据
2.6.1
字符常量
1.字符常量的定义
用一对单引号括起来的单个字符，称为字符常量。
例如，‘A’、‘１’、‘＋’等。
2.转义字符
Ｃ语言还允许使用一种特殊形式的字符常量，就是以反斜杠“\ ”开头的转义字符。
注意：如果反斜杠或单引号本身作为字符常量，必须使用转义字符：‘\\’、‘\’‘。
[案例2.1] 用转义字符输出可打印字符和不可打印字符。
/*案例代码文件名：AL2_1.C*/
/*程序功能：用转义字符输出可打印字符和不可打印字符*/
main()
{ printf(“\x4F\x4B\x21\n”);
/* 等价于printf(“OK!\n”); */
printf(“\x15
\xAB\n”);
}
程序运行结果如下：
ＯＫ！
§
?
[程序演示]
2.6.2
字符变量
字符变量的类型关键字为char，一般占用1字节内存单元。
1.变量值的存储
字符变量用来存储字符常量。将一个字符常量存储到一个字符变量中，实际上是将该字符的ASCII码值（无符号整数）存储到内存单元中。
例如，
char ch1, ch2;
/*定义两个字符变量：ch1，ch2*/
ch1=’a’; ch2=’b’; /*给字符变量赋值*/
2.特性
字符数据在内存中存储的是字符的ASCII码──一个无符号整数，其形式与整数的存储形式一样（如图2-4所示），所以Ｃ语言允许字符型数据与整型数据之间通用。
（1）一个字符型数据，既可以字符形式输出，也可以整数形式输出。
[案例2.2] 字符变量的字符形式输出和整数形式输出。
/*案例代码文件名：AL2_2.C*/
/*程序功能：用字符形式和整数形式输出字符变量*/
main()
{ char ch1,ch2;
ch1='a'; ch2='b';
printf(“ch1=%c,ch2=%c\n”,ch1,ch2);
printf(“ch1=%d,ch2=%d\n”,ch1,ch2);
}
程序运行结果：
ch1=a,ch2=b
ch1=97,ch2=98
（2）允许对字符数据进行算术运算，此时就是对它们的ASCII码值进行算术运算。
[案例2.3] 字符数据的算术运算。
/*案例代码文件名：AL2_3.C*/
/*程序功能：字符数据的算术运算*/
main()
{ char ch1,ch2;
ch1=‘a’; ch2=‘B’;
/*字母的大小写转换*/
printf(“ch1=%c,ch2=%c\n”,ch1-32,ch2+32);
/*用字符形式输出一个大于256的数值*/
printf("ch1+200=%d\n", ch1+200);
printf("ch1+200=%c\n", ch1+200);
printf("ch1+256=%d\n", ch1+256);
printf("ch1+256=%c\n", ch1+256);
}
程序运行结果：
ch1=A,ch2=b
ch1+200=297
ch1+200=)
ch1+256=353
ch1+256=a
[程序演示]
思考题：用字符形式输出一个大于256的数值，会得到什么结果？
2.6.3
字符串常量
1.字符串常量的概念和字符串长度
字符串常量是用一对双引号括起来的若干字符序列。
字符串中字符的个数称为字符串长度。长度为0的字符串（即一个字符都没有的字符串）称为空串，表示为“” （一对紧连的双引号）。
例如，“How do you do.”、“Good morning.”等，都是字符串常量，其长度分别为14和13（空格也是一个字符）。
如果反斜杠和双引号作为字符串中的有效字符，则必须使用转义字符。
例如：（1）C:\msdos\v6.22
→ "C:\\msdos\\v6.22"
2.7
算术运算与算术表达式
在Ｃ语言中，除控制语句和输入输出函数外，其它所有基本操作都作为运算符处理。
1.五种基本算术运算符
+、-（减法/取负）、*、/、%（求余数）
（1）关于除法运算/
C语言规定：两个整数相除，其商为整数，小数部分被舍弃。例如，5 / 2 = 2。
（2）关于求余数运算％
要求两侧的操作数均为整型数据，否则出错。
2.表达式和算术表达式
（1）表达式的概念
用运算符和括号将运算对象（常量、变量和函数等）连接起来的、符合Ｃ语言语法规则的式子，称为表达式。
单个常量、变量或函数，可以看作是表达式的一种特例。将单个常量、变量或函数构成的表达式称为简单表达式，其它表达式称之为复杂表达式。
（2）算术表达式的概念
表达式中的运算符都是算术运算符。例如，3 + 6* 9、(x + y) / 2 - 1等，都是算术表达式。
良好的源程序书写习惯：在表达式中，在双目运算符的左右两侧各加一个空格，可增强程序的可读性。
请比较表达式“ (x + y) / 2 - 1”与“(x+y)/2-1”，您认为哪个的可读性更好一些？
3.运算符的优先级与结合性
（1）Ｃ语言规定了运算符的优先级和结合性。
所谓结合性是指，当一个操作数两侧的运算符具有相同的优先级时，该操作数是先与左边的运算符结合，还是先与右边的运算符结合。
自左至右的结合方向，称为左结合性。反之，称为右结合性。
结合性是Ｃ语言的独有概念。除单目运算符、赋值运算符和条件运算符是右结合性外，其它运算符都是左结合性。
（2）表达式求值
1）按运算符的优先级高低次序执行。例如，先乘除后加减。
2）如果在一个运算对象（或称操作数）两侧的运算符的优先级相同，则按Ｃ语言规定的结合方向（结合性）进行。
例如，算术运算符的结合方向是“自左至右”，即：在执行“a - b + c”时，变量b先与减号结合，执行“a - b”；然后再执行加c的运算。
4.数据类型转换
（1）在Ｃ语言中，整型、实型和字符型数据间可以混合运算（因为字符数据与整型数据可以通用）。
如果一个运算符两侧的操作数的数据类型不同，则系统按“先转换、后运算”的原则，首先将数据自动转换成同一类型，然后在同一类型数据间进行运算。转换规则如图2-5所示。
1）横向向左的箭头，表示必须的转换。char和short 型必须转换成 int 型，float型必须转换成double型。
2）纵向向上的箭头，表示不同类型的转换方向。
例如，int型与double型数据进行混合运算，则先将int型数据转换成double型，然后在两个同类型的数据间进行运算，结果为double型。
注意：箭头方向只表示数据类型由低向高转换，不要理解为int型先转换成unsigned型，再转换成long型，最后转换成double型。
（2）除自动转换外，Ｃ语言也允许强制转换。
数据类型强制转换的一般格式为：
(要转换成的数据类型)(被转换的表达式)
当被转换的表达式是一个简单表达式时，外面的一对圆括号可以缺省。
例如，
(double)a （等价于(double)(a))
/*将变量a的值转换成double型*/
(int)(x + y)
/*将x+y的结果转换成int型*/
(float)5 / 2（等价于(float)(5)/2） /*将5转换成实型，再除以2（=2.5）*/
(float)(5 / 2)
/*将5整除2的结果（2）转换成实型（2.0）*/
注意：强制转换类型得到的是一个所需类型的中间量，原表达式类型并不发生变化。例如，(double)a 只是将变量a的值转换成一个double型的中间量，其数据类型并未转换成double型。
2.8
赋值运算与赋值表达式
1.赋值运算
赋值符号“=”就是赋值运算符，它的作用是将一个表达式的值赋给一个变量。
赋值运算符的一般形式为：变量
=
赋值表达式
例如，x = 5
y = (float)5 / 2
如果表达式值的类型，与被赋值变量的类型不一致，但都是数值型或字符型时，系统自动地将表达式的值转换成被赋值变量的数据类型，然后再赋值给变量。
思考题：假设变量num的数据类型为float，其值为2.5，则执行“num = (int)num”后，num的值等于多少？
2.复合赋值运算
复合赋值运算符是由赋值运算符之前再加一个双目运算符构成的。
复合赋值运算的一般格式为：
变量
双目运算符 =
表达式
└──┬──┘
复合赋值运算符
它等价于：变量 = 变量双目运算符 (表达式)。
当表达式为简单表达式时，表达式外的一对圆括号才可缺省，否则可能出错。
例如，x += 3
/* 等价于x=x+3 */
y *= x + 6 /* 等价于y=y*(x+6)，而不是y=y*x+6 */
C语言规定的10种复合赋值运算符如下：
+=，-=，*=，/=，%=；
/*复合算术运算符（5个）*/
&=，^=，|=，<<=，>>=；
/*复合位运算符（5个）*/
3.赋值表达式
由赋值运算符或复合赋值运算符，将一个变量和一个表达式连接起来的表达式，称为赋值表达式。
（1）一般格式
变量
（复合）赋值运算符
表达式
（2）赋值表达式的值
任何一个表达式都有一个值，赋值表达式也不例外。被赋值变量的值，就是赋值表达式的值。
例如，“a = 5”这个赋值表达式，变量a的值“５”就是它的值。
2.9
C语言特有的运算和运算符
2.9.1 自增（++）、自减（--）运算
1.作用
自增运算使单个变量的值增１，自减运算使单个变量的值减１。
2.用法与运算规则
自增、自减运算符都有两种用法：
（1）前置运算──运算符放在变量之前：＋＋变量、－－变量
先使变量的值增（或减）１，然后再以变化后的值参与其它运算，即先增减、后运算。
（2）后置运算──运算符放在变量之后：变量＋＋、变量－－
变量先参与其它运算，然后再使变量的值增（或减）１，即先运算、后增减。
[案例2.4] 自增、自减运算符的用法与运算规则示例。
/*案例代码文件名：AL2_4.C*/
/*程序功能：自增、自减运算符的用法与运算规则示例*/
main()
{ int x=6, y;
printf("x=%d\n",x);
/*输出x的初值*/
y=
++x;
/*前置运算*/
printf("y=++x: x=%d,y=%d\n",x,y);
y= x--;
/*后置运算*/
printf("y=x--: x=%d,y=%d\n",x,y);
}
程序运行结果：
x=6
y=++x: x=7,y=7
y=x--: x=6,y=7
思考题：如果将案例“y=++x;”语句中的前置运算改为后置（y=x++;），“y=x--;”语句中的后置运算改为前置（y=--x;），程序运行结果会如何？
3.说明
（1）自增、自减运算，常用于循环语句中，使循环控制变量加（或减）１，以及指针变量中，使指针指向下（或上）一个地址。
（2）自增、自减运算符，不能用于常量和表达式。
例如，5++、--(a+b)等都是非法的。
（3）在表达式中，连续使同一变量进行自增或自减运算时，很容易出错，所以最好避免这种用法。
2.8.2
逗号运算（，）及其表达式
Ｃ语言提供一种用逗号运算符“，”连接起来的式子，称为逗号表达式。逗号运算符又称顺序求值运算符。
1.一般形式
表达式１, 表达式２, ……, 表达式n
2.求解过程
自左至右，依次计算各表达式的值，“表达式n”的值即为整个逗号表达式的值。
例如，逗号表达式“a = 3 * 5, a *4”的值=60：先求解a = 3 * 5，得a=15；再求a * 4 = 60，所以逗号表达式的值=60。
又例如，逗号表达式“(a = 3 * 5, a* 4), a + 5”的值=20：先求解a = 3 * 5，得a=15；再求a * 4=60；最后求解a + 5=20，所以逗号表达式的值=20。
注意：并不是任何地方出现的逗号，都是逗号运算符。很多情况下，逗号仅用作分隔符。 |
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