第2章 C語言的基本數(shù)據(jù)類型

第2章C語言的基本數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)是程序的基本組成元素，是被處理的對象，在程序中起到紐帶作用，它把C語言中的各個函數(shù)聯(lián)系起來，相互配合完成某些功能。因而熟練地掌握數(shù)據(jù)類型的特點、常量和變量的使用方法，是進行程序編寫的基礎(chǔ)。本章將介紹C語言中的各種數(shù)據(jù)類型。通過本章的學(xué)習(xí)，使讀者了解C語言常量與變量的含義，并掌握各種數(shù)據(jù)類型間的混合運算。

C語言數(shù)據(jù)類型

常量與變量

整型數(shù)據(jù)

實型數(shù)據(jù)

字符型數(shù)據(jù)

各類數(shù)值類型間的混合運算

2.1C語言數(shù)據(jù)類型

著名計算機科學(xué)家NikiklausWirth曾經(jīng)提出了一個非常著名的公式：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序?？梢娫谝粋€程序中必須存在以下兩點：

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是指程序中對數(shù)據(jù)的具體描述及數(shù)據(jù)的組織形式，它包括數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的組織形式。不同的計算機語言所允許定義和使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不同的，比如在C語言中提供的“結(jié)構(gòu)體”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而在FORTRAN語言中就不支持這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

W（2）算法：是指程序中具體的操作步驟，它處理的對象是數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)是以某種特定的形式存在（如整數(shù)、實數(shù)、字符數(shù)等）于程序中，因而算法處理的對象實際上是各種不同的數(shù)據(jù)類型。

可以說算法是程序的靈魂，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序的加工對象，在處理同一類問題時，如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，算法也不同。因而在考慮算法時，必須注意合理地選擇數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通常在處理復(fù)雜問題時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法。

在C語言中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是以數(shù)據(jù)類型的形式出現(xiàn)的，具體數(shù)據(jù)類型如圖2.1.1所示。

圖2.1.1C語言中的數(shù)據(jù)類型2.2常量與變量

常量和變量是C語言中的兩種重要的數(shù)據(jù)組織形式。顧名思義，常量就是其值不能被改變的量；變量就是其值可以被任意改變的量。在C語言中，各類數(shù)據(jù)是計算機處理的主要對象，這些數(shù)據(jù)在計算機處理的過程中，就是以常量和變量的形式表達和存儲的。

2.2.1常量和符號常量

在C語言中，把在程序運行過程中其值保持恒定不變的數(shù)據(jù)稱為常量。根據(jù)類型的不同可以將常量分為以下4種：

（1）整型常量：是以整數(shù)形式存在的常量，如21，0，-21等。

（2）實型常量：是以浮點形式存在的常量，如2.6，-3.7等。

（3）字符常量：是以字符形式存在的常量，如‘a(chǎn)’，‘f’，‘x’等。

（4）字符串常量：是以字符串形式存在的常量，如‘student’，‘for’，‘int’等。

常量不僅可以直接表示，也可以用一個標(biāo)識符來代替，這種用標(biāo)識符代表的常量稱為符號常量，該標(biāo)識符其實就是常量的別名。符號常量的一般格式如下：

#define標(biāo)識符字符串

例2.1編寫一個求圓面積的程序，要求輸入圓的半徑，輸出圓面積。

程序

#include<stdio.h>

#definePI3.14

main()

{

floatrad,area;

printf("Inputtheradiusoftheround:\n");

scanf("%f\n",&rad);

area=PI*rad*rad;

printf("Theareaoftheroundis");

printf("%f\n",area);

}

輸入

Inputtheradiusoftheround:

12.54↙

輸出

Theareaoftheroundis493.770020

#define表示宏定義命令，一般情況下符號常量名用大寫，變量名用小寫，以示區(qū)別，在程序中使用符號常量，具有以下優(yōu)點：

（1）含義清楚。在定義符號常量時，可以按“見名知意”的原則為符號常量命名，這樣在檢查程序時可以很方便地分清常量的含義。比如可以用PI代表圓周率，用area表示面積等。

（2）修改方便。如果需要修改常量值時，只須在符號常量定義的位置修改即可，這樣其值在整個程序中都將發(fā)生改變。

在C語言中，系統(tǒng)提供了一個測試某一種類型數(shù)據(jù)所占存儲空間長度的運算符“sizeof”，其格式如下：

sizeof(類型表示符)

例如：利用運算符sizeof求整型int所占的內(nèi)存空間。

sizeof(int);

2.2.2變量

變量就是在程序的運行過程中，其值可以根據(jù)需要經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)。變量可分為整型變量、實型變量、字符變量等。每個變量都必須具備4個基本要素，即變量名、變量值、變量對應(yīng)的內(nèi)存空間和變量的數(shù)據(jù)類型。

1．變量名

為了區(qū)分不同的變量，每個變量必須具有自己的名稱，在對變量命名時應(yīng)該遵循以下3點：

（1）變量名只能由字母、數(shù)字和下畫線3種字符組成。

（2）數(shù)字不能作為第1個字符。

（3）英文大寫字母和小寫字母是不同的字符。

下面是合法的標(biāo)識符和變量名：

num，day，mouth，year，max12，Student，_round等。

下面的則是不合法的標(biāo)識符和變量名：

M.D.jack，￥1982，#86，@sohu，a>b，deng-lei等。

注意：在C語言中，英文大寫字母和小寫字母被認為是兩個不同的字符，如num和NUM就是兩個不同的變量名。一般情況下，變量名用小寫字母表示，而符號常量名用大寫字母表示。

2．變量的定義

常量在使用前可以不用定義，但是變量在使用前必須先定義。定義變量的實質(zhì)就是在內(nèi)存中為變量分配一定大小的空間。定義變量的一般形式如下：

<類型名><變量名>

例如：

intnum1,num2; /*定義整型變量num1，num2*/

floatf1,f2; /*定義浮點型變量f1，f2*/

charc1,c2; /*定義字符型變量c1，c2*/

3．變量的用法

為變量賦值的過程稱為變量的初始化。一般情況下，變量初始化的方法有以下3種：

（1）定義變量的同時為其賦值。

例如：intnum=5;

（2）定義變量后再為其賦值。

例如：

floatpi;

pi=3.14; /*此處“=”表示賦值運算符*/

（3）同時定義多個變量并分別為它們賦值。

例如：intnum1=12;num2=14;num3=16;

2.3整型數(shù)據(jù)

在C語言中，用于表達和處理整數(shù)的數(shù)據(jù)稱為整型數(shù)據(jù)。整型數(shù)據(jù)有整型常量和整型變量之分。

2.3.1整型常量

整型常量即整常量，在C語言中，整型常量可用以下3種形式表示：

（1）十進制整數(shù)：如1982，-86，0等。

（2）八進制整數(shù)：通常把以數(shù)字0開頭的數(shù)稱為八進制數(shù)，如0154，-0123等。

其中，（0154）8=1×82+5×81+4×80=（108）10

（-0123）8=-（1×82+2×81+3×80）=（-83）10

（3）十六進制整數(shù)：通常把以數(shù)字0x開頭的數(shù)稱為十六進制數(shù)，如0x154，-0x123等。

其中，

（0x154）16=1×162+5×161+4×160=（340）10

（-0x123）16=-（1×162+2×161+3×160）=（-291）10

例2.2整型常量3種形式的應(yīng)用。

程序

#include<stdio.h>

main()

{

intnum1,num2,num3;

num1=125;

num2=0125;

num3=0x125;

printf("Thealgorismnumbersare");

printf("%d,%d,%d\n",num1,num2,num3); /*以十進制形式輸出*/

printf("Theoctavonumbersare");

printf("%o,%o,%o\n",num1,num2,num3); /*以八進制形式輸出*/

printf("Thehexnumbersare");

printf("%x,%x,%x\n",num1,num2,num3); /*以十六進制形式輸出*/

}

輸出

Thealgorismnumbersare125,85,293

Theoctavonumbersare175,125,445

Thehexnumbersare7d,55,125

分析

“%d”，“%o”，“%x”為格式轉(zhuǎn)換控制符，分別用于輸出十進制、八進制、十六進制整數(shù)。

2.3.2整型變量及分類

整型變量是用來存儲整型數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部是以二進制形式存放的，根據(jù)數(shù)據(jù)的表示范圍可以將整型變量分為3種。

1．有符號與無符號基本整型變量

有符號基本整型變量一般是以signedint表示的，或直接表示為int，通常用到的都是有符號基本整型變量；無符號基本整型變量一般是以unsignedint表示的，或表示為unsigned，使用無符號整型變量是為了充分利用變量的表示范圍，節(jié)約內(nèi)存。無符號整型變量只能存放不帶符號的整數(shù)，如123，456等，而不能存放負數(shù)，如-123，-456等。

2．有符號與無符號長整型變量

有符號長整型變量一般以signedlongint表示，或直接用long表示；無符號長整型變量一般以unsignedlongint表示，或直接用unsignedlong表示。

3．有符號與無符號短整型變量

有符號短整型變量一般以signedshortint表示，或直接用short表示；無符號長整型變量一般以unsignedshortint表示，或直接用unsignedshort表示。ANSI標(biāo)準(zhǔn)定義了整數(shù)數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍，如表2.1所示。

其中，表中“[]”內(nèi)的部分表示可以省略，不影響變量在內(nèi)存中數(shù)的取值范圍，如[signed][long][int]與long是等價的。

數(shù)據(jù)類型字節(jié)長度數(shù)的取值范圍[signed]int2-32768～32767即-215～（215-1）unsigned[int]20～65535即0～（216-1）[signed]long[int]4-2147483648～2147483647即-231～（231-1）unsignedlong[int]40~4294967295即0～（232-1）[signed]short[int]2-32768～32767即-215～（215-1）unsignedshort[int]20～65535即0～（216-1）表2.1整型數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍例2.3整型數(shù)據(jù)溢出的應(yīng)用。

程序

#include<stdio.h>

main()

{

intnum1=32767,num2;

num2=num1+1;

printf("%d,%d\n",num1,num2);

}

輸出

32767,-32768

分析

有符號基本整型變量int的范圍是-32768～32767即215～（215-1），在上例中num1=32767，由于計算機只識別二進制數(shù)，因而將num1轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。當(dāng)num1+1后，其結(jié)果超出了有符號基本整型變量的范圍，此情況稱為數(shù)據(jù)溢出，當(dāng)達到最大值后，就又從最小值開始計數(shù)，因而當(dāng)32767加1后得不到32768，而得到有符號基本整型變量取值的最小值-32768，如圖2.3.1所示。

num1：327670111111111111111num2：-327681000000000000000圖2.3.1整型數(shù)據(jù)溢出2.4實型數(shù)據(jù)

在C語言中，用于表達和處理實數(shù)的數(shù)據(jù)稱為實型數(shù)據(jù)。實型數(shù)據(jù)有實型常量和實型變量之分。

2.4.1實型常量

實型常量即實數(shù)，在C語言中又稱為浮點數(shù)，實型常量可用以下兩種形式表示：

（1）普通形式：一般用小數(shù)表示，書寫時小數(shù)點不能省略。如3.14，.15，5.，0.0等，其中，0.0，0.和.0是等價的。

（2）指數(shù)形式：即科學(xué)計數(shù)法，在C語言中，指數(shù)的表示主要靠字母“e”或“E”來實現(xiàn)，e或E跟一個整數(shù)表示以10為底數(shù)的冪。如3.14e-2表示3.14×10-2即0.0314，5.14E3表示5.14×103即5140。值得注意的是C語言中規(guī)定字母“e”或“E”的前后都必須有數(shù)字，并且后面的數(shù)字必須為整數(shù)，如e5，e.，3.14e2.5等都是不合法的指數(shù)形式。

例2.4實型常量的應(yīng)用。

程序

#include<stdio.h>

main()

{

floatx,y;

x=3.14e4;

y=3.14E-4;

printf("x=%f\n",x);

printf("y=%f\n",y);

}

輸出

x=31400.000000

y=0.000314

2.4.2實型變量及分類

實型變量是用來存儲實數(shù)數(shù)據(jù)的，在C語言中，可將實型變量分為單精度實型變量、雙精度實型變量和長雙精度實型變量3種，實型數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍如表2.2所示。

表中的有效位表示數(shù)據(jù)在前幾位之內(nèi)是有效的，而其后的數(shù)字則是計算機的隨機數(shù)。如單精度float數(shù)123456.789只能保證前7位數(shù)字的準(zhǔn)確性。

表2.2實型數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍數(shù)據(jù)類型字節(jié)長度有效位數(shù)的取值范圍單精度float471e-38～1e+38雙精度double8151e-308～1e+308長雙精度longdouble16181e-4932～1e+4932例2.5實型變量的定義與應(yīng)用。

程序

#include<stdio.h>

main()

{

floatx;

doubley;

x=123456.789;

y=123456.789;

printf("x=%f\n",x);

printf("y=%f\n",y);

}

輸出

x=123456.789062

y=123456.789000

分析

從程序運行結(jié)果可以看出，x的值并不等于賦予的初值，而y的值等于賦予的初值。這是由不同數(shù)據(jù)類型變量的有效數(shù)字不同產(chǎn)生的差異。因而在需要定義較大的數(shù)時，應(yīng)選取雙精度double型，甚至選取長雙精度longdouble型，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.5字符型數(shù)據(jù)

在C語言中，用于表達和處理字符的數(shù)據(jù)稱為字符型數(shù)據(jù)。字符型數(shù)據(jù)有字符常量和字符變量之分。

2.5.1字符常量

字符型常量是一個用單撇號括起來的字符。如‘a(chǎn)’，‘A’，‘%’，‘@’等。在C語言中，除了以上形式的字符常量外，還允許某些特殊形式的字符常量存在，這些字符常量是一種“控制字符”，稱為轉(zhuǎn)義字符。在屏幕上不能顯示，只能產(chǎn)生相應(yīng)的功能操作，如轉(zhuǎn)義字符‘\n’表示換行。C語言中常用的轉(zhuǎn)義字符及其含義，如表2.3所示。

表2.3常用的轉(zhuǎn)義字符及其含義字符形式含義ASCII\n換行，從當(dāng)前位置移到下一行開頭10\b退格，從當(dāng)前位置移到前一列8\r回車，從當(dāng)前位置移到本行開頭13\t水平制表，從當(dāng)前位置移到下一個tab位置9\f換頁，從當(dāng)前位置移到下頁開頭12\\反斜杠字符“\”92\'單撇號字符“'”39\''雙撇號字符“''”34表中，“轉(zhuǎn)義字符”的含義是將反斜杠“\”后面的字符轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的意思。如‘\n’中的“n”，并不表示字母n，而是作為“換行”符；‘\f’中的“f”不表示字母f，而是作為“換頁”符。除了表中的轉(zhuǎn)義字符外，在C語言中還可以用“\”加上1～3位八進制數(shù)表示的ASCII碼來表示，如“\101”表示字母A；“\012”表示換行符。此外還可以用“\”加上1～2位十六進制數(shù)來表示，如“x0c”表示換頁符；“x0d”表示回車符等。

例2.6轉(zhuǎn)義字符實例。

程序

#include<stdio.h>

main()

{

printf("\n");

printf("c\tprogram\n");

printf("c\t\bprogram\n");

}

輸出

cprogram

cprogram

分析

程序中第1個輸出語句是換行；第2個輸出語句是在第1列,先輸出字符“c”，然后跳到第9列輸出字符串“program”；第3個輸出語句是在第1列先輸出字符“c”，然后跳到第9列準(zhǔn)備輸出，遇到一個退格控制符“\b”，回到第8列輸出字符串“program”。

2.5.2字符變量及分類

字符變量是用來存儲字符常量的，在內(nèi)存中，一個字符占一個字節(jié)。在C語言中，可將字符變量分為有符號字符變量（char）和無符號字符變量（unsignedchar）。將一個字符常量存入字符變量中，實際是將該字符的ASCII碼存入存儲單元中，與整數(shù)的存儲形式類似，因此一個字符數(shù)據(jù)既可以以字符形式輸出，也可以以整數(shù)形式輸出。字符數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍如表2.4所示。

表2.4字符數(shù)據(jù)的字節(jié)長度和數(shù)的取值范圍數(shù)據(jù)類型字節(jié)長度取值范圍char1-128～127unsignedchar1