C language knowledge (1) - overview of C language, data types

1.C语言概述

1.1. C语言背景

一提到语言这个词语,自然会想到的是像英语、汉语等这样的自然语言,因为它是人和人交换信息不可缺少的工具.而今天计算机遍布了我们生活的每一个角落,除了人和人的相互交流之外,我们必须和计算机角落.用什么的什么样的方式和计算机做最直接的交流呢？人们自然想到的是最古老也最方便的方式——语言,而C语言就是人和计算机交流的一种语言.语言是用来交流沟通的.有一方说,有另一方听,必须有两方参与,This is the most important feature of the language：

• 说的一方传递信息,听的一方接收信息;

• 说的一方下达指令,听的一方遵循命令做事情.

语言是人和人交流,C语言是人和机器交流.只是,人可以不听另外一个人,但是,计算机是无条件服从.语言有独特的语法规则和定义,双方必须遵循这些规则和定义才能实现真正的交流.

1.1.1 计算机结构组成

1.1.2 C语言的优缺点

优点
 代码量小
 执行速度快
 功能强大
 编程自由

2)缺点
 写代码实现周期长
 可移植性较差
 过于自由,经验不足易出错
 对平台库依赖较多

1.1.3 C语言应用领域

1.2 C语言程序

1.2.1 C语言编译过程

C代码编译成可执行程序经过4步：

• 1）预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译等,同时将代码中的注释删除,这里并不会检查语法
• 2）编译：检查语法,将预处理后文件编译生成汇编文件
• 3）汇编：将汇编文件生成目标文件(二进制文件)
• 4）链接：C语言写的程序是需要依赖各种库的,所以编译之后还需要把库链接到最终的可执行程序中去
  

1.2.2 代码分析

#include<stdio.h>
int main()
{
    
	printf("Hello word!\n");
	return 0;
}

Here we printhello word example of a simple program

1. include头文件包含
    #include的意思是头文件包含,#include <stdio.h>代表包含stdio.h这个头文件
    使用C语言库函数需要提前包含库函数对应的头文件,如这里使用了printf()函数,需要包含stdio.h头文件
    可以通过man 3 printf查看printf所需的头文件

   #include< > 与 #include ""的区别：
    < > 表示系统直接按系统指定的目录检索
    “” 表示系统先在 “” 指定的路径(没写路径代表当前路径)查找头文件,如果找不到,再按系统指定的目录检索

2. main函数
    一个完整的C语言程序,是由一个、且只能有一个main()函数(又称主函数,必须有)和若干个其他函数结合而成（可选）.
    main函数是C语言程序的入口,程序是从main函数开始执行.

3. {} 括号,程序体和代码块
    {}叫代码块,一个代码块内部可以有一条或者多条语句
    C语言每句可执行代码都是";"分号结尾
    所有的#开头的行,都代表预编译指令,预编译指令行结尾是没有分号的
    所有的可执行语句必须是在代码块里面

4. 注释
    //叫行注释,注释的内容编译器是忽略的,注释主要的作用是在代码中加一些说明和解释,这样有利于代码的阅读
    /**/叫块注释
    块注释是C语言标准的注释方法
    行注释是从C++语言借鉴过来的

5. printf函数
    printf是C语言库函数,功能是向标准输出设备输出一个字符串
    printf(“hello world\n”);//\n的意思是回车换行

6. return语句
    return代表函数执行完毕,返回return代表函数的终止
    如果main定义的时候前面是int,那么return后面就需要写一个整数;如果main定义的时候前面是void,那么return后面什么也不需要写
    在main函数中return 0代表程序执行成功,return -1代表程序执行失败
    int main()和void main()在C语言中是一样的,但C++只接受int main这种定义方式

1.2.3 寄存器、缓存、内存三者关系

按与CPU远近来分,离得最近的是寄存器,然后缓存(CPU缓存),最后内存.CPU计算时,先预先把要用的数据从硬盘读到内存,然后再把即将要用的数据读到寄存器.于是 CPU<—>寄存器<—>内存,This is the information exchange between them.那为什么有缓存呢？Because if you often operate the data at the same address in memory,就会影响速度.于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存.因为从缓存提取的速度远高于内存.当然缓存的价格肯定远远高于内存,不然的话,There is no memory in the machine.

• 由此可以看出,从远近来看：CPU〈—〉寄存器〈—> 缓存 <—> 内存.

• 寄存器是CPU内部最基本的存储单元,CPU对外是通过总线(地址、控制、数据)来和外部设备交互的,总线的宽度是8位,同时CPU的寄存器也是8位,那么这个CPU就叫8位CPU,如果总线是32位,寄存器也是32位的,那么这个CPU就是32位CPU;有一种CPU内部的寄存器是32位的,但总线是16位,准32为CPU

1.2.4 集成开发环境IDE

集成开发环境（IDE,Integrated Development Environment ）是用于提供程序开发环境的应用程序,一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具.集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套.所有具备这一特性的软件或者软件套（组）都可以叫集成开发环境.

2. 数据类型

2.1常量与变量

2.1.1 关键字

2.1.2 数据类型

• 数据类型的作用：编译器预算对象（变量）分配的内存空间大小.
  

2.1.3 常量

常量是在程序运行过程中,其值不能被改变的量
常量一般出现在表达式或赋值语句中

2.1.4 变量

变量：
 在程序运行过程中,其值可以改变
 变量在使用前必须先定义,定义变量前必须有相应的数据类型

标识符命名规则：
 标识符不能是关键字
 标识符只能由字母、数字、下划线组成
 第一个字符必须为字母或下划线
 标识符中字母区分大小写

变量特点：
 变量在编译时为其分配相应的内存空间
 可以通过其名字和地址访问相应内存

2.2 整型

2.2.1 整型变量的定义和输出

打印格式	含义
%d	输出一个有符号的10进制int类型
%o(字母o)	输出8进制的int类型
%x	输出16进制的int类型,字母以小写输出
%u	输出一个10进制的无符号数

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	int a = 123;	//定义变量a,以10Alignment method为123
	int b = 0567;	//定义变量b,以8Alignment method为0567
	int c = 0xabc;	//定义变量c,以16Alignment method为0xabc

	printf("a = %d\n", a);
	printf("8进制：b = %o\n", b);
	printf("10进制：b = %d\n", b);
	printf("16进制：c = %x\n", c);
	printf("16进制：c = %X\n", c);
	printf("10进制：c = %d\n", c);

	unsigned int d = 0xffffffff; //定义无符号int变量d,以16Alignment method
	printf("有符号方式打印：d = %d\n", d);
	printf("无符号方式打印：d = %u\n", d);
	return 0;
}

2.2.2 short、int、long、long long

数据类型	占用空间
short(短整型)	2字节
int(整型)	4字节
long(长整形)	Windows为4字节,Linux为4字节(32位),8字节(64位)
long long(长长整形)	8字节

注意：

• 需要注意的是,整型数据在内存中占的字节数与所选择的操作系统有关.虽然 C 语言标准中没有明确规定整型数据的长度,但 long
  The length of type integer cannot be shorter than int 类型, short 类型整数的长度不能长于 int 类 型.
• 当一个小的数据类型赋值给一个大的数据类型,不会出错,因为编译器会自动转化.But when a large type is assigned to a small data type,那么就可能丢失高位.

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	short a = 10;
	int b = 10;
	long c = 10l; //或者10L
	long long d = 10ll; //或者10LL

	printf("sizeof(a) = %u\n", sizeof(a));
	printf("sizeof(b) = %u\n", sizeof(b));
	printf("sizeof(c) = %u\n", sizeof(c));
	printf("sizeof(c) = %u\n", sizeof(d));

	printf("short a = %hd\n", a);
	printf("int b = %d\n", b);
	printf("long c = %ld\n", c);
	printf("long long d = %lld\n", d);

	unsigned short a2 = 20u;
	unsigned int b2 = 20u;
	unsigned long c2= 20ul; 
	unsigned long long d2 = 20ull; 

	printf("unsigned short a = %hu\n", a2);
	printf("unsigned int b = %u\n", b2);
	printf("unsigned long c = %lu\n", c2);
	printf("unsigned long long d = %llu\n", d2);

	return 0;
}

2.2.3 有符号和无符号整型取值范围

2.3 sizeof关键字

 sizeof不是函数,所以不需要包含任何头文件,它的功能是计算一个数据类型的大小,单位为字节
 sizeof的返回值为size_t
 size_t类型在32位操作系统下是unsigned int,是一个无符号的整数

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	int a;
	int b = sizeof(a);//sizeof得到指定值占用内存的大小,单位：字节
	printf("b = %d\n", b);

	size_t c = sizeof(a);
	printf("c = %u\n", c);//Output as an unsigned numberc的值

	return 0;
}

2.4字符型：char

2.4.1 字符变量的定义和输出

• 字符型变量用于存储一个单一字符,在 C 语言中用 char 表示,其中每个字符变量都会占用 1个字节.在给字符型变量赋值时,需要用一对英文半角格式的单引号(’ ')把字符括起来.
• 字符变量实际上并不是把该字符本身放到变量的内存单元中去,而是将该字符对应的 ASCII编码放到变量的存储单元中.char的本质就是一个1字节大小的整型.

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	char ch = 'a';
	printf("sizeof(ch) = %u\n", sizeof(ch));

	printf("ch[%%c] = %c\n", ch); //打印字符
	printf("ch[%%d] = %d\n", ch); //打印‘a’ ASCII的值

	char A = 'A';
	char a = 'a';
	printf("a = %d\n", a);		//97
	printf("A = %d\n", A);	//65

	printf("A = %c\n", 'a' - 32); //小写a转大写A
	printf("a = %c\n", 'A' + 32); //大写A转小写a

	ch = ' ';
	printf("空字符：%d\n", ch); //空字符ASCII的值为32
	printf("A = %c\n", 'a' - ' '); //小写a转大写A
	printf("a = %c\n", 'A' + ' '); //大写A转小写a

	return 0;
}

2.5实型(浮点型)：float、double

• 实型变量也可以称为浮点型变量,浮点型变量是用来存储小数数值的.在C语言中, 浮点型变量分为两种： 单精度浮点数(float)、双精度浮点数(double), 但是double型变量所表示的浮点数比 float 型变量更精确.
• 由于浮点型变量是由有限的存储单元组成的,因此只能提供有限的有效数字.在有效位以外的数字将被舍去,这样可能会产生一些误差.
• 不以f结尾的常量是double类型,以f结尾的常量(如3.14f)是float类型.

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	//Assign values ​​in the traditional way
	float a = 3.14f; //或3.14F
	double b = 3.14;

	printf("a = %f\n", a);
	printf("b = %lf\n", b);

	//科学法赋值
	a = 3.2e3f; //3.2*1000 = 3200,e可以写E
	printf("a1 = %f\n", a);

	a = 100e-3f; //100*0.001 = 0.1
	printf("a2 = %f\n", a);

	a = 3.1415926f;
	printf("a3 = %f\n", a); //结果为3.141593

	return 0;
}

2.6 进制

• 进制也就是进位制,是人们规定的一种进位方法. 对于任何一种进制—X进制,就表示某一位置上的数运算时是逢X进一位.十进制是逢十进一,十六进制是逢十六进一,二进制就是逢二进一,以此类推,x进制就是逢x进位.

2.6.1 二进制

• 二进制是计算技术中广泛采用的一种数制.二进制数据是用0和1两个数码来表示的数.它的基数为2,进位规则是“逢二进一”,借位规则是“借一当二”.
• 当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统,数据在计算机中主要是以补码的形式存储的.

术语	含义
bit(比特)	一个二进制代表一位,一个位只能表示0或1两种状态.数据传输是习惯以“位”（bit）为单位.
Byte(字节)	一个字节为8个二进制,称为8位,计算机中存储的最小单位是字节.Data storage is customary“字节”（Byte）为单位.

十进制转化二进制的方法：用十进制数除以2,分别取余数和商数,商数为0的时候,将余数倒着数就是转化后的结果.

十进制的小数转换成二进制：小数部分和2相乘,取整数,不足1取0,每次相乘都是小数部分,In order, the rounded number is the result of the transformation.

2.6.2 八进制

• 八进制,Octal,缩写OCT或O,一种以8为基数的计数法,采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数字,逢八进1.一些编程语言中常常以数字0开始表明该数字是八进制.
• 八进制的数和二进制数可以按位对应（八进制一位对应二进制三位）,因此常应用在计算机语言中.
  

2.6.3 十六进制

• 十六进制（英文名称：Hexadecimal）,同我们日常生活中的表示法不一样,它由0-9,A-F组成,字母不区分大小写.与10进制的对应关系是：0-9对应0-9,A-F对应10-15.
• 十六进制的数和二进制数可以按位对应（十六进制一位对应二进制四位）,因此常应用在计算机语言中.

#include <stdio.h>

int main()
{
    
	int a = 123;		//十Alignment method
	int b = 0123;		//八Alignment method, 以数字0开头
	int c = 0xABC;	//十六Alignment method

	//如果在printfUse to output a decimal number in %d,八进制用%o,十六进制是%x
	printf("十进制：%d\n",a );
	printf("八进制：%o\n", b);	//%o,为字母o,不是数字
	printf("十六进制：%x\n", c);

	return 0;
}

2.7 计算机内存数值存储方式

2.7.1 原码

一个数的原码(原始的二进制码)有如下特点：

• 最高位做为符号位,0表示正,为1表示负

• 其它数值部分就是数值本身绝对值的二进制数

• The original code of a negative number is based on its absolute value,The highest bit becomes1

下面数值以1字节的大小描述：

十进制数	原码
+15	0000 1111
-15	1000 1111
+0	0000 0000
-0	1000 0000

• 原码表示法简单易懂,Easy to convert with signed numbers themselves,只要符号还原即可,但当两个正数相减或不同符号数相加时,必须比较两个数哪个绝对值大,才能决定谁减谁,才能确定结果是正还是负,所以原码不便于加减运算.

2.7.2 反码

• 对于正数,反码与原码相同

• 对于负数,符号位不变,其它部分取反(1变0,0变1)

十进制数	反码
+15	0000 1111
-15	1111 0000
+0	0000 0000
-0	1111 1111

• 反码运算也不方便,通常用来作为求补码的中间过渡.

2.7.3 补码

在计算机系统中,数值一律用补码来存储.

补码特点：

• 对于正数,原码、反码、补码相同

• 对于负数,其补码为它的反码加1

• 补码符号位不动,其他位求反,最后整个数加1,得到原码

十进制数	补码
+15	0000 1111
-15	1111 0001
+0	0000 0000
-0	0000 0000

在计算机系统中,数值一律用补码来存储,主要原因是：
 统一了零的编码
 将符号位和其它位统一处理
 将减法运算转变为加法运算
 两个用补码表示的数相加时,如果最高位(符号位)有进位,则进位被舍弃

附：

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