C语言自学——C语言数据类型和变量

1. 数据类型介绍

        C语言的基本数据类型包括整型、浮点型和字符型。整型用于存储整数，浮点型用于存储小数，字符型用于存储单个字符。下面盘点一下C语言提供的各种数据类型，本章节主要探讨内置数据类型。

1.1、字符型

        字符型（char）是C语言中用于存储单个字符的数据类型，占用1字节内存空间。字符型变量实际存储的是对应字符的ASCII码值（整数），因此可以直接参与整数运算。

char
[signed] char
unsigned char

char ch1 = 'A'; // 直接赋值字符
char ch2 = 65; // 使用ASCII码赋值（十进制）
char ch3 = '\\x41'; // 使用ASCII码赋值（十六进制）
char ch4 = '\\101'; // 使用ASCII码赋值（八进制）

1.2、整型

//短整型
short [int]
[signed] short [int]
unsigned short [int]

//整型
int[signed] int
unsigned int

//⻓整型
long [int]
[signed] long [int]
unsigned long [int]

//更⻓的整型
//C99中引⼊
long long [int]
[signed] long long [int]
unsigned long long [int]

1.2.1类型修饰符

1.3、浮点型

float
double
long double

1.3.1、浮点型数据类型

C语言中的浮点型用于表示小数或实数，主要包含以下三种类型：

• float：单精度浮点型，占用4字节（32位），精度约6-7位小数。
• double：双精度浮点型，占用8字节（64位），精度约15-16位小数。
• long double：扩展精度浮点型，通常占用10字节（80位）或更多，具体取决于编译器。

1.3.2、浮点型声明与初始化

浮点型变量可以通过以下方式声明和初始化：

float a = 3.14f; // 注意后缀'f'表示float类型
double b = 2.71828; // 默认浮点常量是double类型
long double c = 1.41421356L; // 后缀'L'表示long double

1.3.3、浮点型常量表示

浮点型常量支持科学计数法：

• 十进制形式：3.14、0.001
• 指数形式：1.23e-4（表示1.23×10⁻⁴）

1.3.4、浮点型精度与范围

• float：范围约±1.2×10⁻³⁸到±3.4×10³⁸。
• double：范围约±2.3×10⁻³⁰⁸到±1.7×10³⁰⁸。
• long double：范围通常更大，具体取决于实现。

1.3.5、浮点型的注意事项

浮点型运算可能存在精度误差，例如：

float x = 0.1f + 0.2f;
printf("%.20f\\n", x); // 输出可能不是精确的0.3

比较浮点数时应使用误差范围（如fabs(a – b) < 1e-6）。

1.3.6、常用数学函数

C标准库<math.h>提供浮点运算函数：

#include <math.h>
double sqrt(double x); // 平方根
double pow(double x, double y); // 幂运算
double sin(double x); // 三角函数

1.4、布尔类型

        C语言原来并没有为布尔值单独设置⼀个类型，而是使用整数 在 C99 中也引入了 布尔类型，是专门表示真假的。从C99标准开始，C语言引入了_Bool关键字和<stdbool.h>头文件，提供了更直观的布尔类型支持。

#include <stdbool.h>

bool flag = true; // 定义布尔变量并初始化为真
flag = false; // 修改为假

        布尔值可以参与逻辑运算：

bool a = true, b = false;
bool c = a && b; // 逻辑与
bool d = a || b; // 逻辑或
bool e = !a; // 逻辑非

        隐式类型转换

        当其他类型转换为布尔类型时，零值转为false，非零值转为true：

_Bool b = 10; // b的值为1（true）
b = 0.0; // b的值为0（false）

1.5、各种数据类型的长度

        每一种数据类型都有自己的长度，使用不同的数据类型，能够创建出长度不同的变量，变量长度的不 同，存储的数据范围就有所差异

1.5.1、sizeof操作符

        sizeof 是⼀个关键字，也是操作符，专门是用来计算sizeof操作符数的类型长度的，单位是字节。 sizeof 操作符的操作数可以是类型，也可是变量或者表达式。它可以在编译时求值，返回一个 size_t 类型的无符号整数。

        可以直接对数据类型使用 sizeof，例如：

size_t int_size = sizeof(int); // 返回 int 类型的大小

        可以对变量使用 sizeof，无需括号（除非是类型名）：

int x;
size_t x_size = sizeof x; // 返回变量 x 的大小

        对数组使用 sizeof 会返回整个数组的字节大小：

int arr[10];
size_t arr_size = sizeof(arr); // 返回 10 * sizeof(int)

        对指针使用 sizeof 返回指针本身的大小（通常为 4 或 8 字节，取决于系统）：

int *ptr;
size_t ptr_size = sizeof(ptr); // 返回指针的大小，而非指向的数据大小

        sizeof中表达式不计算

#include <stdio.h>
int main()
{
short s = 2;
int b = 10;
printf("%d\\n", sizeof(b = b + 1));
//表达式b = b + 1的类型为int（因b是int类型），所以sizeof返回int的字节数（通常为4）
printf("s = %d\\n", s);
return 0;
}

2. signed 和unsigned

        C语言使用signed 和 unsigned 关键字修饰字符型和整型类型的。signed 关键字，表示⼀个类型带有正负号，包含负值； unsigned 关键字，表示该类型不带有正负号，只能表示零和正整数。 对于 int 类型，默认是带有正负号的，也就是说由于这是默认情况，关键字 int 等同于 signed int 。 signed ⼀般都省略不写，但是写了也不算错。

signed int a;
//等同于int a;

        可以将 int 类型声明为无符号形式，仅表示非负整数，此时需使用 unsigned 关键字。使用 unsigned 声明整型变量的优势在于：相同内存空间下，可表示的最大整数值将扩大一倍。

unsigned int a;

        unsigned int里面的int可以省略，写成下面这样：

unsigned a

        字符类型 char 也可以设置 signed 和 unsigned 。

signed char c;
//范围为-128 到127
unsigned char c;
// 范围为0到255

        需要注意的是，C语言规定char类型默认是否带符号取决于当前系统。这意味着char并不等同于unsigned char。这一点与int不同，int默认等同于signed int。

3. 数据类型的取值范围

        C语言中的基本数据类型及其取值范围主要取决于编译器和系统架构（如32位或64位）。以下是常见数据类型的典型取值范围：

3.1、整型

3.2、浮点型

3.3、获取具体值的代码示例

        可以使用 <limits.h> 和 <float.h> 头文件获取具体编译环境下的取值范围：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <float.h>

int main() {
printf("char range: %d to %d\\n", CHAR_MIN, CHAR_MAX);
printf("int range: %d to %d\\n", INT_MIN, INT_MAX);
printf("float range: %e to %e\\n", FLT_MIN, FLT_MAX);
return 0;
}

3.4、注意事项

• 实际取值范围可能因编译器或平台不同而变化，建议使用标准库宏（如 INT_MAX）获取具体值。
• 无符号类型的最小值始终为 0，最大值可通过 UINT_MAX 等宏获取。

4. 变量

4.1、变量的创建

        了解清楚了类型，我们使用类型做什么呢？类型是用来创建变量的。什么是变量呢？C语言中把经常变化的值称为变量，不变的值称为常量。

data_type name;
| |
| |
数据类型 变量名

int age; //整型变量
char ch; //字符变量
double weight; //浮点型变量

        变量在创建的时候就给⼀个初始值，就叫初始化。

int age = 18;
char ch = 'w';
double weight = 48.0;
unsigned int height = 100;

4.2、变量的分类

• 全局变量：定义在大括号外的变量称为全局变量。其作用域覆盖整个工程，可以在任何地方调用使用。

• 局部变量：定义在大括号内的变量称为局部变量。其作用范围仅限于定义它的代码块内部，无法在外部使用。

#include <stdio.h>

int global = 2023;//全局变量
int main()
{
int local = 2018;//局部变量
printf("%d\\n", local);
printf("%d\\n", global);
return 0;
}

#include <stdio.h>
int n = 1000;
int main()
{
int n = 10;
printf("%d\\n" n);//打印的结果是多少呢？
return 0;
}

        如果局部和全局变量同名的时候，局部变量优先使用。

        在C/C++语言中，变量根据作用域不同存储于内存的不同区域：

5. 算术操作符：+、-、*、/、%

5.1、算术操作符概述

C语言提供五种基本算术操作符，用于执行数值计算：

• +：加法
• -：减法
• *：乘法
• /：除法
• %：取模（求余数）

5.2、加法操作符 +

        用于计算两个操作数的和。

int result = 5 + 3; // result = 8

        支持整数和浮点数运算，结果为操作数类型。

5.3、减法操作符 –

        用于计算两个操作数的差，或表示负数。

int diff = 10 – 4; // diff = 6
int neg = -5; // neg = -5

5.4、乘法操作符 *

        用于计算两个操作数的乘积。

int product = 6 * 7; // product = 42

5.5、除法操作符 /

 执行除法运算，结果取决于操作数类型：

• 整数除法：截断小数部分（向零取整）。
• 浮点数除法：保留小数部分。

int div_int = 10 / 3; // div_int = 3
float div_float = 10.0 / 3.0; // div_float ≈ 3.333…

5.6、取模操作符 %

        返回整数除法的余数，仅适用于整数类型。

int remainder = 10 % 3; // remainder = 1

        若操作数为负数，结果符号依赖编译器实现（通常与被除数一致）。

5.7、优先级与结合性

算术操作符的优先级从高到低：

        使用括号可显式控制运算顺序：

int value = (2 + 3) * 4; // value = 20

5.8、注意事项

• 整数除以零导致运行时错误。
• 浮点数除以零可能返回 INF（无穷大）或 NaN（非数字）。
• 取模操作符不可用于浮点数。

6. 赋值操作符：=和复合赋值

6.1、基础赋值操作符（=）

        在 C 语言中，= 是基础的赋值操作符，用于将右侧表达式的值赋给左侧的变量。语法形式为：

variable = expression;

        赋值操作符的优先级较低，通常结合方向为从右向左。例如：

int a, b;
a = 5; // 将 5 赋给变量 a
b = a + 3; // 计算 a + 3 并将结果赋给 b

6.2、复合赋值操作符

复合赋值操作符结合了赋值与算术/位运算，简化代码并提升可读性。常见形式包括：

• +=（加法赋值）
• -=（减法赋值）
• *=（乘法赋值）
• /=（除法赋值）
• %=（取模赋值）

        语法形式为：

variable op= expression;
// 等价于 variable = variable op (expression)

        示例：

int x = 10;
x += 5; // x = x + 5 → 15
x *= 2; // x = x * 2 → 30

6.3、注意事项

• 右结合性：复合赋值操作符从右向左计算。例如 a += b *= 2 等价于 a += (b *= 2)。
• 表达式求值顺序：右侧表达式会先计算，再与左侧变量运算。
• 类型匹配：需确保左右操作数类型兼容，否则可能触发隐式类型转换或警告。

7. 单目操作符：++、–、+、

7.1、自增操作符 ++

        用于将操作数的值增加1，分为前缀（++a）和后缀（a++）两种形式。

• 前缀形式：先自增，再使用变量的值。计算口诀：先+1，后使用；

  int a = 5;
  int b = ++a; // a先变为6，再赋值给b
  printf("%d, %d", a, b); // 输出: 6, 6

• 后缀形式：先使用变量的值，再自增。计算口诀：先使用，后+1

  int a = 5;
  int b = a++; // b赋值为5，a随后变为6
  printf("%d, %d", a, b); // 输出: 6, 5

7.2、自减操作符 —

        用于将操作数的值减少1，同样分为前缀（–a）和后缀（a–）。

• 前缀形式：先自减，再使用变量。计算口诀：先-1，后使用。

  int a = 5;
  int b = –a; // a变为4，b赋值为4

• 后缀形式：先使用变量，再自减。计算口诀：先使用，后-1

  int a = 5;
  int b = a–; // b赋值为5，a变为4

7.3、正号操作符 +

        表示数值的正值（通常省略），但可用于强制类型转换或明确表达式语义。

int a = -10;
int b = +a; // b为-10（无实际变化）

7.4、负号操作符 –

        对操作数取负值。

int a = 10;
int b = -a; // b为-10

7.5、注意事项

8. 强制类型转换

int a = 3.14;//a的是int类型, 3.14是double类型，两边的类型不⼀致，编译器会报警告

        为了消除这个警告，我们可以使⽤强制类型转换：

int a = (int)3.14;//意思是将3.14强制类型转换为int类型，这种强制类型转换只取整数部分

        我们使用强制类型转换都是万不得已的时候使用，如果不需要强制类型转化 就能实现代码，这样自然更好的

9. scanf和printf介绍

9.1、printf

        9.1.1、基本用法：

        printf是C语言标准库中的输出函数，用于向标准输出（如屏幕）打印格式化数据。它名字里的f代表format（格式化），表示可以定制输出文本的格式。

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Hello World");
return 0;
}

        printf() 是在标准库的头⽂件 stdio.h 定义的。使用这个函数之前，必须在源码文件头部引入这 个头文件。

        9.1.2、占位符

        所谓“占位符”，就是这个位置可以⽤其他值代入。    

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("There are %d apples\\n", 3);
return 0;
}

       在上面的示例中，"There are %d apples\\n"是输出文本，其中的%d作为占位符，表示该位置将被其他值替换。占位符的首字符始终为百分号%，第二个字符则代表占位符的类型。例如%d表示此处必须填入一个整数值。

        常用的占位符除了%d之外，还有%s用于表示字符串的插入。

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%s will come tonight\\n", "zhangsan");
return 0
}

        9.1.3、占位符列举

        以下按字母顺序列出 C 语言中常用的 printf() 占位符，每种占位符对应不同的数据类型：

• %a：十六进制浮点数（字母小写）
• %A：十六进制浮点数（字母大写）
• %c：字符
• %d：十进制整数
• %e：科学计数法浮点数（指数部分小写 e）
• %E：科学计数法浮点数（指数部分大写 E）
• %f：小数（包含 float 和 double 类型）
• %g：6 位有效数字浮点数（自动转为科学计数法时指数部分小写 e）
• %G：同 %g（指数部分大写 E）
• %hd：十进制 short int 类型
• %ho：八进制 short int 类型
• %hx：十六进制 short int 类型
• %hu：unsigned short int 类型
• %i：整数（基本等同于 %d）
• %ld：十进制 long int 类型
• %lo：八进制 long int 类型
• %lx：十六进制 long int 类型
• %lu：unsigned long int 类型
• %lld：十进制 long long int 类型
• %llo：八进制 long long int 类型
• %llx：十六进制 long long int 类型
• %llu：unsigned long long int 类型
• %Le：科学计数法表示的 long double 类型浮点数
• %Lf：long double 类型浮点数
• %n：记录已输出的字符数量（不显示，仅存储到变量）
• %o：八进制整数
• %p：指针
• %s：字符串
• %u：unsigned int 类型
• %x：十六进制整数
• %zd：size_t 类型
• %%：输出百分号（%）

        9.1.4、限定占位符宽度

int num = 42;
printf("%5d", num); // 输出 " 42"（右对齐，宽度5）
printf("%-5d", num); // 输出 "42 "（左对齐，宽度5）

        在上面的示例中，%5d表示该占位符的宽度至少为5个字符。如果数值不足5位，系统会在值的前面添加空格进行填充。默认情况下，输出内容采用右对齐方式，因此会在数字前添加空格；如需改为左对齐（在数字后添加空格），只需在占位符的%后添加-符号即可。

        小数部分的限定符用于控制所有数字的最小显示宽度。

// 输出 " 123.450000"
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%12f\\n", 123.45);
return 0;
}

        在上面的示例中，%12f表示输出的浮点数至少占据12位宽度。由于默认显示精度为小数点后6位，因此输出23.45时，结果前会添加2个空格。

        9.1.5、总是显示正负号

        默认情况下， printf() 不对正数显⽰ + 号，只对负数显示号。如果想让正数也输出 + 号，可 以在占位符的 % 后⾯加⼀个 + 。

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%+d\\n", 12); // 输出 +12
printf("%+d\\n", -12); // 输出 -12
return 0;
}

        9.1.6、限定小数位数

        如需控制小数位数，可通过格式化占位符实现。例如，保留两位小数可使用"%.2f"格式。

// 输出Number is 0.50
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("Number is %.2f\\n", 0.5);
return 0;
}

        这种写法可以与限定宽度占位符，结合使用。

// 输出为" 0.50"
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%6.2f\\n", 0.5);
return 0;
}

        最小宽度和小数位数这两个参数，都可以使用*来指定，并通过printf()函数进行动态传入。

#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%*.*f\\n", 6, 2, 0.5);
return 0;
}
//等同于printf("%6.2f\\n", 0.5);

        9.1.6、输出部分字符串

   %s 占位符用于输出字符串，默认会显示完整内容。若只需显示开头部分，可使用%.[m]s格式，其中 m 代表要显示的字符数。

// 输出hello
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%.5s\\n", "hello world");
return 0;
}

9.2、scanf

9.2.1、scanf 基本用法

scanf 是 C 语言中用于从标准输入（如键盘）读取数据的函数，其基本语法为：

scanf("%d", &i);

        它的第⼀个参数是⼀个格式字符串，里面会放置占位符（与编译器如何解读用户的输入，需要提取的数据是什么类型。 这是因为C语言的数据都是有类型的，（与printf() 的占位符基本一致），scanf() 必须提前知道用户输入的数据类型，才能处理数据。 它的其余参数就是存放用户输入的变量，格式字符串里面有多少个占位符，就有多少个变量。 上面示例中， scanf() 的第一个参数 %d ，表示用户输入的应该是一个整数。 %d 就是⼀个占位 符， % 是占位符的标志， d 表示整数。第⼆个参数 &i 表示，将用户从键盘输入的整数存入变量 i 。

示例：

int num;
scanf("%d", &num); // 读取一个整数并存入 num

9.2.2、scanf 返回值

scanf 返回成功匹配并赋值的输入项数量。若输入与格式不匹配或遇到文件结束符（如 Ctrl+D/Ctrl+Z），返回 EOF（通常为 -1）。

示例：

int a, b;
int count = scanf("%d %d", &a, &b);
// 若输入 "10 20"，count 为 2；若输入 "10 abc"，count 为 1。

9.2.3、常用占位符

scanf 的占位符需与变量类型严格匹配：

注意事项：

• %s 读取字符串时遇到空格或换行符停止，可能引发缓冲区溢出（建议用 fgets 替代）。
• %lf 是 double 类型专用，float 需用 %f。

9.2.4、赋值忽略符 *

在占位符前加 * 可忽略输入项（不赋值给变量），常用于跳过不需要的数据。

示例：跳过输入中的日期部分：

int year, month;
scanf("%d-%*d-%d", &year, &month); // 输入 "2023-05-15"，month 为 15，中间 05 被忽略