数据和C

计算机设计的初衷就是用来计算，由此也可看出，数据的输入、输出是必不可少的步骤，也是最关键的，随着计算机的发展，计算机能够完成各种任务，而把数字、字母和文字输入计算机，就是希望它能够利用这些数据完成我们预期的设想。

C语言提供两大系列的多种数据类型，即整数类型和浮点类型，就是我们日常生活中的整数和小数，下面将介绍如何声明它们，除此之外，还将介绍常量和变量的区别。

一. 整数类型

C语言提供了许多整数类型，为什么一种类型不够用？因为C语言让程序员针对不同情况选择不同的类型。特别是，C语言中的整数类型可表示不同的取值范围和正负值。一般情况下使用int类型即可，但是也根据实际情况，选择其它类型。

int类型是有符号整型，即int类型的数值必须是整数，可以是正整数、负整数或零。ISO C规定int的取值范围最小为-32768—32767，一般而言，系统用一个特殊位的值表示有符号整数的正负号，在学计算机组成原理的课程中，在讲到数据的存储时，会介绍相关内容。

1.int变量

在前面的C语言概述中，我们已经声明过int型变量，在创建了变量之后，变量如何获得值？有三种途径，第一种途径是赋值：

int num;
num = 1;

第二种途径是通过函数（如：scanf()函数）获得值；而第三种途径则是初始化变量，在声明的同时对变量进行赋值：

int hogs = 21;
int cows = 42, goats = 56;
int dogs, cats, chicken = 6; //可以，但不太好，可能导致误解，尽量将初始化的变量和未初始化的变量放在不同的声明中。

2.int常量

如前面出现的整数1，21，42等等。C语言把不含小数点和指数的数作为整数，所以像21.0，2.1E1都不是整数。如果要输出整数，可以根据需要选择不同的进制输出，以十进制显示数字，使用%d；以八进制显示数字，使用%o，如果要显示八进制的前缀0，就要使用%#o；以十六进制显示数字，使用%x，如果要显示十六进制的前缀0x或0X，就要使用%#x或%#X。

3.其它整数类型

C语言提供3个附属关键字修饰基本整数类型：short、long和unsigned。

short int可简写为short，C语言规定short占用的内存要小于int，一般是占用两个字节，常用于数值较小的场合使用，以节省空间；long int简写为long，C语言规定long占用内存的大小只要大于等于int即可，用于数值较大的场合，一般占用4个字节或8个字节；为了适应现在普遍64位处理器的计算机，才引入long long类型，long long int简写为long long适用于更大数值的场合，该类型至少占用8个字节。不规定类型占用整数类型的具体内存大小，是为了适应不同的机器。

unsigned int和unsigned只用于非负值场合，这种类型表示无符号整数，如：16位的unsigned int允许的取值范围是0—65535，而不是-32768—32767，这是由于其中一个不作符号位二十数值位，因此unsigned int比int的最大值大了一倍，同理unsigned可用在其它整型前；在任何有符号类型前面添加关键字signed，可强调使用有符号类型的意图，像short、short int、signed short、signed short int都表示用一种类型。

在C90标准中添加了unsigned long和unsigned short类型，C99标准又添加了unsigned long long和long long类型，值得注意不是所有C编译器都能识别这些声明。

4.使用多种整数类型的原因

主要还是实际应用需要，如int类型的范围最少为-32768—32767，如果数据范围只是0—10000，显然用short int类型更合适，像更长范围的long int类型引入就更加显然了，当数据范围到了10^{10以上时，int类型已经无法表示（只要绝对值在10}9以内都能定义为int），而现在计算机普遍使用64位处理器，所以后面又引入了long long类型。C标准对基本数据类型只规定了允许的最小大小，int类型那么多，应该如何选择？首先考虑unsigned类型，这种类型的数通常用来计数，因为计数不考虑负数，而且能表示更大的整数。

注：现在个人计算机最常见的设置是long long占64位，long占32位，short占16位，int占16位或32位（依据计算机的自然字长而定）。

这里给两点建议，当long类型和int类型占用空间相同时，使用long类型，这样移植到别的机器上时仍能正常运行；当int设置为32位时并且需要使用16的值时，应使用short类型以节省空间，当然只有当程序使用的空间相较于系统可用内存较大时，才需要重点考虑节省空间的问题，而使用short类型的另一个原因是，计算机中某些组件使用的硬件寄存器是16位，机器运算效率更高，只需传送一次数据就可。

5.整数类型的打印

打印unsigned int类型的值，使用%u转换说明；打印十进制、十六进制、八进制分别使用%d、%x、%o，打印short、long、long long类型分别使用%h、%l、%ll前缀，再加上要打印的进制数，如打印short类型，以八进制形式输出：%ho；若要打印无符号，如%lld和%llu分别表示有符号和无符号类型。对于无符号整数当输出达到它能表示的最大值时，会从起始点开始，如

unsigned short num = 65535;
printf("%hu %hu %hu", num, num+1, num+2);

分别会输出为32767，0和1。

二. 使用字符char类型

char类型用于存储字符，但是实质上，char是整数类型，因为char类型实际上存储的是整数而不是字符。计算机用数字编码来处理字符，即用特定的整数表示特定的字符，常用编码如ASCII编码，标准ASCII码的范围是0—127，只需要7位即可表示，而char类型有8位存储单元，

char grade = 65; //对于ASCII编码，没有问题，但这不便于移植
char grade_B = 'B';

对于第一条代码，前提是系统使用ASCII编码，若用'A'来表示65更为稳妥，代码可移植性更好，因此最好使用字符常量，而不是数字代码值。奇怪的是，C语言将字符常量视为int类型而不是char类型，对于第二条代码，本来字符常量'B'对应的数值是66存储在32（16）位存储单元中，现在却可以存储在8位的存储单元中，利用字符常量这个特性，我们可以声明一个字符常量'FATE'，即把4个独立的8位ASCII码存储在一个32位（假设(int)为32位）的存储单元中，只有最后8位有效，因此，grade的值是'E'。

char ch = 'FATE';
printf("%c", ch);

当我们查看ASCII表时，我们会发现有些ASCII字符打印不出来，能打印出来的都是字符、数字和标点符号，对于那些打印不出来的ASCII字符，我们能够使用ASCII码，

char beep = 7; //蜂鸣字符

更为实用的是第二种，使用转义字符\，下面是转义序列表：

\a	警报	\'	单引号
\b	退格	\"	双引号
\f	换页	\?	问号
\r	回车	\\	反斜杠\
\n	换行	\0__	八进制值
\t	水平制表符	\x__	十六进制值
\v	垂直制表符

下面简单分析以下转义序列，警报字符\a，蜂鸣是最常见的警报，能否产生听到或看到的警报取决于计算机硬件，C标准规定警报字符不得改变活跃位置（活跃位置就是光标位置，即下一字符将出现的位置），所以产生的效果就是发生一声蜂鸣警报，但不会移动屏幕光标；接下来的\b、\f、\r、\n、\t、\v是最长用的输出设备控制字符，当然这些并不一定在所有的显示设备上都起作用，像换页符和垂直制表符在PC屏幕上会产生奇怪的符号，光标并不会移动，只有将其输出到打印机上时才会产生前面描述的效果；接下来的三个转义序列\'、\"、\\用于打印'、"、\，由于这三个字符直接使用会影响输出函数printf()的输出效果；对于最后面两个转义序列是ASCII码的特殊表示，感兴趣可以自行了解，建议不使用这种方法，直接使用转义序列\a不仅好记而且可移植性更高。

有的编译器将char类型实现为有符号类型，这意味着char可表示的范围是-128—127，而有的编译器将char类型实现为无符号类型，那么char可表示的范围是0—255。根据C90标准，C语言允许在关键字char前面是signed或unsigned，这样无论编译器以何种方式实现char都没有影响。

三. _Bool类型

C99标准添加了_Bool类型，用于表示布尔值，即逻辑值true和false。因为C语言用1和0表示true和false，所以_Bool类型实际上也是一种整数类型，而且对于0或1而言，1位的存储空间足够了。

四. 可移植类型

扩展的整数类型，C99新增了两个头文件stdint.h和inttypes.h，以确保C语言的类型在各系统中的功能相同。

五. 浮点型

C语言中的浮点数类型有float、double和long double类型。

C标准规定，float类型必须至少能表示前6位有效数字（一般是6-7位），并非精确到小数点后6位数字，如：

float f_num = 3.23456789;
printf("%f", f_num); //得到的结果是3.234568，第七位数字不精确，这里可能各个运行的情况有所不同

且取值范围至少是1.0e-37—1.0e37。通常系统存储一个float类型要占用32位，其中8位用于表示指数的值和符号，剩余24位用于表示尾数，即浮点数的表示。

double类型最小取值范围与float相同，但至少能表示10位有效数字（一般是15-16位）。一般情况下，double类型占用64位存储空间，一些系统将多出来的32位全都用来表示尾数，另一些系统将其中一些位分配给了指数部分，以表示更大的范围，无论哪种方法，double类型的值至少有13位有效数字。超过了标准的最低尾数规定。

第三种浮点类型long double，以满足比double类型更高的精度要求。不过C只保证long double类型至少与double类型的精度相同。

通常，系统默认浮点数常量是double类型的精度，如下面的4.0就是double类型，使用双精度进行乘法运算，然后将乘积截断成float类型的宽度。打印long double类型时，要使用%Lf，%Le或%La转换说明。

float f_num = 4.0 * 2.0;

C99标准添加了一种新的浮点型常量格式，感兴趣可自行了解，这里简单叙述以下，在十六进制数前加上十六进制前缀0x或0X，用p或P分别代替e和E，用2的幂代替10的幂（即，p计数法），如：0Xf2e.abc8p8，它表示的十进制值是（15*16^3+2*16^2+14*16^1+10/15+11/256+12/4096+8/65536）*2^8。用%e表示以e计算法打印浮点数，用%a表示以十六进制的格式打印浮点数。

六. 复数和虚数类型

许多科学和工程计算都要用到复数和虚数。C99标准支持复数类型和虚数类型。C语言有3中复数类型：float _Complex、double _Complex、long double _Complex，对于float _Complex类型的变量应包含两个float类型的值，分别表示复数的实部和虚部。类似的，C语言的3中虚数类型：float _Imaginary、double _Imaginary、long double _Imaginary。如果包含complex.h头文件，就可去掉下划线_，还可用I代替-1的平方根，否则不能这样做。

七. 其它类型

C语言还有一些由基本数据类型衍生的其它类型，包括数组、指针、结构和联合。

八. 小结

1.基本数据类型用到的关键字：

char、short、int、long、float、double、unsigned、signed、_Bool、_Complex、_Imaginary。

2.有符号整型：

short或short int—最大的short类型整数小于或等于最大的int类型整数。C语言规定short类型至少占16位，一般是2B。

int—系统给定的基本整数类型。C语言规定int类型不小于16位，一般是4B，推荐大家自己用编译器查看各类型占用存储空间大小，sizeof(int)。

long或long int—该类型可表示的整数大于或等于最大的int类型整数。C语言规定long类型至少占用32位，一般是4B。

long long或long long int—该类型可表示的整数大于或等于最大的long类型整数。C语言规定long类型至少占用64位，一般是8B。

3.无符号整型：

用unsigned前缀即可，单独的unsigned相当于unsigned int。

4.字符类型：

可打印出来的符号都是字符。，char类型的一个字符占用一个字节，1字节通常是8位，但是如果要表示基本字符集，也可以是16位或更大的位数（2^n）。

5.布尔类型：

布尔类型_Bool是无符号的int类型，可用1表示true，0表示false。

6.实浮点型：

float—系统的基本浮点类型，可精确表示至少6位有效数字。

double—至少能精确表示10位有效数字，一般是15-16位。

long double—能比double表示更多的有效数字和更大的浮点数范围。

7.复数和虚数浮点数：

复数的实部和虚部类型都基于实浮点类型来构成；虚数类型是可选的类型。