跳至主要內容

2. 变量和数据类型

Kingcq2025/7/28大约 14 分钟CPLC Programming Language

变量

什么是变量？顾名思义，变量是一个可以被改变的量。在计算机中，变量是用来存储数据的容器。变量可以存储各种类型的数据，如整数、浮点数、字符串等。

在 C 语言中，变量可以被声明，你需要在声明时指定变量的类型和名称。

此外，你可以使用 赋值符号（=） 来给变量赋值。

int age = 10;
float number = 3.14159;
char letter = 'A';

提示

赋值符号（=）是 C 语言中的赋值运算符，用于将右侧的值赋给左侧的变量。

赋值符号的左侧只能是指定的变量，右侧可以是任何结果满足被赋值变量类型的表达式。

如果许多个变量具有相同的类型，你可以使用逗号分隔符来声明多个变量：

int a, b, c;

变量的作用域

变量的作用域表示该变量在程序中可以被正确访问的范围。

对于于全局变量，它们在整个程序中都可以被访问。全局变量通常在函数外部声明：

// 这里不可以访问 PI
int PI = 3.14159; // 全局变量
// 这里可以访问 PI
int main() {
  // 这里可以访问 PI
}

提示

为保证全局变量的安全性，一般将全局变量声明为常量或静态变量。

常量和静态变量的含义会在稍后提到

而对于大括号 {} 内部声明的变量，它们只能在当前大括号内被访问。这种变量被称为局部变量：

局部变量一旦离开其声明的大括号，就会立刻被销毁，此后再也无法访问。

此外，变量需要先声明才能够被使用

int main() {
  // 这里也访问不到 a
  int a = 10; // 局部变量
  // 这里可以访问到 a
}
// 这里访问不到 a

常量和静态变量

常量（const）和静态变量（static）是 C 语言中的两种特殊变量。

常量是一种不能被修改的变量。在声明常量时，需要使用 const 关键字。常量通常用于表示不会改变的值，如圆周率、自然对数的底数等。

const float PI = 3.14159;

静态变量是一种在整个程序运行期间都存在的变量。在声明静态变量时，需要使用 static 关键字。静态变量通常用于表示需要在函数调用之间保持状态的变量，如计数器、累加器等。

static int counter = 0;

静态变量的特点在于，即使离开变量所在的作用域，静态变量不会被销毁，并仍然保持其值不变：

int counter() {
  static int count = 0;
  count = count + 1;
  return count;
}

例如，每次调用上面的 counter() 函数，count 的值都会增加 1，而不是每次都返回 1。

变量的命名规则

在 C 语言中，变量命名我们一般遵循以下规则

  • 对于一般的局部变量和函数，变量名一般使用小写字母，单词之间使用下划线 _ 分隔，即 snake_case 命名法
  • 也可以使用匈牙利命名法，即变量名以类型前缀开头，之后名称每个单词首字母大写，如 int iAge，float fpNumber，但个人觉得这种命名方式非常丑而且没有必要。
  • 对于常量，变量名一般使用大写字母，单词之间使用下划线 _ 分隔，即 UPPER_CASE 命名法
  • 其它的命名规则会在说到对应的语法时提到

数据类型

在 C 语言中，数据类型用于表示变量可以存储的数据类型。C 语言中的数据类型包括以下几种：

  • 整型（short、int、long long）（对应类型分 signed 和 unsigned）
  • 浮点型（float、double、long double）
  • 字符型（char）
  • 布尔型（bool）（C 语言需要包含头文件 stdbool.h）
  • 其它类型（进度未解锁）

整型

short

short 是一种较小的整数类型，占用 2 个字节（16 位）的内存空间。

既然它占用了二进制上 16 位的空间，那么它最大能是多少呢？

首先，当我们定义整型类型时，它默认是 signed 整型类型，即代表它有符号，因此，还需要牺牲一位二进制位表示符号的正负

因此，short 实际上只拥有 15 位来表示数值，而 15 位二进制数能够表示的最大值是 32767，最小值是 -32768

而如果你不需要符号，你可以在定义 short 类型时，使用 unsigned 关键字来表示无符号整型，这样，short 就拥有 16 位来表示数值，因此，它的最大值是 65535，最小值是 0：

unsigned short a = 65535;

之后的整型类型只在存储空间上有区别，之后的就不详细讲解了

提示

为啥最小值可以比最大值多 1？

因为 short 的二进制表示中，最高位是符号位，当符号位为 1 时，表示负数，当符号位为 0 时，表示正数。

因此，当符号位为 1 时，表示负数，而负数的表示方式是补码表示法，即最高位为 1（表示为负数），其余位取反，然后加 1。

那 -0 这个数怎么办呢？在这个时候，符号位就会被直接解释为负数，因此，-0 就被解释为 -32768。

这也是为什么，当你取 32767 + 1 时，得到的却是 -32768 了

为什么负数要使用补码表示法？

减法需要退位，但计算机的设计是每位分开计算的，只能用 1 位的临时寄存器来记录进位，退位操作根本无法实现

因此，出现了补码表示法，它是来想办法将减法转换为加法的

补码怎么想出来的？

如果说一个数减去 x 和一个数加上 y 相等，那么是不是可以得到，y = -x？

那不对啊，在二进制上，没有办法表示 -x 啊？

有的，兄弟，有的，回想起我们小学学过的整数除法，是不是有 商余 的概念？

举个例子让你回想起来：

4 ÷ 3 = 1 …… 1
7 ÷ 3 = 2 …… 1

那这样的话，4 和 7 在同时整除三之后，是不是相等的？

同理，对于 short 类型，能用来表示数字的只有 16 位，当我们得到的结果超过 16 位时，多出来的那一位就会被丢弃，因此，两个数字相加，实际上得到的结果是除以 2162^{16} 的余数

那么我们回到除 3 的情景，如果我现在要得到 4 - 2 在整除 3 之后得到的结果，那显然它是 2

那有没有另外一个数字，能让 4 加上它再整除 3 之后得到的结果还是 2 呢？

答案自然是有的，我们找到最小的一个正整数，也就是 1

那么在同时除以三的基础上，加上 1 就相当于将原来的数字减去 2，因此，1 在这里就可以看作是 -2 的补码

再仔细一瞧，您猜怎么着？1 + 2 正好就是 3，也就是原本要被整除的那个数

那同理推断，一个负整数 short 的变量，加上它的补码，得到的结果就是原本要被整除的那个数

所以补码的值就很好计算了，只需要将原本的数字取反，然后加 1 就可以得到补码了

int

int 是一种标准的整数类型，占用 4 个字节（32 位）的内存空间。

通常情况下，int 的最大值是 2147483647（231−12^{31} - 1），最小值是 -2147483648。

提示

int 的大小范围建议牢记，一些题目可能会在数据范围上作文章，大多围绕 int 的范围来出题，因此要特别小心超出 int 范围的情况

long long

long long 是一种非常大的整数类型，占用 8 个字节（64 位）的内存空间。

浮点型

float

float 是一种单精度浮点数类型，占用 4 个字节（32 位）的内存空间。

double

double 是一种双精度浮点数类型，占用 8 个字节（64 位）的内存空间。

long double

long double 是一种扩展精度浮点数类型，占用 10/16 个字节（80 / 128 位）的内存空间。具体占用大小因平台而异

如果直接写小数运算，那么 C 语言默认使用的是 double 类型，一般来说，double 的大小也够用，一般不会用到 long double 类型

浮点型变量的存储格式采取 IEEE 754 格式，因为展开讲起来有些麻烦，所以就不展开了，一般来说考前看一眼就够用，一般也用不上这么精细

字符型

char

char 是一种字符类型，占用 1 个字节（8 位）的内存空间。

char 类型的变量可以存储一个字符，如字母、数字、符号等。

字符需要用单引号 ' 括起来，如 'A'、'1'、'!' 等。

char letter = 'A';

char 类型的变量实际上存储的是字符的 ASCII 码值，因此，char 类型的变量也可以存储整数，并参与整数运算：

int distance = 'a' - 'A';

在 C 语言中，char 默认是 signed 格式，这会导致它浪费了 128 个值，而 128 ~ 255 实际上是存在对应字符的，因此，在使用 char 输出 ASCII 码大于 127 的字符时，务必注意 char 此时是 unsigned 还是 signed 格式

布尔型

bool

bool 是一种二元类型，理论上应该只需要占用 1 个二进制位，但很遗憾，因为地址空间的申请必须按照字节大小对齐，因此，bool 类型实际上占用 1 个字节（8 位）的内存空间。

bool 类型的变量只能存储 true 或 false 两个值。

因此，实际上 true = 1，false = 0

bool flag = true;

输入输出

在 C 语言中，输入输出是使用 scanf 和 printf 函数来实现的，当然，也有 putchar，getchar 这种更加原始的方法。

要使用它们，需要先包含头文件 stdio.h

scanf

scanf 函数用于从标准输入读取数据，并将其存储到指定的变量中。

scanf 函数的语法如下：

int scanf(const char *format, ...);

提示

format 的类型目前尚未解锁，稍安勿躁哦~

其中，format 是一个字符串，用于指定输入数据的格式，... 表示可以接受任意数量的参数，这些参数是用于存储输入数据的变量。

例如，以下代码从标准输入读取一个整数和一个浮点数，并将其存储到 a 和 b 变量中：

int a;
float b;
scanf("%d%f", &a, &b);

其中，%d 表示读取一个整数，%f 表示读取一个浮点数，&a 和 &b 表示将读取的数据存储到 a 和 b 变量中。

这里的 & 表示取地址，含义是，将变量所存储的位置告诉 scanf 函数，这样 scanf 函数才能将读取的数据存储到这个位置。

提示

虽然 scanf 可以指定输入的格式，但实际上当你不指定格式，只是一味的写 %?时，scanf 还是会自动忽略两个输入之间的空白符，因此，反而不必担心输入的格式问题

提示

% 号表示法

% 号表示法用于指定输入输出的格式。例如，%d 表示输入输出一个整数，%f 表示输入输出一个浮点数，%c 表示输入输出一个字符，%s 表示输入输出一个字符串。

其它的一些用法会在之后提到，或可自行查阅

printf

printf 函数用于将数据输出到标准输出。

printf 函数的语法如下：

printf(const char *format, ...);

其中，format 是一个字符串，用于指定输出数据的格式，... 表示可以接受任意数量的参数，这些参数是要输出的数据。

例如，以下代码将整数 a 和浮点数 b 输出到标准输出：

int a = 10;
float b = 3.14;
printf("%d %f\n", a, b);

\n 表示换行符，它们俩合在一起表示一个字符

提示

\ 转义符号

\ 是转义符号，用于表示特殊的字符。例如，\n 表示换行符，\t 表示制表符，\" 表示双引号，\'表示单引号。

在字符串中，如果需要输出反斜杠，需要使用两个反斜杠 \\ 来表示一个反斜杠

提示

printf 的输出格式还能有更多花样，这里挑几个比较好用的：

  • "%?d"：输出一个整数，其中 ? 表示输出的位数，如果输出的位数不足，则会在前面补空格，如果超出位数，则照常输出不会有变化
  • "%?f"：和上一个同理，但是是浮点数
  • "%x"：输出一个整数，以十六进制的形式输出，也可以用来输入
  • "%X"：和上一个同理，但是是十六进制的大写形式
  • "%.?d"：输出一个整数，其中 ? 表示输出的位数，如果输出的位数不足，则会在前面补零，如果超出位数，则不会起作用
  • "%.?f"：输出一个浮点数，其中 ? 表示保留小数的位数，如果输出的位数不足，则会在后面补零，如果超出位数，则会将超出的部分截掉
  • "%?.?d"：相当于之前提到的两种方法的结合
  • "%?.?f"：同理

getchar

getchar 函数用于从标准输入严格读取下一个字符，这意味着读取的字符也包含换行符、空格等。

getchar 函数的语法如下：

int getchar();

getchar 函数返回读取的字符的 ASCII 码值

例如，以下代码从标准输入读取一个字符，并将其存储到 c 变量中：

char c;
c = getchar();

putchar

putchar 函数用于将一个字符输出到标准输出。

putchar 函数的语法如下：

int putchar(int c);

putchar 函数接受一个整数参数 c，表示要输出的字符的 ASCII 码值。

例如，以下代码将字符 c 输出到标准输出：

char c = 'A';
putchar(c);

运算符

算术运算符

算术运算符用于执行基本的算术运算，包括加法、减法、乘法、除法和取模运算。

  • +：加法运算符，用于将两个操作数相加。
  • -：减法运算符，用于将一个操作数减去另一个操作数。
  • *：乘法运算符，用于将两个操作数相乘。
  • /：除法运算符，用于将一个操作数除以另一个操作数。对于整数除法，结果会舍去小数部分。
  • %：取模运算符，用于计算两个操作数的余数。
  • ++：自增运算符，用于将操作数加 1。
  • --：自减运算符，用于将操作数减 1。

提示

++ 和 -- 这两个运算符有说法，它们可以放在操作数的前面，也可以放在操作数的后面，放在前面表示先加 1 或减 1，再进行运算，放在后面表示先进行运算，再加 1 或减 1
例如：

int a = 1;
int b = ++a; // a = 2, b = 2
int c = a++; // c = 2, a = 3

位运算符

位运算符用于对整数进行位操作。

  • &：按位与运算符，用于将两个操作数的对应位进行与运算。
  • |：按位或运算符，用于将两个操作数的对应位进行或运算。
  • ^：按位异或运算符，用于将两个操作数的对应位进行异或运算。
  • ~：按位取反运算符，用于将操作数的所有位进行取反运算。
  • <<：左移运算符，用于将操作数的所有位向左移动指定的位数。
  • >>：右移运算符，用于将操作数的所有位向右移动指定的位数。

注意

位运算符的优先级较低，因此在使用时需要注意运算符的优先级，建议多使用括号来明确运算顺序。

提示

位运算的速度比算术运算快很多，因此，在一些可以用位运算符替代算术运算的地方，可以试试使用位运算符！

特殊的加减方式

对于变量，除了 x = x + 1 这种赋值方法，你也可以使用类似 x += 1 这种赋值方法，即将运算符提前，这样的写法对于大部分的二目运算符都可以使用。这样写的好处是代码更加简洁，但请确定好运算符之间的运算顺序，否则可能会出现意想不到的结果

试一试！

DotOJ 补完计划 - 南哪 2022-0-intro
DotOJ 补完计划 - 南哪 2022-1-types-io

哎呀我去，太好看了~
Copyright © 2025 Kingcq