第3章 数据类型、运算符与表达式 3.1 程序设计概述

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第3章 数据类型、运算符与表达式 3.1 程序设计概述 第3章 数据类型、运算符与表达式 3.1 程序设计概述 3.2 C语言的数据类型 3.3 常量和变量 3.4 整型数据 3.5 实型数据 3.6 字符型数据 3.7 算术运算与算术表达式 3.8 赋值运算与赋值表达式 3.9 C语言特有的运算和运算符 [Return]

3.1 程序设计概述 一个程序应包括对数据的描述和对数据处理的描述。 1.对数据的描述,即数据结构。数据结构是计算机学科的核心课程之一,有许多专门著作论述,本课程就不再赘述。 在C语言中,系统提供的数据结构,是以数据类型的形式出现的。 3.对数据处理的描述,即计算机算法。算法是为解决一个问题而采取的方法和步骤,是程序的灵魂。为此,著名计算机科学家沃思(Nikiklaus Wirth)提出一个公式: 数据结构 + 算法 = 程序 实际上,一个程序除了数据结构和算法外,还必须使用一种计算机语言,并采用结构化方法来表示。 [Return]

3.2 C语言的数据类型 C语言提供的数据结构,是以数据类型形式出现的。具体分类如下: 1.基本类型 分为整型、实型(又称浮点型)、字符型和枚举型四种。 3.构造类型 分为数组类型、结构类型和共用类型三种。 3.指针类型。在第9章中介绍。 4.空类型 C语言中的数据,有常量和变量之分,它们分别属于上述这些类型。 本章将介绍基本类型中的整型、实型和字符型三种数据。 [Return]

3.3 常量和变量 3.3.1 常量 1.常量的概念 在程序运行过程中,其值不能被改变的量称为常量。 3.常量的分类 (1)整型常量 3.3 常量和变量 3.3.1 常量 1.常量的概念 在程序运行过程中,其值不能被改变的量称为常量。 3.常量的分类 (1)整型常量 (2)实型常量 (3)字符常量。 (4)符号常量。 常量的类型,可通过书写形式来判别。 3.3.2 变量 1.变量的概念 在程序运行过程中,其值可以被改变的量称为变量。 3.变量的两个要素

(1)变量名。每个变量都必须有一个名字──变量名,变量命名遵循标识符命名规则。 (2)变量值。在程序运行过程中,变量值存储在内存中。在程序中,通过变量名来引用变量的值。 3.标识符命名规则 (1)有效字符:只能由字母、数字和下划线组成,且以字母或下划线开头。 (2)有效长度:随系统而异,但至少前8个字符有效。如果超长,则超长部分被舍弃。 例如,由于student_name和student_number的前8个字符相同,有的系统认为这两个变量,是一回事而不加区别。 在TC V3.0中,变量名(标识符)的有效长度为1~32个字符,缺省值为32。

(3)C语言的关键字不能用作变量名。 注意:C语言对英文字母的大小敏感,即同一字母的大小写,被认为是两个不同的字符。 习惯上,变量名和函数名中的英文字母用小写,以增加可读性。 思考题:在C语言中,变量名total与变量名TOTAL、ToTaL、tOtAl等是同一个变量吗? 标识符命名的良好习惯──见名知意: 所谓“见名知意”是指,通过变量名就知道变量值的含义。通常应选择能表示数据含义的英文单词(或缩写)作变量名,或汉语拼音字头作变量名。 例如,name/xm(姓名)、sex/xb(性别)、age/nl(年龄)、salary/gz(工资)。

4.变量的定义与初始化 在C语言中,要求对所有用到的变量,必须先定义、后使用;且称在定义变量的同时进行赋初值的操作为变量初始化。 (1)变量定义的一般格式 [存储类型] 数据类型 变量名[, 变量名2……]; 例如,float radius, length, area; (2)变量初始化的一般格式 [存储类型] 数据类型 变量名[=初值][, 变量名2[=初值2]……]; 例如,float radius, length, area=3.5; [Return]

3.4 整型数据 3.4.1 整型变量 1.分类 根据占用内存字节数的不同,整型变量又分为4类: (1)基本整型(类型关键字为int)。 3.4 整型数据 3.4.1 整型变量 1.分类 根据占用内存字节数的不同,整型变量又分为4类: (1)基本整型(类型关键字为int)。 (2)短整型(类型关键字为short [int])。 (3)长整型(类型关键字为long [int])。 (4)无符号整型。无符号型又分为无符号基本整型(unsigned [int])、无符号短整型(unsigned short)和无符号长整型(unsigned long)三种,只能用来存储无符号整数。 3.占用内存字节数与值域 上述各类型整型变量占用的内存字节数,随系统而异。在16位操作系统中,一般用2字节表示一个int型变量,且long型(4字节)≥int型(2字节)≥short型(2字节)。

显然,不同类型的整型变量,其值域不同。占用内存字节数为n的(有符号)整型变量,其值域为:-2n. 8-1~(2n 显然,不同类型的整型变量,其值域不同。占用内存字节数为n的(有符号)整型变量,其值域为:-2n*8-1~(2n*8-1-1);无符号整型变量的值域为:0~(2n*8-1)。 例如,PC机中的一个int型变量,其值域为-22*8-1~(22*8-1-1),即-32768~32767;一个unsigned型变量的值域为:0~(22*8-1),即0~65535。 3.4.2 整型常量 1.三种表示形式 整型常量即整常数,在C语言中可用三种形式表示: (1)十进制。例如10、36。 (2)八进制(以数字0开头)。例如012。 (3)十六进制(以数字0+小写字母x开头)。例如0x36。

[Return] 3.分类 (1)基本整型。在16位机中,用2字节存储,其数据范围与int型变量一样。 (2)长整型(在数值后面加“L(l)”)。对超出基本整型值域的整型常量,可使用长整型常量表示,其取值范围可达-231-(231-1)。例如,123l、315L等。 3.类型匹配规则 类型匹配规则为:一个整型常量,可以赋给能容纳下其值的整型变量。 例如,其值在-215--(215-1)的整型常量,可以赋给int型变量和long int型变量;其值在-231--(231-1)的整型常量,就只能赋给long int型变量。 注意:常量无unsigned型。但一个非负整型常量,只要它的值不超过相应变量的值域(即取值范围),也可以赋给unsigned型变量。 [Return]

3.5 实型数据 3.5.1 实型变量 C语言的实型变量,分为两种: (1)单精度型。类型关键字为float,一般占4字节(32位)、提供7位有效数字。 (2)双精度型。类型关键字为double,一般占8个字节、提供15~16位有效数字。 3.5.2 实型常量 1.表示形式 实型常量即实数,在C语言中又称浮点数,其值有两种表达形式: (1)十进制形式。例如3.14、9.8。 (2)指数形式:<尾数>E(e)<整型指数>。例如3.0E+5等。 3.关于类型 实型常量不分float型和double型。一个实型常量,可以赋给一个实型变量(float型或double型)。 [Return]

3.6 字符型数据 3.6.1 字符常量 1.字符常量的定义 用一对单引号括起来的单个字符,称为字符常量。 例如,‘A’、‘1’、‘+’等。 3.6 字符型数据 3.6.1 字符常量 1.字符常量的定义 用一对单引号括起来的单个字符,称为字符常量。 例如,‘A’、‘1’、‘+’等。 3.转义字符 C语言还允许使用一种特殊形式的字符常量,就是以反斜杠“\ ”开头的转义字符。 注意:如果反斜杠或单引号本身作为字符常量,必须使用转义字符:‘\\’、‘\’‘。 [案例3.1] 用转义字符输出可打印字符和不可打印字符。 /*案例代码文件名:AL2_1.C*/ /*程序功能:用转义字符输出可打印字符和不可打印字符*/

字符变量的类型关键字为char,一般占用1字节内存单元。 main() { printf(“\x4F\x4B\x21\n”); /* 等价于printf(“OK!\n”); */ printf(“\x15 \xAB\n”); } 程序运行结果如下: OK! § ½ [程序演示] 3.6.2 字符变量 字符变量的类型关键字为char,一般占用1字节内存单元。 1.变量值的存储 字符变量用来存储字符常量。将一个字符常量存储到一个字符变量中,实际上是将该字符的ASCII码值(无符号整数)存储到内存单元中。 例如, char ch1, ch2; /*定义两个字符变量:ch1,ch2*/ ch1=’a’; ch2=’b’; /*给字符变量赋值*/

3.特性 字符数据在内存中存储的是字符的ASCII码── 一个无符号整数,其形式与整数的存储形式一样(如图2-4所示),所以C语言允许字符型数据与整型数据之间通用。 (1)一个字符型数据,既可以字符形式输出,也可以整数形式输出。 [案例3.2] 字符变量的字符形式输出和整数形式输出。 /*案例代码文件名:AL2_3.C*/ /*程序功能:用字符形式和整数形式输出字符变量*/ main() { char ch1,ch2; ch1='a'; ch2='b'; printf(“ch1=%c,ch2=%c\n”,ch1,ch2); printf(“ch1=%d,ch2=%d\n”,ch1,ch2); } 程序运行结果: ch1=a,ch2=b ch1=97,ch2=98 [程序演示]

(2)允许对字符数据进行算术运算,此时就是对它们的ASCII码值进行算术运算。 [案例3.3] 字符数据的算术运算。 /*案例代码文件名:AL2_3.C*/ /*程序功能:字符数据的算术运算*/ main() { char ch1,ch2; ch1=‘a’; ch2=‘B’; /*字母的大小写转换*/ printf(“ch1=%c,ch2=%c\n”,ch1-32,ch2+32); /*用字符形式输出一个大于256的数值*/ printf("ch1+200=%d\n", ch1+200); printf("ch1+200=%c\n", ch1+200); printf("ch1+256=%d\n", ch1+256); printf("ch1+256=%c\n", ch1+256); }

思考题:用字符形式输出一个大于256的数值,会得到什么结果? 程序运行结果: ch1=A,ch2=b ch1+200=297 ch1+200=) ch1+256=353 ch1+256=a [程序演示] 思考题:用字符形式输出一个大于256的数值,会得到什么结果? 3.6.3 字符串常量 1.字符串常量的概念和字符串长度 字符串常量是用一对双引号括起来的若干字符序列。 字符串中字符的个数称为字符串长度。长度为0的字符串(即一个字符都没有的字符串)称为空串,表示为“ ” (一对紧连的双引号)。

C语言规定:在存储字符串常量时,由系统在字符串的末尾自动加一个‘\0’作为字符串的结束标志。 例如,“How do you do.”、“Good morning.”等,都是字符串常量,其长度分别为14和13(空格也是一个字符)。 如果反斜杠和双引号作为字符串中的有效字符,则必须使用转义字符。 例如:(1)C:\msdos\v6.22 → "C:\\msdos\\v6.22" (2)I say:"Goodbye!" → "I say:\"Goodbye!\"“ 3.字符串的存储 C语言规定:在存储字符串常量时,由系统在字符串的末尾自动加一个‘\0’作为字符串的结束标志。 注意:在源程序中书写字符串常量时,不必加结束字符‘\0’,否则画蛇添足。 如果有一个字符串为“CHINA”,则它在内存中的实际存储如下所示: 最后一个字符'\0'是系统自动加上的,它占用6字节而非5字节内存空间。 C H I N A \0

[Return] 综上所述,字符常量'A'与字符串常量"A"是两回事: (1)定界符不同:字符常量使用单引号,而字符串常量使用双引号; (2)长度不同:字符常量的长度固定为1,而字符串常量的长度,可以是0,也可以是某个整数; (3)存储要求不同:字符常量存储的是字符的ASCII码值,而字符串常量,除了要存储有效的字符外,还要存储一个结束标志’\0’。 [Return]

3.7 算术运算与算术表达式 在C语言中,除控制语句和输入输出函数外,其它所有基本操作都作为运算符处理。 3.7 算术运算与算术表达式 在C语言中,除控制语句和输入输出函数外,其它所有基本操作都作为运算符处理。 1.五种基本算术运算符 +、-(减法/取负)、*、/、%(求余数) (1)关于除法运算/ C语言规定:两个整数相除,其商为整数,小数部分被舍弃。例如,5 / 2 = 2。 (2)关于求余数运算% 要求两侧的操作数均为整型数据,否则出错。 3.表达式和算术表达式 (1)表达式的概念 用运算符和括号将运算对象(常量、变量和函数等)连接起来的、符合C语言语法规则的式子,称为表达式。

单个常量、变量或函数,可以看作是表达式的一种特例。将单个常量、变量或函数构成的表达式称为简单表达式,其它表达式称之为复杂表达式。 (2)算术表达式的概念 表达式中的运算符都是算术运算符。例如,3 + 6 * 9、(x + y) / 2 - 1等,都是算术表达式。 良好的源程序书写习惯:在表达式中,在双目运算符的左右两侧各加一个空格,可增强程序的可读性。 请比较表达式“ (x + y) / 2 – 1”与“(x+y)/2–1”,您认为哪个的可读性更好一些? 3.运算符的优先级与结合性 (1)C语言规定了运算符的优先级和结合性。 所谓结合性是指,当一个操作数两侧的运算符具有相同的优先级时,该操作数是先与左边的运算符结合,还是先与右边的运算符结合。

自左至右的结合方向,称为左结合性。反之,称为右结合性。 结合性是C语言的独有概念。除单目运算符、赋值运算符和条件运算符是右结合性外,其它运算符都是左结合性。 (2)表达式求值 1)按运算符的优先级高低次序执行。例如,先乘除后加减。 2)如果在一个运算对象(或称操作数)两侧的运算符的优先级相同,则按C语言规定的结合方向(结合性)进行。 例如,算术运算符的结合方向是“自左至右”,即:在执行“a – b + c”时,变量b先与减号结合,执行“a - b”;然后再执行加c的运算。

4.数据类型转换 (1) 在C语言中,整型、实型和字符型数据间可以混合运算(因为字符数据与整型数据可以通用)。 如果一个运算符两侧的操作数的数据类型不同,则系统按“先转换、后运算”的原则,首先将数据自动转换成同一类型,然后在同一类型数据间进行运算。转换规则如图2-5所示。 1)横向向左的箭头,表示必须的转换。char和short 型必须转换成 int 型,float型必须转换成double型。 2)纵向向上的箭头,表示不同类型的转换方向。 例如,int型与double型数据进行混合运算,则先将int型数据转换成double型,然后在两个同类型的数据间进行运算,结果为double型。 注意:箭头方向只表示数据类型由低向高转换,不要理解为int型先转换成unsigned型,再转换成long型,最后转换成double型。

[Return] (2)除自动转换外,C语言也允许强制转换。 数据类型强制转换的一般格式为: (要转换成的数据类型)(被转换的表达式) 当被转换的表达式是一个简单表达式时,外面的一对圆括号可以缺省。 例如, (double)a (等价于(double)(a)) /*将变量a的值转换成double型*/ (int)(x + y) /*将x+y的结果转换成int型*/ (float)5 / 2(等价于(float)(5)/2) /*将5转换成实型,再除以2(=3.5)*/ (float)(5 / 2) /*将5整除2的结果(2)转换成实型(3.0)*/ 注意:强制转换类型得到的是一个所需类型的中间量,原表达式类型并不发生变化。例如,(double)a 只是将变量a的值转换成一个double型的中间量,其数据类型并未转换成double型。 [Return]

3.8 赋值运算与赋值表达式 1.赋值运算 赋值符号“=”就是赋值运算符,它的作用是将一个表达式的值赋给一个变量。 3.8 赋值运算与赋值表达式 1.赋值运算 赋值符号“=”就是赋值运算符,它的作用是将一个表达式的值赋给一个变量。 赋值运算符的一般形式为: 变量 = 赋值表达式 例如,x = 5 y = (float)5 / 2 如果表达式值的类型,与被赋值变量的类型不一致,但都是数值型或字符型时,系统自动地将表达式的值转换成被赋值变量的数据类型,然后再赋值给变量。 思考题:假设变量num的数据类型为float,其值为3.5,则执行“num = (int)num”后,num的值等于多少?

复合赋值运算符是由赋值运算符之前再加一个双目运算符构成的。 复合赋值运算的一般格式为: 变量 双目运算符 = 表达式 └──┬──┘ 3.复合赋值运算 复合赋值运算符是由赋值运算符之前再加一个双目运算符构成的。 复合赋值运算的一般格式为: 变量 双目运算符 = 表达式 └──┬──┘ 复合赋值运算符 它等价于:变量 = 变量 双目运算符 (表达式)。 当表达式为简单表达式时,表达式外的一对圆括号才可缺省,否则可能出错。 例如,x += 3 /* 等价于x=x+3 */ y *= x + 6 /* 等价于y=y*(x+6),而不是y=y*x+6 */ C语言规定的10种复合赋值运算符如下: +=,-=,*=,/=,%=; /*复合算术运算符(5个)*/ &=,^=,|=,<<=,>>=; /*复合位运算符(5个)*/

[Return] 3.赋值表达式 由赋值运算符或复合赋值运算符,将一个变量和一个表达式连接起来的表达式,称为赋值表达式。 (1)一般格式 变量 (复合)赋值运算符 表达式 (2)赋值表达式的值 任何一个表达式都有一个值,赋值表达式也不例外。被赋值变量的值,就是赋值表达式的值。 例如,“a = 5”这个赋值表达式,变量a的值“5”就是它的值。 [Return]

3.9 C语言特有的运算和运算符 3.9.1 自增(++)、自减(--)运算 1.作用 自增运算使单个变量的值增1,自减运算使单个变量的值减1。 3.用法与运算规则 自增、自减运算符都有两种用法: (1)前置运算──运算符放在变量之前:++变量、--变量 先使变量的值增(或减)1,然后再以变化后的值参与其它运算,即先增减、后运算。 (2)后置运算──运算符放在变量之后:变量++、变量-- 变量先参与其它运算,然后再使变量的值增(或减)1,即先运算、后增减。

[案例3.4] 自增、自减运算符的用法与运算规则示例。 /*案例代码文件名:AL2_4.C*/ /*程序功能:自增、自减运算符的用法与运算规则示例*/ main() { int x=6, y; printf("x=%d\n",x); /*输出x的初值*/ y = ++x; /*前置运算*/ printf("y=++x: x=%d,y=%d\n",x,y); y = x--; /*后置运算*/ printf("y=x--: x=%d,y=%d\n",x,y); } 程序运行结果: x=6 y=++x: x=7,y=7 y=x--: x=6,y=7 [程序演示]

思考题:如果将案例“y=++x;”语句中的前置运算改为后置(y=x++;),“y=x--;”语句中的后置运算改为前置(y=--x;),程序运行结果会如何? 3.说明 (1)自增、自减运算,常用于循环语句中,使循环控制变量加(或减)1,以及指针变量中,使指针指向下(或上)一个地址。 (2)自增、自减运算符,不能用于常量和表达式。 例如,5++、--(a+b)等都是非法的。 (3)在表达式中,连续使同一变量进行自增或自减运算时,很容易出错,所以最好避免这种用法。 3.8.2 逗号运算(,)及其表达式 C语言提供一种用逗号运算符“,”连接起来的式子,称为逗号表达式。逗号运算符又称顺序求值运算符。

[Return] 1.一般形式 表达式1, 表达式2, ……, 表达式n 3.求解过程 例如,逗号表达式“a = 3 * 5, a * 4”的值=60:先求解a = 3 * 5,得a=15;再求a * 4 = 60,所以逗号表达式的值=60。 又例如,逗号表达式“(a = 3 * 5, a * 4), a + 5”的值=20:先求解a = 3 * 5,得a=15;再求a * 4=60;最后求解a + 5=20,所以逗号表达式的值=20。 注意:并不是任何地方出现的逗号,都是逗号运算符。很多情况下,逗号仅用作分隔符。 [Return]