数据类型与变量

1. 数据类型的介绍

在C语言中，数据类型用于声明变量或函数的返回类型，以及定义函数参数的类型。C语言中的数据类型可以分为以下几类：

1.1 基本数据类型(Basic Data Types)

1.1.1 整形（Integer Types)

①int：常用的整数类型，通常占用4个字节（32位）。
②short：短整型，通常占用2个字节（16位）。
③long：长整型，通常占用4个字节或更多。
④long long：长长整型，通常占用8个字节。
⑤signed 和 unsigned：用于指定整数类型的符号性。

1.1.2 浮点型（Floating-point Types)

①float：单精度浮点型，通常占用4个字节。
②double：双精度浮点型，通常占用8个字节。
③long double：扩展精度浮点型，通常占用10个字节或更多。

1.1.3 字符型（Character Type)

char：通常占用1个字节，可表示ASCII字符。

1.1.4 派生数据类型（Derived Data Types)

① 数组（Array）： 用于存储相同类型的多个数据元素。

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 声明一个包含5个整数的数组

②结构体（Structure）： 用于存储不同类型的数据元素。

struct Person {
    char name[20];
    int age;
};
struct Person person; // 声明一个结构体变量

③共用体（Union）： 用于在同一内存位置存储不同类型的数据。

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};
union Data data; // 声明一个共用体变量

⑤枚举（Enumeration）： 用于定义一组具有命名值的常量。

enum Weekday {Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday};
enum Weekday today = Monday; // 声明一个枚举类型的变量

1.1.5 空类型（Void Type)

void：用于指示函数没有返回值，或指针没有指向任何特定类型的数据。

void printMessage() {
    printf("Hello, World!\n");
}

2.  数据类型的取值范围

在C语言中，有符号（signed）和无符号（unsigned）是用来描述整数类型的符号性质的概念。

有符号（signed）： 有符号整数类型可以表示正数、负数和零。在有符号整数中，最高位用来表示符号，0表示正数，1表示负数。有符号整数的范围包括正数、负数和零，但负数和正数的数量并不对称，因为负数要多留一个表示。

无符号（unsigned）： 无符号整数类型仅能表示非负整数，包括零。在无符号整数中，所有的位都用来表示数值，因此无符号整数的范围是从0开始一直到最大值，没有负数。

例如，对于8位整数类型：有符号整数的范围通常是从-128到127（如果使用补码表示）或者从-127到128（如果使用反码表示）。无符号整数的范围通常是从0到255。

有符号整数（signed）：

   符号位
      ↓
   1 1 1 1 1 1 1 1   1 0 1 0 1 0 1 0
  -|-----------------|----------------
   ...               -3   -2   -1    0

无符号整数（unsigned）：

   0 1 1 1 1 1 1 1   1 0 1 0 1 0 1 0
  -----------------|----------------
   ...             253 254  255

以下是常见数据类型在C语言中的取值范围（假设使用补码表示有符号整数）：

2.1 整形(Integer Types)

①signed char：-128 到 127
②unsigned char：0 到 255
③short 或 short int：-32768 到 32767
④unsigned short 或 unsigned short int：0 到 65535
⑤int：-2147483648 到 2147483647
⑥unsigned int：0 到 4294967295
⑦long 或 long int：-2147483648 到 2147483647
⑧unsigned long 或 unsigned long int：0 到 4294967295
⑨long long 或 long long int：-9223372036854775808 到 9223372036854775807
⑩unsigned long long 或 unsigned long long int：0 到 18446744073709551615

2.2 浮点型（Floating-point Types）
 

①float：通常为6位有效数字，取值范围取决于实现
②double：通常为10位有效数字，取值范围取决于实现
③long double：通常为10位有效数字或更多，取值范围取决于实现

在不同的系统和编译器中，这些取值范围可能会有所不同。

3. 变量

3.1 变量的创建

在C语言中，要创建一个变量，需要指定变量的名称和数据类型。创建变量的一般语法格式如下：

data_type variable_name;

其中，data_type 是变量的数据类型，variable_name 是变量的名称。下面是一些创建变量的示例：

①整型变量示例：

int age; // 创建一个名为 age 的整型变量

②浮点型变量示例

float salary; // 创建一个名为 salary 的浮点型变量

③字符型变量示例

char grade; // 创建一个名为 grade 的字符型变量

④数组变量示例：

int numbers[5]; // 创建一个名为 numbers 的包含5个整数的数组变量

3.2 变量的分类

在C语言中，变量可以根据其存储位置、作用域和生存期进行分类。主要的变量分类包括：

1.局部变量（Local Variables）： 局部变量是在函数或代码块内部声明的变量。它们只能在声明它们的函数或代码块内部访问。局部变量在函数或代码块执行结束后会被销毁，它们的生存期仅限于其所在的函数或代码块。

2.全局变量（Global Variables）： 全局变量是在函数外部声明的变量，通常位于程序的顶部。全局变量可以被程序中的所有函数访问，生存期从程序启动到程序结束。全局变量在整个程序执行期间都存在，因此它们的值在程序的不同部分是可见的。

3.静态局部变量（Static Local Variables）： 静态局部变量与普通局部变量类似，但其作用域仅限于声明它们的函数内部。静态局部变量在函数执行结束后并不被销毁，而是保留其值直到下一次调用该函数。静态局部变量的声明通常带有 static 关键字。

4.静态全局变量（Static Global Variables）： 静态全局变量是在函数外部声明，但带有 static 关键字的全局变量。静态全局变量的作用域仍限于声明它们的文件，但是它们不可以被其他文件访问。

5.寄存器变量（Register Variables）： 寄存器变量是使用 register 关键字声明的变量，用于请求编译器将其存储在寄存器中以加快访问速度。然而，编译器并不一定会将其存储在寄存器中，因此 register 关键字在现代编译器中的作用已经不如以前显著。

4. 算数操作符

C语言中常用的算术操作符包括加法、减法、乘法、除法和取模运算。下面是这些算术操作符的使用方法和示例：

①加法操作符（+）： 用于将两个数相加。

int result = a + b;

②减法操作符（-）： 用于将一个数减去另一个数。

int result = a - b;

③乘法操作符（*）： 用于将两个数相乘。

int result = a * b;

④除法操作符（/）： 用于将一个数除以另一个数。如果两个操作数都是整数，则结果也是整数；如果其中一个操作数是浮点数，则结果会自动转换为浮点数。

int result1 = a / b;   // 整数除法，结果为整数
float result2 = a / b; // 整数除以浮点数，结果会自动转换为浮点数
float result3 = (float)a / b; // 强制类型转换，将整数转换为浮点数再相除

⑤取模操作符（%）： 用于求两个数相除的余数。

int remainder = a % b;

5. 单目操作符

单目操作符是一种只作用于一个操作数的操作符，常见的单目操作符包括取地址运算符、取值运算符、递增运算符和递减运算符等。下面是常见的单目操作符及其用法：

①取地址运算符（&）： 用于获取变量的地址。

int x = 10;
int *ptr = &x; // ptr 指向变量 x 的地址

②取值运算符（*）： 用于获取指针所指向地址上的值。

int x = 10;
int *ptr = &x;
int value = *ptr; // value 等于变量 x 的值，即 10

③递增运算符（++）： 用于将变量的值增加 1。

int x = 10;
x++; // 现在 x 的值为 11

④递减运算符（--）： 用于将变量的值减少 1。

int x = 10;
x--; // 现在 x 的值为 9

⑤取反运算符（~）： 对二进制数的每一位取反。

int x = 5; // 二进制表示为 0000 0101
int y = ~x; // y 的值为 -6，二进制表示为 1111 1010

⑥逻辑非运算符（!）： 对布尔值取反，即如果操作数为真，则结果为假；如果操作数为假，则结果为真。

int x = 10;
int y = !x; // y 的值为 0，因为 x 不为零，逻辑非结果为假