1. 数据类型

计算机中运行的程序是为了解决现实世界中的问题，因此撰写程序的代码也必须拥有描述现实事物的能力，比如数字、文字，又比如人的年龄、商品的价格等。

为了实现这种能力，C语言拥有一套类型系统：

• char：字符数据类型。
• short：短整型。
• int：整型，即integer，用于存储整数（包括正负）。
• long：长整型。
• long long：更长的整型。
• float：单精度浮点数，即float-point，可以存储较大的数值，并且可以带小数位。
• double：双精度浮点数。

注：float（和double）进行算术运算时会比int类型慢。且float类型的变量存储的数值往往只是实际数值的一个近似值，如存进0.1，会得到0.099 999 999 999 999 87，这是舍入造成的误差。float类型的数值通常分为两部分存储：小数部分（或称尾数部分）和指数部分。如12.0就可以以1.5×2^3的形式存储，其中1.5是小数部分，而3是指数部分。有些编程语言将其称为real类型。

并且每种类型都在存储的空间中占有一定的大小，我们可以用sizeof这个操作符来计算类型或变量所占空间的大小。

printf("%d\n", sizeof(char)); // 1
printf("%d\n", sizeof(short)); // 2
printf("%d\n", sizeof(int)); // 4
printf("%d\n", sizeof(long)); // 4 C语言标准：sizeof(long) >= sizeof(int)
printf("%d\n", sizeof(long long)); // 8
printf("%d\n", sizeof(float)); // 4
printf("%d\n", sizeof(double)); // 8

注意，char类型指的是如a、b这样的字符；而不是Hello world这样的字符串。

C语言有没有字符串类型呢？答案是没有，但实际的使用中是存在的，因为可以用一连串的字符来组成一个字符串，可以将其理解为字符的数组。

字符一般用单引号''括起来，而字符串则用双引号""括起来。

注1：上面说的类型的大小是以字节为单位的。

注2：在计算机存储中有如下单位及其换算：

• bit - 比特位
• byte - 字节 == 8 bit
• kb - 千字节 == 1024 byte
• mb - 兆字节 == 1024 kb
• gb - 千兆字节 == 1024 mb
• tb - 太字节 == 1024 gb
• pb - 拍字节 == 1024tb

2. 变量和常量

刚刚提到sizeof可以计算变量的大小，变量是个什么样的概念呢？

在数学题中，我们经常会见到未知数x，在不同的题目x可以被直接赋值，也可以被计算出来再赋值。变量与之含义类似。

我们再思考一下，在现实世界中，有许多数据是不可变的，比如一个人的血型，比如圆周率。但与此同时，有些数据却是不断改变的，比如一个人从出生后不断增长的年龄，又比如一座工厂每年的产量。

在C语言中也有描述这样的变与不变的数据的概念，即变量和常量，它们的功能便是存储数据。

变量和常量同样有自己的数据类型，类型会影响变量的存储方式以及允许对变量进行的操作。

1.变量的分类

C语言中有两种变量，分别是全局变量和局部变量。

简单理解的话，全局变量是在{}外部定义的，整个工程都能够使用它；而局部变量是在{}内部定义的，只能在{}内部使用——但实际上只能在单独的.c文件里使用的静态变量也算是局部变量的一种。

当全局变量与局部变量的名字冲突时，局部优先，但一般不建议把全局变量和局部变量的名字设成相同的。

使用变量前需要先进行声明（为编译器所做的描述），一般流程是指定变量类型，陈述变量名（也称标识符identifier，变量名由程序员自定义）。

//写一个代码求2个整数的和
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    int sum = 0;
    scanf("%d %d", &a, &b); //scanf函数是与printf对应的输入函数，f同样是format的意思
    //双引号中的格式串用于指定输入的格式
    //&运算符是用于读取其后变量的地址的，后续会做更多解释
    sum = a + b;
    printf("sum = %d\n", sum); return 0;
}

注1：当报错'scanf': This function or variable may be unsafe. Consider using scanf_s instead. To disable deprecation, use _CRT_SECURE_NO_WARNINGS. See online help for details.时，在文件第一行写上#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1便可。

注2：scanf_s函数 是由VS编译器提供的，并非C语言标准规定的，因此学习时不建议使用。

{}中的第1至第3行的意义是相似的，都是声明变量并赋予初始值，开头的int说明它们是int类型的变量， a、b、sum 则是它们的名字，=是赋值（assignment）的意思，=后的内容则是赋给它们的值，是一些int类型的字面常量（后面会解释）。

比如第一行int a = 0;的意思就是声明一个整型变量a，并赋初始值0。

实际上，，当几个变量具有相同的类型时，可以将其声明合并：

int a = 0, b = 0, sum = 0;

注1：在C语言在内的许多编程语言中，=的意思是赋值，==的意思才是相等。

注2：变量的声明往往在其被使用之前（C99标准不然，但本文主要陈述C89标准）。

注3：每条完整的语句（不止是声明语句）都要以分号结尾。

当然，声明变量的时候也可以不赋值：

int a, b, sum;

但这就失去了主动给变量初始化（initialize，常用缩写init）的机会，在未初始化的（uninitialized）变量被赋值之前，访问它可能会导致某些错误，甚至程序崩溃。

所以在声明的时候便进行赋值，是良好的习惯。

注1：初始化时=右边的值或公式被称为初始化式（initializer）。

注2：赋值可以在声明之后，但不能在声明之前。

赋值运算的右侧可以是一个含有常量、变量和运算符的公式（C语言中称为表达式）：

int a = 1, b = 1
int c = a + b;

同样，printf函数中的赋值部分也可以使用如下的形式：

printf("sum = %d\n", a + b);

这是C语言的一个通用原则：在任何需要数值的地方，都可以使用具有相同类型的表达式。

另外，当将包含小数点的常量赋予float类型的变量时，最好在该常量后面加上一个字母f（即float）：

float num;
num = 2150.48f;

否则编译器可能会产生警告，因为某些编译器默认带小数的数字为double类型，直接使用可能丢失精度。

值得注意的是，将某个类型的值赋给另一个类型的变量，不一定会报错，但可能会出错。

2. 变量的作用域和生命周期

作用域（scope），是一个程序设计概念，通常而言，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。其中：

• 局部变量的作用域是变量所在的局部范围。
• 全局变量的作用域是整个工程。

//在其他文件定义的全局变量，本文件使用前需要用关键字extern声明一下变量
extern int g_val;
int main()
{
    printf("%d\n", g_val);
    return 0;
}

生命周期：变量的生命周期指的是变量的创建到变量的销毁之间的一个时间段。

• 局部变量的生命周期：进入作用域时生命周期开始，出作用域时生命周期结束。
• 全局变量的生命周期：整个程序的生命周期。

3. 常量

C语言中的常量与变量的定义形式有所差异，前者分为以下几种：

• 字面常量（literal constant）：由其字面意义就可以得知其值和类型，如3.14、10、'a'、'abcdef'。
• const 修释的常变量，
  • 既是变量，又具有常属性（不能被改变），如const int n = 10初始化后，就不能对n重新赋值了;
  • 有时不能作为普通常量使用，如int arr2[n] = { 0 }，声明数组时[]里的内容必须是常量，但常变量不行。
• #define定义的标识符常量（identifier constant）：使用宏定义的方式定义的常量，如#define MAX 10000，在大括号内外都可定义。
• 枚举常量：可以一一列举的常量，如性别、星期一至星期日，如下：

enum Sex //enum是枚举关键字
{
    //枚举常量是常量，其值默认是从0开始，但也可以赋值
    MALE,
    FEMALE = 3, //赋初值
    SECRET
};
int main()
{
    enum Sex s = FEMALE; 
    MALE = 3; //枚举常量不能在其他地方赋值，此行报错
    printf("%d\n", MALE); //0
    printf("%d\n", FEMALE); //3
    printf("%d\n", SECRET); //4
    printf("%d\n", s); //虽然被赋值为3，但显示是1;
}

3. 字符串 + 转义字符 + 注释

1. 字符串

类似"Hello World.\n"这样由双引号引起来的一连串字符，称为字符串字面量/值（string literal），或简称字符串（string）。

注：字符串的结束标志是一个'\0'的转义字符。在计算字符串长度的时候'\0'是结束标志，不算作字符串内容。

下面是关于字符串的打印和长度计算，可以先看看，完全看不懂就先跳过

//包含头文件，这些文件里有我们需要的函数或宏等
#include <stdio.h> //库名为 standard input and output 的缩写，意为“标准的输入和输出”
#include <string.h>

int main()
{
    //字符串可以视为字符数组 - 数组指的是一组相同类型的元素
    //字符串字面量在结尾的位置隐藏了一个 \0 的字符
    char arr[] = "Hello";
    char arr1[] = "abc";
    char arr2[] = {'a', 'b', 'c'};
    char arr3[] = {'a', 'b', 'c', '\0'};
    
    //打印字符串
    printf("%s\n", arr1); //abc
    printf("%s\n", arr2); //abc烫烫烫烫蘟bc
    //乱码的原因是arr2没有 \0 结束标志，如果加上就会变得正常
    printf("%s\n", arr3); //abc
    
    //求字符串长度
    int len = strlen("abc"); //strlen是String Length的缩写
    printf("%d\n", len); //3
    printf("%d\n", strlen(arr1)); //3
    printf("%d\n", strlen(arr2)); //随机值
    //此行报错：C6054:可能没有为字符串"arr2"添加字符串零终止符
    printf("%d\n", strlen(arr3)); //3 return 0;
}

2. 转义字符

转义字符（或称字符转义序列）即转变了某个字符原来的意义，是字符串包括该特殊字符而不会使编译器引发问题。

C语言中的转义字符如下：

注：在ASCII码表（又叫ASCII字符集）中，每一个字符都有一个值——ASCII码值。ASCII（美国信息交换标准码）码表用7位代码表示128个字符。

3. 注释

1. 代码中不需要的代码可以直接删除，也可以注释掉。
2. 代码中有些代码比较难以理解，则可以加上注释文字进行解释。
3. 预处理（预编译）阶段注释就会被删除，不会影响程序功能。

int main()
{
    //int a = 10; //C++注释风格，允许嵌套 
    /* 
    * int b = 0; //C语言注释风格，不允许嵌套
    */
    return 0;
}

4. 选择语句

选择语句可能是最常见的流程控制语句，能够根据表达的值执行多条语句中的一条。

示例：

int input = 0; //输入的值
printf("现在是白天还是晚上(1/0)？>:");
scanf("%d", &input);
if (input == 1) 
{
    printf("白天\n");
}
else
{
    printf("晚上\n");
}

 当内容只有一句的时候，选择语句的大括号可加可不加：

if (input == 1) 
    printf("白天\n");
else
    printf("晚上\n");

5. 循环语句

在不少实际问题中有许多具有规律性的重复操作，因此在程序中就需要重复执行某些语句，此时就可以用到循环语句（loop statement）。

循环语句的结构中包括循环变量、循环体和循环终止条件。

示例：

//while语句，for语句和do...while语句后面讲
int line = 0;
//以下开始循环，使line增加到50000
while (line < 50000)
{
    printf("写代码：%d\n", line);
    line++;
}
if (line ==  50000)
    printf("line == %d\n", line); //line == 50000

6. 函数

1. 传统定义

一般的，在一个变化过程中，假设有两个变量x、y，如果对于任意一个x都有唯一确定的一个y和它对应，那么就称x是自变量，y是x的函数。x的取值范围叫做这个函数的定义域，相应y的取值范围叫做函数的值域。

2. 近代定义

设A，B是非空的数集，如果按照某种确定的对应关系f，使对于集合A中的任意一个数x，在集合B中都有唯一确定的数 和它对应，那么就称映射 为从集合A到集合B的一个函数，记作 y=f(x),x∈Ay=f(x), x∈Ay=f(x),x∈A 或 f(A)=y∣f(x)=y,y∈Bf(A)={y|f(x)=y,y∈B}f(A)=y∣f(x)=y,y∈B 。

其中x叫作自变量，yyy 叫做x的函数，集合 AAA 叫做函数的定义域，与x对应的y叫做函数值，函数值的集合 f(x)∣x∈A{f(x)|x∈A}f(x)∣x∈A 叫做函数的值域， 叫做对应法则。

其中，定义域、值域和对应法则被称为函数三要素。一般书写为 y=f(x),x∈Dy = f(x),x∈Dy=f(x),x∈D 。若省略定义域，一般是指使函数有意义的集合。

3. 编程

函数过程中的这些语句用于完成某些有意义的工作——通常是处理文本，控制输入或计算数值。通过在程序代码中引入函数名称和所需的参数，可在该程序中执行（或称调用）该函数。

类似过程，不过函数一般都有一个返回值。它们都可在自己结构里面调用自己，称为递归。

大多数编程语言构建函数的方法里都含有函数关键字（或称保留字），但C语言没有。

编程中的函数与数学中的相似，但也有所不同。相同之处在于它们都能完成一定的任务，行使特定的功能。但编程中的函数更应该理解为一段预处理好的程序。

示例：写一个函数，用于输出用户输入的两个整数的和

int Add(int x, int y) //一般不建议把函数的名字写成全大写
{
    //int z = 0;
    //z = x + y;
    int z = x + y;
    return z;
}

int main()
{
    int num1 = 0;
    int num2 = 0;
    scanf("%d%d", &num1, &num2);
    //int sum = num1 + num2; //直接计算
    //函数方式解决
    int sum = Add(num1, num2);

    printf("%d\n", sum);

    return 0;
}

7. 数组

C语言中的定义：一组相同类型元素的集合。

示例：

int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 }; //整型数组，完全初始化
char ch[5] = { 'a', 'b','c' }; //字符数组，不完全初始化，剩余的默认为0

//数组内的元素是用下标来访问的
int i = 0;
while (i < 10)
{
    printf("%d ", arr[i]);
    i++;
}

指定数组大小时一般使用常量，而不能用变量。除非使用C99标准中引用一个概念：变长数组 / 柔性数组(flexible array)，变长数组支持数组创建的时候用变量指定大小，但这个数组不能初始化。

8. 输入和输出

C语言的输入和输出实际上有多种方式，这里先介绍scanf和printf这两个使用最频繁的函数。

1. printf

pinrtf函数被设计用来显示格式串（format string）的内容，并在该串中的指定位置插入可能的值。其使用格式为：

printf(格式串, 表达式1, 表达式2, ...);

显示的值可以是常量、变量或者更加复杂的表达式。调用printf函数一次可以打印的值的个数没有限制。

格式串包含普通字符和转换说明（conversion sprcification），其中转换说明以字符%开头，用来表示打印过程中待填充的值的占位符，%后的信息指定了把数值从内部形式（二进制）转换成打印形式（字符）的方法，即printf在打印数据的时候，可以指定打印的格式。

printf的f实际上是格式化（format）的意思，即以用户指定的格式显示到窗口上。

占位符%d指明变量的类型以及显示时位置，d是decimal（十进制格式）的意思。

双引号中的内容为格式串（format string），用于指定输出的格式，主要有以下几种：

• %d - int
• %f - float
• %lf - double
• %c - char
• %s - string
• %p - 地址
• %x - 十六进制打印

当表达式多于转换说明时，多余的表达式结果不会被展示；而表达式少于转换说明时，多出来的转换说明会显示一个无意义的值，值的格式与转换说明指定的格式相同。一般尽量保证两者相等。

另外，表达式的结果会服从转换说明指定的数据类型，如果不匹配，则会强制转换——但往往也失去了其意义。

2. scanf

与用特定格式显示输出的printf函数相对，scanf根据特定的格式读取输入，它同样也包含普通字符和转换说明两个部分。

但在许多情况下，scanf函数只包含转换说明：

int x = 0, y = 0;
scanf("%d%d", &x, &y);

scanf函数将读入用户输入的信息如：1 20，然后将其分别赋值给x、y。

与printf函数一样，scanf函数也需要关注转换说明与输入变量的数量是否匹配，例子中的%d与printf中的是一样的，说明它会读取整型类型的输入值。%d有两个，说明会读取两个值。而&操作符则是用来取程序员想要更新的变量地址的。

可以通过设置转换说明里的内容来限定scanf读取的值，比如：

scanf("%1d%1d", &x, &y);

那么它只会读取两个一位数，哪怕用户连续地输入11，也会被读取为1 1。

3. 补充

（1）格式串中的普通字符同样具有意义。

• 空白字符：挡在格式串中遇到一个或多个连续的空白字符时，scanf函数从输入中重复读空白字符直到遇到一个非空白字符（把该字符“放回原处”）为止。格式串中空白字符的数量无关紧要，格式串中的一个空白字符可以与输入中任意数量的空白字符相匹配。
• 其他字符：当在格式串中遇到非空白字符时，scanf函数将把它与下一个输入字符进行比较。如果两个字符相匹配，那么scanf函数会放弃输入字符而继续处理格式串。如果两个字符不匹配，则会把不匹配的字符放回输入中，然后异常退出，而不进一步处理格式串或从输入中读取字符。

注：格式串中的普通字符都是可选的。

（2）%i也可以用于读写整数，它与%d之间是否有区别？

答：在printf格式串中使用时没有区别，但在scanf格式串中%d只能与十进制数相匹配，而%i则可以匹配八进制、十进制或者十六进制数。如果输入的前缀有0（如012），那么%i会将其当作八进制来处理；如果前缀有0x或0X，则会被作为十六进制数来处理。

（3）如果需要在printf中打印出%，则连续写两个%，此时printf将显示出一个字符%。

（4）scanf函数如何把字符“放回原处”并在以后再次读取？

用户键入时，程序并没有立刻读取，而是将用户的输入放在一个隐藏的缓冲区中，由scanf函数来读取。scanf函数把字符放回缓冲区中供后续读取是非常容易的。