目录
- 计算机内存
- 常量和变量
- 数据类型
- 运算符
- 计算机内存管理
计算机内存
信息存储概述
使用程序进行开发时，需要存储各种信息，这时候就需要用到变量。由于信息类型不同，变量的类型也因此不尽相同。
同时，信息的存储除了用来记录信息之外，还会进行各种运算，因此这些运算就需要用到各种运算符。
内存
计算机内存可以分为物理内存和虚拟内存：
- 物理内存：高速主存储器
- 虚拟内存：解决两个问题：1、程序暂停，线程驻留在主存储器中，可以把该进程转移到虚拟存储器中，提高主存储器的使用效率；2，需要加载的程序比较大，物理内存容量不足。
Windows虚拟内存称为：虚拟内存。Unix系统中称为：（swap）交换空间。
内存管理
每个程序都希望程序代码和数据能够更多的加载到内存，这样可以提高计算机运行效率。
但是计算机都是多任务系统，他需要对每个程序进行内存分配，这就涉及到操作系统对内存的管理。
常见的内存空间分配方式有以下三种：
| 分配方式 |
说明 |
特点 |
| 分页式管理 |
内存被拆分成固定大小的存储单位，每个单位4KB。程序申请使用内存时，按照4KB的倍数分配，分配区域不连续，随机分配。 |
1. 页面长度固定，分配方式简单，内存利用率高。 2. 对一个程序来说，同一个逻辑模块可能被拆分为许多个页面，不利于信息保护和功能共享。 3. 程序在虚拟内存和物理内存之间转移，按照4KB大小存储单位进行转移。 |
| 分段式管理 |
分段式管理主要依据程序的逻辑结构进行分段。程序逻辑结构一般分为主程序段和子程序段，主程序段必须在物理内存中运行，系统按照程序段的大小分配内存空间。段内的数据是连续的，虚拟内存和物理内存之间的转移以段为单位进行转移。 |
1. 段的长度不固定，分配空间时可能产生内存碎片，导致内存利用率不足。 2. 对一个程序来说，同一个逻辑模块连续存放，不仅提高了执行效率，也便于信息的保护和功能共享。 |
| 段页式管理 |
大多数计算机结合了分页式存储和分段式管理的优点，采用段页式的管理。 |
1. 先将程序按逻辑模块分段，每个段再进行分页，信息传递以页为单位。 2. 建立相关联的段表、页表，用来定位程序段、段内各业的存储地址。 3. 通过分段提高了程序执行效率，通过分页改善了内存空间的利用率。 |
常量和变量
C语言基本元素
1. 符号集（字符集）
C语言基本字符集分为源字符集（书写C语言源文件所用的字符集）和执行字符集（C语言程序执行期间解释的字符集）。
源字符集包括大小写字母（52）、数字（10）、格式符（4）、特殊字符（29）。
执行字符集在源字符集的基础上还包括null字符（用做字符串终止符）、警报（alert）、退格（backspace）、回车（carriage return）。为了在字母和字符串中表示这些字符，输入反斜杠\加对应的转义序列（escape sequence）即可，例如，\0表示 null 字符（空字符），\a表示警报，\b表示退格，而\r表示回车。
源字符集中，格式符包括：空格、水平制表符（HT）、垂直制表符（VT）、换页符（FF）。特殊字符如下29个：
| ! " # % & ' ( ) * + , － . / : ; < = > ? [ \ ] ^ _ { | } ~ |
2. 关键字
也称为保留字，是C语言中具有特定含义，专门用作语言特定成分的一类标识符。ANSI标准定义32个关键字。
非常见：auto、register、volatile、goto。
存储相关：const、extern、register、volatile、static、auto、signed、unsigned。
数据类型：char、short、int、float、long、double、struct、union、enum、void。
逻辑控制：if、else、for、while、do、break、continue、return、default、switch、case、goto。
特殊用途：sizeof、typedef
注意： 我们定义的标识符不能是关键字；所有关键字小写。
3. 标识符
用来标记常量、变量、函数及文件名字的一串字符。（不包括关键字）。
标识符命名规则：
1) 以字母（大小写都可以）或下划线开头；
2) 后可跟若干个（包括0个）字母、数字、下划线；
3) 标识符的长度在各种编译器和系统有所不同，建议不超过8个字符；
4) 标识符与关键字不能相同。
问题？以下那些是合法的标识符，哪些是非法的？
| x |
y3 |
_imax |
ELSE |
X |
A_to_B |
| 7x |
int |
#NO |
bad one |
re-input |
aaaabbbbccc |
常量和变量
程序所操作的信息需要存储在内存中，所以需要定义常量和变量，常量和变量保存所需操作的信息。
1. 常量
常量：指在程序运行过程中，其值不变的量。在程序中不必对常量进行任何说明就可以使用。
例如：人的性别，一生下来就确定，不可以修改，即常量。
2. 变量
变量：指在程序运行过程中，其值可以被改变的量。
例如：人的姓名，或者小名，可以改变，即变量。
对于C语言来说，变量的值=该存储空间里的数据和信息。
变量的定义
语法规则：
数据类型 标识符1 [，标识符2，…标识符N ] ；
例如：
int a;
char b,c;
命名规则：与标识符命名规则一致。
3. 常量与变量命名规范
1) 区分大小写
2) 命名要见名知意
3) 先定义后使用
4) 符号常量名用大写，变量小写
4. 变量的赋值
1) 定义变量时初始化变量值
数据类型 变量名=初始值；
2) 先定义变量，然后为变量赋值
数据类型 变量名；
变量名=初始值；
5. 变量的输入和输出
| scanf(“%d”,&a); printf(“%d”,a); |
6. 变量的使用
变量类型决定了变量在内存中的地址分配；变量名即变量在内存中的地址。
数据类型
C语言数据类型
c语言类型主要分为四类：
| 序号 |
类型与描述 |
| 1 |
基本类型： |
| 2 |
枚举类型： |
| 3 |
void 类型： |
| 4 |
派生类型： |
基本类型
基本类型数据如下：
| 类型 |
存储大小 |
值范围 |
| char |
1 字节 |
-128 到 127 或 0 到 255 |
| unsigned char |
1 字节 |
0 到 255 |
| signed char |
1 字节 |
-128 到 127 |
| int |
2 或 4 字节 |
-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647 |
| unsigned int |
2 或 4 字节 |
0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295 |
| short |
2 字节 |
-32,768 到 32,767 |
| unsigned short |
2 字节 |
0 到 65,535 |
| long |
4 字节 |
-2,147,483,648 到 2,147,483,647 |
| unsigned long |
4 字节 |
0 到 4,294,967,295 |
1. 字符型数据
字符常量：用单引号包含的一个字符，只能包含一个字符。
例如：
| ‘a’ ‘A’ ‘$’ |
转义字符：特殊的常量字符，详细参考第一章介绍。
字符变量：字符型变量用来存放字符常量，只能存放一个字符。一个字符变量在内存中占用一个字节。
字符变量的定义和赋值：字符变量的赋值可以是直接赋值字符常量，或者整数（整数必须在ASCII表示范围内）。如下示例所示：
字符数据在内存中的存储
2. 整型数据
整型的存储大小与系统位数有关，int数据类型的数值范围与系统有关，16、32、64位系统对应默认整型数据的长度分别是16、32、64位。但目前通用的以64位系统为主。以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别（windows 相同）：
使用 sizeof 运算符判断具体平台的存储大小。表达式：sizeof(type) 得到对象或类型的存储字节大小。如下示例示例：
其中，%lu 为 32 位无符号整数。
整型变量在内存中的表示：以十进制数13示例示例。
如何表示负数？C语言中负数是以补码的形式进行存储的。计算机中的符号数有三种表示方法，即原码、反码和补码。三种表示方法均有符号位和数值位两部分，符号位都是用0表示“正”，用1表示“负”，而数值位，三种表示方法各不相同：正整数的补码是其二进制表示，与原码相同；负整数的补码，将其对应正数二进制表示所有位取反（包括符号位，0变1，1变0）后加1。
<<参考计算机补码及运算>>
3. 浮点类型
| 类型 |
存储大小 |
值范围 |
精度 |
| float |
4 字节 |
1.2E-38 到 3.4E+38 |
6 位小数 |
| double |
8 字节 |
2.3E-308 到 1.7E+308 |
15 位小数 |
| long double |
16 字节 |
3.4E-4932 到 1.1E+4932 |
19 位小数 |
头文件 float.h 定义了宏，在程序中可以使用这些值和其他有关实数二进制表示的细节。下面的实例将输出浮点类型占用的存储空间以及它的范围值：
%E 为以指数形式输出单、双精度实数。
void类型
void 类型指定没有可用的值。它通常用于以下三种情况下：
| 序号 |
类型与描述 |
| 1 |
函数返回为空 |
| 2 |
函数参数为空 |
| 3 |
指针指向 void |
运算符
运算符是一种告诉编译器执行特定的数学或逻辑操作的符号。C 语言内置了丰富的运算符，并提供了以下类型的运算符：
算术运算符
下表显示了 C 语言支持的所有算术运算符。假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20，则：
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| + |
把两个操作数相加 |
A + B 将得到 30 |
| - |
从第一个操作数中减去第二个操作数 |
A - B 将得到 -10 |
| * |
把两个操作数相乘 |
A * B 将得到 200 |
| / |
分子除以分母 |
B / A 将得到 2 |
| % |
取模运算符，整除后的余数 |
B % A 将得到 0 |
| ++ |
自增运算符，整数值增加 1 |
A++ 将得到 11 |
| -- |
自减运算符，整数值减少 1 |
A-- 将得到 9 |
关系运算符
下表显示了 C 语言支持的所有关系运算符。假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20，则：
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| == |
检查两个操作数的值是否相等，如果相等则条件为真。 |
(A == B) 不为真 |
| != |
检查两个操作数的值是否相等，如果不相等则条件为真。 |
(A != B) 为真 |
| > |
检查左操作数的值是否大于右操作数的值，如果是则条件为真。 |
(A > B) 不为真 |
| < |
检查左操作数的值是否小于右操作数的值，如果是则条件为真。 |
(A < B) 为真 |
| >= |
检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 |
(A >= B) 不为真 |
| <= |
检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。 |
(A <= B) 为真 |
逻辑运算符
下表显示了 C 语言支持的所有关系逻辑运算符。假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 0，则：
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| && |
称为逻辑与运算符。如果两个操作数都非零，则条件为真。 |
(A && B) 为假。 |
| || |
称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个非零，则条件为真。 |
(A || B) 为真。 |
| ! |
称为逻辑非运算符。用来逆转操作数的逻辑状态。如果条件为真则逻辑非运算符将使其为假。 |
!(A && B) 为真。 |
逻辑运算符&&和||存在短路运算，示例如下：
| int main() { int a=10; int b=11; int c=0; if(a==b&&c++){
} printf("%d",c); return 0; } |
或者
| int main() { int a=10; int b=10; int c=0; if(a==b||c++){
} printf("%d",c); return 0; } |
以上代码各输出c的结果是？（输出为：0）
位运算符
假设如果 A = 60，且 B = 13，现在以二进制格式表示，它们如下所示：
A = 0011 1100
B = 0000 1101
-----------------
A&B = 0000 1100
A|B = 0011 1101
A^B = 0011 0001
~A = 1100 0011
位运算符作用于二进制位，并逐位执行操作。&、 | 和 ^ 的真值表如下所示：
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| & |
按位与操作，按二进制位进行"与"运算。运算规则： 0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1; |
(A & B) 将得到 12，即为 0000 1100 |
| | |
按位或运算符，按二进制位进行"或"运算。运算规则： 0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1; |
(A | B) 将得到 61，即为 0011 1101 |
| ^ |
异或运算符，按二进制位进行"异或"运算。运算规则： 0^0=0; 0^1=1; 1^0=1; 1^1=0; |
(A ^ B) 将得到 49，即为 0011 0001 |
| ~ |
取反运算符，按二进制位进行"取反"运算。运算规则： ~1=0; ~0=1; |
(~A ) 将得到 -61，即为 1100 0011，一个有符号二进制数的补码形式。 |
| << |
二进制左移运算符。将一个运算对象的各二进制位全部左移若干位（左边的二进制位丢弃，右边补0）。 |
A << 2 将得到 240，即为 1111 0000 |
| >> |
二进制右移运算符。将一个数的各二进制位全部右移若干位，正数左补0，负数左补1，右边丢弃。 |
A >> 2 将得到 15，即为 0000 1111 |
示例代码：
| #include <stdio.h> int main() { unsigned int a = 60; /* 60 = 0011 1100 */ unsigned int b = 13; /* 13 = 0000 1101 */ int c = 0; c = a & b; /* 12 = 0000 1100 */ printf("Line 1 - c 的值是 %d\n", c ); c = a | b; /* 61 = 0011 1101 */ printf("Line 2 - c 的值是 %d\n", c ); c = a ^ b; /* 49 = 0011 0001 */ printf("Line 3 - c 的值是 %d\n", c ); c = ~a; /*-61 = 1100 0011 */ printf("Line 4 - c 的值是 %d\n", c ); c = a << 2; /* 240 = 1111 0000 */ printf("Line 5 - c 的值是 %d\n", c ); c = a >> 2; /* 15 = 0000 1111 */ printf("Line 6 - c 的值是 %d\n", c ); } |
输出结果
赋值运算符
下表列出了 C 语言支持的赋值运算符：
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| = |
简单的赋值运算符，把右边操作数的值赋给左边操作数 |
C = A + B 将把 A + B 的值赋给 C |
| += |
加且赋值运算符，把右边操作数加上左边操作数的结果赋值给左边操作数 |
C += A 相当于 C = C + A |
| -= |
减且赋值运算符，把左边操作数减去右边操作数的结果赋值给左边操作数 |
C -= A 相当于 C = C - A |
| *= |
乘且赋值运算符，把右边操作数乘以左边操作数的结果赋值给左边操作数 |
C *= A 相当于 C = C * A |
| /= |
除且赋值运算符，把左边操作数除以右边操作数的结果赋值给左边操作数 |
C /= A 相当于 C = C / A |
| %= |
求模且赋值运算符，求两个操作数的模赋值给左边操作数 |
C %= A 相当于 C = C % A |
| <<= |
左移且赋值运算符 |
C <<= 2 等同于 C = C << 2 |
| >>= |
右移且赋值运算符 |
C >>= 2 等同于 C = C >> 2 |
| &= |
按位与且赋值运算符 |
C &= 2 等同于 C = C & 2 |
| ^= |
按位异或且赋值运算符 |
C ^= 2 等同于 C = C ^ 2 |
| |= |
按位或且赋值运算符 |
C |= 2 等同于 C = C | 2 |
杂项运算符
下表列出了 C 语言支持的其他一些重要的运算符，包括 sizeof 和 ? :。
| 运算符 |
描述 |
实例 |
| sizeof() |
返回变量的大小。 |
sizeof(a) 将返回 4，其中 a 是整数。 |
| & |
返回变量的地址。 |
&a; 将给出变量的实际地址。 |
| * |
指向一个变量。 |
*a; 将指向一个变量。 |
| ? : |
条件表达式 |
如果条件为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y |
示例代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 4;
short b;
double c;
int* ptr;
/* sizeof 运算符实例 */
printf("Line 1 - 变量 a 的大小 = %lu\n", sizeof(a) );
printf("Line 2 - 变量 b 的大小 = %lu\n", sizeof(b) );
printf("Line 3 - 变量 c 的大小 = %lu\n", sizeof(c) );
/* & 和 * 运算符实例 */
ptr = &a; /* 'ptr' 现在包含 'a' 的地址 */
printf("a 的值是 %d\n", a);
printf("*ptr 是 %d\n", *ptr);
/* 三元运算符实例 */
a = 10;
b = (a == 1) ? 20: 30;
printf( "b 的值是 %d\n", b );
b = (a == 10) ? 20: 30;
printf( "b 的值是 %d\n", b );
}
输出结果：
运算符优先级
运算符的优先级确定表达式中项的组合。这会影响到一个表达式如何计算。某些运算符比其他运算符有更高的优先级，例如，乘除运算符具有比加减运算符更高的优先级。
例如 x = 7 + 3 * 2，在这里，x 被赋值为 13，而不是 20，因为运算符 * 具有比 + 更高的优先级，所以首先计算乘法 3*2，然后再加上 7。
下表将按运算符优先级从高到低列出各个运算符，具有较高优先级的运算符出现在表格的上面，具有较低优先级的运算符出现在表格的下面。在表达式中，较高优先级的运算符会优先被计算。
| 类别 |
运算符 |
结合性 |
| 后缀 |
() [] -> . ++ - - |
从左到右 |
| 一元 |
+ - ! ~ ++ - - (type)* & sizeof |
从右到左 |
| 乘除 |
* / % |
从左到右 |
| 加减 |
+ - |
从左到右 |
| 移位 |
<< >> |
从左到右 |
| 关系 |
< <= > >= |
从左到右 |
| 相等 |
== != |
从左到右 |
| 位与 AND |
& |
从左到右 |
| 位异或 XOR |
^ |
从左到右 |
| 位或 OR |
| |
从左到右 |
| 逻辑与 AND |
&& |
从左到右 |
| 逻辑或 OR |
|| |
从左到右 |
| 条件 |
?: |
从右到左 |
| 赋值 |
= += -= *= /= %=>>= <<= &= ^= |= |
从右到左 |
| 逗号 |
, |
从左到右 |