C语言编程之旅--3基本数据类型

我就是砖家

千里之提，溃于蚁穴；百尺之室，以突隙之烟焚。

本节目标

看完本节可以：

• 掌握C语言基本数据类型的使用：整数和浮点数；
  
• 掌握C语言标准输入的基本用法和标准输出的进阶用法；
  
• 掌握C变量声明语句和赋值语句；
  
• 理解代码编码风格；
  

本节主要是进一步完成『命令行贪吃蛇』选择页面到游戏页面的过渡，会在选择页面等待用户的选择。具体用户选择或者输入是什么不做判断，待后面章节进行完善。



源码解析

本节代码在名称为3.1的控制台程序工程中，源码在2.1工程的基础上继续完善游戏选项。



声明语句

在源码第33行处有如下形式的代码：
int select;这是声明语句基本结构。它的作用是告诉程序，需要声明一个变量select用于存储数据，int表明变量存储数据类型，也被称为变量类型。int是英文integer的缩写，表示整数的意思。因此，变量select可以存储0, 1, 2 ...这样的正整数，也可以存储-1, -2, -3 ...这样的负整数。
值得注意的是，生活中的整数是没有边界的，但程序中的变量存储数据是存在边界。就像用桶装水，不管桶还是小桶总会存在容量上限，这些将会在变量类型小节中进行介绍。
赋值语句

变量select表示的意思是它存储的值可以发生改变。若需要改变select的值，就需要像第34行处：
select = 1;这是赋值语句基本结构。它的作用是告诉程序，需要将select赋值为整数1。在这条语句执行后，select中存放的值为1。
需要知道的是，声明和赋值语句可以合并为一条，可以使得代码更简练：
int select = 1;基本输入

代码第36行调用了一个新函数：
getchar();当程序执行到此处时，会一直等待用户输入后才能继续执行。此处没有处理函数返回值，后面才会真正将其利用起来。
高级输出

代码第37行调用了标准输出函数：
printf("\n默认的选择是%d，指定游戏难度为简单！\n", select);当程序执行到此处时，屏幕中显示为「默认的选择是1，指定游戏难度为简单！」。前面讲过，字符串中转义字符\n会让光标换行，而%d被替换为1是因为select存储的值为1。此处的%d被称为printf函数的格式控制符。
当程序在解析字符串时，遇到%d的地方就会从后面参数列表中读取一个变量存储的值并替换%d的位置。
需要注意格式控制符需要与变量一一对应，可以试着多声明两个变量：
int v1 = 5;
int v2 = 9;
printf("v1=%d, v2=%d\n", v1, v2);当程序执行完会输出「v1=5, v2=9」。字符串中有两个格式控制符%d，第一个对应v1，而第二个对应v2。除了位置和数量有匹配关系，变量类型与格式控制符也需要匹配，比如此处变量类型为int，匹配的格式控制符%d。当出现类型不匹配时，屏幕会出现异常值。更多变量类型和格式控制符可以参考补充表格。
扩展说明

若没有计算机组成相关的预备知识，这一部分会比较困难，若实在看不懂别着急跳过，可以暂时留一个印象。毕竟C语言的作者就是用它来操作硬件的，这也是这门语言最大的强势点。
变量类型

最基本类型只有char和int，而short、long、long long都是修饰int类型的长度的，一般修饰符可以省略就产生非常多的变量类型。程序所有数据都是存储在内存中的。而内存就像一个一个大小一致的房间，每个房间可以存放或读取1字节的数据，都有独立的编号。

补充说明：1字节等于8比特，比特是硬件电路的知识。1比特可以存储0或1两种状态，8比特就可以存储2^8=256种状态。对应的二进制表示0000 0000 ~ 1111 1111，十六进制表示00~FF。

因为1字节可以存放的数据大小有限0~255，当需要存放更大的数据就很麻烦。就像单个房间只能放一张床，将多个房间拼在一起做一个套三，就可以放下三张床。同理，int就表示这是一个套四的房子，可以存储4字节的数据，那范围扩展到了[-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647]。
因为直接使用房间编号很麻烦，因此就用套房的方式重新包装。因此变量名其实本质就是代表一块4字节的内存，对变量的赋值即对内存的赋值。



char就表示套一的房子，可以存储1字节的数据，范围为[-128 ~ 127]。为了更高效的利用内存，就产生了修饰int整数的扩展变量类型。short表示套二的房子，可以存储2字节的数据。long可以存储4字节，long long是别墅级的，可以存储8字节。其中int可能会因平台的不同而改变，就像房产开发商一般，标准不一样能存储的数据大小会变化。
简单探测各类型数据占用字节数，可以使用内置函数sizeof获得，它返回的数是long long型需要使用%lld与它匹配：
printf("char占用字节数：%lld\n", sizeof(char));
printf("int占用字节数：%lld\n", sizeof(int));
printf("long long int占用字节数：%lld\n", sizeof(long long int));
​
/*
执行结果：
char占用字节数：1
int占用字节数：4
long long int占用字节数：8
*/字符类型

char类型的变量在C语言还有一个作用是可以存储单个字符，比如字符A。字符编码比较通用的为「ASCII码」，它使用整数来表示字符，比如字符A对应的ASCII码为65。字符输出通过使用%c来完成：
char v1 = 'A';
char v2 = 65;
printf("字符赋值v1为：%c\n", v1);
printf("字符赋值v2为：%c\n", v2);
​
/*
执行结果：
字符赋值v1为：A
字符赋值v2为：A
*/细心的读者会发现ASCII码只有英文字母，那中文怎么表达式的呢？其实中文字符是通过其他编码来实现的，比如常见的UTF-8、GB2812、GB28181等，整个编码标准非常复杂，这里暂时不详细讨论。
符号修饰

基础变量类型可以指定符号修饰unsigned和signed，前者修饰的类型就是无符号类型，后者为有符号类型。若没有显示指定的变量类型都是signed，因此int与signed int都是等价的。
与整数扩展不同的是，符号修饰并不能改变变量存储数据的占用空间，而是改变取值范围。比如：char类型变量取值范围为-128~127，而unsigned char类型变量取值范围为0~255。
unsigned char和signed char两种类型的变量，在0~127范围内的数用二进制表示都是一致的。比如：127都对应二进制0111 111。而二进制1111 1111对应的无符号类型变量值为255，有符号类型值为-1。可以通过简单的测试观察到两种符号修饰的不同：
char v1 = -1;
unsigned char v2 = -1;
printf("两者赋值为-1后\n");
printf("有符号char值为：%d\n", v1);
printf("无符号char值为：%u\n", v2);
v1 = 255;
v2 = 255;
printf("两者赋值为255后\n");
printf("有符号char值为：%d\n", v1);
printf("无符号char值为：%u\n", v2);
​
/*
执行结果：
两者赋值为-1后
有符号char值为：-1
无符号char值为：255
两者赋值为255后
有符号char值为：-1
无符号char值为：255
*/值得注意的是，赋值语句右侧值（也被称为右值）-1和255在程序中都是以二进制表示的。第一次赋值-1后，能看到无符号char对应变量值为255。因此，当变量赋值超过边界时，就会发生溢出的情况。第二次赋值255后，能看到有符号char对应变量值为-1，也发生溢出的情况。
非正常溢出情况需要在实际编程中避免，它会给程序逻辑带来致命的影响。因此，在声明变量前需要根据变量取值范围来选用合适的变量类型。对初学者存储整数，int的范围基本够用，一般不用特别考虑。

补充说明：硬件电路存储数据本身不区分数据符号，而要表示整数的负数部分就需要新的方式来表达。而二进制补码的引入就可以表达有符号型的整数，其中最高位为符号位，正数不变，负数为其正数的补码。比如：5的8位二进制表示为0000 0101，其补码为1111 1011，即所有为取反再加1，这就是-5的二进制表示。可能有人会问「为什么要用补码，直接正数最高位置1表示负数不行吗？」可以但比较麻烦。在实现整数减法时，就是将减数取补码与被减数相加即为结果。而减法又可以看做正数与负数相加，因此使用补码正好满足这些特性。

编码风格

C语言对代码格式要求比较宽松，可以将语句分散到多行中。比如下列语句：
int
     select2
= 9;
  select2    =
5;声明语句分散在1~3行，赋值语句分散在4~5行，分隔符空格的使用比较随意。虽然这样写编译一切都正常，但阅读起来非常困难，很不利于代码的交流。因此，为保持代码清晰的结构，编码风格需要保持一致。
语义明确的语句尽量写在一行中，并且不同逻辑代码段之间推荐使用空行分割，这样的代码更易阅读。比如：3.1工程源码第24和31行的空行，就很容易找到「打印游戏选项」代码段，不用理解26~30行代码也清楚代码逻辑。当然，这个示例比较简单，当有复杂逻辑时这种风格将会有非常重要的作用。
补充表格

基础类型表

表格中signed均被省略，short int均简写为short。

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
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
long long	8 字节	-(2^63) 到 (2^63)-1
unsigned long long	8 字节	0 到 18,446,744,073,709,551,615

printf格式控制符表

格式控制符	说明
%c	输出一个单一的字符
%hd、%d、%ld、%lld	以十进制、有符号的形式输出 short、int、long 、long long类型的整数
%hu、%u、%lu、%llu	以十进制、无符号的形式输出 short、int、long 、long long类型的整数
%ho、%o、%lo、%llo	以八进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long、long long 类型的整数
%#ho、%#o、%#lo、%#llo	以八进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 、long long类型的整数
%hx、%x、%lx 、%llx、%hX、%X、%lX、%llX	以十六进制、不带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 、long long类型的整数。如果 x 小写，那么输出的十六进制数字也小写；如果 X 大写，那么输出的十六进制数字也大写。
%#hx、%#x、%#lx 、%#llx、%#hX、%#X、%#lX、%#llX	以十六进制、带前缀、无符号的形式输出 short、int、long 、long long类型的整数。如果 x 小写，那么输出的十六进制数字和前缀都小写；如果 X 大写，那么输出的十六进制数字和前缀都大写。
%f、%lf	以十进制的形式输出 float、double 类型的小数
%e、%le %E、%lE	以指数的形式输出 float、double 类型的小数。如果 e 小写，那么输出结果中的 e 也小写；如果 E 大写，那么输出结果中的 E 也大写。
%g、%lg %G、%lG	以十进制和指数中较短的形式输出 float、double 类型的小数，并且小数部分的最后不会添加多余的 0。如果 g 小写，那么当以指数形式输出时 e 也小写；如果 G 大写，那么当以指数形式输出时 E 也大写。
%s	输出一个字符串

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