【C语言程序设计学习】一、C语法基础
一、 概述
数据是C语言程序操作的基本对象，在C语言中，按被定义变量的性质、表示形式、占据存储空间的多少、构造特点可把数据划分为基本数据类型、构造数据类型、指针类型和空类型，如图所示：
二、标识符
在C语言中，所谓标识符，是指用来标识程序中用到的变量名、函数名、类型名、数组名、文件名及符号常量名等的有效字符序列。标识符的命名规则是：
- 组成：由字母、数字及下划线组成；
- 开头：不能以数字开头，第一个字符必须是字母或下划线；
- 不能是关键字。
三、关键字
在c语言中，具有特别意义的字符串称为关键字，也称保留字。
四、常量和变量
C程序的数据中，按其值是否可改变分为常量和变量。在程序执行过程中，其值不发生改变的量称为常量，其值可变的量称为变量。
1.常量
常量可分为直接常量和符号常量两种。
- 直接常量又包括整型常量、实型（浮点型）常量和字符常量。
- 符号常量是用标识符来表示一个常量。符号常量在使用之前必须先定义，其一般形式为：
#define PI 3.1415926其含义是以标识符PI来代表数据3.1415926。宏定义命令之后，程序中用到的3.1415926的地方都可以用标识符PI来替代。
宏定义可以增强程序的可维护性。例如，当需要修改某一常量时，只需要修改定义中的常量值即可。
习惯上符号常量的标识符用大写字母表示。
2.变量
每个变量都有一个名字，这个名字称为变量名。变量名必须是合法的标识符，它代表了某个存储空间及其所存储的数据。这个空间所存储的数据称为该变量的值。
（1）变量的定义
变量在使用之前必须先定义，定义变量的一般格式为：
类型说明符 变量名;例如，定义一个整型变量a
int a;定义变量时，应注意下面4点：
- 允许在一个类型说明符后定义多个相同类型的变量，各变量名之间用逗号隔开，具体格式为：
类型说明符 变量名1,变量名2,变量名3,......- 类型说明符与变量名之间至少有一个空格；
- 最后一个变量名之后必须以;结尾
- 变量定义必须放在变量使用之前，一般放在函数体的开始部分。
（2）变量的赋值
在定义变量的时候，可以同时给变量赋初始值，这种形式也成为变量的初始化。例如，定义一个整型变量a,并为其赋值0
int a = 0;也可以先定义变量，再对变量赋值。
int a;
a = 0;五、基本数据类型
1.整型
（1）整型常量
整型常量的表示形式如下：
- 十进制整数：如18，-175
- 八进制整数：以0开头，用0~7这8个数字组合表达。例如：0154
- 十六进制数：以0x或0X开头，用0~9这10个数字及字母A~F组合表达。例如：0x15F
【注意】
-
默认整型常量为int类型
-
在常量后面加上字符L（l）和U（u）进行修饰，L表示该常量为长整型，U表示该常量为无符号整型。例如：12567895468L、500U等。
(2)整型变量
整型变量可分为有符号整型和无符号整型两大类。
有符号整型指的是所存储的数值可以带正负号，所以需要一个符号位。
无符号整型指的是数值只有整数。
【注意】默认情况下，C程序的整型表里是有符号的，若要使用无符号整型，需要用关键字unsigned声明。
为了适应不同的应用场合，C程序中可以定义多种整数类型，其长度各不相同。其中，最常用的是有符号整型（用关键字int表示）长度为32位（4个字节）。此外，还有长整型（用关键字long表示）和短整型（用关键字short表示）。
编写程序时，除可以指明变量是长整型或短整型，有符号整型或无符号整型，还可以把说明符组合起来。因此，整型变量可以分为有符号基本整型、无符号基本整型、有符号短整型、无符号短整型、有符号长整型和无符号长整型这6种。各类型的关键字和取值范围如表所示。
【数据溢出】
在c程序中，在C程序中，各种整型变量都有其特定的表示范围，当一个数据超出了其类型所能表示的范围时，称为数据溢出。
【案例3.1】
#include <stdio.h>
int main(){
short a,b;
a = 32757;
b = a+1;
printf("a=%d,b=%d",a,b);
return 0;
}【运行结果】 程序运行结果如图所示。
【程序说明】 这里定义的变量a和b是有符号短整型，其取值范围为−32768～32767，所以当a的值加1变成了32768后就会发生“溢出”。但程序运行时并不报错，它好像汽车里程表一样，达到最大值以后，又从最小值开始计数。所以32767加1后得到的结果不是32768，而是−32768。
2.浮点型
浮点型数据也称为实型数据，是带有小数点或指数符号的数值数据，包括浮点型常量和浮点型变量两类。
（1）浮点型常量
浮点型常量的表示只采用十进制形式，包括直接十进制形式和指数形式两类。 （
1）直接十进制形式，如0.0013、−1482.5。
2）指数形式，通常用来表示一些比较大或者比较小的数值，格式为 实数部分+字母E或e+正负号+整数部分 其中字母E或e表示十次方，正负号表示指数部分的符号，整数部分为幂的大小。字母E或e之前必须有数字（实数部分），之后的数字必须为整数。例如，0.0013可表示为1.3e−3，−1482.5可表示为−1.4825e3。
（2）浮点型变量
根据其精度不同，浮点型变量可以分为单精度类型、双精度类型和长双精度类型。
1）单精度类型使用关键字float来定义变量，它在内存中占4个字节，提供6位有效数字，取值范围为−3.4×1038～−1.2×10−38、0和1.2×10−38～3.4×1038。
【例3-1-2】 单精度型数据的有效位。
#include <stdio.h>
int main()
{
float f; /*定义单精度型变量f*/
f=1234567.95789; /*将值1234567.95789赋给变量f*/
printf(“f=%f\n”,f); /*输出变量f的值*/
return 0; /*函数返回值0*/
}
【运行结果】 程序运行结果如图所示。
2）双精度类型使用关键字double来定义变量，它在内存中占8个字节，提供15位有效数字，取值范围为−1.7×10308～−2.3×10−308、0和2.3×10−308～1.7×10308。
【例3-1-3】 将例3-1-2中的变量定义为double类型。
#include <stdio.h>
int main()
{
double f; /*定义双精度型变量f*/
f=1234567.95789; /*将值1234567.95789赋给变量f*/
printf("f=%f\n",f); /*输出变量f的值*/
return 0; /*函数返回值0*/
}
3）长双精度类型使用的关键字是long double。不同的编译系统对long double型的处理方法不同。例如，Turbo C 2.0对long double型分配16个字节，而Visual C++则对long double型和double型一样处理，其有效数字位数和取值范围也与double型一致。
3.字符型
字符型数据包括字符型常量和字符型变量。
1）字符型常量 字符型常量包括字符常量、字符串常量和转义字符。
-
C程序中的字符常量必须用单撇号（单引号）括起来，且单撇号中只能是单个字符，如'A'、'a'、'8'、'&'。
-
由于字符型数据在C程序中是以ASCII码形式存储的，因此字符常量的值就是其对应的ASCII码值。例如，字符'A'的ASCII码值为65，'a'的ASCII码值为97。
2）字符串常量是一对双撇号（双引号）括起来的一个或多个字符。例如，"A"、"China"、"Welcome to beijing"等。 C程序中存储字符串常量时，系统会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，字符串常量"China"在内存中的存储形式如图所示。
3）转义字符是C程序中表示字符的一种特殊形式，它以反斜杠“\”作为标志符号，后面跟一个字符（也可以是一个八进制或十六进制数）。转义字符具有特定的含义，不同于字符原有的意义，如转义字符'\0'表示字符串结束。常用转义字符如表所示。
字符型变量用来存储单个字符，类型说明符是char。字符型变量定义的格式和书写规则都与整型变量相同。例如：
char c1,c2; /*定义字符型变量c1和c2*/
c1='a'; /*将’a’赋值给c1*/
c2='b'; /*将’b’赋值给c2*/
4. 数据类型转换
在C程序中，不同类型的数据可以混合运算，但在运算之前应先转换成同一类型。数据类型的转换有自动类型转换和强制类型转换两种方式。
1）自动类型转换
自动类型转换是由编译系统自动进行的，不需要人为干预。自动类型转换要遵循以下3个基本规则。
- 若参与运算的变量类型不同，须先转换成同一类型（自动转换），然后进行运算。
- “低级向高级转换”原则。如果运算中有几种不同类型的操作数，则统一转换为最高级的数据类型后再进行运算。数据类型的转换方向如图所示。
- 赋值运算两边的数据类型不同时，赋值号右边数据的类型将会转换为左边数据的类型。其中，浮点型值赋值给整型变量的时候，会把小数点后面的值去掉，只保留整数部分的值。
【例3-1-4】 数据类型转换的应用。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a,x; /*定义整型变量a和x*/
float b; /*定义单精度型变量b*/
double c,y; /*定义双精度型变量c和y*/
a=1; /*将1赋值给a*/
b=2.1; /*将2.1赋值给b*/
c=3.2; /*将3.2赋值给c*/
x=a+b+c; /*将a、b、c的和赋值给x*/
y=a+b+c; /*将a、b、c的和赋值给y*/
printf("x=%d,y=%f",x,y); /*输出整型变量x和单精度型变量y*/
return 0;
}
【运行结果】 程序运行结果如图所示。
【程序说明】 计算a+b+c时，先将变量a和变量b都转换成double型，然后计算，所以结果为double型。但赋值时，x为int型，故会将计算结果转换成int型赋值给x，x的值为6。
2）强制类型转换
强制类型转换也称显示类型转换，作用是将表达式的结果强制转换成类型标识符所指定的数据类型，运算格式为
(类型标识符)(表达式)类型标识符和表达式都应用圆括号括起来（单个操作数时，表达式的圆括号可以省略）。例如：
(double)a /*将a转换成double类型*/
(int)(a+b) /*将a+b的值转换成整型*/
(int)a+b /*将a转换成整型，然后与b相加*/【注意】
强制类型转换只作用于表达式的结果，并不改变各个变量本身的数据类型。
六、运算符
1.算术运算符和算术表达式
算术运算符用于各类数值运算。在C程序中，基本算术运算符有5种，即+、−、*、/、%（模运算）；正负号运算符有2种，即+（正号）和−（负号）；自增、自减运算符有2种，即++（自加）和−−（自减）。带有算术运算符的表达式称为算术表达式。 基本算术运算符是双目运算符，即要求有两个运算量，如x+y、x−y、x*y、x/y、x%y等，其优先级和数学中一样。
自增和自减运算符是在程序设计中使用频率较高的两个运算符，它们的作用是将操作数的值增1（或减1）后，重新写回该操作数所在的存储单元。
自增和自减运算符有前置和后置两种使用形式。当某一运算只包含自增或自减操作时，自增或自减运算符的前置和后置形式的作用相同。例如，如果变量i的值为3，则执行i++与++i的结果相同，运算后i的值均为4。
但是，当自增、自减运算的结果被作为操作数参与其他操作时，前置与后置的情况就有所区别了。例如，设运算前i=3，则以下4个表达式的运算结果如表所示。
2.赋值运算符和赋值表达式
C程序中，赋值也是一种运算，运算符为“=”，它的作用是将一个表达式的值赋给一个变量，如x=4。需要注意的是，赋值运算符的左边必须是一个变量。 赋值运算符的优先级低于算术运算符，结合方向是从右向左。例如，表达式x=3*4等价于x=(3*4)，表达式x=y=z等价于x=(y=z)。
大多数双目运算符都可以和赋值运算符“=”结合起来，构成一个复合的赋值运算符，如+=、−=、*=、/=、%=等。例如：
x+=10; /*等价于x=x+10;*/
y−=10; /*等价于y=y−10;*/
z*=10; /*等价于z=z*10;*/
m/=10; /*等价于m=m/10;*/
n%=10; /*等价于n=n%10;*/
【例3-1-5】 赋值运算符的应用。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a=1,b=2,c=3,d=4; /*变量初始化*/
a+=a; /*a=a+a*/
b-=c; /*b=b-c*/
c*=d; /*c=c*d*/
d/=a; /*d=d/a*/
printf(“%d,%d,%d,%d\n”,a,b,c,d); /*输出变量的值*/
return 0;
}
【运行结果】 程序运行结果如图所示。
3.位运算符和位表达式
位运算是指进行二进制位的运算，如将一个存储单元中的各二进制位左移或右移一位。位运算符包括按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、取反（~）、左移（<<）和右移（>>）6个，其中取反运算是单目运算，其余是双目运算，参与位运算的数据类型只能是整型或字符型。位运算符的功能如表所示。
|
运算符 |
功能描述 |
|
& |
按位与运算符，对操作数中相应的位进行与运算。如果相应的位都是1，结果位就是1，否则就是0 |
|
| |
按位或运算符，对操作数中相应的位进行或运算。如果两个对应的位中有一个是1，结果位就是1；如果两个位都是0，结果就是0 |
|
^ |
按位异或运算符，对操作数中相应的位进行异或运算。如果相应的位不相同，结果位就是1；如果相应的位相同，结果位就是0 |
|
～ |
按位取反运算符，用来对操作数中的位取反，即1变成0，0变成1，是一个单目运算符 |
|
>>和<< |
移位运算符，用来将一个数的各二进制位全部右移或左移若干位 |
左移运算符（<<）。左移运算用来将一个数的二进制位全部左移若干位，高位左移溢出后舍弃，右端低位补0。例如，a=a<<2，表示将a的二进制数左移2位，右端补0。若a=3，即二进制数00000011，左移2位得000001100，结果为十进制数12。
右移运算符（>>）。右移运算用来将一个数的二进制位全部右移若干位，低位右移舍弃，对无符号数，高位补0。例如，若a为无符号数，执行a=a>>2，表示将a的二进制数右移2位，左端补0。若a=3，即二进制数00000011，右移2位得00000000，结果为十进制数0。
对于有符号数，在右移时，符号位将一同移动，当为正数时，最高位补0；而为负数时，符号位为1，最高位是补0或是补1取决于编译系统，Visual C++规定为补1。
[例3-1-6】 位运算符的应用。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a=10,b=5; /*变量初始化*/
int c,d,e,f,g,h;
c=a&b; /*按位与的值赋给c*/
d=a|b; /*按位或的值赋给d*/
e= a^b; /*按位异或的值赋给e*/
f=~a; /*a按位取反后的值赋给f*/
g=a<<1; /*a左移1位后的值赋给g*/
h=a>>1; /*a右移1位后的值赋给h*/
printf("%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d\n",a,b,c,d,e,f,g,h);
return 0;
}
【运行结果】 程序运行结果如图所示。
【程序说明】 这里定义的变量是有符号基本整型，a的二进制表示为00001010，b的二进制表示为00000101，位运算过程如表所示。
a左移1位得00010100，结果为十进制数20，即g=20；a右移1位得00000101，结果为十进制数5，即h=5。 位运算符与赋值运算符也可以组成复合赋值运算符，包括&=、|=、>>=、<<=、^=。例如，a&=b相当于a=a&b，a<<=4相当于a=a<<4。
【案例分析】
本任务中涉及的变量包括三角形的边长和面积，边长的数据类型通常为浮点型，为了更精确地显示计算结果，面积的数据类型可定义为双精度型。由于计算面积时需要用到平方根的计算，须调用math.h头文件。
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
float a,b,c; /*定义三角形的3条边*/
float s; /*定义中间变量s*/
double area; /*定义面积area*/
printf("请输入三角形3条边的长度");
scanf(“%f%f%f”,&a,&b,&c); /*从键盘中输入3条边的值*/
s=(a+b+c)/2; /*求解中间变量s*/
area=sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)); /*利用公式求解三角形的面积area*/
printf(“三角形的面积为 %f\n”,area); /*输出面积area*/
return 0;
}
七、格式输入输出函数
C语言本身没有提供输入输出语句，输入和输出操作由C函数库中的函数来实现。在使用系统库函数时，要使用预编译命令“#include”，将有关的“头文件”包含进来。
1.格式输出函数printf()
其功能为将指定内容显示在屏幕。
格式：printf("格式控制",输出项列表);
（1）格式控制是用“”括起来的一个字符串，称为“转换控制字符串”。它包括格式声明和普通字符两部分：
-
格式声明：
-
其中方括号中的项为可选项。
① 标志：标志字符有“+”和“−”两种，用来指定输出数据的对齐方式。指定“+”时，输出右对齐；指定“−”时，输出左对齐；不指定标志，默认右对齐。
② 输出最小宽度：用十进制整数来表示输出的最少位数m。若实际位数多于定义的宽度，则按实际位数输出；若实际位数少于定义的宽度，则补空格或0（如果在m前有数字0，则补0）。
③ 精度：精度格式符以“.”开头，后跟十进制整数n。如果输出的是数字，精度表示小数的位数；如果输出的是字符，则表示输出字符的个数；若实际位数大于所定义的精度数，则截去超过的部分。
④ 长度：长度格式符有h和l两种，h表示按短整型输出，l表示按长整型输出。
格式字符 功能 d 以十进制形式输出带符号整数（正数不输出符号） o 以八进制形式输出无符号整数（不输出前缀0） x/X 以十六进制形式输出无符号整数（不输出前缀0x）。x表示以小写字母输出十六进制数的a-f;X表示以大写字母输出十六进制的A~F u 以十进制形式输出无符号整数 f 以小数形式输出单、双精度实数，默认输出6位小数 e/E 以指数形式输出单、双精度实数。用e，指数以e表示；用E，指数以E表示。 c 输出单个字符 s 输出字符串 * #include <stdio.h> int main(){ unsigned int a = 15; double b = 123.456; printf("a=%d\n",a); printf("a=%o\n",a);//17---8进制 printf("a=%x\n",a);//f---16进制 printf("a=%X\n",a);//f---16进制 printf("a=%u\n",a); printf("b=%f\n",b); printf("b=%e\n",b);//1.23*10的2次方 printf("%c\n",97);//a printf("%s","hello"); return 0; }#include <stdio.h> int main(){ int a = 12345; double b = 123.4567; printf("%-10d\n",a);//左对齐，剩余不足的位数用空格补全 printf("%10d\n",a);// 123456,右对齐，剩余不足的位数用空格补全 printf("%010d\n",a);//00000123456 右对齐，剩余不足的位数用0补全 printf("%.3f",b); return 0;}
-
普通字符：指需要原样输出的字符。
（2）输出项列表：可以是多个变量、常量或表达式，多个之间用逗号即可。要求格式声明和各输出项在数量和类型上一一对应。
2.格式输入函数scanf()
作用是将数据按规定的格式从键盘读入到指定变量中，格式为：
scanf("格式控制字符串"，输入项地址列表);
（1）格式控制字符串
包含格式声明和普通字符两部分。格式声明用于规定输入数据的格式，如数据的类型、长度等；普通字符是按须原样输入的字符。
格式声明的格式如下
%[m][l或h]格式字符
①长度l或h：l表示长整型或双精度数据；h表示输入短整型数据
②数据宽度m：m为十进制整数，用于指定输入数据的宽度
例如：
scanf("%4d",&a);
如果输入123456，则只读入1234，后面的5,6被舍弃。如果输入小于4位，则不影响。
对指定了宽度的格式输入，数据之间可以无分隔符，将按照各自宽度来读入，例如：
scanf("%3d%3d",&a,&b);
输入123456
则a=123，b=456
对于浮点型数据，数据宽度为数据的整体宽度，包括小数点在内，即数据宽度m=整数位数+1（小数点）+小数位数。
格式输入函数只能指定数据整体宽度，无法指定小数位数，这与格式输出函数printf()不同。
例如：
scanf("%3f%3f",&a,&b);
输入1.23.4，则a等于1.200000，b等于3.400000；
输入1234.5，则a等于123.000000，b等于4.500000；
输入1.234.5，则a等于1.200000，b等于34.0000000。
（2）输入项地址列表：
由需要输入变量的地址组成的列表。变量的地址用取地址运算符&得到。多个输入项之间用逗号隔开，要求格式声明在数量和类型上与各输入项一一对应。
-
用Scanf函数一次输入多个数值或多个字符串时，在两个数据之间可用一个或多个空格、换行符（Enter键）或Tab符作为分隔。
-
当输入的数据类型与scanf函数中的格式符指定的类型不一致时，系统认为该匹配数据结束
#include <stdio.h> int main(){ int i; char j; float k; printf("请输入一个整数、一个字符、一个小数\n"); scanf("%d%c%f",&i,&j,&k); printf("%d%c%f",i,j,k); return 0; }
-
当scanf函数输入字符时，系统将输入的空格、换行符作为有效字符
#include <stdio.h>
int main(){
char i,j,k;
printf("请输入三个字符\n");
scanf("%c%c%c",&i,&j,&k);
printf("%c%c%c",i,j,k);
return 0;
}
【案例一】用户输入两个整数，计算这两个整数的和，然后输出和
#include <stdio.h>
int main(){
/*
用户输入两个整数数字，将这两个数字的和输出到控制台
分析：
1.定义两个整型int变量用于保存用户输入的数字；定义一个保存和的变量
2.用scanf将用户输入的数字读取到对应的变量中
3让这两个数字做+运算，将和放到和变量中
4.将和输出到控制台
*/
int a,b,sum;
printf("请输入两个整数：");
scanf("%d%d",&a,&b);
sum = a+b;
printf("sum=%d",sum);
return 0;
}
【案例二】从键盘输入一个大写字母，输出该大写字母对应的小写字母
分析： 1.定义一个字符变量用于存储用户输入的字母 2.scanf将用户输入的字母读入 3.将读入的字符+32转成对应的小写字母 4.将转换后的小写字母以字符形式输出
char ch;
scanf("%c",&ch);
printf("%c",ch+32);
【案例三】用户输入圆的半径，计算出圆的周长和面积，并输出周长和面积
分析： 1.定义一个float类型变量存储用户输入的半径 2.用scanf函数将用户输入的半径读入 3.计算出圆的周长和面积 4.输出周长和面积
double radius, circumference, area;
// 输入半径
printf("请输入圆的半径：");
scanf("%lf", &radius);
// 计算周长和面积
circumference = (2 * 3.14) *radius;
area = 3.14 *radius*radius;
// 输出结果（保留两位小数）
printf("周长：%.2f\n", circumference);
printf("面积：%.2f\n", area);
五、字符输入输出函数
1.字符输出函数putchar()
该函数的功能为向显示器输出一个字符
putchar('H');//输出字符H
putchar('\n');//换行
char c = 'X';
putchar(c)//输出字符变量c;
2.字符输入函数getchar()
该函数的功能是读取从键盘输入的一个字符
char c = getchar(); putchar(c);
（1）getchar函数只能接收一个字符，输入数字也按字符处理
（2）输入多个字符时，计算机只接收第一个字符
AtomGit 是由开放原子开源基金会联合 CSDN 等生态伙伴共同推出的新一代开源与人工智能协作平台。平台坚持“开放、中立、公益”的理念，把代码托管、模型共享、数据集托管、智能体开发体验和算力服务整合在一起，为开发者提供从开发、训练到部署的一站式体验。
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