3.1 常量與變量

編寫程序時已經確定且在程序運行過程中不會修改的值，稱為常量。編寫程序時尚未確定且在程序運行過程中可以改變的值，稱為變量。

3.1.1 變量定義

C 語言規定，每個變量在使用前必須先定義。從程序員角度來看，變量定義是說明程序中有哪些值尚未確定，這些值是什么類型的，可以對它們執行哪些操作。變量就是這些沒有確定的值的代號，從計算機的角度來看，由于程序中有某些值尚未確定，在程序運行的過程中，這些值會被確定。當這些值被確定時必須有一個地方保存它們，變量定義就是為這些變量準備好存儲空間。那么必須為每個變量準備多少空間呢？這取決于變量的類型。因此，C語言的變量定義有如下格式

該語句定義了n個指定類型的變量。例如

定義了兩個整型變量num1和num2，而

定義了一個實型變量area。其中，int和double就是類型名。

變量有3個重要屬性：名稱、值和類型。為了理解三者之間的關系，可以將變量想象成一個外面貼有標簽的盒子。變量的名字寫在標簽上，以區分不同的盒子。若有3個盒子（即變量），可通過名字來指定其中之一。變量的值對應于盒子內裝的東西，盒子標簽上的名稱從不改變，但盒子中的內容是可變的。一旦把新的內容放入盒子，原來的內容就不見了。變量類型表明該盒子中可存放什么類型的東西。

定義變量時的一項重要工作是為變量取一個名字。變量名，以及后面提到的常量名和函數名，統稱為標識符。標識符由一組字符組成，C語言中標識符的構成遵循以下規則。

（1）標識符必須以字母或下劃線開頭。

（2）標識符中的其他字符必須是字母、數字或下劃線，不得使用空格和其他特殊符號。

（3）標識符不可以是系統的保留字，如 int、double、for、return 等，保留字在 C 語言中有特殊用途。

（4）C 語言中，標識符是區分大小寫的，即變量名中出現的大寫和小寫字母被看作是不同的字符，因此ABC、Abc和abc是3個不同的標識符。

（5）C語言沒有規定標識符的長度，但各個編譯器都有自己的規定。

（6）標識符應使讀者易于明白其作用，做到“見名知意”，一目了然。

例3.1 指出下列哪些是C語言中合法的變量名。

（1）x

（2）formulal

（3）average_rainfall

（4）%correct

（5）short

（6）tiny

（7）total output

（8）aReasonablyLongVariableName

（9）12MonthTotal

（10）marginal-cost

（11）b4hand

（12）_stk_depth

這些符號的情況如表3-1所示。

在 C 語言中，要求所有的變量在使用前都要先定義。變量定義一方面能保證有地方保存變量值，另一方面能保證變量的正確使用。例如，C 語言中的取模運算（%）只能用于整型數，如果對非整型變量進行取模運算就是一個錯誤。有了變量定義，編譯器能檢查出這個錯誤。

變量定義可以放在函數體的開始處，或放在一個程序塊（即復合語句）的開始處。所謂的程序塊就是用花括號括起來的一組語句。

在 C 語言中，變量定義只是給變量分配相應的存儲空間。我們有時還需要在定義變量時對一些變量設置初值。C 語言允許在定義變量的同時給變量賦初值，給變量賦初值可以在變量名后用‘=’指定初值

例如

定義了一個整型變量count，并賦初值0，即為變量count分配內存空間，并將0存儲在這個空間中

定義了一個單精度變量value，并賦初值3.4。

可以給被定義的變量中的一部分變量賦初值。例如

定義了3個整型變量，前兩個賦了初值，最后一個沒有賦初值。

若定義一個變量時沒有為其賦初值，然后就直接引用這個變量是很危險的，因為此時變量的值為一個隨機值。給變量賦初值是良好的程序設計風格。

3.1.2 數據類型

數據類型

C 語言處理的每一個數據都必須指明類型，一個數據類型就是編譯器事先做好的一個工具。數據類型有兩個特征：該類型的數據在內存中是如何表示的，對于這類數據允許執行哪些運算。在定義變量時，C 語言根據變量類型在內存中分配所需要的空間。在應用變量時，C 語言根據變量類型解釋內存中比特串的含義，確定所執行的運算的合法性，并按照事先設計好的程序完成相應的操作。如程序中出現了表達式3+5，編譯器首先確定3和5是C語言支持的整型數，加法是整型數合法的運算，于是編譯器就調用事先寫好的實現整數加法的程序完成運算3+5。

每種程序設計語言都有自己預先定義好的一些類型，這些類型稱為基本類型或內置類型。C 語言可以處理的基本數據類型如圖3-1所示。

1.整型

整型

整型是處理整數的工具，一個整型變量中可以存放一個整數。整型數是一個整數，但整型數和整數并不完全相同。數學中的整數可以有無窮個，但計算機中的整型數是有窮的。整型數的范圍取決于整型數占用的內存空間的大小。

整型數可以執行算術運算和比較運算，C 語言編譯器已經包含了如何實現這些運算的代碼。這些運算的含義與數學中完全相同。整型數還可以通過 scanf和printf函數輸入/輸出。

根據占用空間的長度，C 語言中將整型分為標準整型、長整型和短整型，它們都可用于處理正整數或負整數，只是占用空間大小不同，可表示的數值范圍不同。顧名思義，長整型表示范圍最大，標準整型次之，短整型最小。在有些應用中，整數的范圍通常都是正整數（如年齡、考試分數和一些計數器）。為了充分利用變量的空間，可以將這些變量定義為“無符號”的，即不考慮負數，把所有的整數都看成是正整數。這樣就不需要存儲整數的符號，將所有位都用于存儲數據。C語言一共有6種整型類型。

C 語言沒有規定各類整型數所占的內存字節數，每種類型的數值占多少字節是由編譯器決定的。在VS2010中各類型所占的字節數和表示范圍如表3-2所示。

類型名中的方括號內的部分是可以省略的。例如，short int與short是等價的。要定義一個短整型數shortnum，可用

或

要定義一個計數器，可用

或

因為計數器的值一定是一個正整數。要定義一個普通的整型變量num，可用

編程時，遇到一個值未確定的整數時可以定義一個整型變量。根據可能的數值范圍選擇short、int、long或unsigned。

2.實型

實型

實型是處理實數的工具，一個實型變量中可以存放一個實數。實型數是一個實數，但實型數和實數并不完全相同。數學中實數的大小是無限制的，但計算機中的實型數大小和精度都是有限制的。實型數大小和精度取決于實型數占用的內存空間的大小。

實型數可以執行算術運算和比較運算，這些運算的含義與數學中完全相同。實型數還可以直接通過scanf和printf函數輸入/輸出。

根據占用空間的長度，C 語言將實型數分為單精度（float）和雙精度（double）。顧名思義，雙精度比單精度表示范圍大且精度高。與整型類似，C 語言并沒有規定實型數應該用多少位表示，這些都是由編譯器決定的。在VS2010中，float類型占4個字節，double類型占8個字節。float類型可保證十進制 7 到 8 位的精度，表示范圍是 10-38到 1038。double 類型的精度是十進制的 15 到16位，表示范圍是10-308到10308。

要定義兩個單精度的實型變量x、y，可用

要定義一個雙精度的實型變量z，可用

由于實型數是用有限的存儲單元組成的，所以能提供的有效數字的位數是有限的。如果一個實數的位數超過有效數字的范圍，有效位以外的數字將被舍去，這樣就會產生一些誤差。例如，將123.456789存放在float類型的變量x中，那么x中的值為123.456787，因為float只能保證7位的精度。而如果 x是 double型的變量，則它的值為123.456789，因為 double型可保證15到16位的精度。計算機不能精確表示實型數。

3.字符型

字符型

計算機除了能處理數字之外，還能處理文本信息，所有文本信息的基礎是字符。字符型是處理字符的工具。

字符在機器內部用一個編號表示。可以把所有可處理的字符寫在一個表中，然后對它們順序編號。例如，可以用整數1代表字母 A，整數2代表字母B，依次類推，在用26表示字母 Z 后，可以繼續用整數27、28、29等來表示小寫字母、數字、標點符號和其他字符。

盡管每一臺計算機可以自己規定每個字符的編碼，但這樣做會出現一些問題。當今，信息通常在不同的計算機之間共享：你可以用 U 盤將程序從一臺計算機復制到另一臺計算機，也可以讓你的計算機直接與國內或國際網上的其他計算機通信。為了使這種通信成為可能，計算機必須能夠以某種公共的語言“互相交談”，而這種公共語言最基本的要求是各類計算機有同樣的字符編碼，以免一臺機器上的字母A在另一臺機器上變成字母Z。

在早期，不同的計算機確實用不同的字符編碼。字母 A 在一臺計算機上有一種特定的表示，但在由另一個生產廠商生產的計算機上卻有完全不同的表示，甚至可用字符集也會不同。例如，一臺計算機鍵盤上可能有字符￠，而另一臺計算機則完全不能表示這個字符。

然而，隨著時間的推移，許多計算機生產廠商認識到計算機之間相互通信會帶來許多好處，于是開始采用統一的字符編碼標準。最常用的字符編碼標準是 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）字符編碼系統。ASCII編碼用8位二進制數表示一個字符。即每個字符對應一個0～255之間的整數。本書假設所用的計算機系統采用的是ASCII編碼，ASCII表請見附錄十三。

在大多數情況下，雖然知道字符在內部用什么編碼標準是很重要的，但是知道哪個數值對應于哪一特定字符并不是很有用。這個編碼對計算機用戶是透明的。當在鍵盤輸入字母 A 時，鍵盤中的硬件自動將此字符翻譯成它的 ASCII 值，即65，然后把它發送給計算機。同樣，當計算機把ASCII值65發送給顯示器時，屏幕上會出現字母A。這些工作并不需要用戶程序的介入。

盡管不需要記住每個字符的具體編碼，但 ASCII 編碼的以下兩個結構特性是值得牢記的，它們在編程中有很重要的用途。事實上，幾乎所有的編碼都符合這兩個結構特性。

? 表示數字0～9的字符的編碼是連續的。盡管不需要知道哪個編碼對應于數字字符'0'，但要知道數字'1'的編碼是比'0'的編碼大1的整數。同樣，如果'0'的編碼加9，就是字符'9'的編碼。

? 字母按字母序分成兩段：一段是大寫字母（A～Z），一段是小寫字母（a～z）。在每一段中，ASCII值是連續的。

在 C 語言中，單個字符是用數據類型 char 來表示的。按非正規的說法，數據類型 char 的值域是一組能在屏幕上顯示或能在鍵盤上輸入的符號。這些符號（包括字母、數字、標點符號、空格、回車鍵等）是所有文本數據的基本構件。要定義字符類型的變量ch，可用以下語句

變量ch在內存中占一個字節的空間，該字節中存放的是對應字符的ASCII值。

字符型的變量可以執行算術運算和比較運算，也可以調用scanf和printf函數輸入/輸出。

由于字符在內部用 ASCII 碼表示，即一個整型數，因此字符能像整數一樣參與計算，不需要特別的轉換，結果是按其 ASCII值計算的。例如，字符'A'，它在內部是用 ASCII值65表示的，在運算時被當作整數65處理。

盡管對 char 類型的值應用任何算術運算都是合法的，但在它的值域內，不是所有運算都是有意義的。例如，在程序中將'A'乘以'B'是合法的，為了得到結果，計算機取它們的內部編碼，即65和66，將它們相乘，得到4290。而這個整數作為字符毫無意義，事實上，它超出了 ASCII 字符的范圍。當對字符進行運算時，僅有少量的算術運算是有意義的。下面列舉了幾種有意義的運算。

? 對一個字符加上一個整數。如果 c 是一個字符，n 是一個整數，表達式 c+n 表示編碼序列中 c 后面的第 n 個字符。例如，如果 n 在0～9之間，表達式'0'+n 得到的是第 n 個數字的字符編碼，如'0'+5是字符'5'的編碼。同樣，如果 n 在1～26之間，'A'+n?1表示字母表中第 n 個大寫字母的字符編碼。'A'+1是字母B的編碼，'A'+2是字母C的編碼。

? 從一個字符中減去一個整數。表達式 c?n 表示編碼序列中 c 前面的第 n 個字符。例如，表達式'Z'?2的結果是字符'X'的編碼。

? 從一個字符中減去另一個字符。如果c1和c2都是字符，那么表達式c1? c2表示兩個字符在編碼序列中的距離。例如，'g'-'f'的值為1。

比較兩個字符的值是常用的運算。比較字符是比較它們的 ASCII 值，經常用來確定字母的次序。例如，如果在ASCII表中c1在c2前面，表達式c1< c2的值為"真"。

由于字符型變量中存儲的是字符的內碼，是一個整數，所以早期的 C 語言程序員經常把字符型當作整型來用以節省內存空間。如果看成有符號數，則用 char 定義。如果看成無符號數，則用unsigned char 定義。但現在的計算機系統已不在乎多用幾個字節，所以不要用 char 類型的變量保存整型數，以免影響程序的可讀性。

4.類型或變量占用的空間量

在 C 語言中，每種類型的變量在內存中占用的內存量隨編譯器的不同而有所不同。占用的空間量決定了變量的取值范圍。需要知道某種類型的變量占用多少字節，可以使用 sizeof運算符。例如，需要了解 int 型的變量占用了多少字節，可用 sizeof(int)；需要了解 float 類型的變量占用多少空間，可以用 sizeof(float)。sizeof 還可用于表達式。例如，需要知道表達式'a'+15的結果值占多少空間，可以用 sizeof('a'+ 15); 需要知道變量 x占用多少空間，可用 sizeof(x)。代碼清單3-1輸出了各種類型占用的內存字節數。

代碼清單3-1 了解各種類型的數值占用的內存量

在VS2010中執行這個程序，得到的輸出結果為

3.1.3 常量與符號常量

常量通常分為整型常量、實型常量、字符常量、字符串常量和符號常量。

1.整型常量

整型常量有3種表示方法：十進制、十六進制和八進制。

十進制數與平時采用的十進制表示是一樣的，如123、756、-18等，系統按照數值的大小自動將其表示成int或long int。在int表示范圍內的整數常量被作為int類型，超出int類型的整數常量被作為 long 類型。如果需要計算機把一個整數強制看成是長整型時，可以在這個整數后面加一個"l"或"L"，如100L 表示把這個100看成是長整型。在 VS2010中，int 和 long 類型占用的字節數是相同的，所以所有的整型常量都被看成是int類型。

八進制數的每一位可以是0到7之間的一個數值，所以很難判斷一個數是八進制還是十進制。如123既是一個合法的十進制數也是一個合法的八進制數。為了區分一個數到底是八進制還是十進制，C 語言規定八進制常量必須以0開頭。在數學中，0123通常就被寫為123。但在 C 語言中， 0123和123是不同的，0123表示八進制數123，它對應的十進制值為

1×82+2×81+3×80=83

十六進制的每一位的值是0～9和 A～F 之間的一個值，A 代表十進制的10，B 代表十進制的11，……，F 代表十進制的15。如果一個十六進制數中沒有字母，則很難判斷這個數是十進制還是十六進制，如123既是一個合法的十進制數也是一個合法的十六進制數。為了區分一個數到底是十六進制還是十進制，C 語言規定十六進制數必須以0x 開頭。如0x123表示十六進制的123，它對應的十進制值為

1×162+2×161+3×160=291

例3.2 下列哪些常量為 C 語言中合法的整型常量：①42；②1,000,000；③-17；④ 123456789；⑤20；⑥23L；⑦5.6；⑧1A23；⑨018。

這些值的情況如表3-3所示。

2.實型常量

實型常量有兩種表示方法：十進制小數形式和科學計數法。十進制小數與日常表示相同，由數字和小數點組成，如：123.4，0.0，0.123。科學計數法把實型常量用"尾數×10指數"的方式表示，但程序設計語言中不能表示上標。因此，用了一種替代的方法：“尾數 e 指數”，或“尾數 E 指數”，如123×103可寫成123e3或123E3。

注意

字母 e 或 E 之前必須有數字，而 e 后面必須是整數，不能有小數。例如，e3、1e3.3、e等都是非法的科學計數法表示。即使實型數是10的冪，如105，也不能表示成e5，而要表示成1e5。因為表示成e5就產生了二義性，編譯器無法確定它是一個實型數還是一個變量名。

C 語言程序中的實型常量都被作為 double 型處理。如果要將一個實型常量作為 float 類型的數據，可在數值后面加上字母F。例如，1.23f或1.2e3F。

例3.3 下列哪些常量為 C 語言中合法實型常量：①-2.3；②1,000,000；③0.000001；④1.1E+11；⑤3.1415926；⑥1.1X+11；⑦5.6；⑧2.4e-2；⑨2.2E2.2。

這些值的情況如表3-4所示。

3.字符常量

C 語言的字符常量是用單引號括起來的一個字符。例如，'a'、'D'、'1'、'?'等都是字符常量，這些字符被稱為可打印字符，因為它們都出現在鍵盤上，也可以顯示在顯示器上或用打印機打印出來。例如，在定義了變量ch后，可用

將字符'A'存放在變量 ch 中。此時 ch 對應的這個字節中存儲了十進制值65，這是大寫字母 A 的ASCII值。

由于字符類型變量對應的內存中存放的是字符的編碼，C 語言允許直接將編碼賦給字符類型的變量。如要將'A'賦給變量ch，可以直接用ch=65。

盡管 C 語言允許將一個字符的內碼賦給一個字符型的變量，但盡量不要這樣使用，這將會影響程序的可移植性。如果你的計算機采用ASCII編碼，則程序中的ch='A'和ch=65是等價的。但如果要將此程序移植到另外一臺計算機上運行，則ch=65可能導致不正確的執行結果。因為程序的本意是將字符'A'存于變量ch，而在這臺計算機上65不一定是字符“A”的內碼。

ASCII 編碼的長度為8個比特，可以編碼256個字符。但可打印字符通常只有100個左右。多余的編碼通常被計算機用作控制字符，代表某一動作。例如，讓光標移到下一行的行首。這些字符無法通過鍵盤輸入，因此也被稱為“非打印字符”。為了輸入和表示這些字符，C 語言采用了一個稱為轉義序列（escape sequence）的方式，用一系列可打印的字符來表示一個非打印字符。每個轉義序列以字符“\”開頭。字符“\”被稱為轉義字符。表3-5列出了一些預定義的轉義序列。

在編譯時，每個序列被轉換為一個 ASCII 編碼。這些特殊字符的編碼可見 ASCII 表。例如，換行符的 ASCII 編碼為10。雖然每個轉義序列由幾個字符組成，但它表示的是一個字符，可以括在一對單引號中，也可以存放在一個字符類型的變量中。如ch是字符類型的變量

它是合法的。執行了這個語句后，變量 ch 中保存的是換行符的內碼。如果計算機采用 ASCII 編碼，ch保存的值是10。

轉義序列也可以直接用printf函數輸出，如

將顯示器上的光標移到下一行的第一列。

當編譯器看見反斜杠字符時，會認為是轉義序列開始了。如果要表示反斜杠本身，必須在一對單引號中用兩個連續的反斜杠，如'\\'。同樣，當單引號被用作字符常量時，必須在前面加上一個反斜杠"\"。轉義序列也可以出現在字符串常量中。例如

輸出兩行

ASCII 表中的許多特殊字符沒有明確的轉義序列，在程序中可以直接使用它們的內部編碼。在使用時，可用轉義字符'\'后接該字符內碼的八進制表示。例如，字符常量'\177'表示ASCII值為八進制數177對應的字符，這個字符對應于 Delete 鍵的編碼。在數值上，八進制值177對應于十進制整數127（即1×64+7×8+7=127）。

實際上，ASCII 編碼系統中的許多特殊字符在編程時很少使用。對大多數程序設計應用而言，只需要知道換行（'\n'）、tab（'\t'）等有限的幾個就夠了。

例3.4 以下哪些是合法的字符常量：'a'，"ab"，'ab'，'\n'，'0123'，'\0123'，"m"

合法的字符常量必須是用單引號括起來的一個字符，所以"ab"和"m"是錯的，因為它們是用雙引號括起來的。合法的字符常量只能是一個字符，所以'ab'和'0123'是錯的。'\n'和'\0123'雖然也有多個字符，但它們是一個轉義序列。'\n'表示的是換行字符，'\0123'表示的是編碼的八進制值為123的字符，所以也是正確的。正確的字符常量有'a'、'\n'、和'\0123'。

4.字符串常量

由一系列字符組成的序列稱為字符串。如

中的"hello, world\nhello, everyone\n"就是一個字符串常量。C 語言的字符串常量是用一對雙引號括起來的。C語言沒有專門的字符串類型，如何保存字符串變量將在第7章討論。

由于雙引號是作為字符串開始和結束標記的，因此，當雙引號作為字符串的一部分時，必須寫成轉義序列。例如，語句

中的第二、三個雙引號是字符串的一部分，不是字符串開始或結束標記。該語句的輸出為

注意

請注意區分字符常量和字符串常量。字符常量用單引號引起來，單引號內只能放一個字符。字符串常量是用雙引號引起來的，雙引號內可以放一串字符。特別要注意轉義序列，盡管由多個字符組成，但它表示的是一個字符，所以也是用單引號引起來的。字符常量可以存放在一個字符類型的變量中，但字符類型的變量不能存放字符串。

5.符號常量

符號常量

對于程序中一些有特殊意義的常量，可以給它們取一個有意義的名字，便于讀程序的程序員知道該常量的意義。有名字的常量稱為符號常量，定義符號常量采用編譯預處理指令#define。定義的格式為

如在程序中要為π取一個名字，可用以下定義

一旦定義了符號常量，就可以在程序中使用它。例如程序中需要計算圓的面積，則可用表達式

C 語言定義的符號常量也稱為“宏”。C 語言的預編譯器執行 define 指令時用指令中的“字符串”替換程序中所有的符號常量名。例如，對于上述定義，經過預編譯后程序中的

被轉換成

由于預編譯器處理 define 指令時采用簡單的替換，因此可能出現一些與程序員預期不符的結果，使用時必須注意。例如

程序中有語句

程序員期望的是計算一個半徑為8的圓的面積，即結果是201.06。但很遺憾，結果是30.25。為什么會這樣？因為C語言對“宏”的處理只是簡單的替換。對上述語句，經過替換后的結果是

符號常量名的命名規范與變量相同，但通常變量名是用小寫字母或大小寫字母組成，而符號常量名通常全用大寫字母。

把有意義的常量定義成符號常量是一種良好的程序設計習慣。畢竟對我們而言，有意義的符號比抽象的數字更容易理解。例如，看到 PI 比3.1416更容易聯想到 π。另外，定義符號常量也有利于將來程序的修改，如有一個專門處理圓的程序，其中一定會有多處用到 π，如果編程時 π 的值是用3.14，但后來發現3位精度太低，希望用3.1415926。如果 π 的值在程序中出現10次，就需要修改10個地方。但如果把 π 定義成一個符號常量 PI，程序中的 π 值都用符號常量 PI 代替，則修改時只需要修改一個地方，即符號常量定義處。