1.3 C51語言基礎

C51語言是指51單片機編程使用的C語言，它與計算機C語言大部分相同，但由于編程對象不同，故兩者個別處略有區(qū)別。本節(jié)主要介紹C51語言的基礎知識，學習時若無法理解一些知識也沒關系，在后續(xù)章節(jié)有大量的C51編程實例，在學習這些實例時再到本節(jié)查看理解有關內容。

1.3.1 常量

常量是指程序運行時其值不會變化的量。常量類型有整型常量、浮點型常量（也稱實型常量）、字符型常量和符號常量。

1. 整型常量

（1）十進制數(shù)：編程時直接寫出，如0、18、-6。

（2）八進制數(shù)：編程時在數(shù)值前加“0”表示八進制數(shù)，如“012”為八進制數(shù)，相當于十進數(shù)的“10”。

（3）十六進制數(shù)：編程時在數(shù)值前加“0x”表示十六進制數(shù)，如“0x0b”為十六進制數(shù)，相當于十進數(shù)的“11”。

2. 浮點型常量

浮點型常量又稱實數(shù)或浮點數(shù)。在C語言中可以用小數(shù)形式或指數(shù)形式來表示浮點型常量。

（1）小數(shù)形式表示：由數(shù)字和小數(shù)點組成的一種實數(shù)表示形式，例如0.123、.123、123.、0.0等都是合法的浮點型常量。小數(shù)形式表示的浮點型常量必須要有小數(shù)點。

（2）指數(shù)形式表示：這種形式類似數(shù)學中的指數(shù)形式。在數(shù)學中，浮點型常量可以用冪的形式來表示，如2.3026可以表示為0.23026×101、2.3026×100、23.026×10?1等形式。在C語言中，則以“e”或“E”后跟一個整數(shù)來表示以“10”為底數(shù)的冪數(shù)。2.3026可以表示為0.23026E1、2.3026e0、23.026e-1。C語言規(guī)定，字母e或E之前必須要有數(shù)字，且e或E后面的指數(shù)必須為整數(shù)，如e3、5e3.6、.e、e等都是非法的指數(shù)形式。在字母e或E的前后以及數(shù)字之間不得插入空格。

3. 字符型常量

字符常量是用單引號括起來的單個普通字符或轉義字符。

（1）普通字符常量：用單引號括起來的普通字符，如'b'、'xyz'、'?'等。字符常量在計算機中是以其代碼（一般采用ASCII代碼）儲存的。

（2）轉義字符常量：用單引號括起來的前面帶反斜杠的字符，如'\n'、'\xhh'等，其含義是將反斜杠后面的字符轉換成另外的含義。表1-2列出一些常用的轉義字符及含義。

表1-2　一些常用的轉義字符及含義

4. 符號常量

在C語言中，可以用一個標識符來表示一個常量，稱之為符號常量。符號常量在程序開頭定義后，在程序中可以直接調用，在程序中其值不會更改。

符號常量在使用之前必須先定義，其一般形式為：

　#define 標識符 常量

例如，在程序開頭編寫“#define PRICE 25”，就將PRICE被定義為符號常量，在程序中，PRICE就代表25。

1.3.2 變量

變量是指程序運行時其值可以改變的量。每個變量都有一個變量名，變量名必須以字母或下劃線“_”開頭。在使用變量前需要先聲明，以便程序在存儲區(qū)域為該變量留出一定的空間。例如，在程序中編寫“unsigned char num=123”，就聲明了一個無符號字符型變量num，程序會在存儲區(qū)域留出一個字節(jié)的存儲空間，將該空間命名（變量名）為num，在該空間存儲的數(shù)據（變量值）為123。

變量類型有位變量、字符型變量、整型變量和浮點型變量（也稱實型變量）。

（1）位變量（bit）：占用的存儲空間為1位，位變量的值：0或1。

（2）字符型變量（char）：占用的存儲空間為1個字節(jié)（8位），無符號字符型變量的數(shù)值范圍為0～255，有符號字符型變量的數(shù)值范圍為-128～+127。

（3）整型變量：可分為短整型變量（int或short）和長整型變量（long），短整型變量的長度（即占用的存儲空間）為2個字節(jié)，長整型變量的長度為4個字節(jié)。

（4）浮點型變量：可分為單精度浮點型變量（float）和雙精度浮點型變量（double），單精度浮點型變量的長度（即占用的存儲空間）為4個字節(jié)，雙精度浮點型變量的長度為8個字節(jié)。由于浮點型變量會占用較多的存儲空間，故單片機編程時盡量少用浮點型變量。

C51變量的類型、長度和取值范圍見表1-3。

表1-3　C51變量的類型、長度和取值范圍

1.3.3 運算符

C51的運算符可分為算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、位運算符和復合賦值運算符。

1. 算術運算符

C51的算術運算符見表1-4。在進行算術運算時，按“先乘除模，后加減，括號最優(yōu)先”的原則進行，即乘、除、模運算優(yōu)先級相同，加、減優(yōu)先級相同且最低，括號優(yōu)先級最高，在優(yōu)先級相同的運算時按先后順序進行。

表1-4　C51的算術運算符

在C51語言編程時，經常會用到加1符號“++”和減1符號“--”，這兩個符號使用比較靈活。常見的用法如下。

y=x++（先將x賦給y，再將x加1）

y=x--（先將x賦給y，再將x減1）

y=++x（先將x加1，再將x賦給y）

y=--x（先將x減1，再將x賦給y）

x=x+1可寫成x++或++x

x=x-1可寫成x--或—x

%為模運算，即相除取余數(shù)運算，如9%5結果為4。

^為乘冪運算，如2^3表示2的3次方（23），2^表示2的平方（22）。

2. 關系運算符

C51的關系運算符見表1-5。<、>、<=和>=運算優(yōu)先級高且相同，==、!=運算優(yōu)先級低且相同，例如“a>b!=c”相當于“（a>b）!=c”。

表1-5　C51的關系運算符

用關系運算符將兩個表達式（可以是算術表達式、關系表達式、邏輯表達式或字符表達式）連接起來的式子稱為關系表達式，關系表達式的運算結果為一個邏輯值，即真（1）或假（0）。

例如：a=4、b=3、c=1，則

a>b的結果為真，表達式值為1；

b+c<a的結果為假，表達式值為0；

（a>b）==c的結果為真，表達式值為1，因為a>b的值為1，c值也為1；

d=a>b，d的值為1；

f=a>b>c，由于關系運算符的結合性為左結合，a>b的值為1，而1>c的值為0，所以f值為0。

3. 邏輯運算符

C51的邏輯運算符見表1-6。“&&”、“||”為雙目運算符，要求兩個運算對象，“!”為單目運算符，只需要有一個運算對象。&&、||運算優(yōu)先級低且相同，!運算優(yōu)先級高。

表1-6　C51的邏輯運算符

與關系表達式一樣，邏輯表達式的運算結果也為一個邏輯值，即真（1）或假（0）。

例如：a=4、b=5，則

!a的結果為假，因為a=4為真（a值非0即為真），!a即為假（0）；

a||b的結果為真（1）；

!a&&b的結果為假（0），因為！優(yōu)先級高于&&，故先運算!a的結果為0，而0&&b的結果也為0。

在進行算術、關系、邏輯和賦值混合運算時，其優(yōu)先級從高到低依次為：！（非）→算術運算符→關系運算符→&&和||→賦值運算符（=）。

4. 位運算符

C51的位運算符見表1-7。位運算的對象必須是位型、整型或字符型數(shù)，不能為浮點型數(shù)。

表1-7　C51的位運算符

位運算舉例如下：

5. 復合賦值運算符

復合賦值運算符就是在賦值運算符“=”前面加上其他運算符，C51常用的復合賦值運算符見表1-8。

表1-8　C51常用的復合賦值運算符

復合運算就是變量與表達式先按運算符運算，再將運算結果值賦給參與運算的變量。凡是雙目運算（兩個對象運算）都可以用復合賦值運算符去簡化表達。

復合運算的一般形式為：

　變量 復合賦值運算符 表達式

例如：a+=28相當于a=a+28。

1.3.4 關鍵字

在C51語言中，會使用一些具有特定含義的字符串，稱之為“關鍵字”，這些關鍵字已被軟件使用，編程時不能將其定義為常量、變量和函數(shù)的名稱。C51語言關鍵字分兩大類：由ANSI（美國國家標準學會）標準定義的關鍵字和Keil C51編譯器擴充的關鍵字。

1. 由ANSI標準定義的關鍵字

由ANSI（美國國家標準學會）標準定義的關鍵字有char、double、enum、float、int、long、short、signed、struct、union、unsigned、void、break、case、continue、default、do、else、for、goto、if、return、switch、while、auto、extern、register、static、const、sizeof、typedef、volatile等。這些關鍵字可分為以下幾類。

（1）數(shù)據類型關鍵字：用來定義變量、函數(shù)或其他數(shù)據結構的類型，如unsigned char、int等。

（2）控制語句關鍵字：在程序中起控制作用的語句，如while、for、if、case等。

（3）預處理關鍵字：表示預處理命令的關鍵字，如define、include等。

（4）存儲類型關鍵字：表示存儲類型的關鍵字，如static、auto、extern等。

（5）其他關鍵字：如const、sizeof等。

2. Keil C51編譯器擴充的關鍵字

Keil C51編譯器擴充的關鍵字可分為兩類。

（1）用于定義51單片機內部寄存器的關鍵字：如sfr、sbit。

sfr用于定義特殊功能寄存器，如“sfr P1=0x90;”是將地址為0x90的特殊功能寄存器名稱定義為P1; sbit用于定義特殊功能寄存器中的某一位，如“sbit LED1=P1^1;”是將特殊功能寄存器P1的第1位名稱定義為LED1。

（2）用于定義51單片機變量存儲類型的關鍵字。這些關鍵字有6個，見表1-9。

表1-9　用于定義51單片機變量存儲類型的關鍵字

1.3.5 數(shù)組

數(shù)組也常稱作表格，是指具有相同數(shù)據類型的數(shù)據集合。在定義數(shù)組時，程序會將一段連續(xù)的存儲單元分配給數(shù)組，存儲單元的最低地址存放數(shù)組的第一元素，最高地址存放數(shù)組的最后一個元素。

根據維數(shù)不同，數(shù)組可分為一維數(shù)組、二維數(shù)組和多維數(shù)組；根據數(shù)據類型不同，數(shù)組可分為字符型數(shù)組、整型數(shù)組、浮點型數(shù)組和指針型數(shù)組。在用C51語言編程時，最常用的是字符型一維數(shù)組和整型一維數(shù)組。

1. 一維數(shù)組

（1）數(shù)組定義

一維數(shù)組的一般定義形式如下。

　類型說明符 數(shù)組名[下標]

方括號（又稱中括號）中的下標也稱為常量表達式，表示數(shù)組中的元素個數(shù)。

一維數(shù)組定義舉例如下。

　unsigned int a[5]；

以上定義了一個無符號整型數(shù)組，數(shù)組名為a，數(shù)組中存放5個元素，元素類型均為整型，由于每個整型數(shù)據占2個字節(jié)，故該數(shù)組占用了10個字節(jié)的存儲空間，該數(shù)組中的第1～5個元素分別用a[0]～a[4]表示。

（2）數(shù)組賦值

在定義數(shù)組時，也可同時指定數(shù)組中的各個元素（即數(shù)組賦值），形式如下。

　unsigned int a[5]={2,16,8,0,512}；
　unsigned int b[8]={2,16,8,0,512}；

在數(shù)組a中，a[0]=2，a[4]=512；在數(shù)組b中，b[0]=2，b[4]=512，b[5]～b[7]均未賦值，全部自動填0。

在定義數(shù)組時，要注意以下幾點。

① 數(shù)組名應與變量名一樣，必須遵循標識符命名規(guī)則，在同一個程序中，數(shù)組名不能與變量名相同。

② 數(shù)組中的每個元素的數(shù)據類型必須相同，并且與數(shù)組類型一致。

③ 數(shù)組名后面的下標表示數(shù)組的元素個數(shù)（又稱數(shù)組長度），必須用方括號括起來，下標是一個整型值，可以是常數(shù)或符號常量，不能包含變量。

2. 二維數(shù)組

（1）數(shù)組定義

二維數(shù)組的一般定義形式如下。

　類型說明符 數(shù)組名[下標1] [下標2]

下標1表示行數(shù)，下標2表示列數(shù)。

二維數(shù)組定義舉例如下。

　unsigned int a[2] [3]；

以上定義了一個無符號整型二維數(shù)組，數(shù)組名為a，數(shù)組為2行3列，共6個元素，這6個元素依次用a[0] [0]、a[0] [1]、a[0] [2]、a[1] [0]、a[1] [1]、a[1] [2]表示。

（2）數(shù)組賦值

二維數(shù)組賦值有兩種方法。

① 按存儲順序賦值。如下所示。

unsigned int a[2] [3]={1,16,3,0,28,255}；

② 按行分段賦值。如下所示。

unsigned int a[2] [3]={{1,16,3},{0,28,255}}；

3. 字符型數(shù)組

字符型數(shù)組用來存儲字符型數(shù)據。字符型數(shù)組可以在定義時進行初始化賦值。如下所示。

　char c[4]={ 'A', 'B', 'C', 'D'};

以上定義了一個字符型數(shù)組，數(shù)組名為c，數(shù)組中存放4個字符型元素（占用了4個字節(jié)的存儲空間），分別是A、B、C、D（實際上存放的是這4個字母的ASCII碼，即0x65、0x66、0x67、0x68）。如果對全體元素賦值時，數(shù)組的長度（下標）也可省略，即上述數(shù)組定義也可寫成如下所示。

　char c[]={ 'A', 'B', 'C', 'D'};

如果要在字符型數(shù)組中存放一個字符串“good”，可采用以下3種方法。

　char c[]={ 'g', 'o', 'o', 'd', '\0'}; //“\0”為字符串的結束符
　char c[]={"good"}; //使用雙引號時，編譯器會自動在后面加結束符'\0'，故數(shù)組長度應較字符數(shù)多一個
　char c[]="good";

如果要定義二維字符數(shù)組存放多個字符串時，二維字符數(shù)組的下標1為字符串的個數(shù)，下標2為每個字符串的長度，下標1可以不寫，下標2則必須要寫，并且其值應較最長字符串的字符數(shù)（空格也算一個字符）至少多出一個。如下所示。

　char c[][20]={{"How old are you?",\n}, {"I am 18 years old.",\n},{"and you?" }};

上例中的“\n”是一種轉義符號，其含義是換行，將當前位置移到下一行開頭。

1.3.6 循環(huán)語句（while、do while、for語句）

在編程時，如果需要某段程序反復執(zhí)行，可使用循環(huán)語句。C51的循環(huán)語句有3種：while語句、do while語句和for語句。

1. while語句

while語句的格式為“while（表達式）{語句組;}”，編程時為了書寫閱讀方便，一般按以下方式編寫。

　while（表達式）
　{
　語句組;
　}

while語句在執(zhí)行時，先判斷表達式是否為真（非0即為真）或表達式是否成立，若為真或表達式成立則執(zhí)行大括號（也稱花括號）內的語句組（也稱循環(huán)體），否則不執(zhí)行大括號內的語句組，直接跳出while語句，執(zhí)行大括號之后的內容。

在使用while語句時，要注意以下幾點。

① 當while語句的大括號內只有一條語句時，可以省略大括號，但使用大括號可使程序更安全可靠。

② 若while語句的大括號內無任何語句（空語句）時，應在大括號內寫上分號“;”，即“while（表達式）{:}”，簡寫就是“while（表達式）；”。

③ 如果while語句的表達式是遞增或遞減表達式，while語句每執(zhí)行一次，表達式的值就增1或減1。例如“while（i++）{語句組;}”。

④ 如果希望某語句組無限次循環(huán)執(zhí)行，可使用“while（1）{語句組;}”。如果希望程序停在某處等待，待條件（即表達式）滿足時往下執(zhí)行，可使用“while（表達式）;”。如果希望程序始終停在某處不往下執(zhí)行，可使用“while（1）;”，即讓while語句無限次執(zhí)行一條空語句。

2. do while語句

do while語句的格式如下。

　do
　{
　語句組;
　}
　while（表達式）

do while語句在執(zhí)行時，先執(zhí)行大括號內的語句組（也稱循環(huán)體），然后用while判斷表達式是否為真（非0即為真）或表達式是否成立，若為真或表達式成立則執(zhí)行大括號內的語句組，直到while表達式為0或不成立，直接跳出do while語句，執(zhí)行之后的內容。

do while語句是先執(zhí)行一次循環(huán)體語句組，再判斷表達式的真假以確定是否再次執(zhí)行循環(huán)體，而while語句是先判斷表達式的真假，以確定是否執(zhí)行循環(huán)體語句組。

3. for語句

for語句的格式如下。

　for（初始化表達式; 條件表達式; 增量表達式）
　{
　語句組;
　}

for語句執(zhí)行過程：先用初始化表達式（如i=0）給變量賦初值，然后判斷條件表達式（如i<8）是否成立，不成立則跳出for語句，成立則執(zhí)行大括號內的語句組，執(zhí)行完語句組后再執(zhí)行增量表達式（如i++），接著再次判斷條件表達式是否成立，以確定是否再次執(zhí)行大括號內的語句組，直到條件表達式不成立才跳出for語句。

1.3.7 選擇語句（if、switch…case語句）

C51常用的選擇語句有if語句和switch…case語句。

1. if語句

if語句有3種形式：基本if語句、if…else…語句和if…else if…語句。

（1）基本if語句

基本if語句格式如下。

　if（表達式）
　{
　語句組;
　}

if語句執(zhí)行時，首先判斷表達式是否為真（非0即為真）或表達式是否成立，若為真或表達式成立則執(zhí)行大括號（也稱花括號）內的語句組（執(zhí)行完后跳出if語句），否則不執(zhí)行大括號內的語句組，直接跳出if語句，執(zhí)行大括號之后的內容。

（2）if…else…語句

if…else…語句格式如下。

yuan　if（表達式）
　{
　語句組1;
　}
　else
　{
　語句組2;
　}

if…else…語句執(zhí)行時，首先判斷表達式是否為真（非0即為真）或表達式是否成立，若為真或表達式成立則執(zhí)行語句組1，否則執(zhí)行語句組2，執(zhí)行完語句組1或語句組2后跳出if…else…語句。

（3）if…else if…語句（多條件分支語句）

if…else if…語句格式如下。

　if（表達式1）
　{
　語句組1;
　}
　else if（表達式2）
　{
　語句組2;
　}
　……
　else if（表達式n）
　{
　語句組n;
　}

if…else if…語句執(zhí)行時，首先判斷表達式1是否為真（非0即為真）或表達式是否成立，為真或表達式成立則執(zhí)行語句組1，然后判斷表達式2是否為真或表達式是否成立，為真或表達式2成立則執(zhí)行語句組2，……最后判斷表達式n是否為真或表達式是否成立，為真或表達式n成立則執(zhí)行語句組n，如果所有的表達式都不成立或為假時，跳出if…else if…語句。

2. switch…case語句

switch…case語句格式如下。

　switch（表達式）
　{
　case 常量表達式1; 語句組1；break；
　case 常量表達式2; 語句組2；break；
　……
　case 常量表達式n; 語句組n；break；
　default:語句組n+1；
　}

switch…case語句執(zhí)行時，首先計算表達式的值，然后按順序逐個與各case后面的常量表達式的值進行比較，當與某個常量表達式的值相等時，則執(zhí)行該常量表達式后面的語句組，再執(zhí)行break而跳出switch…case語句；如果表達式與所有case后面的常量表達式的值都不相等，則執(zhí)行default后面的語句組n+1，并跳出switch…case語句。