2.4.5 字符变量

变量可分为整型变量、实型变量、字符型变量等。整型变量按照有无符号可分为有符号整型（signed）和无符号整型（unsigned）两类。按照所表达的数值范围和占内存字节数可分为短整型（short int）、基本整型（int）和长整型（long），某些系统还支持长长整型（long long）。同时，各类型又分为有符号和无符号两类。实型变量主要有两种形式：单精度浮点型（float）和双精度浮点型（double）。

对于整型变量而言，通常的操作系统默认都是有符号类型，如果定义无符号类型，需在前面加unsigned。

1. 计算机操作系统位长

计算机的内存结构是以字节为单位进行信息存储的。每个字节都有一个唯一的数字标识，通常将这个标识称为地址或物理地址。地址有长有短，从1字节到8字节不等。计算机操作系统按照内存地址的长度可分为8位机、16位机、32位机以及64位机等。

8位机指内存地址为1字节数，地址值通常使用十六进制数表示，如0xFB，0x12等。通常较简单的单片机采用8位地址方式，称为8位机。

目前最常用的是32位机，即地址长度为32位，共4字节。例如：0x0012ff65，0x001B56FF。32位机的取址范围为0x00000000～0xFFFFFFFF，共4 GB内存。通常C语言中会使用其中一部分。如无特别说明，本书程序全部基于32位机。

2. 32位机计算机操作系统

32位机中，短整型（short）在内存中占2字节，基本整型（int）在内存中占4字节，长整型（long）在内存中占4字节等。64位机中还有长长整型（long long），在内存中占8字节。单精度浮点型（float）在内存中占8字节，双精度浮点型（double）在内存中占16字节。字符型变量可分为有符号和无符号两种类型：有符号字符型（char）和无符号字符型（unsigned char），两者在内存均占1字节。如表2-4所示为不同类型变量在内存中所占字节数。

表2-4 数据类型内存字节分配表

C语言中可通过运算符sizeof获取数据类型所占的内存字节数。

范例2.15 MemoryTypeByte.c

MemoryTypeByte.c使用运算符sizeof获取不同数据类型在内存中所占的字节数，然后输出打印，由此可以直观地显示各种数据类型所占的内存字节数。（光盘\chat2\MemoryTypeByte.c）

程序中第4、5和6行分别使用了sizeof运算符，用于获取对象在内存中所占的字节数，对象可以是变量、常量、指针、结构体等，后续章节将对该函数的应用做详细介绍。执行上述代码，输出结果为：

C语言规定，变量必须先定义后使用，未经定义的变量在使用时会提示错误而导致程序编译无法通过。合理定义和利用变量，可以提高程序的执行效率。

1. 怎样定义变量

变量在使用前需要先定义，其定义的一般形式有如下两种。

类型说明符 变量名；

类型说明符 变量名表列；

类型说明符是指要定义的变量类型，例如整型变量的类型说明符为int、short或long等。如定义整型变量i，j，k可以这样定义：

C语言中，这种表达叫做语句，分别表示定义三个int型的变量i,j,k。语句是C语言中的基本程序结构，并且必须以;作为语句的结束符，分号不可省略。

也可以将定义放在同一个语句中：

变量名也称为用户标识符，变量名的定义应遵循一定的规则。

（1）由字母、数字和下画线组成。

（2）变量名不能和关键字相同。

（3）第一个字符必须是字母或下画线。

关键字是由C语言规定的具有特定意义的字符串，通常也称为保留字。用户定义的变量等标识符不应与关键字相同。C语言的关键字主要分为类型说明关键字和流程控制关键字两类。如表2-5所示为关键字表。

对每个关键字的详细说明，请参看附录B，本书将在后续章节中依次讲解每个关键字的作用和用法。注意，最新的C语言语法版本中，将bool也列为关键字之一。

用户定义的变量名（用户标识符）不得与关键字相同，同时必须满足上述的另外两个条件，如下列变量名均是非法的变量名：3i，int，[email protected]，_myname!，bool等。

表2-5 关键字表

2. 变量赋初值

在变量定义的同时，还可以进行赋值操作，称作变量赋初值。如下定义：

像这种在定义变量的同时并赋予其一定值的操作称为变量赋初值。等价于下面语句：

当在一条语句中定义多个变量时，可以使用逗号表达式作如下定义。

关于逗号表达式的概念将在第3章中予以介绍，需要注意的是，不能使用如下方法给不同变量赋相同的值。

但可以在定义之后进行赋值操作，如：

此外，对于单个变量的赋值，可以在定义时进行，也可以在定义之后进行。

前面已经讲过，整型变量按照在内存中所占的字节长度分为：短整型（short）、基本整型（int）、长整型（long）等。其中short、int和long称为类型说明符。C语言系统通过这些关键字判断不同类型的变量，从而为其分配相应的内存空间。

范例2.16 IntegerVariableDefine.c

IntegerVariableDefine.c分别定义short、int和long型的整型变量，打印输出各个变量的值，并输出各种整型变量在内存中所占的字节数。（光盘\chat2\ IntegerVariableDefine.c）

程序第4、5和6行分别定义三种类型的变量i，j和k并赋初值。程序第7行输出三个参数的值，第8行分别输出三个参数的内存长度。程序运行输出结果为：

虽然变量i，j，k的值相同，但它们在内存中的存储结构却不尽相同，如图2-3所示为不同类型变量在内存中的结构示意图。

需要注意的是，在内存中，数值以二进制形式存放，并以十六进制形式显示，所以，对于十进制数10，在内存中会以十六进制0a显示。

注意，变量在使用前应先定义，若未定义就使用某变量，程序编译时将出现错误，若去掉程序第4行，在编译时将出现如下错误。

图2-3 不同类型变量内存结构

D:\chapt2\shang\ IntegerVariableDefine.c(6) : error C2065: 'i' : undeclared identifier

错误原因是使用了未定义的标识符i。因此，在使用变量前一定记住先定义该变量，这是程序初学者经常犯的错误。

变量在使用前除了先定义，还要赋初值。赋值方式可以先定义后赋值，也可以在定义的同时赋初值。若使用了未经赋值的变量，则将出现不可预期的结果。

范例2.17 InitialVariable.c

InitialVariable.c定义整型变量i、j和k，未给变量i赋值便使用该变量，输出i、j和k的值，检查使用未赋值变量的输出结果。（光盘\chat2\ InitialVariable.c）

程序第7行最后一个输出格式输出控制表达式i+j+k，用以验证未赋值参数参与运算后的输出结果。程序输出结果为：

程序输出了无法预料的结果-13108和-13088，这是由于变量i未经赋值便进行了引用。通常称这种不确定值为垃圾值。为避免这类垃圾值影响程序正确结果，一般在变量定义时赋初值0，如无特别说明，本书后续章节都将遵循这一约定。

实型变量分为单精度型（float）和双精度型（double）两类。单精度型变量占4个字节，精确位数为7位有效数字。双精度型变量占8个字节，精确位数为16位有效数字。实型变量的定义和整型变量类似，如：

分别表示定义单精度型变量p1, p2, p3和双精度型变量x1, x2, x3。

范例2.18 RealTypeVariable.c

RealTypeVariable.c分别定义float和double型的变量，为两变量赋相同的值，并打印输出，检查两者输出值的差别。（光盘\chat2\ RealTypeVariable.c）

程序第4行和第5行分别定义了float型和double型变量i和j，程序第6行和第7行分别对这两个变量赋初值以验证不同类型的精度。程序运行输出结果为：

程序第8行输出语句中%.10f格式为输出小数点后10位数字。导致出现不同结果的原因是float型和double型的精确度不同。

实型变量在内存中的数据存储格式包括符号位、指数位和尾数三部分。符号位表示数字的正负，指数位表示数字的指数大小，尾数部分表示小数点后能够精确的位数。如图2-4所示为float型和double型变量在内存中的存储结构。

图2-4中（a）图表示float型变量在内存中的存储结构，最高位为符号位，前23位（第0到第22位）为尾数位，中间8位（第22到第30位）为指数位。（b）图表示double型变量在内存中的存储结构，最高位为符号位，前52位（第0到第51位）为尾数位，中间11位（第52到第62位）为指数位。

图2-4 float型和double型变量存储结构

需要说明的是，在计算机中数据以二进制形式存储，因此上述各位值同样以二进制形式存储在计算机中，并且以规范化的指数形式存放。float型中，23位二进制值可表示十进制小数部分7位；double型中，52位二进制小数可表示十进制小数部分16位。

因此，范例2.18中，float型只能精确到小数点后7位，其中第7位采用四舍五入，而double型则能精确到小数点后16位，因此能够准确输出所表达数据。

字符变量在内存中占1个字节，类型说明符为char。与整型变量和实型变量的定义类似，字符型变量的定义格式为：

表示定义了一个字符变量a，变量a可以被赋予任何字符常量和整型值。由于字符变量只占用1个字节，因此只能存放1个字符数据。在内存空间中，字符是以ASCII码值存放的，例如字符'a'在内存中存放的是其ASCII码值97。正因为字符在内存中的这种存储模式，通常也把字符变量当作取值在0～127之间的整型量看待，并且字符变量也可以参与算术运算。

范例2.19 CharacterVariableCalc.c

CharacterVariableCalc.c分别定义整型和字符型变量，以整型和字符型打印输出，检查输出结果。（光盘\chat2\ CharacterVariableCalc.c）

程序第4行和第5行分别定义了char型和int型变量c和i，程序第6行和第7行分别按不同的输出格式输出这两个变量，以验证两种数据类型的通用性。程序运行输出结果为：

因为在ASCII码表中，大写字母A是65，小写字母a是97，两者相差32，程序正是利用这一规律实现了使用算术运算进行大小写字母转换。这一方法在工程应用中被广泛采用。