当前位置：首页 > news >正文

第二讲：C语言数据类型和变量

news 2026/7/24 22:16:31

一、数据类型介绍

1. 什么是数据类型

2. 常见的数据类型分类

2.1 内置数据类型

2.2 自定义数据类型

二、变量

1. 变量的创建与命名规则

1.1 变量的创建（声明与初始化）

1.2 变量的命名规则

2. 变量的作用域：全局变量与局部变量

2.1 全局变量

2.2 局部变量

2.3全局变量和局部变量在内存中存储的位置

2.4 对比与注意事项

三、算数操作符

1. 加法与减法操作符：+ 和 -

2. 乘法与除法操作符：* 和 /

3. 取模操作符：%

4. 算术操作符的优先级与结合性

四、赋值操作符：=和复合赋值

1. 连续赋值

2. 复合赋值

五、单目操作符：++ 、-- 、+ 、-

1. ++和--

2. + 和 -

六、强制类型转换

七、scanf 和 printf 的介绍

1. printf 函数：格式化输出

1.1 基本用法

1.2 占位符

1.3 占位符举例

1.4 输出格式

1.4.1 限定宽度

1.4.2 总是显示正负号

1.4.3 限定小数位数

1.4.4 输出部分字符串

2. scanf 函数：格式化输入

2.1 基本用法

2.2 scanf 的返回值（printf：返回成功输出的字符数，失败时返回负值。）

2.3 占位符（与 printf 类似）

一、数据类型介绍

1. 什么是数据类型

在计算机科学中，数据类型（Data Type）是一个基础且核心的概念。它定义了数据的性质、取值范围、存储方式以及可以对其执行的操作。简单来说，数据类型决定了计算机如何理解和处理一段数据。

例如，数字42和文本"42"对人类来说可能含义相似，但对计算机而言，前者是整数，可以进行加减乘除运算；后者是字符串，可以进行拼接、查找等操作。明确数据类型是编写正确、高效程序的第一步。

2. 常见的数据类型分类

数据类型通常可以分为两大类：内置类型和自定义类型。

2.1 内置数据类型

内置数据类型是不可再分的最小数据单元。它们通常直接存储在栈内存中，操作速度快。

整型：用于表示整数，如int、short、long。在 C/C++ 等语言中，整型还可以分为有符号（signed）和无符号（unsigned）两种。有符号整型可以表示正数、负数和零，而无符号整型只能表示非负数（零和正数），因此其正数表示范围更大。
浮点型：用于表示带小数点的数字，如float、double。
字符型：用于表示单个字符，如char。字符类型存储的时候是存储ASCII值，ASCII值是整数，所以字符类型是属于整型家族的。
布尔型：用于表示逻辑真或假，只有两个值：true和false。

2.2 自定义数据类型

自定义数据类型是由基本数据类型或其他复合类型组合构造而成的。它们的数据通常存储在堆内存中，变量本身存储的是对数据的引用（地址）。

数组：用于存储固定大小的同类型元素集合。
字符串：用于存储文本，在许多语言中（如 Java 的String）被视为特殊的引用类型。
结构体/类：用于将不同类型的数据封装成一个逻辑单元，是面向对象编程的基石。
集合：如列表、字典、集合等，用于动态存储和管理数据。

二、变量

了解清楚了类型，我们使用类型做什么呢？类型是用来创建变量的。

什么是变量呢？C语言中把经常变化的值称为变量，不变的称为常量。

1. 变量的创建与命名规则

变量是程序中用于存储和表示数据的基本单元。你可以将变量理解为一个有名字的“盒子”，用来存放特定类型的数据。

1.1 变量的创建（声明与初始化）

在大多数编程语言中，创建一个变量通常需要两个步骤：

1.声明（Declaration）：告诉编译器/解释器变量的类型和名称。

2.初始化（Initialization）：为变量赋予一个初始值。

这两个步骤可以分开进行，也可以合并为一步。

示例（以 C/Java 风格为例）：

1.2 变量的命名规则

为了代码的可读性和可维护性，变量的命名需要遵循一定的规则和约定：

基本规则（通常由语言强制规定）：
- 只能包含字母（A-Z, a-z）、数字（0-9）和下划线（_）。
- 不能以数字开头。
- 不能是语言的关键字（如int,if,for）。
- 区分大小写（myVar和myvar是两个不同的变量）。
- 长度不超过63个字符。
命名约定（最佳实践）：
- 见名知意：变量名应清晰描述其用途（如student_count优于sc）。
- 风格统一：
  - 小驼峰式（camelCase）：如firstName,totalAmount（Java, JavaScript 常用）。
  - 蛇形命名（snake_case）：如first_name,total_amount（Python, C 常用）。
  - 帕斯卡命名（PascalCase）：如FirstName,TotalAmount（常用于类名）。
- 避免使用单个字母（除了循环计数器i,j,k等）。

2. 变量的作用域：全局变量与局部变量

根据变量在程序中声明的位置，其可被访问的范围（即作用域）不同，主要分为全局变量和局部变量。

2.1 全局变量

在括号外部定义的变量就是全局变量。

特点：

从声明处开始，到整个程序文件结束都有效。
可以被该文件内的所有函数、代码块访问和修改。
生命周期与程序运行周期相同。

2.2 局部变量

再大括号内部声明的变量称为局部变量。

特点：

只在声明它的函数或代码块内部有效。
外部无法直接访问。
生命周期短暂，通常在函数调用结束时或离开代码块时被销毁。

注意：局部优先

2.3全局变量和局部变量在内存中存储的位置

变量创建的本质是在内存中开辟空间，一般我们在学习C/C++语言的时候，我们会关注内存中的三个区域：栈区、堆区、静态区。

局部变量是放在内存的栈区
全局变量是放在内存的静态区
堆区是用来动态内存管理的

2.4 对比与注意事项

特性	全局变量	局部变量
声明位置	所有函数/代码块之外	函数或代码块内部
作用域	整个程序文件	声明它的函数/代码块内部
生命周期	程序开始到结束	函数/代码块开始到结束
内存区域	通常位于静态存储区或全局数据区	通常位于栈（Stack）内存
默认初始值	通常自动初始化为零值（如 0, NULL）	不会自动初始化，值是未定义的（垃圾值）
使用建议	谨慎使用，避免过度使用导致代码耦合度高、难以维护。	优先使用，有助于封装和减少副作用。

核心原则：在满足功能需求的前提下，应尽量使用作用域小的局部变量，这有利于模块化、减少命名冲突和内存管理。

三、算数操作符

在编程中，计算是基本且频繁的操作。C语言为了方便各种运算，提供了一系列操作符（也称为运算符）。其中，算术操作符是最基础、最常用的一组，用于执行基本的数学运算。

算术操作符主要包括：+（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、%（取模）。这些操作符都是双目操作符，即需要两个操作数（左操作数和右操作数）才能完成运算。

1. 加法与减法操作符：+ 和 -

+和-分别用于完成加法和减法运算，其用法与数学中的加法和减法基本一致。

基本用法

操作数可以是变量、常量或表达式。

注意事项

类型转换：当两个操作数类型不同时（如int和float），会发生隐式类型转换，最终结果的类型通常是“更宽”的类型。
溢出：对于整型，需要注意运算结果可能超出该类型所能表示的范围，导致溢出（未定义行为）。

2. 乘法与除法操作符：* 和 /

*用于乘法，/用于除法。

基本用法

除法操作的特性

整数除法：当两个操作数都是整数时，/执行的是整数除法，结果会截断小数部分，只保留整数部分。
浮点数除法：如果至少有一个操作数是浮点数（float或double），则执行浮点数除法，结果保留小数。

注意事项

除以零：在 C 语言中，整数除以零会导致运行时错误（通常是程序崩溃）。浮点数除以零可能会得到无穷大（inf）或 NaN（非数字），具体取决于编译器和标准。

3. 取模操作符：%

%操作符用于计算两个整数相除后的余数。它只适用于整数类型，不能用于浮点数。

基本用法

常见用途

判断奇偶性：if (num % 2 == 0)表示num是偶数。
循环数组索引：index = (index + 1) % array_size可实现循环访问。
数字拆分：获取一个整数的个位数等。

注意事项

取模运算的结果符号与被除数（左操作数）的符号相同。
右操作数不能为零，否则会导致运行时错误。

4. 算术操作符的优先级与结合性

当表达式中包含多个操作符时，需要遵循优先级和结合性规则来确定运算顺序。

优先级（从高到低）

*、/、%（乘法、除法、取模）
+、-（加法、减法）

结合性

算术操作符的结合性都是从左到右。

示例

当优先级相同时，按从左到右的顺序计算。

四、赋值操作符：=和复合赋值

1. 连续赋值

赋值操作符也可以连续赋值，如：

C语言虽然支持着这种连续赋值，但是写出的代码不易理解，建议还是拆开来写，这样方便观察代码的执行细节。

这样写，在调试时，每一次的赋值的细节都是可以很方便的观察的。

2. 复合赋值

C语言提供了将算术操作与赋值结合的复合赋值操作符，可以使代码更简洁。

操作符	示例	等价于	含义
`+=`	`a += 5;`	`a = a + 5;`	加后赋值
`-=`	`b -= 3;`	`b = b - 3;`	减后赋值
`*=`	`c *= 2;`	`c = c * 2;`	乘后赋值
`/=`	`d /= 4;`	`d = d / 4;`	除后赋值
`%=`	`e %= 7;`	`e = e % 7;`	取模后赋值
`<<=`	`x <<= 2;`	`x = x << 2;`	左移后赋值
`>>=`	`y >>= 1;`	`y = y >> 1;`	右移后赋值
`&=`	`z &= 0xFF;`	`z = z & 0xFF;`	按位与后赋值
`\|=`	`w \|= 0x01;`	`w = w \| 0x01;`	按位或后赋值
`^=`	`v ^= 0x0F;`	`v = v ^ 0x0F;`	按位异或后赋值

五、单目操作符：++ 、-- 、+ 、-

前面介绍的操作符都是双目操作符，有两个操作数的。C语言中还有一些操作符只有一个操作数，被称为单目操作符。++ 、-- 、+（正）、-（负）就是单目操作符。

1. ++和--

++（自增）和--（自减）是单目操作符，用于将变量的值增加 1 或减少 1。它们有前缀和后缀两种形式，行为略有不同。

前缀形式（先增减，后使用）

后缀形式（先使用，后增减）

注意事项

避免在同一个表达式中对同一个变量多次使用自增/自减操作符，其结果是未定义行为（如i = i++;）。
常用于循环控制变量（如for (int i = 0; i < n; i++)）。

2. + 和 -

这里的 + 是正号，- 是负号，都是单目操作符。

运算符 + 对正负没有影响，是一个完全可以省略的运算符，但是写了也不会报错。

运算符 - 用来改变一个值的正负，负数的前面加上 - 就会得到证书，正数的前面加上 - 会得到负数。

六、强制类型转换

在操作符中还有一种特殊的操作符是强制类型转换。在编程中，我们经常需要在不同类型的数据之间进行转换。当编译器无法自动完成这种转换，或者我们需要明确指定转换方式时，就需要使用强制类型转换（Type Casting）。

语法形式很简单，形式如下：

语法通常是在要转换的值或变量前加上目标类型，并用括号括起来：

示例1：浮点数转整数

示例2：整数除法得到浮点数结果

示例3：字符与整数的转换

注意：强制类型转换是一把双刃剑。它提供了强大的灵活性，允许程序员跨越类型系统的限制，但也带来了数据丢失、未定义行为等风险。基本原则是：尽量避免不必要的强制转换；如果必须使用，请确保你完全理解转换的后果。

数据丢失（截断）：从浮点型转换为整型时，小数部分会被直接丢弃，而不是四舍五入。
值域溢出：如果转换后的值超出了目标类型的表示范围，结果将是未定义的（通常会发生溢出）。
符号问题：在有符号和无符号整数之间转换时，负数的表示会发生变化。
指针转换的危险性：不相关的指针类型之间的强制转换（如int*转float*）可能导致程序崩溃或产生难以调试的错误。

七、scanf 和 printf 的介绍

在 C 语言中，scanf和printf是两个最基础、最常用的输入输出函数，它们都定义在标准输入输出头文件<stdio.h>中。它们是程序与用户交互的桥梁，也是调试和展示结果的重要工具。

1. printf 函数：格式化输出

1.1 基本用法

printf（）的作用是将参数文本输出到屏幕。它名字里面的f代表format（格式化），表示可以定制输出文本的格式，包含要输出的普通文本和格式控制符（以%开头）。

上面命令会在0屏幕上输出一行文字“Hellow World”

printf（）不会再行尾自动添加换行符，运行结束后，光标停在输出结束的地方，不会自动换行。为了让光标移到下一行的开头，可以在输出文本的结尾，添加一个换行符\n。

如果内部有换行，也是通过插入换行符来实现的，如下方代码：

printf()是在标准库的头文件stdio.h定义的。使用这个函数之前，必须在源代码文件头部引入这个头文件。

1.2 占位符

printf（）可以在输出文本中指定占位符。

所谓“占位符”，就是这个位置可以用其他值代入。

上面实例中，There are %d apple \n 是输出文本，里面的 %d 就是占位符，表示这个位置要用其它值来代替。占位符的第一个字符一律为 % ，第二个字符表示占位符的类型，%d 表示这里带入的值必须是一个10进制的整数。

printf（）的第二个参数就是替换占位符的值。上面的例子是整数3替换%d 。执行后输出结果就是There are 3 apple。

输出文本里面可以使用多个占位符

上面示例中，输出文本 %s says it is %d o'clock 有两个占位符，第一个占位符是字符串占位符 %s ，第二个是整数占位符 %d ,分别对应printf（）的第二个参数（lisi）和第三个参数（21）。执行后的输出是 lisi says it is 21 o'clock。

printf（）参数与占位符是一一对应的关系，如果有n个占位符，printf（）的参数就应该有n+1个。如果参数个数少于对应的占位符，printf（）可能会输出内存中的任意值。

1.3 占位符举例

格式控制符	说明	对应类型	示例
`%a`/`%A`	输出十六进制浮点数（小写/大写）	`double`,`float`	`printf("%a", 3.14);`
`%c`	输出单个字符	`char`	`printf("%c", 'A');`
`%d`	输出有符号十进制整数	`int`	`printf("%d", 42);`
`%e`/`%E`	输出科学计数法浮点数（小写e/大写E）	`double`,`float`	`printf("%e", 3.14);`
`%f`	输出十进制浮点数（默认保留6位小数）	`double`,`float`	`printf("%f", 3.14);`
`%g`/`%G`	根据值自动选择`%f`或`%e`格式（小写/大写）	`double`,`float`	`printf("%g", 3.14);`
`%hd`	输出有符号短整型	`short int`	`printf("%hd", 32767);`
`%ho`	输出无符号短整型八进制	`unsigned short int`	`printf("%ho", 65535);`
`%hx`/`%hX`	输出无符号短整型十六进制（小写/大写）	`unsigned short int`	`printf("%hx", 65535);`
`%hu`	输出无符号短整型十进制	`unsigned short int`	`printf("%hu", 65535);`
`%ld`	输出有符号长整型	`long int`	`printf("%ld", 1000000L);`
`%lo`	输出无符号长整型八进制	`unsigned long int`	`printf("%lo", 4000000000UL);`
`%lx`/`%lX`	输出无符号长整型十六进制（小写/大写）	`unsigned long int`	`printf("%lx", 4000000000UL);`
`%lu`	输出无符号长整型十进制	`unsigned long int`	`printf("%lu", 4000000000UL);`
`%lld`	输出有符号长长整型	`long long int`	`printf("%lld", 10000000000LL);`
`%llo`	输出无符号长长整型八进制	`unsigned long long int`	`printf("%llo", 10000000000ULL);`
`%llx`/`%llX`	输出无符号长长整型十六进制（小写/大写）	`unsigned long long int`	`printf("%llx", 10000000000ULL);`
`%llu`	输出无符号长长整型十进制	`unsigned long long int`	`printf("%llu", 10000000000ULL);`
`%Le`/`%LE`	输出长双精度科学计数法浮点数	`long double`	`printf("%Le", 3.14L);`
`%Lf`	输出长双精度十进制浮点数	`long double`	`printf("%Lf", 3.14L);`
`%n`	将已输出的字符数写入指针参数	`int *`	`int count; printf("Hello%n", &count);`
`%o`	输出八进制整数	`unsigned int`	`printf("%o", 64);`
`%p`	输出指针地址（十六进制）	*`void `**	`printf("%p", &var);`
`%s`	输出字符串	*`char `**	`printf("%s", "Hello");`
`%u`	输出无符号十进制整数	`unsigned int`	`printf("%u", 100u);`
`%x`/`%X`	输出十六进制整数（小写/大写）	`unsigned int`	`printf("%x", 255);`
`%zu`	输出`size_t`类型无符号整数	`size_t`	`printf("%zu", sizeof(int));`
`%%`	输出百分号字符	无（字面量）	`printf("完成度: 50%%");`

1.4 输出格式

printf（）可以定制占位符的输出格式

1.4.1 限定宽度

printf（）允许限定占位符的最小宽度

示例一：

上面示例输出“ 123”，%5d表示这个占位符的宽度至少为5位。如果不满5位，对应的值起那面会添加空格。

输出的值默认是右对齐，及输出内容前面会有空格；如果希望改成左对齐，在输出内容后面添加空格，可以在占位符的%的后面输入一个 - 号。

上面示例输出“123 ”，后面添加了空格。

示例二：

对于小数，这个限定符会限制所有小数的最小显示宽度。

%f 在打印小数的时候，默认小数点后6位。

上面示例输出“ 123.450000”，%12表示输出的浮点数在最少要占据12位。由于小数的默认显示精度是小数点后6位，所以输出结果头部会添加2个空格。

1.4.2 总是显示正负号

默认情况下，printf（）不对正数显示 + 号，只对负数显示 - 号。如果想要正数也输出 + 号，可以在占位符的 % 后面加一个 + 。

上面的示例中，%+d 可以确保输出的数值，总是带有正负号。

1.4.3 限定小数位数

示例一：输出小数时，有时希望限定小数位数。举例来说，希望小数点后面只保留2位，占位符可以写成%.2f。

这种写法可以与限定宽度占位符，结合使用。

上面示例中，%6.2f表示输出字符串最小宽度为6，小数位为2。所以，输出字符串的头部有两个空格。

示例二：最小宽度和小数位数这两个限定值，都可以用 * 代替，通过printf（）的参数传入。

上面示例中，%*，*f 的两个星号通过 printf() 的两个参数 6 和 2 传入。

1.4.4 输出部分字符串

%s 占位符用来输出字符串，默认是全部输出。如果只想输出开头部分，可以用 %.[m]s 指定是输出长度，其中 [m] 代表一个数字，表示所要输出的长度。

上面实例中，占位符 %.5s 表示只输出字符串“hellow world”的钱5个字符，即“hellow”。

2. scanf 函数：格式化输入

当我们有了变量，我们需要给变量输入值就可以使用scanf函数，如果需要将变量的值输出在屏幕上的时候可以使用printf函数

编译时常见的出错情况

2.1 基本用法

scanf（）函数用于读取用户的键盘输入。程序运行到这个语句时，会停下，等待用户从键盘输入。用户输入数据，按下回车后，scanf（）就会处理用户的输入，将其存入变量。

它的原型定义在头文件stdio.h。

scanf（）的语法与printf（）类似。

scanf（）处理用户输入的原理是，用户的输入先放入缓存，等到按下回车键后，按照占位符对缓存进行解读。解读用户输入时，会从上一次解读遗留的第一个字符开始，知道读完缓存，或者遇到第一个不符合条件的字符为止。

2.2 scanf 的返回值（`printf`：返回成功输出的字符数，失败时返回负值。）

scanf（）的返回值是一个整数，表示成功读取的变量个数，可用于验证输入是否合法。

如果没有读取任何项，或者匹配失败，则返回 0 。

如果在成功读取任何数据之前，发生了读取错误或者遇到读取到文件结尾，则返回常量 EOF（-1）。EOF - end of file 文件结束标志（Windows：Ctrl+Z；Linux/Mac：Ctrl+D）。

示例一：

示例二：

示例三：

示例四：

示例五：

2.3 占位符（与 printf 类似）

格式控制符	说明	示例
`%c`	读取单个字符（包括空格、换行）	`scanf("%c", &ch);`
`%d`	读取有符号十进制整数	`scanf("%d", &num);`
`%f`	读取单精度浮点数（`float`类型）	`scanf("%f", &score);`
`%lf`	读取双精度浮点数（`double`类型）	`scanf("%lf", &price);`
`%Lf`	读取长双精度浮点数（`long double`类型）	`scanf("%Lf", &ld_val);`
`%s`	读取字符串（遇到空格、制表符、换行停止）	`scanf("%s", name);`
`%[]`	扫描字符集合，读取匹配指定字符集的字符串	`scanf("%[a-zA-Z]", letters);`

注意：

上面所有占位符之中，除了 % c 以外，都会自动忽略起首的空白字符。% c 不忽略空白字符，总是返回当前第一个字符，无论该字符是否为空格。
如果要强制跳过字符前的空白字符，可以写成 scanf ("% c", &ch)，即 % c 前加上一个空格，表示跳过零个或多个空白字符。

下面要特别说一下占位符 % s，它其实不能简单地等同于字符串。它的规则是，从当前第一个非空白字符开始读起，直到遇到空白字符（即空格、换行符、制表符等）为止。
因为 % s 不会包含空白字符，所以无法用来读取多个单词，除非多个 % s 一起使用。这也意味着，scanf () 不适合读取可能包含空格的字符串，比如书名或歌曲名。另外，scanf () 遇到 % s 占位符，会在字符串变量末尾存储一个空字符 \0。

scanf () 将字符串读入字符数组时，不会检测字符串是否超过了数组长度。所以，储存字符串时，很可能会超过数组的边界，导致预想不到的结果。为了防止这种情况，使用 % s 占位符时，应该指定读入字符串的最长长度，即写成 %[m] s，其中的 [m] 是一个整数，表示读取字符串的最大长度，后面的字符将被丢弃。